郭立，李潔林，李懷秋

（1.濟(jì)寧市南水北調(diào)工程建設(shè)管理局，山東濟(jì)寧 272001；2.山東省環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究設(shè)計院，山東濟(jì)南 250013；3.濟(jì)寧市水利局，山東濟(jì)寧 272019）

人工濕地綜合處置中水工藝設(shè)計研究

郭立1，李潔林2，李懷秋3

（1.濟(jì)寧市南水北調(diào)工程建設(shè)管理局，山東濟(jì)寧 272001；2.山東省環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究設(shè)計院，山東濟(jì)南 250013；3.濟(jì)寧市水利局，山東濟(jì)寧 272019）

采用表面流人工濕地+近自然人工濕地+生態(tài)穩(wěn)定塘組合工藝。設(shè)計實施了濟(jì)寧市截污導(dǎo)流蓄水區(qū)人工濕地水質(zhì)凈化工程。通過生態(tài)修復(fù)措施恢復(fù)了湖濱帶濕地的生態(tài)功能，提升入南四湖水體水質(zhì)。

南四湖流域；人工濕地；修復(fù)措施；生態(tài)功能

為了從根本上治理南四湖流域污染，山東省自2002年建立了“污染治理、循環(huán)利用和生態(tài)保護(hù)”即“治用?！狈揽伢w系。濟(jì)寧市截污導(dǎo)流蓄水區(qū)人工濕地水質(zhì)凈化工程作為“治用?！狈揽伢w系中“保”的一環(huán)，是在濟(jì)寧市截污導(dǎo)流工程，即“用”基礎(chǔ)上建設(shè)實施的，是截污導(dǎo)流工程的深化和提升。

1 工程概況

1.1 工程背景

濟(jì)寧市截污導(dǎo)流工程任務(wù)是在南水北調(diào)工程調(diào)水期間（每年10月～翌年5月），對濟(jì)寧市污水處理廠12萬m3/d及濟(jì)寧市高新區(qū)污水處理廠7萬m3/d，共計19萬m3/d達(dá)標(biāo)排放的中水進(jìn)行聯(lián)合調(diào)度。工程主要利用泥溝河、蓼溝河、小新河、幸福河支溝和幸福河等河道的可蓄水能力與蓄水區(qū)共同蓄水及沿線農(nóng)田灌溉，有效地防止處理后的中水在輸水期間進(jìn)入到輸水干線。

1.2 工程現(xiàn)場情況

工程位于南陽湖農(nóng)場路以南、南至湖東大堤與幸福河交叉入湖口，即已經(jīng)建設(shè)完成的蓄水區(qū)大堤范圍內(nèi)，占地約586 hm2。

1.3 工程規(guī)模及進(jìn)出水要求

根據(jù)截污導(dǎo)流蓄水工程中河道、濕地聯(lián)合調(diào)節(jié)計算成果，蓄水區(qū)月進(jìn)水量在每年1月份達(dá)到最大值610.4萬m3，日進(jìn)水量約19.7萬m3/d，中水存蓄在蓄水區(qū)內(nèi)，可回用于2月份農(nóng)業(yè)灌溉。由此確定濕地最大處理規(guī)模為19.7萬m3/d，10月、2月及4月時主要為存蓄功能，濕地不進(jìn)水。

1.4 建設(shè)任務(wù)及設(shè)計難點

本工程建設(shè)任務(wù)為，在濟(jì)寧市截污導(dǎo)流工程的基礎(chǔ)上，建設(shè)人工濕地水質(zhì)凈化工程，對蓄存中水再凈化，保證出水穩(wěn)定達(dá)到地表水Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)。

2 工程設(shè)計

2.1 工藝流程

根據(jù)截污導(dǎo)流蓄水區(qū)現(xiàn)場地形，濟(jì)寧市截污導(dǎo)流蓄水區(qū)人工濕地水質(zhì)凈化工程主體工藝采用表面流人工濕地+近自然人工濕地+生態(tài)穩(wěn)定塘組合工藝。工藝流程如圖1所示。

