人工濕地在南港水系工程中的應用

□文/趙俊玲

人工濕地在南港水系工程中的應用

□文/趙俊玲

人工濕地作為一種污水生物處理技術，因其具有獨特的優勢，而得到廣泛的應用。文章結合南港工業區投資服務中心水域微污染的特點，采用以波式流人工濕地為核心的生物生態技術對該區域水體進行凈化和維持。

人工濕地；水系工程；水質凈化

濕地作為地球上具有多種功能的生態系統，可以沉淀、排除、吸收和降解有毒物質，使潛在的污染物轉化為資源，因而被譽為“地球之腎”。

人工濕地是在天然濕地的凈化功能基礎上，參與人為因素的一種由人工將礫石、砂、土壤、煤渣等介質按一定比例構成的底部封閉并有選擇性的植入水生植物的污水處理系統。利用系統中基質-水生植物-微生物的物理、化學、生物的三者協同作用，通過基質過濾、吸附、沉淀、離子交換、植物吸收和微生物分解來實現對污水的高效凈化。

1　工程概況

南港工業區投資服務中心水系工程（以下簡稱南港水系工程）是在《天津南港工業區一期控制性詳細規劃》的基礎上，落實“雙城區、雙港區”城市發展戰略、加快南港工業區規劃建設要求的前提下，為改善南港整體環境，創造良好生態系統而提出的。

整體水系布置由規劃區河道與中心區湖泊組成，項目區西部綠化帶內沿海防路鋪設直徑1.0 m管道，形成區內全部水系的溝通，在西部及服務中心各建循環泵站一座，設置4座節制閘使整個水系能夠形成水體循環。

整個水體體積為50.0萬m3，水體的循環周期應為42 d左右，循環流量為1.2萬m3/d，因此，西部循環泵站規模為0.15m3/s，服務中心循環泵站只負責其南部景觀水體的小循環，規模為0.05m3/s。

對于微污染水體的凈化，如采用常規污水處理工藝，不僅基建投資成本和運行費用高，而且處理效果往往達不到預期的目標。為此，本規劃針對南港工業區投資服務中心水域微污染的特點，采用以波式流人工濕地為核心的生物生態技術對該區域水體進行凈化和維持，見圖1。

圖1　處理工藝

2　工程內容

南港水系人工濕地包括引水系統、水量調節池、濕地組團、出水系統等。

2.1引水系統

河道水經泵抬升后，進入水量調節池。

2.2水量調節池

水量調節池主要起穩定水位和流量的作用并對非溶解態的懸浮顆粒物進行初步沉淀，防止懸浮顆粒物進入后續人工濕地處理系統內部造成堵塞。同時，為充分發揮水量調節池的作用，在水量調節池內可種植景觀較果好、水質凈化能力強的水生植物，形成表流濕地處理系統。

2.3人工濕地組團

人工濕地處理單元是本工藝的核心部分，濕地形式采用波式流人工濕地技術。波式流人工濕地處理單元由人工基質、水生植物和附著在基質及植物根區的微生物組成，是一種獨特的基質—植物—微生物生態系統。該系統中，植物扎根于基質床的表層，植物根系和填料為微生物提供附著的載體，同時植物根系為微生物提供氧源，在靠近根區的填料層形成好氧區，而在遠離根區的填料層形成厭氧或兼氧區，水體以波浪式流經填料表層和底層時，反復經過好氧、厭氧以及硝化和反硝化的過程，從而實現對有機污染物和氮磷的高效去除。與自然濕地相比，波式流人工濕地在相同面積條件下處理能力大幅度提高，能夠克服天然濕地比較脆弱的缺點，具有負荷率高、占地面積小、效果可靠、耐沖擊負荷等優點，而且水流在填料表層以下流動，在寒冷的冬季仍可運行。

