桐鄉市水源生態濕地凈化原水工藝及應用

劉宇飛

（中交上航華南市政工程有限公司，廣東 珠海 519000）

1 工程概況

桐鄉市水源生態濕地工程位于杭嘉湖平原腹地，概算總投資13.50億元，占地359.07 hm2，設計濕地日處理水量60萬t，滿足當地7 d應急備用水量需求。濕地呈條形分布，東西向跨度4 km，南北向跨度范圍為0.32～1.45 km。整個濕地布置分為北區、中區、南區等三個獨立片區。

2 凈化原水工藝

2.1 工藝流程

桐鄉市水源生態濕地采用3 片并聯系統，3 片濕地各自獨立、互不干擾，最終出水匯集于取水泵房前的取水區，再經取水泵站取水至水廠。單片濕地處理流程，如圖1所示。

圖1 單片濕地處理流程圖

同時，為克服冬季等低溫季節動、植物活性低，影響水體凈化效果的問題，此生態濕地引入回水循環、重復處理的思路，在中區的預處理區和深度凈化區中間修建一座回水閘站。當泵站取水區水體不達標時，利用該閘站水泵將根孔生態凈化區的出水引至根孔區前端進行重復凈化，回水設計既能使得綜合污染物去除率可提高6%以上，又能加速水體流動、增加水中溶解氧，提高濕地抗風險能力。

2.2 工藝參數

工程設計日處理水量為60 萬t，其中北區濕地：表面水力負荷速率為0.28 m3/（m2·d），停留時間約為8.07 d，水力坡度0.02%；中區濕地：表面水力負荷速率為0.29 m3/（m2·d），停留時間約為8.67 d，水力坡度0.02%；南區濕地：表面水力負荷速率為0.22 m3/（m2·d），停留時間約10.35 d，水力坡度0.02%。

3 生態濕地布置

3.1 工程總布置

桐鄉市水源生態濕地充分利用現有湖漾、周邊地形地貌特征和土地特點，利用現狀湖漾作為濕地預處理區并兼具備用源水塘，利用現狀的魚塘構筑根孔凈化處理區，利用現有湖漾濕地深度凈化處理區，最后至水廠取水泵站。

工程布置采用北、中、南3片濕地系統并聯而成，每片濕地系統從西向東依次由預處理區、生態根孔凈化區、深度凈化區等3個區塊串聯組成，3個區塊最終匯集于取水區，再經取水泵站取水，通過原水管線輸送至水廠。

3.2 生態濕地平面設計（以北區濕地為例）

該濕地的主要凈水原理是，構建內部完整的水生態系統，利用水生態系統的攔截、自凈、循環能力完成水質凈化。按照濕地處理流程，3片濕地均分設預處理區、跌水曝氣區、根孔生態凈化區、跌水曝氣區、深度凈化區5個功能區塊，各區塊主要原理見表1。

表1 主要功能區塊原理表

①預處理區主要進行沉淀、過濾、吸附等部分凈化，總面積21.68萬m2，其中水域面積12.31萬m2。在水面中設置導流堤4道，導流堤高程4 m，頂寬0.40 m，允許越流。在導流堤末端布設浮動濕地，浮動濕地以復合纖維浮動濕地通過標準模塊拼接組合，形成巨大的植物根系攔截系統，經光合作用產生的氧氣通過氣道輸送至根區，在植物根區的還原介質中形成氧化態的環境，這種有氧區域和缺氧區域的共同存在為根孔區的耗氧、兼性和厭氧生物提供了各自適應環境，使不同的微生物各得其所，發揮相輔相成的作用。

②預處理區末端為跌水曝氣充氧區，通過水體在空氣中自由跌落，完成水體氧氣的補充、獲取、交換，采用溢流堰型式，堰長80 m，跌水水頭0.80 m，堰體后端設石壩一座。

③根孔生態凈化區。北區根孔生態凈化區總面積53.92萬m2分成7片根孔區，其中根孔區1和5為橫向植物床，其余均為縱向植物床，植物床總面積11.07萬m2，水域面積36.14萬m2，陸域面積6.70 萬m2。橫向植物床垂直于水流布設，植物床間溝寬約18.30 m，同時在床間設置小型丁壩群，尺寸為9×3（底寬3 m，頂寬1 m）×2.50 m，丁壩間布設卵石，通過自然擺放形成孔隙，形成魚巢。植物床主要采用人造根孔技術，以人為埋植的植物秸稈作為濕地的填料/介質，有效地改變了濕地土壤亞表層的大孔隙結構，粗秸稈所形成的粗根孔相當于城市交通網絡中的主干路，疏導和傳導土壤中的水分和物質；細秸稈所形成的細根孔相當于城市中的支干路、次干路或小道，對土壤亞表層水分和物質的微循環以及承擔土壤大孔隙和土壤基質之間橋梁角色方面起到了重要影響，兩者互相支撐，構成了土壤大孔隙結構的脈絡。

縱向植物床順水流向布置，區內設有大溝以及進、出水溝，并在大溝設置凈寬5 m 的卡口閘調控水流。

水流從縱、橫向植物床根孔及土壤中滲過，以此凈化改善水質。植物床以種植蘆葦為主，其他種植菖蒲、風車草、菰、綠葦，通過植物的生長發育，可不斷產生新的根孔，防止植物床堵塞。

④跌水曝氣區。根孔區末端出水經過箱涵，在此處設置溢流堰，堰長150 m，水頭0.80 m。

⑤深度凈化區，過流面積大、水流速度慢，主要用來貯存經預處理及根孔生態凈化的水，并進一步靜置凈化。在局部邊角處設浮動濕地。

⑥泵站取水區。最終經各片濕地凈化處理好的水匯集于泵站取水區，該區域水面積2.53萬m2。

中區、南區流程與北區類似，不再做詳細敘述。

4 水質檢測

該大型水源生態濕地運營期間，委托第三方機構對出水水質進行檢測，檢測結果平均值見表2。

表2 濕地出水水質主要指標平均值表

分析表2可知，各功能區塊凈化指標檢測值都滿足凈化目標要求，各功能區去除污染物效果良好，發揮了各自的功能作用。

5 效益分析

該生態濕地凈化了原水水質，降低了水廠的原水處理成本，降幅約30%。同時，濕地有效庫容達428.85萬m3，可作為應急備用水源，減緩河道突發性水污染事件對社會的影響。另外，濕地建設提高了項目區內的林草覆蓋率和植被條件，豐富了區域的生物多樣性和植物多樣性，經濟、社會、生態效益明顯。

6 結語

桐鄉市水源生態濕地基本實現了預期目標，通過濕地內部的凈化措施可有效改善原水水質，整體水質從劣Ⅴ～Ⅲ類穩定在國家飲用水水源地水質要求的Ⅲ類標準，并滿足水廠60萬t/d的供水需求；且濕地為相對封閉的區域，不僅可有效地保護好水源，而且可將濕地作為蓄水池，遭遇河網污染事件時，利用濕地可作為備用水源向水廠供水，從而提高供水抗風險能力。值得在水質型缺水的平原區域推廣應用。

濕地植物床目前尚無專業施工設備，是以人工鋪設施工為主，效率低下，且難以準確控制秸稈密度、覆土厚度，建議后續研究中，研制專業的施工設備及高效的施工方法。