我國人工濕地標準中潛流濕地設計分析

全康環(huán)保:摘要：人工濕地污水處理技術是一種處理污水的生態(tài)處理方法，近年來在中國得到快速發(fā)展和推廣應用。2009年起，國家和部分省份的職能部門頒布實施了一系列人工濕地標準，用于指導并規(guī)范人工濕地設計建設，內容主要包括人工濕地構筑物設計、污染負荷設計和水力負荷設計等三個方面的參數。比較了各個標準中潛流人工濕地的設計參數，發(fā)現不同標準的污染負荷和水力負荷差異明顯。人工濕地設計面積計算結果表明，對于不同性質的廢水，設計時應核算不同的設計參數，不應只根據水力負荷或僅采用污染負荷進行人工濕地設計。同時，需要考慮氣候、濕地填料、深度、植物等其他因素對人工濕地處理效果的影響。

作者簡介：張翔（1995- ），男，江蘇蘇州人，碩士研究生，研究方向為人工濕地污水處理。

01 我國頒布的相關人工濕地技術標準

表1列出了我國發(fā)布的人工濕地相關標準的機構以及發(fā)布時間。

從表1可見，我國最早的人工濕地技術標準是2009年由住建部標準定額研究所組織編制并發(fā)布的，近年來發(fā)布的標準包括天津規(guī)程、山東指南和廣東規(guī)范。廣東規(guī)范只含有水平流濕地的設計，不包括垂直流濕地的設計，山東指南、浙江規(guī)范不對潛流濕地類型進行區(qū)分，統一推薦設計參數。青海規(guī)范的內容主要是針對復合潛流濕地設計推薦的參數。

按地區(qū)看，華東地區(qū)的標準最多，包括浙江規(guī)范、江蘇規(guī)程、上海規(guī)程等，華南地區(qū)有廣東規(guī)范，華北地區(qū)有北京規(guī)范和天津規(guī)程，西南地區(qū)有云南規(guī)范，西北地區(qū)有青海規(guī)范和寧夏規(guī)范。

02 人工濕地標準中的參數與指標

各個技術標準中，垂直流人工濕地和水平流人工濕地的設計指標有SS濃度、COD負荷、BOD5負荷、水力負荷、水力停留時間、床體深度、核心處理層厚度和核心層粒徑范圍。COD負荷、BOD5負荷指的是單位面積人工濕地可削減的有機污染物質量，常用于計算人工濕地床體面積。水力負荷指單位時間單位面積人工濕地接納的污水量。水力停留時間指水在人工濕地處理區(qū)總容積內的平均停留時間。

03 人工濕地工程設計

人工濕地工程設計主要是面積設計計算，但是要保證良好的處理能力，濕地系統的設計深度、填料性質和粒徑、植物種類等因素也非常重要。

3.1 人工濕地負荷設計

①進水SS和有機污染負荷指標

SS會在濕地基質的空隙中積累，為了保證濕地正常運行，必須控制進水SS濃度。各標準鐘潛流人工濕地進水SS濃度的限值如表2所示。北京規(guī)范、浙江規(guī)范和山東指南中沒有對潛流人工濕地的進水SS濃度做出規(guī)定，云南規(guī)范的SS濃度最高限值為400 mg/L，明顯高于其他標準。環(huán)保部規(guī)范和廣東規(guī)范對水平流人工濕地的進水SS濃度要求值最低，為60 mg/L。

污染負荷指標通常有COD負荷（有機負荷）、BOD5負荷（有機負荷）和其他污染（氨氮、總氮和總磷）負荷。各標準中潛流人工濕地有機污染負荷建議值見表3。大部分標準的污染負荷指標設計值僅推薦了COD負荷或BOD5負荷，廣東規(guī)范和云南規(guī)范對兩種指標都有推薦值。對于垂直流濕地，江蘇規(guī)程的最高COD負荷可達90 g/(?O?d)，而住建部導則的最高COD負荷為20 g/(?O?d)。對于水平流濕地，最高的COD負荷限值為廣東規(guī)范的50 g/(?O?d)，而住建部導則的最高COD負荷為16 g/(?O?d)。各標準建議兩種濕地的BOD5負荷，大部分的設計值在12 g/(?O?d)以下。Li等對1990年―2015年運行超過3年的人工濕地工程的數據進行了分析，發(fā)現垂直流濕地的BOD5負荷范圍為10.6～55.3g/(?O?d)，而西方國家普遍為6～10 g /(?O?d)。

