人工濕地法凈化水景人工湖研究

王 靜，付李秋

(成都大學 城鄉建設學院，四川 成都 610106)

0 引 言

濕地是地球上的一種重要的生態景觀，具有控制水土流失，涵養水分，調節大氣環境等功能，是動植物的棲息場所與物料庫，并具有凈化污水、改善水體水質的功效，素有“自然之腎”的美譽.人工濕地是模擬天然濕地的結構和功能而建造的一種濕地系統.通常，人工濕地由人為筑成的水池或溝槽，底面鋪設防滲漏隔水層，充填一定深度的基質、種植層構成，利用基質、植物、微生物的物理、化學、生物三者之間的相互作用使污水得到凈化.根據水流方向與濕地介質的相對關系，可以將人工濕地分為3 種類型:表面流人工濕地、潛流人工濕地、垂直流人工濕地［1－3］.

成都市活水公園是人工濕地處理污水工藝技術與城市風景園林造園藝術的完美結合，是第一座集生態示范、教育和景觀環境功能于一體，以水為主題的城市生態環境公園.其水質處理流程是將部分錦江河水進行提升，通過濕地植物、微生物和基質的物理、化學、生化過程進行水質的凈化的處理，向人們展示被水體在自然作用下的凈化過程［4－6］.柳鶯湖位于成都大學十陵校區內西南角，是校園景觀用水入口.其水質的優劣直接影響著校園景觀的美觀舒適度.2012年11月至12月，通過對該水質中CODcr、NH+4-N、SS、CODMn的分析測定，確定該湖水為Ⅳ類水.枯黃的殘體，水質惡化嚴重，急需凈化處理.

人工濕地(生物氧化塘)工藝運用在校園污水處理中也時見報道，但大都是以研究新型工藝為主，少有將創新點放在以成熟技術解決現實問題的報道.因此，本研究旨在通過對活水公園進水、出水和成都大學柳鶯湖進水的代表性指標(pH、DO、BOD5、CODcr、TN、TP、NH+4-N)的階段性監測，獲得對比參考數據，通過數據分析處理研究其代表值，進而判斷對柳鶯湖進行生物氧化塘工藝改造的可能性，為從源頭上改善柳鶯湖的水質提供一種切實可行的方案.

1 研究方法

2013年4月至2014年4月，對成都市活水公園與成都大學柳鶯湖的進、出水水質進行階段性監測.通過測量其代表性水質指標(pH、DO、BOD5、CODcr、TN、TP、NH+4 -N)來研究活水公園的凈化效果與兩者的進水水質情況，并結合參流系數作對比分析因子［1］.

1.1 水樣采集

從2013年4月、6月、8月、10月、12月及2014年2月、4月，7 個月中，每個月中旬分別對活水公園與柳鶯湖進、出水口的水質進行監測，如果遇到雨天則將采樣時間延后，以保證所采取的樣品具有代表性.

1.2 水樣測定

在實驗室中對收集的樣品進行7 個代表性水質指標的測定，具體操作過程按照《水和廢水分析監測方法(第4 版)》進行:pH 值采用玻璃電極法，DO采用膜電極法，BOD5采用5 d 培養法，CODcr、TN(NO3－-N+NO2－-N+TKN)、TP 采用過硫酸鉀氧化——鉬銻抗分光光度法，NH+4-N 采用納氏試劑分光光度法.

1.3 水質特征評定

活水公園與柳鶯湖進水水質的特征選用綜合污染指數和單因子污染指數相結合的方法進行評價［6］，其計算方法為，

單因子評價指數Pi，

綜合污染指數P，

式中，Ci為第i 種污染物的實測濃度，mg/L;C0為第i種污染物的環評標準濃度，mg/L;n 為參加評價的污染指標的個數.

2 研究結果與分析

2.1 水質特征的評定

以《地表水環境質量標準》GB3838－2002 的第Ⅴ類水質為環境評價標準，活水公園與柳鶯湖水質評價結果如表1 所示.

