人工湿地在中水回用中的应用研究？
0简介
中国是一个严重缺水的国家，人均水资源只有2238.6m3，世界排名109，仅相当于世界人均水资源的1/4。属于水资源脆弱国家，是世界上人均水资源非常少的13贫水国家之一。全国669个城市中，110严重缺水，日缺水量16万m3，每年因缺水造成的工业产值损失2300多亿元。生活用水人均消耗量为50-300L/d，其中直接满足生理需求的饮用或食用的消耗量仅为5L/d左右，其余大部分水主要用于洗漱、冲厕所等卫生用途，使用后会携带多种污染物。
要解决我国日益突出的水资源供需矛盾，主要应从两个方面着手解决:一方面要节约和利用有限的水资源，另一方面要积极推广污水循环利用技术，走水资源利用的可持续发展之路。中水回用技术正是符合这一目标的技术，具有投资省、见效快、运行费用低等特点。
中水及中水回用1
1.1中水的定义
再生水主要是指城市污水或生活污水经过处理后，在一定范围内可以再利用的非饮用杂排水。其水质介于上层水和下层水之间，是水资源有效利用的一种形式。
在现实生活中，中水回用具有很强的经济优势。美国曾将城市污水与海水相提并论。前者含0.1%污染物，后者含3.5%溶解盐和大量有机物。因此，海水淡化获取水源的基建成本和单位成本超过了污水回用的成本。因为再生水一般就近使用，成本比淡水长距离管道运输低。同时，城市污水经过二级处理后回用，相应减少了向水域的排放，带来可观的环境效益。这些环境效益和经济效益是统一的。
实践表明，中水回用在技术上和经济上是可行的，已成为一些缺水国家和地区解决水危机的有效途径，具有巨大的经济、社会和环境效益。美国有357个城市实现了污水处理和回用；自20世纪60年代以来，日本一直在大力研究和推广城市循环利用和再生水技术，并广泛供应给工厂、企业和居民区用于冲洗厕所和杂项用途。1986年，南非建成了世界上第一座城市污水“再生水”厂，作为城市自来水的补充水源。
1.2中水回用水源
再生水的水源较广，但对于建筑中的用水，其水源一般包括洗涤排水、洗浴排水、洗衣排水、厨房排水、卫生间排水。考虑到费用和处理难度，选择的顺序一般为:浴池排水、卫生间排水、洗衣排水、厨房排水、卫生间排水。在建筑中水系统设计中，应根据实际情况收集一种或多种排水作为中水水源。常见的组合有:①空调系统排水、洗涤排水、洗浴排水等。，被称为高质量的轻污染杂排水，在设计中应优先考虑作为再生水源；(2)除冲水马桶外的生活排水组合，污染程度中等，称为杂排水；(3)所有生活排水的总称，其污染程度最重，称为生活污水。由于其处理成本高，处理难度大，在设计中应尽量避免。就目前情况来看，我国现有建筑中水回用系统所用的水源几乎都是优质杂排水或杂排水。
1.3中水回用处理模式
目前，我国城市污水深度处理或三级处理已应用于混凝沉淀过滤、微絮凝过滤、生物接触氧化后纤维球过滤、生物炭过滤等常规工艺。中国传统的污水回用方法可以总结如下:
(1)二级处理后，出水可直接回用。
(2)污水经二级处理后，过滤供用水户回用。
(3)二级处理后，污水经混凝沉淀过滤后循环使用。
(4)污水经二级处理后，经混合、沉淀、过滤、活性炭吸附后回用。
(5)污水经二级处理后，采用改良A/O法混凝沉淀过滤后回用。
然而，传统的污水回用方法存在处理设施差、运行费用高、处理效果和处理能力有限等缺点。因此，我们需要找到一种更经济节能的处理方法。
2人工湿地
2.1人工湿地的定义
Constructedwetland最早由澳大利亚的Mackney于1904年提出，是指一种人工建造、监督和控制的工程湿地[1]。然而，真正用于污水处理的湿地直到20世纪70年代才被开发。“人工湿地”或类似的术语，此时开始陆续出现。1989年，美国著名湿地研究、设计和管理专家哈默等人将人工湿地定义为:一个为了人类的使用和利益，通过模拟自然湿地，人为设计和建造的复合体)。由饱和基质、挺水和沉水植物、动物和水组成。而我国的夏汉平[4]认为这个定义是不必要的，也是不完整的。他认为人工湿地是指通过模拟自然湿地的结构和功能，选择一定的地理位置和地形，根据人。
