水生态修复工程茅洲河流域（宝安片区）燕川湿地设计分析

吴秀营

（深圳市宝安区松岗街道市政建设工程事务中心，广东 深圳 518105）

1 项目背景

1.1 基本情况

燕川人工湿地工程位于深圳市宝安区松岗街道，洋涌桥大闸上游，茅洲河左岸，占地面积约5.5 hm2（含已建荷花池、景观设施等），工程区主要为海冲积平原地貌单元，地势平坦，地面高程3.06 m～5.55 m。周边用地大多已建设开发，南侧为松岗水质净化厂，北侧与塘下涌社区隔河相对，东侧为燕川社区，开发强度较大，居民对休闲空间要求较高。

属于茅洲河流域（宝安片区）水环境综合整治工程的水生态修复工程，湿地定位为水质净化型湿地，以改善茅洲河中上游干流截污箱涵末端水质改善工程2#应急处理设施部分出水水质(一级B标准)为主要目标，同时兼顾生态保护和生态修复、生态景观游憩休闲功能。

1.2 相关水环境综合整治工程

茅洲河中上游干流截污箱涵末端水质改善工程2#处理设施，位于洋涌河水闸箱涵末端，采用超磁分离一级强化处理+BAF（曝气生物滤池）工艺，出水基本达到一级B标准（TN除外），布置于茅洲河洋涌河水闸上游左岸绿地内，位于河道用地红线范围内，污水处理规模11.0万m3/d，与燕川湿地相邻，故燕川湿地处理对象为茅洲河中上游干流截污箱涵末端水质改善工程2#应急处理设施部分出水。

燕川湿地工程可用地面积5.50 hm2，其中下游已建荷花池和已建景观设施占地面积约3.10 hm2，用于预处理和湿地处理区面积约2.40 hm2。考虑到燕川湿地实际用地和资金投入的限制，尚不可能对2#应急处理设施的全部出水进行处理，根据预处理工艺和人工湿地核心处理区面积大小，尽可能多的处理2#应急处理设施的出水，同时满足污染物负荷的要求，又要保证出水水质，水力负荷取较高值0.79 m3/（m2/d），确定燕川湿地设计处理水量Q=1.40万m3/d。

1.3 进水水质及污染物特点

燕川湿地场地内的地表水主要为茅洲河及水质净化厂。场地范围内茅洲河河道宽80 m～100 m，水量根据涨潮退潮而变化，水上作业期间水深1.5 m～2 m，工程区附近工业污水和生活污水排污口众多，主要指标CODCr、NH3-N和TP全河段严重超标，水质极差；水质净化厂位于场区南侧，枯水季节，部分地段水质发黑发臭。

燕川湿地设计进水水质按茅洲河中上游干流截污箱涵末端水质改善工程2#应急处理设施出水一级B标准：CODcr≤60 mg/L、BOD5≤20 mg/L，NH3-N≤8 mg/L，TP≤1.0 mg/L，SS≤200 mg/L，出水水质标准按照《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）中Ⅳ类水（TN除外）。

2 人工湿地工艺方案确定

燕川湿地以净化茅洲河支流水体为目标，高效去除水体的污染物，同时为周边居民提供绿色休闲空间。湿地工艺根据建设场地的现状地形特点、周边市政设施规划、进水水质及污染物去除要求进行确定。

2.1 预处理工艺方案

考虑到湿地进水为河水，水质波动较大，尤其是汛期SS较高，可达100 mg/L～200 mg/L，易堵塞湿地，严重影响湿地处理效果。故在湿地单元前增加预处理单元，对进水水质进行预处理，均化水量、水质并沉淀悬浮物，防止污染物对湿地单元的冲击。燕川湿地功能定位以净化改善水质为主，且2#应急处理设施出水为一级B标准，需加强预处理工艺。此外预处理工艺能够去除一定的SS，可缓解后续潜流湿地容易堵塞的问题。预处理单元主要功能为沉淀、曝气充氧、初步处理等，由于用地有限，主要采用沉砂池、生态氧化池和高效沉淀池等工艺形式。剩余污泥经污泥浓缩池处理后，由叠螺式污泥脱水机脱水，泥饼外运填埋或进行综合利用。

