面向城市内河内湖水质保障与提升的人工湿地技术及解决方案

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单位简介

北京首创生态环保集团股份有限公司成立于1999年，是全国500强企业北京首都创业集团有限公司控股的环境旗舰上市公司。公司深耕环保行业二十余载，在城市环境、市政公用、企业环保节能等领域为客户提供高效、智慧、绿色的“水、固、气、能”综合解决方案。
截至2022年末，公司为全国28个省 (自治区/直辖市)、超过130个地级市提供环境综合服务，水处理能力达到2,566万吨/日，生活垃圾处理能力达到1,411万吨/年，累计实施27个生态治理项目，50余个大气环境综合治理项目，500余项节能降碳服务，服务总人口超过8,000万，公司总资产达到1,049亿元。

案例概述

面向城市内河内湖水质保障与提升的人工湿地技术及解决方案自主研发了基于生物碳的高效脱氮除磷填料、定向植物发酵技术、微米曝气系统及模块化湿地工艺，可使脱氮除磷效果较传统填料提高30-50%，更换周期提高2倍以上，低温条件下提高37%的处理时长。稳定提升至准IV类及以上水质标准。同时打造可持续、弹性、高效的人工湿地智慧平台，实现人工湿地长效管理、简易运维。通过产品、工艺、平台的合理选配，实现人工湿地建设、运营的客户目标。相比传统污水处理技术，本产品可节约运营成本80%以上。

技术原理

1、生物定向发酵技术：将凋败的植物进行资源回收，将湿地植物定向发酵产生的有机酸作为补充碳源进行反硝化脱氮，进一步去除总氮，可以替代常规碳源。
2、自主研发的生物炭复合功能性填料：利用农作物秸秆、湿地植物、牛骨等热解生成的富含碳的新型湿地填料，脱氮除磷效果提升 30-50%，填料生命周期为同类产品的 200%；
3、模块化湿地技术：基于生物炭复合填料为核心，以模块化湿地为基础，运营维护简易，以间作等方式植入多物种湿地植物，功能填料和湿地植物的灵活搭配与组合，用以提升污水净化和固碳效能。

适用范围

人工湿地是城市水质净化与生态品质提升新选择。适用于海绵城市、黑臭水体治理、水环境流域综合治理、城市尾水提标改造、面源污染控制等多类型项目，保障与提升了城市内河内湖水质。

工艺流程及说明

面向城市内河内湖水质保障与提升的人工湿地技术及解决方案自主研发了基于生物碳的高效脱氮除磷填料、定向植物发酵技术、微米曝气系统及模块化湿地工艺，脱氮填料通过提升微生物反硝化酶活性及植物脱氮贡献显著降低出水TN浓度，除磷填料通过骨料生物炭的特殊结构经过物理化学作用使污水的钙离子与磷酸根沉淀显著降低出水磷酸盐浓度，同时利用人工湿地智慧平台，实现人工湿地长效管理、简易运维。通过产品、工艺、平台的合理选配，实现人工湿地建设、运营的客户目标。

主要技术参数

50%体积占比的功能填料在进水NO3-N浓度为10mg/L，HRT为4h，出水NO3-N浓度小于1mg/L，TN去除效率为87%。进水NO3-N为37.5±0.2mg/L，HRT为8h，NO3-N平均去除率可达96.5%。
模块化湿地显著降低了70%的碳源投加，并可同步实现20%以上磷的去除，减小脱氮功能湿地面积30%以上，出水中硫酸盐含量始终达到饮用水标准。
根据功能填料粒径，设计模块的开孔大小以及形状，根据填料的重量，设计模块的拼装方式和接口强度，根据填料的堵塞情况，设计易于填料更换的模块解决了人工湿地的瓶颈问题。

经济指标

湿地技术投资成本：250-600元/吨；运行成本：0.012-0.050元/吨，传统水处理技术投资成本：3500-5000元/吨，运行成本：0.5-1.0元/吨。相比传统水处理技术，基于人工湿地的综合解决方案稳定提升水质至准IV类及以上标准，吨水投资与运营成本节省80%以上，单位土地水处理能力提升30%以上。

工程示范及应用情况

1、项目应用于四川内江寿溪河尾水湿地工程。湿地进水通过模拟自然生态的自然跌水与砾石导流区，进入垂直潜流、水平潜流人工湿地，利用研发的功能填料对氮磷污染进行处理，集合物理、化学、生物三重协同作用，利用过滤、吸附、共沉、离子交换、植物吸收和微生物分解等方式，最终实现对水质的深度净化，特别是总氮的去除，且可供游人亲水戏水。湿地系统进水COD浓度为41 mg/L，总磷为0.43 mg/L，氨氮为3.5 mg/L，总氮为7.6 mg/L，经湿地系统后出水的COD浓度为18 mg/L，总磷为0.16 mg/L，氨氮为0.5mg/L，总氮为0.8 mg/L，可削减COD 29.3吨/年，总磷为0.34 吨/年，氨氮3.83吨/年，总氮为8.68 吨/年。达到了寿溪河尾水水质深度净化。
2、项目应用于四川内江包谷湾面源污染阻控阶梯湿地项目。湿地由原鱼塘进行改造，主要承纳散排生活污水及周边雨水径流，削减入湖面源污染。湿地为阶梯形式，利用跌水进行曝气充氧。内部铺填研发的功能填料，该填料抗堵塞性能强，具备快速吸附和缓慢解吸能力。沉水植被采取水生植物种群规模化扩繁与稳态维持技术种植。该湿地系统进水COD浓度为45 mg/L，氨氮为3.1 mg/L，总氮为8.3 mg/L，经湿地系统后出水的COD浓度为12mg/L，总磷为0.21 mg/L，氨氮为1.2 mg/L，总氮为1.4 mg/L。有效削减入湖的面源污染物质，每年可削减COD 11.49吨/年，氨氮0.624吨/年，总氮为2.27吨/年。深度净化入湖水质，改善了水库生态。
3、项目应用于内江太子湖湿地。太子湖位于四川省内江市经开区交通镇，水体岸线长度约1635米，湖面呈“C”型。工程建设处理农村污水处理站尾水（一级A），湿地均布设在临近污水厂站尾水排水口处。两块生态湿地均是利用太子湖原有废弃水塘，对其进行改造。湿地工程中1号生态湿地处理规模100m3/d，2号生态湿地处理规模50m3/d。出水水质从一级A到提标到地表水准Ⅳ类，长期稳定。

推广前景

面向城市内河内湖水质保障与提升的人工湿地技术及解决方案节约投资和运营成本，提升净水水质至准IV类水质标准，提供生态补水水源；提升湿地整体生物多样性，强化水体自净能力，并营造多场景、多类型的水生态空间，实现“可游、可渔、可观”的城市水景观；在双碳的目标与背景下可实现污水处理达标回用又实现污水处理的低碳运行和生态碳汇的社会价值。

获奖情况

1、湿地产品已申请专利10项，其中获授权4项
一种组合填料及污水处理方法（专利号：CN202111428353.8）
一种发酵罐（专利号：CN202220856891.0）
一种适用于合流制排水渠的截流装置（专利号：CN202120179584.9）
解决面源污染的生态湿地处理系统（专利号：CN202220856891.0）
2、《用于面源污染控制的功能填料强化人工湿地处理技术》入选2022《国家先进污染防治技术目录（水污染防治）》。
3、《湿地生物生境过程耦合与定向调控关键技术及工程应用》获得2022年国家产学研合作创新成果奖二等奖。