水平潜流人工湿地在左云县十里河水质改善工程中的应用实例

2020-10-13徐小乐

绿色科技 2020年16期

徐小乐，徐恒

(武汉中科水生环境工程股份有限公司，湖北武汉 430071)

1 引言

近年来山西省左云县实施了十里河县城段综合治理工程及2015年实施的十里河湿地修复与保护工程，十里河的污染治理情况得到较大改善。为进一步加强十里河湿地及其生物多样性保护，维护十里河湿地生态系统的生态特征和基本功能，保持和最大限度地发挥湿地生态系统的各种功能和效益，保证湿地资源的可持续利用，促进经济发展，改善生态环境。

针对本项目拟建地点的土地利用情况，综合考虑技术的生态安全性、效果持久性、经济可行性和自然生态性，遵循经济可行、技术稳定、管理简便的原则，对常用水质改善工程工艺比选分析后，本项目水质改善部分的主体工艺采用“植物塘+水平潜流人工湿地”；根据本项目拟建地点的土地利用情况，经过反复论证比选，水质改善部分的厂址选择位于十里河桥上游，污水处理厂旁十里河河道中33656 m2(其中水平潜流湿地约15000 m2)河滩地。

2 工程概况

左云县十里河湿地修复与保护工程的上游有左云县污水处理厂的外排尾水及多个生活污水散点排放口，对十里河湿地修复与保护工程中的表面流湿地有较大的负荷冲击，影响其净化效果。为改善十里河湿地修复与保护工程中的表面流湿地上游的进水水质，进一步实现十里河水质改善与生态保护，加强水资源的利用，拟对十里河(县城段)实施水质改善工程。水质改善工程拟设计总规模为6000 m3/d，其中污水处理厂的尾水4000 m3/d，上游排水、生活污水、初期雨水约2000 m3/d。

3 设计资料

3.1 水量设计

本工程接纳的污水来自于十里河上游左云县污水处理厂的外排尾水及多个生活污水散点排放口排放的污水，据相关资料和实际调查表明，主要污水量来源如下。

(1)县城生活污水处理厂达一级A标准的外排尾水水量为4000 m3/d。

(2)上游排入十里河的生活污水水量为2000 m3/d，总水量为6000 m3/d。

设计水量：总规模为6000 m3/d，其中污水处理厂的尾水4000 m3/d，上游排水、生活污水2000 m3/d。

3.2 水质设计

本项目的水质主要分为两类。

(1)污水处理厂的排放的尾水。据相关资料和实际调查，污水处理厂的排放标准执行《城市污水厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中一级A标准，因此确定该部分污水的水质指标，如表1。

(2)上游排水、生活污水。该部分污水主要为散排的生活污水，故主要参照该地区同类型的生活污水的进水水质，来确定该部分污水的水质，设计的进水水质如表1。

3.3 工程目标

通过水质改善工程的实施，使县城生活污水处理厂排水及上游排入十里河的生活污水得到有效预处理和深度处理，使下游湿地修复工程中的表面流湿地进水水质得到改善，表流湿地正常运行，净化效果得到保证。

表1 设计的进水水质主要指标

4 水质改善工程设计

4.1 水质改善工程工艺选择

根据本项目的实际情况，通过技术、经济方面考虑，进行工艺方案比选，选择采用生态净化方式进行污染物去除，本水质改善工程选择的主体工艺为：植物塘+水平潜流人工湿地(图1)。

图1 工艺流程

工艺流程说明：本项目设计总规模为6000 m3/d，上游来水及生活污水2000 m3/d，污水处理厂达一级A标准的尾水4000 m3/d，上游来水及生活污水通过进水渠引至植物塘预处理(包括沉淀部分和植物塘部分)，预处理后的污水与4000 m3/d污水处理厂的尾水在调节池中混合，混合后的污水通过配水渠和均匀的向各水平潜流湿地单元配水，水平潜流人工湿地床层设1.2 m深石灰石碎石填料，碎石填料上层种植净化能力强、耐污性能好、根系发达、本地化的湿地植物如芦苇、鸢尾、香蒲、水葱等，尾水中的污染物经湿地中植物根系的吸收、填料的吸附、微生物的降解等作用后由碎石填料下部的穿孔集水管收集并进入收水渠，最后通过出水管排出湿地，经湿地处理后的出水通过现有的河沟排入十里河下游的表面流人工湿地。

