人工湿地在南港水系工程中的应用

□文/赵俊玲

人工湿地在南港水系工程中的应用

□文/赵俊玲

人工湿地作为一种污水生物处理技术，因其具有独特的优势，而得到广泛的应用。文章结合南港工业区投资服务中心水域微污染的特点，采用以波式流人工湿地为核心的生物生态技术对该区域水体进行净化和维持。

人工湿地；水系工程；水质净化

湿地作为地球上具有多种功能的生态系统，可以沉淀、排除、吸收和降解有毒物质，使潜在的污染物转化为资源，因而被誉为“地球之肾”。

人工湿地是在天然湿地的净化功能基础上，参与人为因素的一种由人工将砾石、砂、土壤、煤渣等介质按一定比例构成的底部封闭并有选择性的植入水生植物的污水处理系统。利用系统中基质-水生植物-微生物的物理、化学、生物的三者协同作用，通过基质过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对污水的高效净化。

1　工程概况

南港工业区投资服务中心水系工程（以下简称南港水系工程）是在《天津南港工业区一期控制性详细规划》的基础上，落实“双城区、双港区”城市发展战略、加快南港工业区规划建设要求的前提下，为改善南港整体环境，创造良好生态系统而提出的。

整体水系布置由规划区河道与中心区湖泊组成，项目区西部绿化带内沿海防路铺设直径1.0 m管道，形成区内全部水系的沟通，在西部及服务中心各建循环泵站一座，设置4座节制闸使整个水系能够形成水体循环。

整个水体体积为50.0万m3，水体的循环周期应为42 d左右，循环流量为1.2万m3/d，因此，西部循环泵站规模为0.15m3/s，服务中心循环泵站只负责其南部景观水体的小循环，规模为0.05m3/s。

对于微污染水体的净化，如采用常规污水处理工艺，不仅基建投资成本和运行费用高，而且处理效果往往达不到预期的目标。为此，本规划针对南港工业区投资服务中心水域微污染的特点，采用以波式流人工湿地为核心的生物生态技术对该区域水体进行净化和维持，见图1。

图1　处理工艺

2　工程内容

南港水系人工湿地包括引水系统、水量调节池、湿地组团、出水系统等。

2.1引水系统

河道水经泵抬升后，进入水量调节池。

2.2水量调节池

水量调节池主要起稳定水位和流量的作用并对非溶解态的悬浮颗粒物进行初步沉淀，防止悬浮颗粒物进入后续人工湿地处理系统内部造成堵塞。同时，为充分发挥水量调节池的作用，在水量调节池内可种植景观较果好、水质净化能力强的水生植物，形成表流湿地处理系统。

2.3人工湿地组团

人工湿地处理单元是本工艺的核心部分，湿地形式采用波式流人工湿地技术。波式流人工湿地处理单元由人工基质、水生植物和附着在基质及植物根区的微生物组成，是一种独特的基质—植物—微生物生态系统。该系统中，植物扎根于基质床的表层，植物根系和填料为微生物提供附着的载体，同时植物根系为微生物提供氧源，在靠近根区的填料层形成好氧区，而在远离根区的填料层形成厌氧或兼氧区，水体以波浪式流经填料表层和底层时，反复经过好氧、厌氧以及硝化和反硝化的过程，从而实现对有机污染物和氮磷的高效去除。与自然湿地相比，波式流人工湿地在相同面积条件下处理能力大幅度提高，能够克服天然湿地比较脆弱的缺点，具有负荷率高、占地面积小、效果可靠、耐冲击负荷等优点，而且水流在填料表层以下流动，在寒冷的冬季仍可运行。