2.2 工程設(shè)計內(nèi)容及難點解決

2.2.1 工程設(shè)計內(nèi)容

1）通過不同水生植物種植要求，對蓄水區(qū)南半部分進(jìn)行土方調(diào)整，設(shè)置五級表面流人工濕地凈化功能區(qū)，對濟(jì)寧市污水處理廠及高新區(qū)污水廠出水進(jìn)行處理，結(jié)合近自然濕地工藝，使之基本達(dá)到地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。

2）利用蓄水區(qū)北部東側(cè)水深適宜區(qū)域建設(shè)近自然濕地系統(tǒng)。對邊坡進(jìn)行簡單修飾，其間種植水生植物，增強(qiáng)濕地生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和多樣性。

圖1 工藝流程圖

3）利用蓄水區(qū)北部西側(cè)深水區(qū)建設(shè)生態(tài)穩(wěn)定塘，穩(wěn)定濕地出水水質(zhì)，使之穩(wěn)定達(dá)到地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。

4）為保證濕地凈化效果，減少水流短流和死區(qū)現(xiàn)象，需要對蓄水區(qū)內(nèi)部設(shè)置導(dǎo)流圍堰進(jìn)行合理布水，并調(diào)節(jié)運行水位，優(yōu)化水生植物布局。

2.2.2 難點解決

1）水位控制：根據(jù)截污導(dǎo)流蓄水區(qū)設(shè)計方案，蓄水區(qū)1月到5月的運行水位在33.05～33.37 m范圍內(nèi)，蓄水區(qū)大部分區(qū)域的底部高程在29.5～32.0 m范圍內(nèi)（塌陷坑核心區(qū)的高程在26.5～29.0 m，主要為庫區(qū)西北側(cè)的兩個坑塘），運行水深在1.0～3.9 m范圍內(nèi)，而水生植物生長的適宜水深在2.0 m范圍內(nèi)（蘆葦、香蒲等挺水植物在0.6 m以內(nèi)，蓮和睡蓮等浮葉植物在1.5 m以內(nèi)，2.0 m以內(nèi)主要為沉水植物及芡實等）。因此高水位運行無法形成穩(wěn)定的濕地系統(tǒng)。通過核算確定濕地水位，經(jīng)過閘門控制出水水位在32.45 m，減少水位波動。

2）水力布局：利用原有圍埂建設(shè)圍堰和導(dǎo)流墻，優(yōu)化水力布局，減少死區(qū)和短流。

3）植物布置：根據(jù)不同水深度進(jìn)行濕生、挺水、浮葉植物的配置，構(gòu)建穩(wěn)定的水生植物群落。

2.3 工程設(shè)計創(chuàng)新點

1）近自然濕地植物水質(zhì)凈化技術(shù)。通過濕地植物水質(zhì)凈化能力和典型污染物耐受能力評價研究，篩選確定了菖蒲、黃菖蒲、香蒲、水蔥、茭白、千屈菜、慈姑、蘆葦、蓮等適用于近自然濕地水質(zhì)凈化技術(shù)的植物種群庫；優(yōu)化確定了水深、布水方式等近自然濕地植物水質(zhì)凈化技術(shù)的關(guān)鍵工藝參數(shù)。

2）可持續(xù)濕地凈化生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù)。通過研究及以往設(shè)計經(jīng)驗，在水力負(fù)荷為8 cm/d，水深50 cm時人工濕地系統(tǒng)的處理效果為最好，COD、氨氮、總氮、總磷平均去除率可達(dá)到42.75%、58.42%、56.94%、43.24%。在本濕地中以相關(guān)數(shù)據(jù)為支撐，在濕地底部建設(shè)復(fù)雜的壟溝基底，使?jié)竦鼗撞糠中纬蛇m應(yīng)不同水深的植物種植區(qū)。

3）優(yōu)化水力布局。利用原有圍埂建設(shè)圍堰和導(dǎo)流墻，優(yōu)化水力布局，減少死區(qū)和短流，最大限度的凈化提升水質(zhì)。

4）建立生態(tài)管理模式。為防止水流沖刷建設(shè)生態(tài)護(hù)坡，在按照邊坡比例1∶3建設(shè)圍堰與導(dǎo)流墻的基礎(chǔ)上，在邊坡種植蘆葦、香蒲、蘆竹等濕生植物進(jìn)行護(hù)坡。