濕地表面種植水質凈化能力強、景觀效果好的水生植物，在凈化水質的同時，起到良好的景觀效果。

2.4出水系統

人工濕地出水通過自流進入出水池，再經出水池自流返回河道。

3　人工濕地設計要點

3.1污染負荷計算

水系構建后，影響規劃區域水質惡化的因素主要考慮水面蒸發濃縮殘留的污染物、雨水匯入帶來的污染。

3.1.1水面蒸發濃縮殘留污染負荷計算

水面蒸發損失量按式（1）計算

式中：V蒸為蒸發損失的水量，萬m3/月；E蒸為月平均水面蒸發量，mm/月；A為水域面積，本規劃按340100m2計算。

水面蒸發后殘留污染負荷按式（2）計算

式中：M殘留為水面蒸發后殘留的污染負荷，kg/月；C為計算月份內水體中污染物濃度，mg/L。

3.1.2雨水匯入帶來的污染負荷

初期雨水由于對地面沖刷和雨水管道沖洗，水質一般較差。根據《海河干流污染防治技術研究》成果，城區初期雨水化學需氧量濃度約為300 mg/L左右；后期雨水水質一般較好，化學需氧量濃度約為40 mg/L左右。因此，雨水匯入帶來的污染物負荷主要考慮初期雨水污染。雨水污染負荷按式（3）計算

式中：M雨為雨水匯入帶來的污染負荷，kg/月；P雨為月降水量，mm；A匯為雨水徑流匯水面積，m2；λ為該區域徑流系數；μ為初期雨水所占比例，取0.1；C雨、C水分別為初期雨水徑流中污染物濃度和水系規劃目標中污染物濃度，mg/L。

3.1.3水系污染負荷計算分析

根據影響水系水體水質變化的主要因素，結合項目區水量調度運行，進行污染負荷計算分析，結果見表1。

表1　規劃水域污染負荷計算結果

由表1可以看出，水體中污染負荷呈逐漸增加的趨勢，為維持規劃區域景觀水體中COD、氮、磷等主要水質指標總體達到地表水Ⅴ類標準，需通過人工潛流濕地工程去除污染物。

3.2進水水質指標確定

人工濕地處理系統主要削減規劃區域景觀水域水體中的營養鹽，使規劃區域景觀水體中COD、氮、磷等主要水質指標總體維持在地表水Ⅴ類標準。因此，濕地處理系統進水水質指標采用COD、總氮、總磷三項指標進行控制，進水水質按地表水Ⅴ類考慮。確定濕地處理系統進水水質指標：CODCr40mg/L、TN2.0mg/L、TP0.4mg/L。

3.3出水水質指標

規劃區域景觀水體中COD、氮、磷等主要水質指標總體維持在地表水Ⅴ類標準。因此，濕地處理系統出水水質按地表水Ⅳ類考慮，通過水系循環流動達到項目區景觀水域Ⅴ類標準。人工濕地處理系統設計出水水質：COD≤30mg/L、TN≤1.5mg/L、總磷≤0.3mg/L。

3.4人工濕地系統有效處理面積計算

人工濕地對污染物的去除效果采用Monod動力學模型進行計算。該模型中的污染物去除率方程

式中：C進、C出分別為系統的進水濃度和出水濃度，mg/L；Q為處理流量，m3/d；K0·A為零階面積去除率常數，g/（m2·d）；A為人工濕地處理系統的理論面積，m2。

根據上述計算，人工濕地處理系統的理論面積應為24000m2。考慮水系中污染物的波動情況，本規劃中人工濕地處理系統設計面積1.2系數計算，人工濕地有效處理面積按28800m2設計。

4　水生植物配置

水生植物在人工濕地中的配置不僅僅要考慮到它的景觀效果，同時還要考慮到它的生態效益，要形成生態良好的植物群落，才能真正的既達到污水處理的功效，又起到美化豐富水體景觀，維護生物多樣性的效果。

5　總結

本工程為市政府投資的社會公益性項目，主要考慮社會效益，不做具體的社會經濟評價。本工程的社會效益主要體現為：

1）工程的實施充分利用了當地雨水資源，有效解決項目區水資源匱乏的問題，為城市健康發展提供基礎；

2）該工程為把城市河湖微污染水體處理后再用于城市水環境的工程，其運行的成功經驗可進行推廣，這對于解決水環境條件較差地區的水環境問題，改善生態環境具有重大的意義；

3）可以改善城市河道水質，提高城市水環境質量，對于提高這一地區，乃至天津市人民的健康水平具有積極的意義。

[1]王建軍.人工濕地在污水處理中的應用初探[J].遼寧城鄉環境科技，2004，（3）：1-2.

[2]李洋，周孝德，苗得雨，等.淺談人工濕地污水處理技術[J].水利科技與經濟，2007，（1）：55-57.

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2015.02.024

□X703

□C

□1008-3197（2015）02-65-03

□2015-01-14

□趙俊玲/女，1982年出生，工程師，天津市海順交通工程設計有限公司，主要從事給排水設計工作。