水生態(tài)修復(fù)工程茅洲河流域（寶安片區(qū)）燕川濕地設(shè)計分析

吳秀營

（深圳市寶安區(qū)松崗街道市政建設(shè)工程事務(wù)中心，廣東 深圳 518105）

1 項(xiàng)目背景

1.1 基本情況

燕川人工濕地工程位于深圳市寶安區(qū)松崗街道，洋涌橋大閘上游，茅洲河左岸，占地面積約5.5 hm2（含已建荷花池、景觀設(shè)施等），工程區(qū)主要為海沖積平原地貌單元，地勢平坦，地面高程3.06 m～5.55 m。周邊用地大多已建設(shè)開發(fā)，南側(cè)為松崗水質(zhì)凈化廠，北側(cè)與塘下涌社區(qū)隔河相對，東側(cè)為燕川社區(qū)，開發(fā)強(qiáng)度較大，居民對休閑空間要求較高。

屬于茅洲河流域（寶安片區(qū)）水環(huán)境綜合整治工程的水生態(tài)修復(fù)工程，濕地定位為水質(zhì)凈化型濕地，以改善茅洲河中上游干流截污箱涵末端水質(zhì)改善工程2#應(yīng)急處理設(shè)施部分出水水質(zhì)(一級B標(biāo)準(zhǔn))為主要目標(biāo)，同時兼顧生態(tài)保護(hù)和生態(tài)修復(fù)、生態(tài)景觀游憩休閑功能。

1.2 相關(guān)水環(huán)境綜合整治工程

茅洲河中上游干流截污箱涵末端水質(zhì)改善工程2#處理設(shè)施，位于洋涌河水閘箱涵末端，采用超磁分離一級強(qiáng)化處理+BAF（曝氣生物濾池）工藝，出水基本達(dá)到一級B標(biāo)準(zhǔn)（TN除外），布置于茅洲河洋涌河水閘上游左岸綠地內(nèi)，位于河道用地紅線范圍內(nèi)，污水處理規(guī)模11.0萬m3/d，與燕川濕地相鄰，故燕川濕地處理對象為茅洲河中上游干流截污箱涵末端水質(zhì)改善工程2#應(yīng)急處理設(shè)施部分出水。

燕川濕地工程可用地面積5.50 hm2，其中下游已建荷花池和已建景觀設(shè)施占地面積約3.10 hm2，用于預(yù)處理和濕地處理區(qū)面積約2.40 hm2。考慮到燕川濕地實(shí)際用地和資金投入的限制，尚不可能對2#應(yīng)急處理設(shè)施的全部出水進(jìn)行處理，根據(jù)預(yù)處理工藝和人工濕地核心處理區(qū)面積大小，盡可能多的處理2#應(yīng)急處理設(shè)施的出水，同時滿足污染物負(fù)荷的要求，又要保證出水水質(zhì)，水力負(fù)荷取較高值0.79 m3/（m2/d），確定燕川濕地設(shè)計處理水量Q=1.40萬m3/d。

1.3 進(jìn)水水質(zhì)及污染物特點(diǎn)

燕川濕地場地內(nèi)的地表水主要為茅洲河及水質(zhì)凈化廠。場地范圍內(nèi)茅洲河河道寬80 m～100 m，水量根據(jù)漲潮退潮而變化，水上作業(yè)期間水深1.5 m～2 m，工程區(qū)附近工業(yè)污水和生活污水排污口眾多，主要指標(biāo)CODCr、NH3-N和TP全河段嚴(yán)重超標(biāo)，水質(zhì)極差；水質(zhì)凈化廠位于場區(qū)南側(cè)，枯水季節(jié)，部分地段水質(zhì)發(fā)黑發(fā)臭。

