生态塘组合工艺在天津滨海新区城市污水处理中的应用策略
摘 要：水资源短缺已成为制约经济社会发展的瓶颈，针对天津滨海新区的水资源状况，提出城市污水回用是解决水资源短缺的有效途径。在此基础上，分析了滨海新区的污水排放现状、城市再生水的利用情况以及传统污水处理厂存在建造费用高、污水回用率低，环境污染等问题。依据滨海新区有利的地理气候环境，提出了构建生态塘组合工艺处理城市污水的建议，详细阐述了其工艺流程和设计特点，指出生态塘组合工艺处理城市污水技术在滨海新区具有广阔的应用前景。
关键词：天津滨海新区；水资源}生态塘组合工艺；污水处理
1天津滨海新区水资源状况
天津滨海新区位于华北平原海河流域下游，天津市东部，濒I临渤海，是海河流域五大支流汇合处和入海口，可谓“九河下梢”，“海河之要冲”，其水系发达，河网密布，水域面积大．但是，随着海河流域的需求增加、滨海新区区域经济的快速发展以及人口的增加，滨海新区的水资源并不丰富；再加上其特殊的气候特征，春季干旱少雨，冬季少雪，几场大雨仅出现在汛期7，8月份，有时甚至出现连年枯雨的年份，导致入境水量减少，部分河道千涸、断流，水库面积缩小，蓄水量下降翻。据统计，天津市人均水资源占有量为160 m3，为全国人均占有量的1／15，如果加上引滦水和入境水，人均水资源占有量可达370 m3，仅为全国占有量的1／6；而天津滨海新区的水资源人均占有量则更少，新区内60％的水都需要外部供给。属于严重的水危机地区，水资源已经成为制约天津滨海新区社会和经济发展的瓶颈。
天津滨海新区不仅存在严重的资源性缺水问题，水质污染的现象也同时存在。区内重点水污染源是企业排放大量污水，由于污水集中处理水平低，导致河湖水系水环境容量和自净能力下降；此外，由于过量开采地下水。还引起了地面沉降、海水入侵等环境问题，滨海新区未来的快速发展，也必将增加对水资源的需求，水资源供需矛盾将进一步突出。面对这样的严峻形势，在加强水资源保护的同时，必须加快促进城市污水的资源化。
2城市污水回用是解决滨海新区水资源危机的有效途径
2．1天津滨海新区污水排放与再生利用状况
2．1．1 污水排放情况
2007年，滨海新区污水排放总量为16736.53万m3，生活污水排放总量为5712.85万m3。占全市生活污水排放总量的16．1％，COD排放占全市的21．5％，氨氮排放占全市的30．2％。污水排放量最多的是塘沽、大港和汉沽，其污水、COD和NH3一N排放量之和分别占滨海新区的79．9％，82．8％和86．9％。滨海新区工业废水及城镇生活污水、污染物的排放情况见表1。
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2．1．2 污水处理及再生利用状况
滨海新区污水处理设施主要由3部分组成：首先是城市污水处理厂，负责集中处理城市生活污水和工业废水；其次是工业企业内部污水处理设施，负责厂区内部工业废水处理；另外一些住宅小区、机关、宾馆污水处理设施，处理内部生活污水并回用。城市生活污水集中处理率约为60N，污水处理厂污水处理情况见表2。
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预计到“十一五”末期。滨海新区城市污水排放量将达到140万m3／d。目前，滨海新区正在加大污水处理厂的建设，城市污水处理率将进一步提高。但是，按照目前的设计污水回用率仍很低，据统计，2007年全天津市污水处理厂再生水利用量为857万m3，污水再生利用率仅为2．22％，这距国家2008年再生水利用率20％相差甚远。
2．2存在的问题
天津滨海新区正在加紧建设污水处理厂，预计到“十一五”末期滨海新区的污水处理厂将达到15座。随着污水处理厂数量的增加和规模的扩大，一系列问题将会逐渐凸显出来。
2．2．1建造成本高
存在自身污染城市污水处理厂建设成本高，正在建设中的经济技术开发区第二污水处理厂为例，其处理规模为5万ｍ3／d，共投资了1．2亿元。如此巨大的投资成本，如果政府投入不足，污水处理厂很难正常运行。
