人工湿地在高尔夫球场污水处理中的应用研究

摘要：高尔夫球场草皮日常维护过程中喷洒的农药残留，会随着雨水向外界流散，若不经过处理直接对外排放，会对环境造成较为不利的影响。然而由于高尔夫球场面积广阔，草皮雨污水具有难收集、污染物浓度不高的特性，采用日常的污水处理设施进行净化处理具有一定的困难且后期运行费用较高，采用人工生态湿地进行处理是较为理想的方法。
　　关键词：生态湿地 球场
　　
　　人工湿地（constructed wetland）是人工建造的、可控制的和工程化的湿地系统，这是发达国家近十年来才兴起的生态处理法。其基本原理是：在一定的填料上种美人蕉、富贵竹、芦苇等特定的植物，将污水投放到人工建造的类似于沼泽的湿地上，利用自然生态系统中的物理、化学和生物的三重协同作用，通过过滤、吸附、共沉、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对污水的高效净化。人工湿地是近年来迅速发展的生物－生态治污技术，可处理多种工业废水，包括化工、石油化工、纸浆、纺织印染、重金属冶炼等各类废水，后又推广应用为雨水处理。这种技术已经成为提高大型水体水质的有效方法。
　　自1974年，西德首先建造人工湿地以来，该技术在美国、加拿大及欧洲一些发达国家得到迅速发展。我国于1990年7月在深圳建起第一个人工湿地污水处理工程——白泥坑人工湿地污水处理系统，并开始了对人工湿地系统地研究。
　　人工湿地技术处理污水成本低、操作维护简单，一般为每吨污水0.1~0.2元，此外，湿地植物还可以作为工业原料和生活资源加以利用。
　　1 工程背景与工艺分析
　　1.1 工程背景 本次试验人工湿地建设合肥市紫蓬湾高尔夫球场内，球场占地1200亩，毗邻大堰湾水库。大堰湾水库为当地居民饮用水源地，水质常年保持在地表水ⅱ类标准。球场范围内的灌溉水及雨水通过场区内的浅排、深排管网会流至球场内湖中，内湖在汇集的水位高于溢水口时就排放至堰湾水库。内湖中含有浇灌径流水以及不定期的雨水含有草坪喷洒的农药，其中含有一定量的cod和bod、n、p等，故必须对内湖的水体进行净化处理后方可对外排放。经过实地勘察并集合本公司多年污水处理经验，在内湖水流向大堰湾水库的区域，采用潜流式人工湿地的方式对球场雨污水进行处理，设计日处理能力为300m3。
　　1.2 人工湿地建设 人工湿地处理系统可以分为自由水面人工湿地处理系统和人工潜流湿地处理系统。目前发达国家的人工湿地污水处理系统90%以上都采取了潜流式人工湿地技术；水平潜流人工湿地主要由植物（芦苇、美人蕉、灯心草等）、填料床和布水系统三部分组成。填料床结构剖面及布水系统（布水管和排水管）自下而上依次为防渗层、卵石层、砾砂层、粘土层等。防渗层可以防止污水进入地下污染地下水，卵石层和砾砂层对进入此层的污水起到过滤作用，还可以通过滤料上的生物膜对污水中的污染物质进行降解，上层土壤存在大量的植物根系、微生物和土壤矿物对污水中污染物质吸收、降解置换等物理化学及生物作用，达到净化污水的目的。用这种方法处理污水，污染物去除率高，整个湿地轻松“过冬”，且不滋生蚊虫、没有臭味。另外，潜流式人工湿地污水处理技术也是环保安全的技术，它利用聚氯乙烯制成的防渗膜，能根本杜绝污染地下水。
　　设计的人工湿地为水平潜流式湿地，由两个相同的湿地单元串联建设而成，中间建有一起跌水作用的出水堰将两个单元进行连接。人工湿地内部通过数根打孔的布水管将污水均匀的分配入一级湿地中，经过中间的出水堰溢流至二级湿地中，经过湿地及植物的处理作用后，外排到大堰湾水库中。在整个潜流湿地中，没有用到任何动力提升设备，完全利用水流自流。
　　1.3 处理工艺及说明 人工生态湿地的处理工艺见下图：