2.4 主要單元設(shè)計

2.4.1 表面流濕地

對蓄水區(qū)南半部分進(jìn)行土方調(diào)整，建設(shè)表面流人工濕地，占地面積256.8 hm2，有效水面235.9 hm2。通過建設(shè)圍堰及隔墻，將表面流人工濕地劃分為5個區(qū)域12個單元，采用串聯(lián)的布水方式可有效防止短路和死區(qū)的發(fā)生。

設(shè)計參數(shù)：水力負(fù)荷取8.35 cm/d；停留時間為12 d。

其中一區(qū)和二區(qū)為主要的植物種植區(qū)，通過調(diào)整土方，控制濕地區(qū)底部高程，密植蘆葦、香蒲和本土濕地植物增強(qiáng)濕地水質(zhì)凈化能力；三區(qū)表流濕地為混合植物區(qū)；四區(qū)和五區(qū)設(shè)置無挺水植物的深水區(qū)，以保證濕地內(nèi)有30%的開放水面，提高濕地系統(tǒng)的復(fù)氧能力和景觀層次效果。

2.4.2 近自然濕地區(qū)

本區(qū)充分利用蓄水區(qū)東北側(cè)的水深適宜區(qū)域建設(shè)近自然濕地系統(tǒng)，通過配置深水蓮等挺水植物，修復(fù)重建水生生物的環(huán)境，提高該區(qū)生物多樣性。該工程區(qū)占地面積143.6 hm2（不含預(yù)留建設(shè)區(qū)），有效水面127.4 hm2。

2.4.3 生態(tài)穩(wěn)定塘

本區(qū)為濕地工程水質(zhì)穩(wěn)定區(qū)，充分利用蓄水區(qū)西北側(cè)的深水區(qū)域建設(shè)生態(tài)穩(wěn)定塘，通過沉水植物的修復(fù)增加該區(qū)的污染物沉積、攔截功能，穩(wěn)定濕地出水水質(zhì)。該工程區(qū)占地面積184.6 hm2，有效水面173.9 hm2。

3 運行結(jié)果

2013年開始進(jìn)行人工濕地近自然濕地區(qū)建設(shè)，種植蘆葦、香蒲等本土經(jīng)濟(jì)植物，引入黃菖蒲等濕生植物，目前植物生長情況良好。工程在進(jìn)水COD和氨氮分別為20.3 mg/L和2.61 mg/L的情況下，出水COD和氨氮分別降至14.4 mg/L和＜0.05 mg/L，達(dá)到了地表水Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，尤其氨氮含量得到了大量削減，對于保證南水北調(diào)東線調(diào)水水質(zhì)達(dá)標(biāo)的順利實現(xiàn)具有重要意義。

4 結(jié)語

采用表面流人工濕地+近自然人工濕地+生態(tài)穩(wěn)定塘組合工藝處理蓄水區(qū)中水，運行結(jié)果表明，工藝出水達(dá)到地表水三類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，保證蓄水區(qū)回用水水質(zhì)及入湖水質(zhì)，同時通過生態(tài)修復(fù)措施恢復(fù)了湖濱帶濕地的生態(tài)功能，實現(xiàn)一定經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，為后續(xù)工程提供了經(jīng)驗。

[1]汪林，甘泓，趙世新，等.南水北調(diào)東、中線一期工程對受水區(qū)生態(tài)環(huán)境影響分析[J].南水北調(diào)與水利科技,2009,7(6)：5～7.

[2]Vymazal J.The use constructed wetlands with horizontal sub-surface flow for various types of wastewater[J].Ecological Engineering,2009,35：1～17.

[3]楊旭,于水利,劉碩,等.上下回流人工濕地預(yù)處理微污染水庫水的研究[J].給水排水,2010,36(1)：126～130.

（責(zé)任編輯 遲明春）

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1009-6159（2017）-04-0026-02

2017-01-16

郭立（1959—），男，高級工程師