（1）沉砂池

砂池主要用于去除污水中粒径大于0.2 mm，密度大于2.65 t/m3的砂粒，以保护管道、阀门等设施免受磨损和阻塞。其工作原理是以重力分离为基础，故应控制沉砂池的进水流速，使得比重大的无机颗粒下沉，而有机悬浮颗粒能够随水流带走。沉砂池对SS的去除率可达25%。

（2）生态氧化池

生态氧化池结构包括池体，填料，布水装置，曝气装置。在曝气池中设置填料，将其作为生物膜的载体。待处理的废水经充氧后以一定流速流经填料，与生物膜接触，生物膜与悬浮的活性污泥共同作用，达到净化废水的作用。生态氧化池对COD的去除率可达40%，对BOD5的去除率为40%，对氨氮的去除率可达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，将混凝、絮凝、沉淀和污泥浓缩功能集合与一体，并在絮凝阶段进行污泥回流，提高絮凝沉淀和吸附效果。高效沉淀池系统主要由以下几部分组成：前混合池、絮凝反应池、浓缩/斜管分离区、污泥排放及回流系统、加药系统。高效沉淀池对SS对TP去除率可达50%，对SS去除率为25%。

2.2 人工湿地工艺方案比选

（1）湿地组合工艺方案比选

各种工艺的优缺点见表1，由表1可知各工艺都有利弊，全部采用某一种工艺难以满足工程各方面的需求，故此次采用组合工艺，形成生物多样性和环境多样性的生态系统，满足污染物去除、系统稳定、景观优美等多方面的需求。

表1 各种工艺的优缺点

考虑工程处理水源是河道来水，悬浮物浓度较高，若采用潜流湿地容易堵塞，因而采用不易堵塞但污染物去除负荷较低的塘表结合工艺。为保证湿地的污染物去除效果，采用污染物去除效率高、负荷大、占地小的潜流湿地为主要工艺。针对“投资较高、建设难度较大、容易堵塞、不容易打造景观”的缺点，一方面通过合理的系统和单元设计降低成本，利用新施工技术、合理安排建设时序降低建设难度，另一方面采取相应的预处理和后续处理措施，降低进水的悬浮物浓度，避免湿地堵塞，同时增加后续的表流湿地单元，提供生态景观打造和提升空间，保证整个人工湿地工艺的合理性。

（2）湿地工艺方案确定

结合表1，再根据本工程进水水质特点和污染物去除要求，本次工程的主要处理工艺选择潜流人工湿地。考虑到周边居民的休闲需求和景观要求，降低湿地的水力负荷，将部分场地建设为表流湿地。

3 工艺流程

根据本工程需要及现场实际情况，燕川湿地的取水设施、提升泵站布置于2#应急处理设施的场地内，通过输水管道将出水依次通过生态氧化池、高效沉淀池、垂直流潜流湿地和表流湿地。潜流湿地和表流湿地布置于茅洲河流域水环境综合整治—中上游段干流综合整治工程的洋涌河水闸景观节点内，南侧紧挨茅洲河防洪大堤，北侧和东侧为洋涌河水闸景观节点的护岸，西侧（下游侧）紧邻已基本完工的荷花池，属于狭长型地块，潜流湿地出水进入表流湿地（即荷花池），然后流入茅洲河。

为实现湿地处理系统的顺利运行，各处理系统之间采用管道或渠道等方式连通，各处理构筑物之间留足水力高差，保障水力条件，使整个系统水流顺畅，完成湿地处理工艺的流程要求。处理工艺流程主要为“生态氧化池+高效沉淀池+垂直流潜流湿地+表流湿地”，见图1。

