王　冰，刘东林，田光辉，夏雨波，宗振海，蔡　芸

(1.天津地热勘查开发设计院，天津 300250；2.中国地质调查局天津地质调查中心，天津 300170)



复合人工湿地处理天津地热温泉弃水探析

王冰1，刘东林1，田光辉1，夏雨波2，宗振海1，蔡芸1

(1.天津地热勘查开发设计院，天津 300250；2.中国地质调查局天津地质调查中心，天津 300170)

[摘要]天津市的地热温泉旅游产业发展迅猛，然而地热温泉弃水的大量直接排放，对周边环境造成了影响。针对天津市地热温泉弃水的问题，构建复合人工湿地系统，在净化温泉弃水的同时，建立与温泉景观相融的水环境，净化后出水可以用于农业灌溉和景观绿化，实现环境效益、经济效益和社会效益最大化。根据天津地热温泉弃水的水质特点，制定了相对应的处理工艺，并预测了污水的处理程度，为天津市温泉弃水资源化利用和保护水资源提供新思路。

[关键词]复合人工湿地；地热；温泉弃水；资源化

天津市蕴藏着丰富的中低温地热资源，地热资源已成为天津经济发展和改善城市环境质量不可多得的清洁能源。由于地热水中含有多种对人体有益的矿物成分，使其具有独特的疗养功能，日益受到人们的青睐[1-3]。近年来，天津市的温泉旅游产业发展迅猛。目前，天津市共有八家温泉旅游单位，其中具有一定规模的主要有静海团泊湖温泉酒店、光河谷、宝坻温泉城、龙达温泉城、东丽湖温泉欢乐谷等，温泉旅游设施建筑面积约21万 m2，全市温泉洗浴约1 104万人次/年，每年温泉洗浴的地热弃水近200万 m3。因为各温泉旅游单位基本无污水处理设施，大量未经处理的洗浴污水直接排入地表河道或市政管网，造成附近地区的水污染和土壤污染，产生了一定的环境问题，长此以往将影响人民健康和温泉旅游业发展。

目前，人工湿地系统主要应用于处理常规污水(生活污水、工业污水等)，在处理地热温泉洗浴废水方面的研究较少[4-6]。针对天津市地热温泉弃水的问题，通过构建复合人工湿地系统，在净化温泉弃水的同时，建立与温泉景观相融的水环境，净化后出水可用于农业灌溉和景观绿化，实现环境效益、经济效益和社会效益最大化。通过开展温泉弃水的回收利用建设，提高水资源的利用率，缓解水资源危机的问题，为天津市温泉弃水资源化利用提供新思路，并为美丽天津建设做出贡献。

1人工湿地简介

人工湿地是一种人工生态系统，它是由人工进行建造并控制的，在湿地填料的基础上种植特定的湿地植物，对自然湿地进行模拟，进而形成人工湿地生态系统。人工湿地生态系统能够利用基质-微生物-植物这个复合生态系统的物理、化学和生物的协调作用，通过过滤、吸附、沉淀、离子交换、微生物同化分解和植物吸收等途径，在实现对污水净化的同时，能够维持植物多样性并构成景观的一部分，实现废水的资源化与无害化，产生良好的环境效益。人工湿地具有投资低、耗能少、操作简单、运行成本低等优点[7-9]。

人工湿地按水流流态可分为水平流湿地、垂直流湿地；按构造可分为表面流湿地、潜流人工湿地。复合人工湿地是在人为控制下，根据实际需求并考虑人工湿地的流态、构造等因素，选用多种形态的人工湿地构建成的复合人工湿地系统。复合人工湿地具有出水稳定、处理效果好、氮磷去除能力强、运转维护管理方便、工程基建与运行费用低以及对负荷变化适应能力强等特点，比较适合规模较小的温泉旅游单位。

2地热温泉弃水的水质分析

2.1地热温泉弃水的水质

洗浴废水具有水量大、污染轻和水质稳定等特点，地热温泉弃水除了具有普通洗浴废水的特点，还具有尾水温度高、含氟量高和总矿化度高等特点。表1为天津市某温泉旅游区的地热温泉弃水(代号为1)水质检测结果，可知：1号温泉弃水的pH值为8.40，总矿化度为1 704.8 mg/L，总碱度为410.4 mg/L。按照舒卡列夫分类法，水化学类型为HCO3·Cl-Na型。经评价，1号温泉弃水具有轻微腐蚀性，不会生成碳酸钙垢、硫酸盐和硅酸盐垢。由于受技术条件和取样方法限制，部分指标未测得，根据类似温泉弃水的水质推测1号温泉弃水的部分污染物指标如下：悬浮物(SS)≤200 mg/L，动植物油≤20 mg/L，阴离子表面活性剂(LAS)≤5 mg/L，粪大肠菌群数≤104 个/L，BOD5≤100 mg/L[10]。

表1　1号温泉弃水各元素含量表

(注：实测数据；桶状液体；分析单位：天津市地质矿产测试中心；检测依据：DZ/T0064-1993、GB/T8538-2008、GB7466～7494-1987；主要仪器：AA6800原子吸收仪、722RS分光光度计、752N紫外分光光度计、ICP等离子体发射光谱仪)

2.2地热流体使用标准

地热流体应用于农业应用及循环利用等领域，需要达到一定的标准。水体的农业应用及排放标准见表2。参照表2可知，1号温泉弃水中的氟化物和总矿化度含量高于标准。

3温泉弃水处理工艺选择

根据1号温泉弃水的水质，采用生物强化沉淀+曝气+复合人工湿地相结合的污水处理工艺流程，见图1。工程主要由预处理系统和复合湿地系统两部分组成。其中预处理系统包括格栅、生物强化沉淀池、石灰沉淀池和曝气池；复合湿地系统包括垂直流湿地、水平流湿地和表层流湿地。利用湿地中的基质、微生物、植物的综合作用进行净化，降低各类污染物的浓度，使净化后的水能够用于农业灌溉或绿化用水。工艺的主要结构功能见图1。

