人工湿地污水处理系统环境价值的能值分析_G.西拉库萨

收稿日期:2008-04-02环境与生态文章编号:1006-0081(2008)06-0017-04人工湿地污水处理系统环境价值的能值分析[意大利]G.西拉库萨摘要:应用能值分析方法分析和评价了意大利西西里岛污水处理的环境资源利用情况。考虑在传统的污水处理工艺中引入面流人工湿地对水进行净化。湿地的表面积采用一阶栓塞流动力模型计算,其值是应用能值分析的一个必要参数。水本身既是自然资本的组成部分,而净化过程又增加了其附加能值和货币价值。计算了水净化的附加能值。分析的目的是评价在西西里污水处理厂引进人工湿地是否会带来经济和环境效益。计算结果显示,该设计不仅由于减少用电量降低了成本,而且通过水资源循环利用减小了当地的环境压力。另外,利用自然生态系统和人类经济学输入数据的能值分析方法能定量地评价由于水的再利用而节约的环境成本,以及污水处理过程的环境影响。关键词:污水处理;能值分析;环境评价;人工湿地;一阶栓塞流模型;西西里岛;意大利中图分类号:X505文献标识码:A1概述目前湿地已成为城市污水处理一种重要方法。利用湿地进行污水处理效益显著:首先,由于处理过程多借助自然方法,与常规的污水处理厂相比建设和运行成本较低;其次,经湿地净化后的水可以再利用。由于清洁水是人类赖以生存的稀缺资源,净化水再利用极具价值。在水资源可利用量时间分布极为不匀的地区,如西西里这样的半干旱地区,保护或建造人工湿地来增加水资源可利用量,既能有效地解决缺水问题,又能从所提供的生态系统服务中获得巨大的生态效益。下面介绍了采用环境会计法进行的小型实例研究:建议创建一个人工湿地以提高现有污水处理厂的运行性能。2方法2.1传统污水处理厂所研究的污水处理厂位于西西里岛卡尼卡蒂尼巴尼镇附近,该镇极具环境和考古价值。该厂收集当地村庄的生活污水和有机农业生产污水(主要是一家屠宰场和几家橄榄加工厂的污水),该厂的基本数据见表1。因为该厂的条件有限,出水达不到法定标准,所以处理过的出水直接排放到卡瓦巴尼河,没有再利用。该厂设备包括1个格栅、1个一级沉淀池、2个双层化粪池、2个渗床(直径16m,高2m)、1个生物滤池、1个二级沉淀池和1个氯化池(见图1)。设备的主要功能见表2。表1传统污水处理厂的基本数据项目指标污水入流量/(m3·d-1)1920人均用水量/(L·d-1)250城市排污人口/人7680总排污人口(包括橄榄加工厂和屠宰场)/人11735人均BOD5排放量/(kg·d-1)0.064BOD5排放总量/(kg·d-1)11735×0.064=751污水中BOD5含量/(kg·d-1)391净化后BOD5标准/(mg·L-1)20表2污水处理厂各设备的BOD去除率%设备名称化粪池渗床生物滤池二级沉淀池BOD去除率68.016.76.244.0目前工厂情况并不乐观,许多设备急需修缮,化粪池需要清洁,渗床和生物滤池的效率极其低下。为了解决上述问题,建议改变工厂原来的生产流程,用人工湿地取代二级处理(渗床和生物滤池),传统污水处理厂与人工湿地相结合的复合式污水处理系·17·2008年6月水利水电快报EWRHI第29卷第6期DOI:10.15974/j.cnki.slsdkb.2008.06.002统见图2。如前所述,利用湿地进行污水处理经济效益显著,而传统的污水处理需要耗费大量资本,其中总费用的3/4用于抽水,将原污水输送至集中的污水厂。同时由于传统的污水处理过程主要依赖机械设备,因此电费也很高。图1传统污水处理厂工艺流程图2复合式污水处理系统工艺流程2.2人工湿地用作污水处理设施的人工湿地利用自然过程处理污水,操作非常方便。人工湿地系统完全模拟自然湿地系统,通过湿地植被、土壤和微生物来去除污染物。根据系统内占主导地位的大型水生植物类型,人工湿地可分为浮水、沉水和挺水植物系统3种。Brix和Kivaisi曾报道过挺水、浮水和沉水植物的养分吸收能力。欧美一些国家曾大量利用挺水植物型人工湿地来处理污水。Vymazal(1998年)对挺水植物型人工湿地的各种设计进行了总结,并根据污水面流和潜流流态进行了分类。浮水植物型人工湿地常常包含水下根系发达的大型植物,如水葫芦,或无根系的小型浮水植物,如浮萍。由于水葫芦具有很强的脱氮能力,因此在人工湿地中得到了广泛应用。2.2.1水葫芦型人工湿地水葫芦净化污水的能力已为很多文献资料所证明。其发达的根系为附属微生物提供了广阔的空间,因而增强了有机物分解能力。人工湿地的污水净化原理主要是依靠植物对污染物质的吸收。水葫芦对各类污染物均有极强的净化能力,包括脱氮、脱氨、脱硝和脱磷等。水葫芦的繁殖力也很强,如果任其繁殖,其生物总量6d就可翻番。为了保持水葫芦污水处理系统的净化功能,必须加强对水葫芦收割和使用的管理。2.2.2挺水植物型人工湿地不同的国家对挺水植