表3中數據顯示，北京規(guī)范和云南規(guī)范的污染負荷低于環(huán)保部規(guī)范中的最小污染負荷值，北京規(guī)范的取值與住建部導則較為接近，而上海規(guī)程和江蘇規(guī)程的最大污染負荷值很大程度超過了環(huán)保部規(guī)范的最大值，這可能是由于人工濕地設計的床體深度、選擇的基質材料以及氣候的差異造成的，對于垂直流濕地，上海規(guī)程建議粒徑范圍是2～6mm，而北京規(guī)范推薦的粒徑范圍為0.2～5mm，北京規(guī)范和上海規(guī)范其他設計指標比較接近。

②水力學指標

除山東指南和云南規(guī)范外，其他人工濕地標準的適用對象都是生活污水、二級出水或類似性質污水。各標準中潛流人工濕地水力負荷建議值見表4?？梢钥闯?，垂直流人工濕地的水力負荷設計值普遍高于水平流人工濕地，各標準中垂直流濕地的水力負荷明顯不同。

3.2 人工濕地深度設計：

不同標準的人工濕地床體深度和核心處理層厚度如表5所示。大多數標準中垂直流人工濕地床體深度至少800 mm，最大2000 mm，核心處理層厚度至少400 mm。寧夏規(guī)范的床體深度范圍最大，為1600～2000 mm。垂直流濕地床體深度一般需根據冬季環(huán)境溫度、植物種類和根系生長深度確定，以保證濕地床中必要的好氧條件和一定的保溫效果。床體深度越大，水平流濕地和垂直流濕地容水量越大，間歇運行的垂直流濕地好氧條件越好，但提高了單位面積的成本，并且更換基質難度大、成本高，維護困難。水平流濕地深度至少600 mm，最大2000 mm。部分標準缺少對核心處理層厚度的建議。

3.3 填料性質和粒徑要求

人工濕地基質的粒徑是人工濕地設計的重要參數，一方面，粒徑的大小影響濕地比表面積，粒徑越小，基質床體比表面積越大，對污染物的吸附效果越好，且越有利于微生物的附著生長。另一方面，粒徑的減小，降低了濕地床體的水力傳導性，增加了濕地堵塞風險。潛流人工濕地最常選用的基質粒徑范圍是4～16 mm，對于水平流人工濕地，在進水配水區(qū)和出水集水區(qū)需要使用更大粒徑的基質。北京規(guī)范和寧夏規(guī)范要求填料粉末含量應符合設計要求值，但沒有給出具體要求。住建部導則和廣東規(guī)范要求填料粒徑符合級配曲線范圍，但廣東規(guī)范沒有給出級配曲線。各標準中潛流人工濕地基質粒徑建議值見表6。另外，丹麥濕地指南要求黏土和淤泥（顆粒<0.125 mm）的含量必須小于0.5％，可供參考。

3.4 植物要求

各標準對人工濕地的植物部分提出植物種類選用、種植密度、種植時間、種植方法、植物馴養(yǎng)和植物管理等方面的建議，住建部導則、上海規(guī)程、江蘇規(guī)程對植物部分的描述相對更細致。各標準對人工濕地選用植物的要求可以總結為耐污去污能力強、根系發(fā)達和生物量大、移植成活率高、耐寒、抗病害、兼顧觀賞性和經濟性的6個特性，部分標準提及其中3～4點。各個標準中對于植物種類、數量、種植時間的要求如表7所示

3.5 標準中的其他設計要求

基質材料通常選用砂、礫石、沸石和石灰石等一種或多種填料組合。大部分標準未明確規(guī)定運行方式，部分提及適當采用間歇運行防堵塞，上海規(guī)程和廣東規(guī)范規(guī)定可以采用連續(xù)運行、間歇運行和潮汐運行3種運行方式。只有北京規(guī)范對間歇運行的時間進行了說明：對于連續(xù)流運行的濕地池體，至少每月降低一次濕地水位，實施間歇運行3～5 d。設計使用年限僅有北京規(guī)范和山東指南提及，北京規(guī)范的設計使用年限為30年，山東指南建議質保期一般為2年。