我们需要人工设计和建造的湿地。
2.2人工湿地的分类
根据植物的存在状态，人工湿地主要分为三种类型:漂浮植物系统和沉水植物系统。
挺水植物系统[28]。
其中，漂浮植物系统具有一些潜在的缺点。一方面，这个系统中有一个或几个植物，很容易在短时间内部分或全部植物死亡，造成灾难性事件；另一方面，为了收获以除去营养物质并保持植物的最佳生长速度，然而，这些植物的含水量一般高于95%，并且它们需要在收获后干燥，并且干燥的植物仍然需要处理。因此，该系统不能被广泛使用。目前沉水植物系统主要处于试验阶段。这个系统中的水生植物是完全淹没在水中的，系统中的水的浊度不能太高，否则会影响植物的光合作用。因此，该系统适用于二级出水的深度处理。
挺水植物系统以挺水植物为主，植物根系发达。氧气可以通过根系送到基质中，使基质中形成多个好氧、兼性厌氧和厌氧群落，有利于各种微生物的繁殖和污染物的多渠道降解。目前，人工湿地主要指挺水植物系统。根据污水在湿地中流动方式的不同，湿地可分为表面流湿地、潜流湿地和垂直流湿地
(1)表面流人工湿地(简称SFW):污水溢流在表面流湿地上，形成一层地表水流，从地表流出。它最接近自然湿地，大部分有机物被水下植物茎杆上生长的生物膜去除。这种人工湿地具有投资少、操作简单、运行费用低等优点。
这种湿地不能充分利用填料和丰富的植物根系，夏天容易滋生蚊蝇，产生异味。冬季寒冷地区表面结冰容易影响处理效果，卫生条件不好，设计中一般不采用。
⑵ SubsurfaceFlowWetlands(简称SSFW):污水通过配水系统均匀进入湿地一端的填料床植物根区，在湿地床内部流动。净化后的出水由湿地末端的集水管收集后排放。当水在湿地内流动时，可以充分利用填料表面的生物膜和植物根系等功能来处理污水。与表面流人工湿地相比，水平潜流人工湿地水力负荷大，对BOD、COD、SS、重金属等污染指标有较好的去除效果，几乎没有异味和蚊蝇滋生。目前，水平潜流人工湿地已在美国、日本、澳大利亚、德国、瑞典、英国、荷兰和挪威得到广泛应用。这种人工湿地的缺点是控制相对复杂，除磷脱氮效果不如垂直流人工湿地。
(3)垂直流人工湿地(简称VFW)综合了人工湿地和SSFW的特点。水在填充床中自上而下垂直流动，流出液由底部集水器收集后排放。垂直流人工湿地的硝化能力高于上述两种人工湿地，可用于处理高氨氮污水。它的缺点是对有机物的处理能力不如潜流人工湿地，干或淹时间长，控制相对复杂。
3人工湿地在中水回用中的实例与分析
3.1单一用途人工湿地
人工湿地可以作为单一处理工艺，作为中水回用的主要处理工艺，对污水进行处理并回用。高校校园用水具有用水量大、用水集中、排水质量优于居民用户等特点。随着高校的发展，高效区呈现区域集中化，很多高校都是挨着建的。因此，从排水收集、回用处理和中水回用等方面来看，建立适合大学校园的中水回用系统，具有现实意义和紧迫性。
以四川大学望江校区为例，学生宿舍用水量约占校园总用水量的37%，其中洗涤用水量约为22.2%。将洗涤废水作为中水的原水，根据水平衡，可以满足中水的需求。根据校园的区域面积和景观建设，采用人工湿地处理系统作为中水处理工艺，使废水达到回用标准。
住宅中水处理系统是我国广泛采用的中水处理方案。一方面利用小区及其邻近区域的优质杂排水作为再生水源。经过集中处理，水质达到可回用标准，返回小区使用。其优点是方便灵活，施工方案可根据自身条件实施。另一方面，一般屋面雨水指标大多超过生活杂用水水质标准，必须经过处理才能使用。屋顶雨水经人工湿地处理后作为小区绿化用水。
高效垂直流人工湿地技术在深圳梅园小区生活污水处理中的应用。整个污水处理系统景观效果好，与小区其他环境相协调；出水水质良好，达到《城市污水再生利用和城市杂用水》(GB/T18920-2020)中绿化用水水质标准，可作为小区绿化用水，节约自来水用量；运行费用低，约为0.35元/m2，而自来水绿化费用为2.7元/m2，创造了良好的经济效益。而且人工湿地可以小规模处理附近的生活污水，节省污水运输成本，减轻污水处理厂的压力。不仅如此，湿地植物选择景观效果好的挺水植物和多种植物混种，形成园林氛围。
