桐乡市水源生态湿地净化原水工艺及应用

刘宇飞

（中交上航华南市政工程有限公司，广东 珠海 519000）

1 工程概况

桐乡市水源生态湿地工程位于杭嘉湖平原腹地，概算总投资13.50亿元，占地359.07 hm2，设计湿地日处理水量60万t，满足当地7 d应急备用水量需求。湿地呈条形分布，东西向跨度4 km，南北向跨度范围为0.32～1.45 km。整个湿地布置分为北区、中区、南区等三个独立片区。

2 净化原水工艺

2.1 工艺流程

桐乡市水源生态湿地采用3 片并联系统，3 片湿地各自独立、互不干扰，最终出水汇集于取水泵房前的取水区，再经取水泵站取水至水厂。单片湿地处理流程，如图1所示。

图1 单片湿地处理流程图

同时，为克服冬季等低温季节动、植物活性低，影响水体净化效果的问题，此生态湿地引入回水循环、重复处理的思路，在中区的预处理区和深度净化区中间修建一座回水闸站。当泵站取水区水体不达标时，利用该闸站水泵将根孔生态净化区的出水引至根孔区前端进行重复净化，回水设计既能使得综合污染物去除率可提高6%以上，又能加速水体流动、增加水中溶解氧，提高湿地抗风险能力。

2.2 工艺参数

工程设计日处理水量为60 万t，其中北区湿地：表面水力负荷速率为0.28 m3/（m2·d），停留时间约为8.07 d，水力坡度0.02%；中区湿地：表面水力负荷速率为0.29 m3/（m2·d），停留时间约为8.67 d，水力坡度0.02%；南区湿地：表面水力负荷速率为0.22 m3/（m2·d），停留时间约10.35 d，水力坡度0.02%。

3 生态湿地布置

3.1 工程总布置

桐乡市水源生态湿地充分利用现有湖漾、周边地形地貌特征和土地特点，利用现状湖漾作为湿地预处理区并兼具备用源水塘，利用现状的鱼塘构筑根孔净化处理区，利用现有湖漾湿地深度净化处理区，最后至水厂取水泵站。

工程布置采用北、中、南3片湿地系统并联而成，每片湿地系统从西向东依次由预处理区、生态根孔净化区、深度净化区等3个区块串联组成，3个区块最终汇集于取水区，再经取水泵站取水，通过原水管线输送至水厂。

3.2 生态湿地平面设计（以北区湿地为例）

该湿地的主要净水原理是，构建内部完整的水生态系统，利用水生态系统的拦截、自净、循环能力完成水质净化。按照湿地处理流程，3片湿地均分设预处理区、跌水曝气区、根孔生态净化区、跌水曝气区、深度净化区5个功能区块，各区块主要原理见表1。

表1 主要功能区块原理表

①预处理区主要进行沉淀、过滤、吸附等部分净化，总面积21.68万m2，其中水域面积12.31万m2。在水面中设置导流堤4道，导流堤高程4 m，顶宽0.40 m，允许越流。在导流堤末端布设浮动湿地，浮动湿地以复合纤维浮动湿地通过标准模块拼接组合，形成巨大的植物根系拦截系统，经光合作用产生的氧气通过气道输送至根区，在植物根区的还原介质中形成氧化态的环境，这种有氧区域和缺氧区域的共同存在为根孔区的耗氧、兼性和厌氧生物提供了各自适应环境，使不同的微生物各得其所，发挥相辅相成的作用。

②预处理区末端为跌水曝气充氧区，通过水体在空气中自由跌落，完成水体氧气的补充、获取、交换，采用溢流堰型式，堰长80 m，跌水水头0.80 m，堰体后端设石坝一座。

③根孔生态净化区。北区根孔生态净化区总面积53.92万m2分成7片根孔区，其中根孔区1和5为横向植物床，其余均为纵向植物床，植物床总面积11.07万m2，水域面积36.14万m2，陆域面积6.70 万m2。横向植物床垂直于水流布设，植物床间沟宽约18.30 m，同时在床间设置小型丁坝群，尺寸为9×3（底宽3 m，顶宽1 m）×2.50 m，丁坝间布设卵石，通过自然摆放形成孔隙，形成鱼巢。植物床主要采用人造根孔技术，以人为埋植的植物秸秆作为湿地的填料/介质，有效地改变了湿地土壤亚表层的大孔隙结构，粗秸秆所形成的粗根孔相当于城市交通网络中的主干路，疏导和传导土壤中的水分和物质；细秸秆所形成的细根孔相当于城市中的支干路、次干路或小道，对土壤亚表层水分和物质的微循环以及承担土壤大孔隙和土壤基质之间桥梁角色方面起到了重要影响，两者互相支撑，构成了土壤大孔隙结构的脉络。

纵向植物床顺水流向布置，区内设有大沟以及进、出水沟，并在大沟设置净宽5 m 的卡口闸调控水流。

水流从纵、横向植物床根孔及土壤中渗过，以此净化改善水质。植物床以种植芦苇为主，其他种植菖蒲、风车草、菰、绿苇，通过植物的生长发育，可不断产生新的根孔，防止植物床堵塞。

④跌水曝气区。根孔区末端出水经过箱涵，在此处设置溢流堰，堰长150 m，水头0.80 m。

⑤深度净化区，过流面积大、水流速度慢，主要用来贮存经预处理及根孔生态净化的水，并进一步静置净化。在局部边角处设浮动湿地。

⑥泵站取水区。最终经各片湿地净化处理好的水汇集于泵站取水区，该区域水面积2.53万m2。

中区、南区流程与北区类似，不再做详细叙述。

4 水质检测

该大型水源生态湿地运营期间，委托第三方机构对出水水质进行检测，检测结果平均值见表2。

表2 湿地出水水质主要指标平均值表

分析表2可知，各功能区块净化指标检测值都满足净化目标要求，各功能区去除污染物效果良好，发挥了各自的功能作用。

5 效益分析

该生态湿地净化了原水水质，降低了水厂的原水处理成本，降幅约30%。同时，湿地有效库容达428.85万m3，可作为应急备用水源，减缓河道突发性水污染事件对社会的影响。另外，湿地建设提高了项目区内的林草覆盖率和植被条件，丰富了区域的生物多样性和植物多样性，经济、社会、生态效益明显。

6 结语

桐乡市水源生态湿地基本实现了预期目标，通过湿地内部的净化措施可有效改善原水水质，整体水质从劣Ⅴ～Ⅲ类稳定在国家饮用水水源地水质要求的Ⅲ类标准，并满足水厂60万t/d的供水需求；且湿地为相对封闭的区域，不仅可有效地保护好水源，而且可将湿地作为蓄水池，遭遇河网污染事件时，利用湿地可作为备用水源向水厂供水，从而提高供水抗风险能力。值得在水质型缺水的平原区域推广应用。

湿地植物床目前尚无专业施工设备，是以人工铺设施工为主，效率低下，且难以准确控制秸秆密度、覆土厚度，建议后续研究中，研制专业的施工设备及高效的施工方法。