燕川濕地設(shè)計進(jìn)水水質(zhì)按茅洲河中上游干流截污箱涵末端水質(zhì)改善工程2#應(yīng)急處理設(shè)施出水一級B標(biāo)準(zhǔn)：CODcr≤60 mg/L、BOD5≤20 mg/L，NH3-N≤8 mg/L，TP≤1.0 mg/L，SS≤200 mg/L，出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)按照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）中Ⅳ類水（TN除外）。

2 人工濕地工藝方案確定

燕川濕地以凈化茅洲河支流水體為目標(biāo)，高效去除水體的污染物，同時為周邊居民提供綠色休閑空間。濕地工藝根據(jù)建設(shè)場地的現(xiàn)狀地形特點(diǎn)、周邊市政設(shè)施規(guī)劃、進(jìn)水水質(zhì)及污染物去除要求進(jìn)行確定。

2.1 預(yù)處理工藝方案

考慮到濕地進(jìn)水為河水，水質(zhì)波動較大，尤其是汛期SS較高，可達(dá)100 mg/L～200 mg/L，易堵塞濕地，嚴(yán)重影響濕地處理效果。故在濕地單元前增加預(yù)處理單元，對進(jìn)水水質(zhì)進(jìn)行預(yù)處理，均化水量、水質(zhì)并沉淀懸浮物，防止污染物對濕地單元的沖擊。燕川濕地功能定位以凈化改善水質(zhì)為主，且2#應(yīng)急處理設(shè)施出水為一級B標(biāo)準(zhǔn)，需加強(qiáng)預(yù)處理工藝。此外預(yù)處理工藝能夠去除一定的SS，可緩解后續(xù)潛流濕地容易堵塞的問題。預(yù)處理單元主要功能為沉淀、曝氣充氧、初步處理等，由于用地有限，主要采用沉砂池、生態(tài)氧化池和高效沉淀池等工藝形式。剩余污泥經(jīng)污泥濃縮池處理后，由疊螺式污泥脫水機(jī)脫水，泥餅外運(yùn)填埋或進(jìn)行綜合利用。

（1）沉砂池

砂池主要用于去除污水中粒徑大于0.2 mm，密度大于2.65 t/m3的砂粒，以保護(hù)管道、閥門等設(shè)施免受磨損和阻塞。其工作原理是以重力分離為基礎(chǔ)，故應(yīng)控制沉砂池的進(jìn)水流速，使得比重大的無機(jī)顆粒下沉，而有機(jī)懸浮顆粒能夠隨水流帶走。沉砂池對SS的去除率可達(dá)25%。

（2）生態(tài)氧化池

生態(tài)氧化池結(jié)構(gòu)包括池體，填料，布水裝置，曝氣裝置。在曝氣池中設(shè)置填料，將其作為生物膜的載體。待處理的廢水經(jīng)充氧后以一定流速流經(jīng)填料，與生物膜接觸，生物膜與懸浮的活性污泥共同作用，達(dá)到凈化廢水的作用。生態(tài)氧化池對COD的去除率可達(dá)40%，對BOD5的去除率為40%，對氨氮的去除率可達(dá)60%。

（3）高效沉淀池

高效沉淀池采用高上升流速的沉淀池形式，將混凝、絮凝、沉淀和污泥濃縮功能集合與一體，并在絮凝階段進(jìn)行污泥回流，提高絮凝沉淀和吸附效果。高效沉淀池系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：前混合池、絮凝反應(yīng)池、濃縮/斜管分離區(qū)、污泥排放及回流系統(tǒng)、加藥系統(tǒng)。高效沉淀池對SS對TP去除率可達(dá)50%，對SS去除率為25%。

2.2 人工濕地工藝方案比選

（1）濕地組合工藝方案比選

各種工藝的優(yōu)缺點(diǎn)見表1，由表1可知各工藝都有利弊，全部采用某一種工藝難以滿足工程各方面的需求，故此次采用組合工藝，形成生物多樣性和環(huán)境多樣性的生態(tài)系統(tǒng)，滿足污染物去除、系統(tǒng)穩(wěn)定、景觀優(yōu)美等多方面的需求。