尽管污水处理厂在处理城市污水、节约水资源、提高人民生活质量方面发挥了巨大作用，但是，在污水处理过程中也会产生一些附带品，如恶臭、污泥、噪声等u11，如果不加以处理，可能造成城市环境的二次污染，影响居民的正常生活。
2．2．2 中水回用率低
目前，滨海新区中水管网建设相对滞后，再加上新区市民水资源危机的意识淡薄，对再生水和中水的认识不足，多数情况下污水处理厂处理后的中水直接排人大沽排污河或渤海。
针对以上问题，有诸多解决方法，但是，综合考虑各个方面，值得探讨的解决方案是采用以水生植物为核心的生态塘组合净化工艺，该工艺运行费用低，维护管理简单方便，而且还能保护、美化环境。
3生态塘组合工艺的构建
3．1生态塘在国内外的应用
生态塘是在传统稳定塘的基础上克服其缺点而发展起来的，它以太阳能为初始能源，通过在塘中种植水生作物进行水产和水禽养殖，形成人工生态系统。在太阳能的推动下，通过生态塘中多条食物链的物质迁移、转化和能量的逐级传递、转化，将进入塘中的有机物和营养物降解和转化。塘处理系统已在许多国家包括一些发达国家广泛应用，世界第一个有记录的稳定塘系统修建于美国德克萨斯州的圣安东尼奥市，到目前为止，美国已建成120 000座各种类型的塘系统，占污水处理总量的25％；法国有2 000多座；在前苏联，稳定塘已成为小城镇污水处理的主要方法。我国从20世纪80年代也开始利用塘处理系统来控制水源污染，特别是在农村和郊区应用颇多，比较成功的有山东东营、山东胶州、广东番禺市等。
3．2天津滨海新区建立生态塘组合工艺的有利条件
生态塘组合工艺是在生态塘的基础上发展起来的，它延续了生态塘的优点，且进一步强化了水生植物在其中的关键作用。在天津滨海新区建立以水生植物为核心的生态塘组合净化工艺有诸多有利条件。
3．2．1 可供利用的盐碱荒地
生态塘组合净化工艺唯一的缺点就是占地面积大。而天津滨海新区有大面积的盐碱荒地。据统计，天津滨海新区有待开发的荒地、滩涂有1 214 km2，这成为生态塘组合净化工艺工程建设中的有利因素，而这一工程的建成还能将荒地变为良田，如可建立水产养殖场、芦苇塘等。其次，组合生态塘工程施工简单，基建费用和运行费用约为传统工艺的1／10～1／5，回收的水生作物和水产资源获得的利润使得处理成本进一步降低。
3．2．2 气候条件适宜
天津滨海新区属于温带季风气候。年平均气温11．4～12．9℃，日照充足，全年日照2 500～2 900 h。
这比东北地区如黑龙江的年平均气温高，而生长期内又比南方一些城市如广州等地的日照时间长，这就为以太阳能为初始能源的组合生态塘提供了必要的保证。此外，滨海新区季风盛行，风速较大，年平均风速2～4 m／s，风能也将成为该系统的重要辅助能源之一，如设计得恰当，可使人工塘能接受较多的风能，实现风能的自然曝气充氧，从而节省电能。
3．2．3 美化环境
资源利用最大化在生态塘中按照季节合理种植水生植物，使之能够四季交替，多种类型互相搭配，形成花圃的氛围，具有良好的景观效果，消除了传统污水处理厂的自身污染问题。在处理后的污水中种植水生经济作物或进行水产养殖，将其用于农田灌溉或引入人工湖中用作景观用水的水源，由此形成的生态塘组合系统，不仅是有效的污水处理设施，还将成为现代生态农业和游览胜地。这也恰好符合滨海新区目前正在建设环境优美的宜居生态型新城区的理念。
3．3 生态塘组合工艺流程设计
生态塘组合工艺采用“前处理+水生植物塘+养鱼塘”的设计思路．前处理采用格栅+水解池+曝气池的处理方式，从而减轻后续处理单元的负荷力，保证后续处理单元对进水水质的要求；水生植物塘选用芦苇塘、挺水植物塘、沉水植物塘，在水生植物塘中选用一些本地植物进行搭配种植，使污水得到进一步净化；养鱼塘既是污水的净化单元，又是污水利用单元，在深层净化污水的同时获得水产养殖品。
为了提高生态组合工艺的净化效率，根据污水性质及处理目标，对处理单元进行优化组合，其工艺流程如图1所示。