表1 活水公園與柳鶯湖單因子與綜合污染評價

從表1 中可以看出，在監測期間內，活水公園的年綜合評價指數P 總為2.15，表明在對其監測的因子中已有相當一部分超出了評價標準濃度，即5 d生化需氧量(BOD5)(P =1.14)、氨氮(NH+4-N)(P=2.12)、總氮(TN)(P =3.28)和總磷(TP)(P =3.74).綜合評價指數可以判斷活水公園的進水為Ⅴ類水，這與柳鶯湖的總體相似，但略有不同，柳鶯湖的監測期間的綜合評價指數P 總為1.08，表明在監測的因子中有部分超出了評價標準濃度，其分別為5 d 生化需氧量(BOD5)(P =1.65)與總磷(TP)(P=1.54)，綜合評價指數可以判斷柳鶯湖的進水為Ⅴ類水.綜上所述，活水公園與柳蔭湖的進水水質皆為Ⅴ類，超標物質皆為可降解生化有機物，進水水質相接近.

2.2 營養元素的對比分析

通過數據的匯總分析活水公園年平均總氮(TN)含量為6.57 mg/L，年平均總磷(TP)含量為1.50 mg/L，N∶ P 為4.4∶ 1，根據監測結果表明活水公園的進水總氮含量已超出設計要求［3］，使得濕地系統的處理負荷增加，導致出水的總氮平均含量為1.86 mg/L，但濕地系統仍然保持著對總氮有較高的去除率.這恰恰體現了濕地系統的優越性，雖然部分運行指標超出了設計值，但并不影響濕地系統的整體運行能力和濕地系統對其余指標的去除能力.對柳鶯湖進水而言，年平均總氮(TN)含量為2.31 mg/L，年平均總磷(TP)含量為0.56 mg/L，N∶ P 為4.2∶ 1，氮含量適宜，磷含量充分，能滿足植物生長的正常需要.活水公園的總氮、總磷的含量皆比柳鶯湖的高，但活水公園兩者的氮磷比列相同，營養元素相似，植物生長的控制性元素能正常滿足植物的生長需求.

2.3 滲流系數的對比分析

通常，水流的流動參數可采用Darcy 定律進行描述［2］.活水公園人工濕地面積為590 m2，有效濕地面積為500 m2，設計處理水量為每天15 m3.設計表面負荷為0.03 m3/(m2·d)，池底相對標高最高點位2.5 m，最低點0.5 m，池寬2 ～10 m，活水公園的坡度為5‰［1］.根據Darcy 定律可以求得，活水公園的滲流系數Ks 為125 m/d.柳鶯湖的面積為1 450 m2，平均湖寬15 m，蓄水時水深0.8 m，坡度為2‰，2014年4月份測得柳鶯湖的流量為4.5 m3/d，則柳鶯湖的滲流系數Ks 為188 m/d.將活水公園與柳鶯湖的滲流系數進行比較發現，兩者之間的水流流態相接近，都屬于緩慢流態.

3 結論與分析

通過對活水公園和柳鶯湖長達一年的階段性監測分析表明:成都市活水公園已正常運行了18年，時至今日流經活水公園進入錦江的河水仍然能被處理凈化到Ⅲ類水標準，這充分體現了濕地生態系統具有較強的抗水質沖擊的能力、處理效果穩定及處理出水較佳的特點.柳鶯湖的監測結果卻顯示，其進出水的水質相同，水體只是簡單的流過柳鶯湖而已，柳鶯湖其本身為人工濕地系統，但卻沒有發揮出人工濕地系統應有的功效.

通過監測數據對兩者進水的水質特征、營養元素比與水流參數進行綜合比較分析得出:柳鶯湖與活水公園的進水都是屬于Ⅴ類水質，并且進水的營養物質相似，水流量小，水流流態相接近.因此，將活水公園的生物氧化塘工藝運用到對成都大學柳鶯湖的改造中是可行的.運用降解速率常數與wehnerwilhelm 設計預測法，對柳鶯湖采用活水公園的生物氧化塘工藝進行改造后其出水水質的預測情況如表2 所示［7－8］.

表2 柳鶯湖水質預測表

對2 種預測結果進行比較發現，2 種預測方法的出水水質指標相接近，且用綜合污染評價法評價表明，出水預測(1)的P總為0.55，出水預測(2)的P總為0.57，以《地表水質量標準》GB3838－2002 的Ⅲ類水質為評定標準，預測出水結果為Ⅲ類水質標準，具有較好的凈化效果.

本研究論證了將濕地系統引入柳鶯湖水質凈化中的可行性.此外，將柳鶯湖進行改造，改善學校校園景觀的水質，可為今后人工濕地法凈化水質提供案例參考，具有一定的現實意義.

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