我國人工濕地標(biāo)準(zhǔn)中潛流濕地設(shè)計分析

全康環(huán)保:摘要：人工濕地污水處理技術(shù)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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)，用于指導(dǎo)并規(guī)范人工濕地設(shè)計建設(shè)，內(nèi)容主要包括人工濕地構(gòu)筑物設(shè)計、污染負荷設(shè)計和水力負荷設(shè)計等三個方面的參數(shù)。比較了各個標(biāo)準(zhǔn)中潛流人工濕地的設(shè)計參數(shù)，發(fā)現(xiàn)不同標(biāo)準(zhǔn)的污染負荷和水力負荷差異明顯。人工濕地設(shè)計面積計算結(jié)果表明，對于不同性質(zhì)的廢水，設(shè)計時應(yīng)核算不同的設(shè)計參數(shù)，不應(yīng)只根據(jù)水力負荷或僅采用污染負荷進行人工濕地設(shè)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(guān)人工濕地技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

表1列出了我國發(fā)布的人工濕地相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的機構(gòu)以及發(fā)布時間。

從表1可見，我國最早的人工濕地技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是2009年由住建部標(biāo)準(zhǔn)定額研究所組織編制并發(fā)布的，近年來發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計，不包括垂直流濕地的設(shè)計，山東指南、浙江規(guī)范不對潛流濕地類型進行區(qū)分，統(tǒng)一推薦設(shè)計參數(shù)。青海規(guī)范的內(nèi)容主要是針對復(fù)合潛流濕地設(shè)計推薦的參數(shù)。

按地區(qū)看，華東地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)中的參數(shù)與指標(biāo)

各個技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，垂直流人工濕地和水平流人工濕地的設(shè)計指標(biāo)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(zhì)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?cè)莘e內(nèi)的平均停留時間。

03 人工濕地工程設(shè)計

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

3.1 人工濕地負荷設(shè)計

①進水SS和有機污染負荷指標(biāo)

SS會在濕地基質(zhì)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)。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(biāo)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(biāo)準(zhǔn)中潛流人工濕地有機污染負荷建議值見表3。大部分標(biāo)準(zhǔn)的污染負荷指標(biāo)設(shè)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(biāo)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(dǎo)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(dǎo)則的最高COD負荷為16 g/(?O?d)。各標(biāo)準(zhǔn)建議兩種濕地的BOD5負荷，大部分的設(shè)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(shù)據(jù)進行了分析，發(fā)現(xiàn)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(shù)據(jù)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(dǎo)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(shè)計的床體深度、選擇的基質(zhì)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(shè)計指標(biāo)比較接近。

②水力學(xué)指標(biāo)

除山東指南和云南規(guī)范外，其他人工濕地標(biāo)準(zhǔn)的適用對象都是生活污水、二級出水或類似性質(zhì)污水。各標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計值普遍高于水平流人工濕地，各標(biāo)準(zhǔn)中垂直流濕地的水力負荷明顯不同。

3.2 人工濕地深度設(shè)計：

不同標(biāo)準(zhǔn)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(shù)標(biāo)準(zhǔn)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(jù)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(zhì)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(biāo)準(zhǔn)缺少對核心處理層厚度的建議。

3.3 填料性質(zhì)和粒徑要求

人工濕地基質(zhì)的粒徑是人工濕地設(shè)計的重要參數(shù)，一方面，粒徑的大小影響濕地比表面積，粒徑越小，基質(zhì)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(dǎo)性，增加了濕地堵塞風(fēng)險。潛流人工濕地最常選用的基質(zhì)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(zhì)。北京規(guī)范和寧夏規(guī)范要求填料粉末含量應(yīng)符合設(shè)計要求值，但沒有給出具體要求。住建部導(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)中潛流人工濕地基質(zhì)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(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)對人工濕地選用植物的要求可以總結(jié)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(jīng)濟性的6個特性，部分標(biāo)準(zhǔn)提及其中3～4點。各個標(biāo)準(zhǔn)中對于植物種類、數(shù)量、種植時間的要求如表7所示

3.5 標(biāo)準(zhǔn)中的其他設(shè)計要求

基質(zhì)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(biāo)準(zhǔn)未明確規(guī)定運行方式，部分提及適當(dāng)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(shè)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(shè)計使用年限為30年，山東指南建議質(zhì)保期一般為2年。