表1 各種工藝的優(yōu)缺點(diǎn)

考慮工程處理水源是河道來水，懸浮物濃度較高，若采用潛流濕地容易堵塞，因而采用不易堵塞但污染物去除負(fù)荷較低的塘表結(jié)合工藝。為保證濕地的污染物去除效果，采用污染物去除效率高、負(fù)荷大、占地小的潛流濕地為主要工藝。針對“投資較高、建設(shè)難度較大、容易堵塞、不容易打造景觀”的缺點(diǎn)，一方面通過合理的系統(tǒng)和單元設(shè)計降低成本，利用新施工技術(shù)、合理安排建設(shè)時序降低建設(shè)難度，另一方面采取相應(yīng)的預(yù)處理和后續(xù)處理措施，降低進(jìn)水的懸浮物濃度，避免濕地堵塞，同時增加后續(xù)的表流濕地單元，提供生態(tài)景觀打造和提升空間，保證整個人工濕地工藝的合理性。

（2）濕地工藝方案確定

結(jié)合表1，再根據(jù)本工程進(jìn)水水質(zhì)特點(diǎn)和污染物去除要求，本次工程的主要處理工藝選擇潛流人工濕地?？紤]到周邊居民的休閑需求和景觀要求，降低濕地的水力負(fù)荷，將部分場地建設(shè)為表流濕地。

3 工藝流程

根據(jù)本工程需要及現(xiàn)場實(shí)際情況，燕川濕地的取水設(shè)施、提升泵站布置于2#應(yīng)急處理設(shè)施的場地內(nèi)，通過輸水管道將出水依次通過生態(tài)氧化池、高效沉淀池、垂直流潛流濕地和表流濕地。潛流濕地和表流濕地布置于茅洲河流域水環(huán)境綜合整治—中上游段干流綜合整治工程的洋涌河水閘景觀節(jié)點(diǎn)內(nèi)，南側(cè)緊挨茅洲河防洪大堤，北側(cè)和東側(cè)為洋涌河水閘景觀節(jié)點(diǎn)的護(hù)岸，西側(cè)（下游側(cè)）緊鄰已基本完工的荷花池，屬于狹長型地塊，潛流濕地出水進(jìn)入表流濕地（即荷花池），然后流入茅洲河。

為實(shí)現(xiàn)濕地處理系統(tǒng)的順利運(yùn)行，各處理系統(tǒng)之間采用管道或渠道等方式連通，各處理構(gòu)筑物之間留足水力高差，保障水力條件，使整個系統(tǒng)水流順暢，完成濕地處理工藝的流程要求。處理工藝流程主要為“生態(tài)氧化池+高效沉淀池+垂直流潛流濕地+表流濕地”，見圖1。

3.1 生態(tài)氧化池

借鑒生物接觸氧化工藝[1]，以附著在載體（俗稱填料，本工程選用浮球填料）上的生物膜為主凈化污水的一種高效污水處理工藝，兼具活性污泥和生物膜兩者的優(yōu)點(diǎn)。在生物接觸氧化池中設(shè)置填料，將其作為生物膜的載體，待處理的尾水經(jīng)充氧曝氣后以一定流速流經(jīng)填料，與生物膜接觸，生物膜與懸浮的活性污泥共同作用，達(dá)到凈化污水的作用，有效去除污水中NH3-N、COD5、BOD、TP等污染物。

氧化池尺寸為20.8 m×17.8 m×4 m（H），填料層高度2.5 m，填料上水深0.5 m，配水區(qū)高度0.5 m，超高0.5 m。采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，筏板式底板基礎(chǔ)，地基處理采用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁處理，同時解決抗浮以及沉降問題。設(shè)計流量Q=0.162 m3/s，分兩格，單格流量Q=0.081 m3/s;水力停留時間2 h;設(shè)計有效水深3.5 m。

