人工強化——人工濕地復合技術在城市景觀水體凈化中的應用

汪宏渭

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海200092）

1 工程簡介

為了進一步加強上海現代化國際大都市綜合競爭力，改善城市生態環境質量，提升城市綠化水平,加強生物多樣性保護，提升植物科研水平，滿足市民科普教育、休閑旅游的需求，讓綠色來演繹“城市，讓生活更美好”的中國上海2010年世博會主題，經上海市人民政府批準，選址松江佘山國家旅游度假區內建設上海辰山植物園。

上海辰山植物園位于上海市松江區佘山山系中的辰山地帶，東起辰山中心河、西至辰塔路、南抵辰花公路、北達沈磚公路(辰山塘以西)、佘天昆公路，總占地面積約207 hm2。

為了控制入湖污染物負荷，提高景觀水體的自凈能力，在辰山植物園外圍配套設計水體凈化場，提高景觀水體水質，使水體保持良好的景觀功能。

2 水體凈化場工程設計

2.1 設計水量

2.1.1補充水水量

在對景觀水體采取合適的維護措施之前，首先需要對水量平衡進行分析。對于該工程而言，景觀水體的天然補充水有水面降水和地表徑流，另外可能有湖底滲入的水量。損耗的水量包括景觀澆灌用水和水面的蒸發水量。因此水體的水量平衡計算可表示為：

式中：W——補充水量；

Ql——綠化澆灌與硬地澆灑量；

Qr——湖底滲透量；

q1——蒸發水量；

q2——水面降水量；

q3——地表徑流量。

根據植物園地質、氣象、用水量等資料，計算得出景觀水體每天最大補充水量為3 000 m3/d。

2.1.2循環水水量

對于一些容積較大的景觀水體來說，國內通常采用15～30 d的循環周期。由于辰山植物園景觀水體設計時考慮了水生植物、水生動物等，組成了一個完整的生態系統，水體自凈能力較強，因此該工程循環周期按上限取值，設計值為30 d。封閉景觀水體總水量約為36.6萬m3，則總循環水量約為12 200 m3/d，設計循環水量取13 000 m3/d。

2.2 設計進、出水水質

根據辰山植物園景觀水體功能定位和上海市景觀水體的污染現狀，本著經濟合理的原則，確定補充水經景觀水體凈化場處理后水質達到Ⅲ類標準，景觀水體水質總體維持在IV類標準。循環水經處理后透明度得到較大提高。景觀水體凈化場補充水及循環水進出水水質如表1和表2所列。

表1 補充水設計進出水水質（單位：mg/L）

表2 循環水設計進出水水質（單位：mg/L）

2.3 工藝流程

水體凈化場工藝流程如圖1所示。

補充水由DN200連通管經取水井引入原水調節塘，由管道泵提升進入人工強化處理裝置的混凝沉淀池，混凝沉淀處理后經重力流入后續充氧池，經曝氣復氧后進入表面流人工濕地和水平潛流人工濕地。循環水由東湖的循環水泵經DN400循環水管提升進入混凝沉淀池，混凝沉淀處理后經重力流入后續充氧池，經曝氣復氧后排入水平潛流人工濕地出水槽，和補充水合流后經DN600管道重力流入景觀水體（辰山市河）。混凝沉淀池物化污泥由壓力排入污泥濃縮塘自然濃縮，上清液重力流入原水調節塘，濃縮污泥定期外運處置。

2.4 水體凈化構筑物

2.4.1取水井

取水井1座，尺寸為3.75 m×1.5 m，深3.1 m。取水井位于辰山市河西閘附近，從植物園南河取水后經井內隔柵進入原水調節塘。手動隔柵規格：B=0.4 m。

2.4.2原水調節塘

泵水調節塘1座，不規則形，面積740 m2，深4.3～4.7 m。塘內設隔柵井一座，尺寸1.4 m×1.4 m，深2.4m，上設不銹鋼隔柵板，尺寸900mm×900mm。