湿地表面种植水质净化能力强、景观效果好的水生植物，在净化水质的同时，起到良好的景观效果。

2.4出水系统

人工湿地出水通过自流进入出水池，再经出水池自流返回河道。

3　人工湿地设计要点

3.1污染负荷计算

水系构建后，影响规划区域水质恶化的因素主要考虑水面蒸发浓缩残留的污染物、雨水汇入带来的污染。

3.1.1水面蒸发浓缩残留污染负荷计算

水面蒸发损失量按式（1）计算

式中：V蒸为蒸发损失的水量，万m3/月；E蒸为月平均水面蒸发量，mm/月；A为水域面积，本规划按340100m2计算。

水面蒸发后残留污染负荷按式（2）计算

式中：M残留为水面蒸发后残留的污染负荷，kg/月；C为计算月份内水体中污染物浓度，mg/L。

3.1.2雨水汇入带来的污染负荷

初期雨水由于对地面冲刷和雨水管道冲洗，水质一般较差。根据《海河干流污染防治技术研究》成果，城区初期雨水化学需氧量浓度约为300 mg/L左右；后期雨水水质一般较好，化学需氧量浓度约为40 mg/L左右。因此，雨水汇入带来的污染物负荷主要考虑初期雨水污染。雨水污染负荷按式（3）计算

式中：M雨为雨水汇入带来的污染负荷，kg/月；P雨为月降水量，mm；A汇为雨水径流汇水面积，m2；λ为该区域径流系数；μ为初期雨水所占比例，取0.1；C雨、C水分别为初期雨水径流中污染物浓度和水系规划目标中污染物浓度，mg/L。

3.1.3水系污染负荷计算分析

根据影响水系水体水质变化的主要因素，结合项目区水量调度运行，进行污染负荷计算分析，结果见表1。

表1　规划水域污染负荷计算结果

由表1可以看出，水体中污染负荷呈逐渐增加的趋势，为维持规划区域景观水体中COD、氮、磷等主要水质指标总体达到地表水Ⅴ类标准，需通过人工潜流湿地工程去除污染物。

3.2进水水质指标确定

人工湿地处理系统主要削减规划区域景观水域水体中的营养盐，使规划区域景观水体中COD、氮、磷等主要水质指标总体维持在地表水Ⅴ类标准。因此，湿地处理系统进水水质指标采用COD、总氮、总磷三项指标进行控制，进水水质按地表水Ⅴ类考虑。确定湿地处理系统进水水质指标：CODCr40mg/L、TN2.0mg/L、TP0.4mg/L。

3.3出水水质指标

规划区域景观水体中COD、氮、磷等主要水质指标总体维持在地表水Ⅴ类标准。因此，湿地处理系统出水水质按地表水Ⅳ类考虑，通过水系循环流动达到项目区景观水域Ⅴ类标准。人工湿地处理系统设计出水水质：COD≤30mg/L、TN≤1.5mg/L、总磷≤0.3mg/L。

3.4人工湿地系统有效处理面积计算

人工湿地对污染物的去除效果采用Monod动力学模型进行计算。该模型中的污染物去除率方程

式中：C进、C出分别为系统的进水浓度和出水浓度，mg/L；Q为处理流量，m3/d；K0·A为零阶面积去除率常数，g/（m2·d）；A为人工湿地处理系统的理论面积，m2。

根据上述计算，人工湿地处理系统的理论面积应为24000m2。考虑水系中污染物的波动情况，本规划中人工湿地处理系统设计面积1.2系数计算，人工湿地有效处理面积按28800m2设计。

4　水生植物配置

水生植物在人工湿地中的配置不仅仅要考虑到它的景观效果，同时还要考虑到它的生态效益，要形成生态良好的植物群落，才能真正的既达到污水处理的功效，又起到美化丰富水体景观，维护生物多样性的效果。

5　总结

本工程为市政府投资的社会公益性项目，主要考虑社会效益，不做具体的社会经济评价。本工程的社会效益主要体现为：

1）工程的实施充分利用了当地雨水资源，有效解决项目区水资源匮乏的问题，为城市健康发展提供基础；

2）该工程为把城市河湖微污染水体处理后再用于城市水环境的工程，其运行的成功经验可进行推广，这对于解决水环境条件较差地区的水环境问题，改善生态环境具有重大的意义；

3）可以改善城市河道水质，提高城市水环境质量，对于提高这一地区，乃至天津市人民的健康水平具有积极的意义。

[1]王建军.人工湿地在污水处理中的应用初探[J].辽宁城乡环境科技，2004，（3）：1-2.

[2]李洋，周孝德，苗得雨，等.浅谈人工湿地污水处理技术[J].水利科技与经济，2007，（1）：55-57.

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

□X703

□C

□1008-3197（2015）02-65-03

□2015-01-14

□赵俊玲/女，1982年出生，工程师，天津市海顺交通工程设计有限公司，主要从事给排水设计工作。