济宁市非常规水源开发利用实践

李 猛，张 莉，张正波

（济宁市水利事业发展中心，山东 济宁 272119）

济宁市多年平均水资源总量46亿m3，人均占有水资源量558 m3，多年平均可利用水资源量30.2亿m3。随着城市化进程加快，城市规模不断扩大，水资源供需“瓶颈”制约因素越发凸显。2018年全市总用水量21.5亿m3，已占到可利用水资源量的70%以上。如何控制水资源的开发利用，保护生态环境，留住绿水青山，是当前急需解决的问题。

1 项目实施的必要性

中水回用问题的关键因素是水质，只有把水质提升上去，减少用水企业利用中水的成本，中水回用才会得到认可。济宁市污水处理厂处理后的尾水水质虽然能达到国标一级A排放标准，需进一步处理，因为投资较大，用水单位没有积极性。为此，济宁市尝试结合南水北调治污要求，将污水处理厂处理后的尾水引入湿地系统进行生态处理，水质得到净化后，供给周边工矿企业用水，实现中水回用。

2 项目研究背景

根据南水北调山东省控制单元治污方案，南水北调调水期间（每年10月～翌年5月），济宁市污水处理厂12万m3/d、高新区污水处理厂7万m3/d，合计19万m3/d的尾水不能排入南四湖，需蓄存于济宁市截污导流工程蓄水区，待非调水期再排入南四湖中。为确保南水北调水质，同时提升中水回用水质保障能力，济宁市开始建设截污导流蓄水区人工湿地水质净化工程，对污水处理厂中水进行深度生化处理。

3 工艺方案的选择与实施

济宁市截污导流蓄水区占地面积586.47 hm2，总库容1 144万m3，蓄水区设计底高程31.9 m，设计水位33.4 m。蓄水区是利用采煤塌陷区建设，库底局部沉陷量较大。

3.1 技术路线

本项目结合煤矿塌陷地治理、南水北调水质保障和中水回用水质要求，统筹考虑人工湿地水质净化技术工艺，在对塌陷地地质、水文水资源情况和工程运行特点、施工条件等综合分析的基础上，通过水生植物筛选，在复杂水文背景下对不同植物去除不同污染物的中水处理技术等进行模型试验和现场试验研究。

3.2 主要研究内容

主要进行表面流湿地、近自然湿地、生态稳定塘湿地水处理工艺水生植物的筛选；水生植物的泌氧能力；水生植物对污染物的去除效果研究，包括对 BOD5、CODMn、TN、TP、NH3-N 的去除；水生植物的去污能力研究；植物的泌氧能力与污染物去除效果的相关性分析；复杂水文背景下可持续湿地生态系统的构建。

3.3 工艺方案

1）净化处理工艺选择原则。所选工艺必须技术先进、成熟，对水质变化适应能力强，运行稳定，能保证出水水质达到处理要求；不影响蓄水区的主要功能和效益；减少投资和运行费用，易于操作和管理；水量枯平丰时期同样具有较好的净化处理效果；最大程度地减少对周围环境的不良影响。

2）净化处理规模及进出水水质。在南水北调东线每年调水期间，蓄水区设计蓄水量1 144万m3/a，平均处理水量4万m3/d。济宁市和高新区污水处理厂的尾水执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准。蓄水区进水水质具体指标应满足：CODcr≤50 mg/L，BOD5≤10 mg/L，SS≤10 mg/L，TN≤15 mg/L，TP≤0.5 mg/L，NH3-N≤5 mg/L。人工湿地水质净化工程出水执行《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）Ⅲ类标准要求，相应的出水水质控制指标为：CODcr≤20 mg/L，BOD5≤4 mg/L，TN≤1.0 mg/L，TP≤0.2 mg/L，NH3-N≤1.0 mg/L。

3）工艺方案选择。通过对蓄水区库底的土方平整、植物种植种类区域的选择、运行水位的控制等措施，建设人工湿地水质净化工程。按照水流方式，主体工艺采用表面流人工湿地+近自然人工湿地+生态稳定塘组合工艺。

4）水生植物的去污能力分析。各种植物系统在HRT为7 d时对污染物的去除效果如表1所示。*CODCr去除率是HRT为5 d的数值。有植物系统对CODCr、TN、NH4+-N和TP的去除效果分别高出无植物空白系统27.2%～37.1%、11.3%～28.2%、14%～22.1%和6.1%～19.8%。在进水CODCr、TN、NH4+-N和 TP浓度分别为80 mg/L、8 mg/L、4 mg/L和2.5 mg/L条件下，有植物系统中CODCr、TN、NH4+-N和TP等平均去除负荷分别达2.33 g/（m2·d）、0.15 g/（m2·d）、0.08 g/（m2·d）和0.05 g/（m2·d），去除效果均好于无植物空白系统。

表1 不同植物对污染物的去除率

5）工程布置情况。一是表面流湿地。对蓄水区内部设置导流围堰进行合理布水，并调节运行水位，优化水生植物布局，以提高湿地的净化能力。通过建设围堰及隔墙，将表面流人工湿地划分为五个区域，各区之间采用涵管串联的布水方式，有效防止短路和死区的发生。一、二区为强化处理单元，调整土方，控制底部高程，密植芦苇、香蒲和本土湿地植物，污染物在此区得到深度净化；三区为混合植物区，根据水深，分片种植香蒲、水葱、莲、菱和睡莲等水生植物，增强湿地系统的生物多样性；四、五区主要配置浮叶植物和沉水植物及部分挺水植物，通过对植物的优化组合，提高生物的多样性。

二是近自然湿地区。充分利用蓄水区东北侧的水深较浅区域建设近自然湿地系统，该区底部不做调整，保持原地貌，对围堰进行整修并对边坡进行简单修饰，其间种植挺水、浮叶和沉水植物。

三是生态稳定塘。充分利用蓄水区西北侧的深水区域建设生态稳定塘，底部保持原地貌，只在围堰边坡简单进行植物种植，本区域植被主要依靠沉水植物自然修复。

4 实施效果

济宁市截污导流蓄水区人工湿地水质净化工程实施后，根据实测，中水水质高锰酸盐指数降到4.6 mg/L，BOD5降到 2.6 mg/L，氨氮降到 0.2 mg/L，优于地表水Ⅲ类标准，为中水回用提供了强有力的水质保障。项目的实施有效改善了当地的水环境和生态环境，为中水回用提供了水质保障，也增加了市民休闲娱乐场所，实现了良好的生态效益、环境效益、社会效益和经济效益。