4.2 主要建(构)筑物设计参数

4.2.1 溢流坝

新建1座尺寸为L×B×H=4.0 m×1.0 m×0.4 m溢流坝，正常情况下将上游来水及生活污水通过进水渠引入植物塘。

4.2.2 上游来水及生活污水进水渠

新建总长261 m、渠宽0.3 m、渠道均深0.6 m、坡度约0.3%进水渠将上游来水及生活污水引至植物塘进行预处理，进水渠的起始端设置1座规格为B×H=0.3 m×0.6 m和栅隙10 mm的格栅和1座尺寸为B×H=0.3 m×0.6 m的闸门。

4.2.3 污水处理厂尾水进水渠

新建总长77 m、渠宽0.4 m、渠深1.0 m、坡度0.3%的渠道将污水处理厂排放的尾水引至调节池。

4.2.4 植物塘

新建植物塘总面积为2625 m2，有效水面面积2154 m2，总停留时间为25.8 h。植物塘分为沉淀部分和植物塘部分，沉淀部分有效水面积约为200 m2，有效水深1.0 m，停留时间约为2.4 h。植物塘部分有效水面积约为1954 m2，有效水深0.9 m，停留时间约为23.4 h。植物塘四周做编制土袋驳岸，岸边种植一定量的挺水植物，为强化处理能力，并在沉淀部分设置人工水草。通过塘岸边挺水植物、人工水草，对污水中污染物质的去除和吸收，对污水进行预处理。挺水植物选择耐污、耐寒的芦苇和西伯利亚鸢尾。

4.2.5 调节池

新建1座尺寸为L×B×H=60 m×4.0 m×1.5 m、设计有效水深1.0 m、停留时间1.0 h的钢混结构调节池，将预处理后的污水与污水处理厂的尾水充分混匀后，再进入水平潜流湿地处理。

4.2.6 水平潜流人工湿地

水平潜流人工湿地是本项目的工艺核心，按照地形在因地制宜的基础上，分单元采用模块化设计，潜流人工湿地共分为6个独立单元，各单元并联运行，总面积15000 m2，湿地有效面积14054 m2，水力负荷0.4 m3/( m2·d)，有效停留时间约1.12 d。潜流湿地系统包括布水系统、排水系统、湿地床体、湿地植物系统等，污水经配水渠，经布水系统向湿地单元均匀布水，在潜流湿地末端设置收水渠，正常运行过程中，放空阀关闭，湿地出水由末端集水管排至收水渠内，最后排至现有河沟。

(1)配水渠：新建渠长290 m、宽1.0 m、渠深2.0 m、有效水深1.7 m的配水渠，将进水均匀分配到各湿地单元内。

(2)布水系统：配水渠设置44个、尺寸为B×H=0.1 m×0.3 m配水孔。

(3)湿地床层：湿地床主要由碎石填料组成，床层深度为1.2 m，在水平方面上分5级布置，从配水侧至收水侧依次为宽2 m粒径30～60 mm碎石填料(首次配水墙)，宽25 m粒径8～12 mm的细碎石填料，宽3 m粒径30～60 mm碎石填料(二次配水墙)，宽25 m粒径8～12 mm的细碎石填料，宽2 m粒径30～60 mm碎石填料(汇水墙)。

(4)防渗设计：底部回填压实并采用HDPE膜进行防渗。

(5)湿地植物：水平潜流人工湿地床层上部种植净化能力强、耐污性能好、根系发达、适宜于左云生长的芦苇、水葱、小香蒲、西伯利亚鸢尾等挺水植物，总种植面积为14054 m2。

(3)收水系统：在水平潜流湿地单元床体末端设置集水横管，采用总长为245 m、管径为DN200的UPVC给水管，斜向下45°双侧间隔布置圆形孔集水，出水排至收水渠内，最终排至现有河沟；收水管出水端共设置26套DN200蝶阀，分别用于调节湿地内水位及放空。