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3．4生态塘组合工艺各环节的功能
3．4．1 格栅
格栅主要去除污水中的漂浮物和一些大颗粒悬浮物，防止管道堵塞。
3．4．2水解池和曝气池
水解池采用地埋式处理，在曝气池的底部。水解池的设置可以使难溶解的有机物转变为易降解的有机物，提高后续单元的处理效率；曝气池采用人工曝气供氧方式，所供的氧气用来提高水体中的溶氧量，改善水体透明度，消除污水散发的恶臭等异味。
3．4．3水生植物塘
水生植物塘包括芦苇塘+挺水植物塘+沉水植物塘。水生植物塘在生态塘组合处理系统中起着关键的核心作用。它的光合作用使系统直接利用太阳能，同时又为各种生物提供适宜的栖息环境。使多样化的生命形式在系统中的生存成为可能，植物同这些生物(各种细菌和微生物)产生协同效应，通过吸附沉淀过滤、代谢吸收、硝化反硝化等综合作用使污染物得以降解。
水生植物的优化配置对于提高污水处理效率有重要意义。植物选种应根据滨海新区当地的气候条件，土壤环境及污水含盐量高的特点，优先选择本土物种并考虑是否耐盐耐寒，合理配置使其具有最佳的净化效果。天津滨海新区常见水生植物见表3。
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芦苇塘选取天津滨海新区常见水生植物芦苇组成，它作为城市废水的一级处理。芦苇去污耐污能力强，其根、茎、叶是生物膜附着的活载体。当污水流经稠密分布的芦苇塘时能与其根、茎、叶上的生物膜进行充分的接触并发生有机物的生物降解和同化，有效去除水体中各种污染物。芦苇塘中还生长着相当数量的后生动物，它们在生长和繁殖过程中不断地摄取水体中的细菌、藻类、小的原生动物和有机颗粒，使水体中细菌、藻类含量大幅度降低。芦苇回收后还可用来造纸、编织等，产生一定的经济价值。
挺水植物塘是城市废水的二级处理，以天津滨海新区的土著植物美人蕉和水葱为主，组合种植香蒲和千屈菜，这几种植物的净化能力强且相对较耐寒耐盐。通过植物的相互搭配种植，在提高净化率和净化速率的同时，还能达到净化水质和美化环境的双重目的。
沉水植物塘是城市污水的最后一个处理单元，以金鱼藻、黑藻和菹草等沉水植物为主，少量种植抗寒性较强的浮水植物浮萍和欣赏价值较高的睡莲。沉水植物塘的作用是吸收利用三级处理后残留在水中的鱼类排泄物，对污水进一步修饰净化，稳定出水。
3．4．4养鱼塘
养鱼塘设在挺水植物塘和沉水植物塘之间，作为城市污水的三级处理，可以和挺水植物塘串联连接或者二者合并为一。鱼塘中存在菌藻共生系统，细菌可以将二级净化后残留在水中的有机质进一步分解转化，藻类通过光合作用产生氧气可供细菌和鱼类生存，同时鱼类又以藻类为饲料，从而有效地控制藻类的过度繁殖u川。
4结语
生态塘组合工艺主要是依靠系统中整个生物群体的作用进行污染物的降解，而生物群体受外界非生物因素的影响较大，如光照、气温、季节等，因此必须采用科学系统的方法，对滨海新区的非生物因素进行分析，研究不同因素下的优势生物，并根据其污水水质和水量特点，进行试验，分析生态塘的去污规律，优化生态塘的设计参数，从而配置高效稳定的污水处理系统。
“前处理+水生植物塘+养鱼塘”的生态塘组合工艺，其工程构造简单，处理效果稳定，运营费用只有传统生化污水处理厂的1％，而且此生态组合塘还可以收获水生作物，获取一定的额外利润，进一步降低生产成本，具有显著的经济效益。此外，水生植物塘中具有良好景观效果的美人蕉、千屈菜和睡莲等植物，相互搭配形成花圃的氛围，这样在保护生态环境的同时，也改善了周围居民的生活环境，产生了良好的环境效益和社会效益，实现人与自然的和谐统一，符合滨海新区建设生态型宜居新城区的思想理念。因此，生态塘组合工艺处理城市污水在滨海新区具有广阔的应用前景。
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