原水調節塘接水體凈化場區南側取水井DN200取水管，引水進入原水調節塘預沉。出水進入人工強化處理裝置的混凝沉淀池。

2.4.3人工強化處理裝置

人工強化處理裝置1座，平面尺寸21.8 m×16.4 m，深5.3 m，包括混凝沉淀池和充氧池，地埋式鋼筋混凝土結構，上面采用綠化覆蓋，種植草皮和灌木。

混凝沉淀采用高效折管絮凝、斜管沉淀池，鋼筋混凝土結構，共4池。A池處理補充水，設計處理水量3 000 m3/d，平面尺寸為5 m×7.7 m，有效水深 4.5 m，上升流速取 3.2 m3/m2·h。B 池、C 池和D池處理循環水，設計處理水量為10 000 m3/d，每池平面尺寸為5 m×7.7 m，有效水深4.5 m，上升流速取 3.6 m3/m2·h。

管廊內設取水泵兩臺，一用一備，Q=125 m3/h，H=12 m，N=5.5 kW，取水泵從原水調節塘隔柵井取水，出水進入混凝沉淀池A。

設自動加藥裝置一套，制備能力Q=20 kg/h，N=0.37 kW。藥劑采用固體硫酸鋁（含Al2O3約15.6%），平均投加量按20 mg/L考慮，最大投加量30 mg/L。計量泵3臺，流量0.7 L/min，功率0.25 kW。

充氧池設射流曝氣機兩臺，供氧量2.2～2.6kg/h，N=2.2 kW。

設置軸流通風機一臺，用于管廊內換氣，換氣次數按每小時6次考慮，Q=3 810 m3/h，N=0.37 kW。

2.4.4表面流人工濕地

表面流人工濕地面積為3 000 m2，有效水深0.3，停留時間為0.3 d。

根據水質處理要求和景觀要求，選擇8種濕地植物，具體配置如表3所列。

圖1 水體凈化場工藝流程圖

表3 表面流人工濕地植物配置表

2.4.5水平潛流人工濕地

水平潛流人工濕地占地4 780 m2，有效面積3 780 m2，水力負荷為 0.8 m3/m2·d。水平潛流人工濕地共56組，每組尺寸13.5 m×5 m，長寬比2.7∶1。濕地床前端1 m為布水區，裝填Φ30～50礫石，后續12 m為濕地床，前8m裝填Φ5～10礫石，后4 m裝填Φ5～10沸石，后端0.5 m為集水區，裝填Φ30～50礫石，底部坡度取0.74%，裝填高度從0.5～0.6 m不等。設計水位低于地表0.1 m。

根據水質處理要求和景觀要求，選擇9種濕地植物，具體配置如表4所列。

表4 水平潛流人工濕地植物配置表

2.4.6污泥濃縮塘

污泥濃縮塘1座，不規則形，面積560 m2，深度為2.8～3.2 m，用來存放人工強化處理裝置產生的物化污泥，污泥自然濃縮后上清液排入原水調節塘。有效容積為1 000 m3，設計儲泥時間為1 a，即每年清淤一次，污泥外運處置。

3 水體凈化場運行管理

針對季節變化以及景觀水體水質的不斷改善，提出辰山植物園水體凈化場的運行機制與管理措施如下：

階段一：植物園建成之初，補充水必須經過人工強化處理裝置和人工濕地組合方式，內循環水可以短流直接在西湖→南湖→東湖→辰山市河之間進行循環。

階段二：當植物園運行一段時間后，內循環水必要時需經過人工強化處理后再回到景觀水體，水流循環方式為西湖→南湖→東湖→水體凈化場（人工強化處理裝置）→辰山市河→西湖。補充水處理流程不變。

階段三：從長期來看，根據《上海市水（環境）功能規劃》，油墩港水質遠期將達到IV類，原則上不需要對補充水進行處理，可啟用階段一的內循環方式，當外部水質突然惡化時，啟用階段二的內循環方式。

4 結語

辰山植物園水體凈化場于2010年3月竣工，運行至今已達1 a。技術上的先進性及多模式運行方式確保了該工程真正實現了節能、節地、節水和節約投資等指標。目前景觀水體水質已經達到了地表水水質標準III類以上，高于地表水水質標準IV類的設計標準。

[1]盧峰，鄒偉國，盧斌.封閉景觀水體補充水量研究[J].凈水技術.2010,29(3):11-13，33.

[2]徐晶，朱民.城市景觀水體富營養化及其控制[J].環境科學與管理.2010,35(7):150-152.

[3]張瓊華，吉倩倩，王曉昌等.城市景觀水體水質凈化的人工濕地設計[J].環境工程學報.2009,3(11):1965-1968.