　　球场草坪的灌溉及雨水排放至球场内湖，内湖作为一个调节池，对雨污水也有预处理的作用，大颗粒的固体已基本沉淀，污水中的有机成分经过厌氧菌分解一部分，成为植物易于吸收的养分，同时污水中成分也基本得到均衡。预处理的雨污水可通过自流的方式自行进入人工生态湿地。
　　人工生态湿地系统外观以景观形式出现，作为绿地使用，可栽种绿草、鲜花等植物，并可根据周围环境景观的要求进行统一设计。生态湿地种植植物的基质采用无土栽培的基质，基质在整个系统中起着举足轻重的作用，包括固定植株、吸附有害物质、释放有益离子、过滤大颗粒固体和为微生物提供一个附着场所等等。本系统池体内部从下至上按一定的粒径和填充高度分别配置卵石、煤渣、陶粒和黄沙（如下图）。初步设计黄沙层中种植美人蕉，种植密度为25株/㎡。
　　在填料层内设置了由pvc穿孔制成的自动增氧装置，该装置共有二层，每层共设4根pvc水管，水管底部呈类似s形布置有通气小孔，穿孔率为10.7%。二层通过布设6根pvc水管与大气相同。通过自动增氧装置的布设一方面增加管路中污水与空气的接触，增强大气输氧作用，另一方面，本系统在不定期进水、出水的运行方式，系统出水时，快速排干有利于空气通过自动增氧装置被抽吸进入填料内部。
　　生态处理系统采用潜流人工湿地，湿地底部为填料，填料表面和植物根系将由于大量微生物的生长而形成生物膜。废水流经生物膜时，大量的氮、磷等营养物质被填料和植物根系阻挡截留，有机污染物则通过生物膜的吸收、同化及异化作用而被除去。湿地系统中因植物根系对氧的传递释放，使其周围的环境中依次出现好氧、缺氧、厌氧状态，保证了废水中的氮磷不仅能通过植物和微生物作为营养吸收，而且还可以通过硝化、反硝化作用将其除去，实现了水的净化。
　　1.4处理工艺优点 本工艺利用国家环保实用技术“人工生态湿地”的核心技术和改进技术，用生态湿地处理技术先进、实用、高效；能确保处理出水达标；同时降低工程造价；重要的是运行成本低，减轻了企业的负担；另外处理工艺简单，操作管理方便，可提高自动化程度，可全自动操作，具有良好的经济效益和环境效益。
　　1.5 统计分析 在人工湿地建成调试后，经过两个月的试运行，出水数据已经基本趋于稳定，文中对试运行后连续一周的监测数据进行统计分析。

2 结果和讨论
　　2.1 污染物去除情况 试验处理的污水主要为球场雨污水，通过长期对进水浓度的定点检测可知，人工湿地进水cod、bod5、ss、nh3-n、tp的平均质量浓度分别为121.4、62.2、92.5、13.6 、6.12 mg/l，与出水的平均质量浓度的比较见表1。
　　2.2 处理效果分析 通过上表数据显示，人工湿地对各类污染物处理效率明显，人工湿地的处理能力在本次试验中也得到了良好的印证。
　　污染物浓度的具体变化见图3～图7。
　　从上述效果图上可知，项目人工湿地经过系统调试运行后，出水水质比较稳定。在进水水质有波动的情况下也能基本保持出水质量的衡定。在本次试验期内，nh3-n的出水效果很稳定，人工湿地初期对p的去除效果一直比较好，在本次试验中也同样得到了体现，出水中tp的浓度较为稳定，可以保证出水浓度在0.3mg/l左右。
　　2.3 问题分析 在试验的初期出水曾经较为浑浊，由于进水水质无此现象，所以应该是湿地内部某种填料成分对水质影响。经过对填加的各种介质进行浸泡、浸出试验研究，发现是由于砾石及表面灰尘较多造成出水水质明显浑浊，20天后，浑浊现象消失，此问题得到了解决。
　　因环境因素，本实验尚未进行温度对湿地处理效率的测试，为确保冬季及低温季节人工湿地的处理能力，建议对湿地植物做好防冻处理。
　　3 结论
　　通过试验研究以及后续的跟踪研究可知，潜流式人工湿地对球场雨污水中的各种主要污染物质都有着很好的去除效果，能够很好的净化含有农药残留的污废水，可以在类似项目中进行推广。