图1　温泉弃水处理工艺流程图

3.1生物强化沉淀池

通过格栅去除漂浮杂物后的污水进入生物强化沉淀池，生物强化沉淀池的水流方式采用平流式。在生物强化沉淀池中，上层为水生植物，下层布设填料，通过吸附、生物助凝沉淀等机制去除水体中的细颗粒及胶体状SS，澄清水质；生物强化沉淀池提供了较大的生物基质和人工基质表面积，在水体富氧条件下通过接触氧化分解有机污染物，促进有机氮的氨化和氨氮的硝化。最终通过水生植物收获和沉淀污泥的定期清理将系统中积累的氮、磷、有机污染物去除，保持系统持续稳定的功能。水生植物采用常绿漂浮植物(如大薸)。

3.2石灰沉淀池

采用石灰沉淀池对生物强化沉淀池出水进行处理，去除一部分氟、无机盐类及重金属离子。石灰沉淀池的主体结构为池体、加药区和沉淀区。废水进入石灰沉淀池，通过化学作用和物理作用实现对废水中的氟、无机盐类进行去除，定期投入生石灰，将系统中积累的污染物去除，保持系统持续稳定的功能[11]。

3.3跌水曝气池

经过生物强化沉淀池和石灰沉淀池的污水中溶解氧含量很低，为了增加后续湿地系统的溶解氧浓度，提高其处理效果，有必要对石灰沉淀池的出水进行跌水曝气。通过出水的复氧，为后续湿地创造较好的氧化环境。

3.4垂直流湿地

经过预处理工艺系统之后，污水中的颗粒污染物大部分被去除。在垂直流湿地种植净化能力较强的多年生湿生植物，形成一定的有氧环境，继续完成净化过程；水流在填料床中自下向上流动，在填料表面形成生物膜，去除污水中的有机物和氨氮[12]。植物可选用水葫芦、菖蒲、睡莲、芦苇等，其中水葫芦和芦苇的除氟效果较好。

3.5水平流湿地

水平流湿地主要由池体、填料、布水系统和植物等构成。污水从一端进入，经过布水系统均匀进入填料基质中，可以充分利用填料表面生长的生物膜、植物的根系及填料的截留等作用，降低BOD、COD等有机物浓度，并且达到较好的脱氮除磷效果[13]。至此，污水中的各类污染物的浓度去除效果良好，水质得到了很好的净化，感官指标可以达到景观用水要求。植物可选用美人蕉、马蹄莲、西伯利亚莺尾、菖蒲、伞竹、中山杉、垂柳等湿生植物。

3.6表面流湿地

表面流湿地，类似于自然湿地，水位较浅。污水从湿地表面流过，湿地与污水大面积的接触，具有较长的污水停留时间，对悬浮物、有机质的去除效果较好。垂直流湿地的出水经过表面流湿地单元，各类污染物进一步去除，可以达到净化目的，用于灌溉或直接排放。植物可选用芦苇、水杉、河柳、慈姑、河藕等湿生植物。

表2　水体的农业应用及排放标准

4温泉弃水处理程度

地热温泉弃水经过复合人工湿地处理，预测可达到以下处理程度，见表3。

表3　温泉弃水处理程度表

5结语

(1)复合人工湿地作为污水净化处理的典型代表，在地热温泉弃水的资源化处理中技术可行。

(2)复合人工湿地具有运行成本低、操作简单、易于维护等优点，并能充分发挥水资源的生产潜力，与周围景观相融合，适用于温泉度假旅游区，能够产生较高的经济效益、环境效益和社会效益，具有良好的发展前景。

(3)复合人工湿地是个复杂的水处理生态系统，本文只是探讨了复合人工湿地处理地热温泉弃水的可行性，若要付诸实践，应综合考虑环境地理条件，进行净化机理研究、净化植物选择、运行参数确定和运行维护等工作。因此今后还要深入地开展研究工作，促进其在地热温泉弃水资源化方面的发展。

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Analysis on Geothermal Hot Springs Wastewater Treatment with Composite Artificial Wetland in Tianjin

WANGBing1，LIU Dong-lin1，TIAN Guang-hui1，XIA Yu-bo2，ZONG Zhen-hai1，CAIYun1

(1.Tianjin Geothermal Exploration and Development- Designing Institute, Tianjin 300250；2. China Geological Survey, Tianjin Geological Survey Center, Tianjin 300170)

Abstract:The geothermal hot springs tourism of Tianjin developed rapidly, but a large number of geothermal hot spring wastewater discharged directly which had an impact on the surrounding environment. For Tianjin geothermal hot spring wastewater issues, we built composite artificial wetland system, in which the hot spring wastewater could be purified while building water environment blending with the landscape. The purified water can be used for agricultural irrigation and landscaping, that will produce maximal environmental, economic and social benefits. According to characteristics of Tianjin geothermal hot spring wastewater, we developed a corresponding treatment process, and predicted the extent of wastewater treatment. These will provide new ideas for hot spring wastewater resources utilization and water resources protection in Tianjin.

Key words:Composite artificial wetland；Geothermal；Hot spring wastewater and Resources

[中图分类号]P314.1

[文献标识码]A

[文章编号]1004-1184(2016)02-0058-03

[作者简介]王冰(1985-)，女，辽宁本溪人，工程师，主要从事水文地质与地热勘查研究工作。

[收稿日期]2015-10-28