復(fù)合垂直流人工濕地在龍型水系水質(zhì)改善中的應(yīng)用

復(fù)合垂直流人工濕地在龍型水系水質(zhì)改善中的應(yīng)用

在5月的“9月9日”期間，中國科學(xué)院水生生物研究所、德國科隆大學(xué)和貴陽納米農(nóng)業(yè)科學(xué)院聯(lián)合負(fù)責(zé)歐洲聯(lián)盟國際合作項(xiàng)目的重要科學(xué)成果。目前，這是一個相對成熟的生態(tài)污水處理技術(shù)。它兼具優(yōu)良的景觀效果,管理簡單,運(yùn)行費(fèi)用僅為常規(guī)污水處理的1/5~1/3。目前在國內(nèi)外設(shè)計和應(yīng)用的示范工程已達(dá)200余處。1人工濕地建設(shè)奧林匹克森林公園位于北京市區(qū)的北部,城市中軸線的北端,屬于北京2008年奧運(yùn)會的核心區(qū)域,是奧林匹克公園的重要組成部分,也是北京市綠地系統(tǒng)建設(shè)的重點(diǎn)之一。奧林匹克森林公園在滿足北京2008年奧運(yùn)會比賽需要的同時,還充分考慮了奧運(yùn)會結(jié)束后整個公園將成為滿足北京市居民文化、體育、休閑需要的重要場所。北京奧林匹克森林公園人工濕地系統(tǒng)以北五環(huán)路為界分為南、北兩個區(qū)域。南區(qū)濕地位于奧林西路以東,奧海以西,清河導(dǎo)流渠以南,溫室教育展示區(qū)以北,濕地總面積為41500m2,處理水量為2600m3/d的再生水和20000m3/d奧運(yùn)湖循環(huán)水;施工準(zhǔn)備中的北區(qū)濕地位于白廟村路以東,清河岸線以南,清河退水渠以西,清河導(dǎo)流渠以北,建設(shè)面積約為15000m2,處理7430m3/d的再生水量。在此主要介紹已建成運(yùn)行的南區(qū)濕地。2設(shè)計的目的和方法的確定2.1公園水質(zhì)系統(tǒng)分析建設(shè)北京奧林匹克森林公園人工濕地工程的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)奧林匹克公園水環(huán)境質(zhì)量的良性循環(huán),營造人與自然和諧的生態(tài)環(huán)境,保證北京2008年奧運(yùn)會的順利進(jìn)行。本工程主要功能為:①深度處理奧林匹克森林公園補(bǔ)水水源(再生水)水質(zhì),補(bǔ)充奧海用水。②凈化奧海循環(huán)湖水,提高循環(huán)水水質(zhì)。③在公園中營造獨(dú)特人、文、水、綠相結(jié)合的濕地景觀,豐富公園的景觀多樣性,為人民提供良好的生活環(huán)境和接近自然的休憩空間。④維護(hù)園內(nèi)龍型水系的水質(zhì)與生態(tài)環(huán)境,為森林公園創(chuàng)造更好的水環(huán)境與生態(tài)條件。構(gòu)建一種人與自然和諧的生態(tài)系統(tǒng),在城市當(dāng)中創(chuàng)造出返璞歸真的自然風(fēng)貌及獨(dú)特的生態(tài)環(huán)境。⑤展示生態(tài)水處理技術(shù)和自然景觀效果。2.2復(fù)合垂直流人工濕地水處理技術(shù)方案的比對針對北京奧林匹克森林公園的具體狀況及其整體規(guī)劃,對活性污泥法、氧化溝、氧化塘等傳統(tǒng)污水處理工藝進(jìn)行了比對分析,這些傳統(tǒng)的污水處理工藝需要建設(shè)大面積的構(gòu)筑物,且大多數(shù)都是直接裸露于地面,無論從視覺還是景觀等方面均與奧林匹克森林公園整體規(guī)劃不協(xié)調(diào)。另外這些傳統(tǒng)工藝運(yùn)行費(fèi)用高,對環(huán)境擾動大,對維護(hù)人員專業(yè)性要求高,相對而言兼具園林綠化和景觀效果的水處理技術(shù)——人工濕地更為合適。因此,對復(fù)合垂直流濕地工藝、水平潛流濕地工藝和自由表面流濕地工藝這三個方案進(jìn)行綜合比對,主要從處理效果、工藝流程、運(yùn)行管理與維護(hù)檢修、能耗、凈化效能等方面進(jìn)行詳細(xì)分析,同時也充分考慮濕地的凈化功能、污染負(fù)荷、占地面積等因素,并結(jié)合本工程所屬地理位置、處理規(guī)模、來水含氮高的水質(zhì)特點(diǎn)、運(yùn)行條件、景觀協(xié)調(diào)等各方面因素,最后優(yōu)先選取了中國科學(xué)院水生生物研究所自主研發(fā)的“復(fù)合垂直流人工濕地”專利技術(shù)。