3.2 高效沉淀池

高效沉淀池是集泥水分離與污泥濃縮功能于一體的沉淀工藝，可以進(jìn)一步去除污水中的BOD5、COD、TN、TP等，實(shí)現(xiàn)泥水高效分離，保證潛流濕地進(jìn)水水質(zhì)要求，有效避免濕地堵塞。

平面尺寸為15 m×18 m×6.40 m（H），設(shè)計流量同生態(tài)氧化池，澄清區(qū)直徑D=8.5 m。沉淀池分為絮凝與沉淀兩個部分，原水投加混凝劑在混合池內(nèi)通過攪拌使其與原水快速混合，易于沉淀的絮體在預(yù)沉區(qū)快速沉降，不易沉淀的微小絮體被斜管捕獲沉淀。最終高質(zhì)量的出水通過池頂集水槽收集排出。

圖1 燕川濕地工藝流程圖

3.3 垂直流潛流濕地

垂直潛流人工濕地是燕川濕地污水處理系統(tǒng)的核心部分，其實(shí)質(zhì)上是人為設(shè)計的、工程化的濕地系統(tǒng)，利用系統(tǒng)內(nèi)物理的、化學(xué)的和生物的協(xié)同作用對污染物進(jìn)行凈化。人工濕地的凈化效果與基質(zhì)、水生植物和微生物等有著密切的聯(lián)系。

（1）面積與單元設(shè)計

垂直潛流濕地系統(tǒng)占地面積1.77 hm2，配水管以東西方向布置在場地南北側(cè)，將場地分為南北兩個區(qū)塊，南、北側(cè)區(qū)塊各設(shè)置8個潛流濕地單元格。

（2）表面水力負(fù)荷

計算條件：人工濕地設(shè)計水量14000 m3/d，垂直潛流濕地面積共計17700 m2。計算公式如下：

式中：q為表面水力負(fù)荷，m3/（m2/d）；Q為人工濕地設(shè)計水量，hsm3/d；A為人工濕地面積，m2。

經(jīng)計算，設(shè)計表面水力負(fù)荷qhs=14000/17700=0.79m3/（m2/d）。

（3）水力停留時間

3.4 表流濕地

燕川濕地的表流濕地分為兩部分，一部分布置在潛流濕地中間，模擬自然河流；另一部分是依托原洋涌河景觀節(jié)點(diǎn)工程中的荷花池，在其基礎(chǔ)上提升改造而成。表流濕地面積1.6 hm2，水深0.5 m～0.8 m，底坡0.1%。燕川濕地位于茅洲河畔，光照充足，兩側(cè)潛流濕地設(shè)置燈心草、千屈菜、黃菖蒲、茭白、水蔥、水芹、香根鳶尾、水芋、再力花、紙莎草等濕地植物。中間表流濕地兩側(cè)和荷花池周圍設(shè)置挺水植物，如蘆葦，蘆竹，旱傘草等，表流濕地和荷花池中間可設(shè)置苦草，狐尾藻等沉水植物。

4 結(jié)論

燕川濕地于2017年3月開工，2019年8月底完工。投資7469.53萬元，年處理污水量511 m3/d，出水水質(zhì)為Ⅳ類，鑒于茅洲河流域的城市化程度較高，濕地公園產(chǎn)生環(huán)境改善的平均影響距離為周邊300 m范圍，增值的土地面積按增值范圍內(nèi)土地面積的30%計算。則燕川濕地增值的土地面積為8.1萬m2；濕地工程實(shí)施后，周邊水環(huán)境及景觀得到改善，當(dāng)年可獲得水環(huán)境改善效益2079萬元。水環(huán)境改善效益按2%的年遞增率增加。

燕川濕地建成后不但具有顯著的社會效益和環(huán)境效益，而且還將創(chuàng)造間接經(jīng)濟(jì)效益，無論在技術(shù)上還是經(jīng)濟(jì)上都具有前瞻性，值得類似工程借鑒。