3.1 生态氧化池

借鉴生物接触氧化工艺[1]，以附着在载体（俗称填料，本工程选用浮球填料）上的生物膜为主净化污水的一种高效污水处理工艺，兼具活性污泥和生物膜两者的优点。在生物接触氧化池中设置填料，将其作为生物膜的载体，待处理的尾水经充氧曝气后以一定流速流经填料，与生物膜接触，生物膜与悬浮的活性污泥共同作用，达到净化污水的作用，有效去除污水中NH3-N、COD5、BOD、TP等污染物。

氧化池尺寸为20.8 m×17.8 m×4 m（H），填料层高度2.5 m，填料上水深0.5 m，配水区高度0.5 m，超高0.5 m。采用现浇钢筋混凝土结构，筏板式底板基础，地基处理采用预应力混凝土管桩处理，同时解决抗浮以及沉降问题。设计流量Q=0.162 m3/s，分两格，单格流量Q=0.081 m3/s;水力停留时间2 h;设计有效水深3.5 m。

3.2 高效沉淀池

高效沉淀池是集泥水分离与污泥浓缩功能于一体的沉淀工艺，可以进一步去除污水中的BOD5、COD、TN、TP等，实现泥水高效分离，保证潜流湿地进水水质要求，有效避免湿地堵塞。

平面尺寸为15 m×18 m×6.40 m（H），设计流量同生态氧化池，澄清区直径D=8.5 m。沉淀池分为絮凝与沉淀两个部分，原水投加混凝剂在混合池内通过搅拌使其与原水快速混合，易于沉淀的絮体在预沉区快速沉降，不易沉淀的微小絮体被斜管捕获沉淀。最终高质量的出水通过池顶集水槽收集排出。

图1 燕川湿地工艺流程图

3.3 垂直流潜流湿地

垂直潜流人工湿地是燕川湿地污水处理系统的核心部分，其实质上是人为设计的、工程化的湿地系统，利用系统内物理的、化学的和生物的协同作用对污染物进行净化。人工湿地的净化效果与基质、水生植物和微生物等有着密切的联系。

（1）面积与单元设计

垂直潜流湿地系统占地面积1.77 hm2，配水管以东西方向布置在场地南北侧，将场地分为南北两个区块，南、北侧区块各设置8个潜流湿地单元格。

（2）表面水力负荷

计算条件：人工湿地设计水量14000 m3/d，垂直潜流湿地面积共计17700 m2。计算公式如下：

式中：q为表面水力负荷，m3/（m2/d）；Q为人工湿地设计水量，hsm3/d；A为人工湿地面积，m2。

经计算，设计表面水力负荷qhs=14000/17700=0.79m3/（m2/d）。

（3）水力停留时间

3.4 表流湿地

燕川湿地的表流湿地分为两部分，一部分布置在潜流湿地中间，模拟自然河流；另一部分是依托原洋涌河景观节点工程中的荷花池，在其基础上提升改造而成。表流湿地面积1.6 hm2，水深0.5 m～0.8 m，底坡0.1%。燕川湿地位于茅洲河畔，光照充足，两侧潜流湿地设置灯心草、千屈菜、黄菖蒲、茭白、水葱、水芹、香根鸢尾、水芋、再力花、纸莎草等湿地植物。中间表流湿地两侧和荷花池周围设置挺水植物，如芦苇，芦竹，旱伞草等，表流湿地和荷花池中间可设置苦草，狐尾藻等沉水植物。

4 结论

燕川湿地于2017年3月开工，2019年8月底完工。投资7469.53万元，年处理污水量511 m3/d，出水水质为Ⅳ类，鉴于茅洲河流域的城市化程度较高，湿地公园产生环境改善的平均影响距离为周边300 m范围，增值的土地面积按增值范围内土地面积的30%计算。则燕川湿地增值的土地面积为8.1万m2；湿地工程实施后，周边水环境及景观得到改善，当年可获得水环境改善效益2079万元。水环境改善效益按2%的年递增率增加。

燕川湿地建成后不但具有显著的社会效益和环境效益，而且还将创造间接经济效益，无论在技术上还是经济上都具有前瞻性，值得类似工程借鉴。