但在小区内建立污水回用有一定的限制，小区的建设必须要求统一规划，集中建楼，单独铺设管道。因为居民区比较集中，当地人口比较密集，还要考虑景观问题，处理污水时不会产生恶臭的气体，影响人们的正常生活。
3.2人工湿地的综合利用
人工湿地不仅可以单独作为中水回用的处理工艺，也可以作为中水回用组合处理工艺的一部分。为保证处理效果，结合地形条件，设计了"接触氧化+生物滴滤塔+潜流人工湿地+氧化塘"组合处理工艺处理南京某军营低浓度生活污水。该组合工艺在冬季和人工湿地不种植植物的情况下对低浓度污水具有良好的净化效果。出水水质符合《城市污水再生利用景观环境水质》(GB/T18921—2002)和《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—)
叶亚玲等人研究了DAF+和人工湿地联合处理中小城镇生活污水。结果表明，出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准。此外，在人工湿地中种植沼泽植物可以增加绿化面积，美化环境，为人们提供一个亲近自然、享受自然的休闲场所。而且污水可以进一步净化，达到回用的要求，可以灌溉绿地或农作物，获得污水处理和资源利用的最佳效益。
在一些农村地区，为了节约成本，利用当地地势落差大的特点，可以优先考虑无能耗的人工湿地处理技术。重庆大学罗谷元将蚯蚓引入污水土地处理系统，构建了一种新的生态污水处理技术。研究结果表明，蚯蚓的活动提高了土地处理系统的供氧速率，有利于好氧微生物对污水的快速净化。蚯蚓和微生物的配合可以提高原有污水土地处理系统的运行效率，蚯蚓的挖掘和蚯蚓粪的堆积可以实现土壤的快速改良。据此，可以在人工湿地的土层中培养蚯蚓，这将大大提高人工湿地的处理效果。另外，根据当地地形差异采用合流污水处理系统，池体采用砖混结构，可减少占地面积，节约成本。
3.3人工湿地用于深度处理。
对于大城市来说，污水处理厂规模大。污水厂二级处理污水可根据水质要求进一步处理回用，然后通过配水管网回用。该方法对技术设备要求高，建设规模大，便于统一管理和运行，能满足城市发展的需要，具有一定的规模效益，是污水资源再利用的发展趋势。
人工湿地污水处理系统可作为污水二级处理后的深度处理，以保证污水回用的质量。
广州流溪河沿岸地区是集会议、旅游、度假于一体的多功能风景区。该区流溪河水系发达，水量丰富。流溪河是广州市主要饮用水源，年流量1.2-3亿m3，水质良好，沿河保护较好。根据该区域特点，考虑经污水处理厂常规二级处理后，通过湿地系统自然净化，最终收集到人工蓄水湖中循环利用，实现污水零排放。
因为经过曝气生物滤池处理的这部分污水中的污染物含量已经很低了，所以会经过人工湿地处理系统。
进一步深度净化后，出水可达到地表水环境标准。
4结论
目前，虽然中水回用技术已在一些城市和地区得到重视和应用，但仍存在一些问题有待解决。比如，我国城市污水处理效率低下，直接影响了我国中水回用的全面启动。此外，我国自来水水价过低，造成了水资源的严重浪费，使得再生水回用缺乏市场竞争力。缺乏对中水回用的宣传也是影响我国中水回用蓬勃发展的主要原因之一。
针对再生水中存在的上述问题，提出了一些解决方法。
(1)我国城市污水处理效率低下，尤其是中小城镇，其中经济问题是重要的制约因素之一。然而，选择合适的中水回用处理工艺尤为重要。例如，人工湿地适用于大的地理区域，并且处理的污水浓度不高。而且人工湿地污水处理技术具有一定的经济效益和环境效益，可以美化城市，扩大绿化面积，部分湿地植物具有一定的观赏功能。
⑵加强中水回用的宣传，让人们更多地了解我国水资源的现状，认识到我国缺水的紧迫性，认识到中水回用的重要性。
⑶制定合理的水费制度。再生水的水费会比自来水低，还要收取一定的排污费用。合理的奖惩制度将在完善的监督体系下制定和监督。
更多工程/服务/采购招标信息，提高中标率，可点击官网客服底部免费咨询:/#/？source=bdzd