復(fù)合垂直流人工濕地的基本構(gòu)造如圖1所示。該處理系統(tǒng)能高效去除各種常見的污染物,尤其對N、P的去除要優(yōu)于其他類型的人工濕地,同時具有建設(shè)、運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用低等特點(diǎn),其工程造價僅為常規(guī)二級處理的1/5~1/3。3濕區(qū)復(fù)合垂直流的設(shè)計3.1再生水保護(hù)費(fèi)用計算對于南區(qū)人工濕地,處理對象為再生水和循環(huán)湖水兩部分,所采用的工藝流程(見圖2)根據(jù)再生水來水水質(zhì)不同采用如下兩套方案:①1號或2號單獨(dú)處理再生水,剩余單元用于處理主湖循環(huán)湖水;此時若1號濕地單獨(dú)處理再生水,則其設(shè)計水力負(fù)荷為0.41m3/(m2·d),理論停留時間為23.2h,而其他5個單元的設(shè)計水力負(fù)荷為0.57m3/(m2·d),理論停留時間為18.5h;若2號濕地單獨(dú)處理再生水,則其設(shè)計水力負(fù)荷為0.34m3/(m2·d),理論停留時間為25.1h,而其他剩余5個單元的設(shè)計水力負(fù)荷為0.59m3/(m2·d),理論停留時間為18.1h。②1號、2號并聯(lián)處理再生水,剩余單元處理主湖循環(huán)湖水,則1號濕地和2號濕地設(shè)計水力負(fù)荷為0.18m3/(m2·d),理論停留時間為34.3h,而其他4個單元的設(shè)計水力負(fù)荷為0.73m3/(m2·d),理論停留時間為16.2h。3.2濕地單元的配置、設(shè)計和出水口的水質(zhì)號濕地南區(qū)人工濕地占地面積為41500m2,共6個單元,1~6號濕地的面積分別為6400、7700、6400、7000、7000、7000m2。2施工和出水口水質(zhì)根據(jù)相關(guān)資料并充分考慮復(fù)合垂直流人工濕地的凈化空間,確定了設(shè)計進(jìn)、出水指標(biāo),具體如表1所示。3.3生長和觀賞方面結(jié)合本工程再生水總氮含量高的問題,在設(shè)計中必須制定與本工程相匹配的植物選配原則,具體選種原則如下:①植物的凈化能力強(qiáng),耐污能力強(qiáng)且根系發(fā)達(dá);②具有抗逆性,包括抗凍能力、抗病蟲害能力及對周圍環(huán)境的適應(yīng)能力;③觀花植物要求花期長,特別在7、8、9月份開花繁盛(為了滿足奧運(yùn)會的要求);④經(jīng)濟(jì)和觀賞價值高;⑤重視物種間的合理搭配;⑥適地適種,即盡可能地選擇適合北方地區(qū)生長的物種?；谝陨线x種原則,最后確定本工程的植物種類為蘆葦、香蒲、菖蒲、三棱草、菰、水蔥、紅蓼、澤瀉、千屈菜和鳶尾這10種植物。3.4進(jìn)行有機(jī)組合濕地基質(zhì)采取碎石等多種材質(zhì),以不同粒徑及不同配比進(jìn)行有機(jī)組合。根據(jù)來水種類不同進(jìn)行不同組配和不同分層,其下行池基質(zhì)深度為130cm,而對應(yīng)的上行池基質(zhì)深度為110~120cm不等。4濕地建設(shè)和人工濕地的形成北京奧林匹克森林公園南區(qū)人工濕地2006年12月開始施工建設(shè),于2007年8月建成投入試運(yùn)行。4.1段時間正常運(yùn)行南區(qū)人工濕地于2007年8月建成后,經(jīng)過一段時間的運(yùn)行調(diào)試開始正常運(yùn)行。對南區(qū)人工濕地水質(zhì)進(jìn)行了監(jiān)測,表2為人工濕地部分水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果,可見濕地已逐步發(fā)揮其凈化功能。4.2濕地植物千屈菜的生長和生長狀況植物是濕地重要的組成部分,及時了解其生長狀況有利于系統(tǒng)更好地運(yùn)行和調(diào)控。北京2008年6月第29屆奧運(yùn)會前夕,對濕地內(nèi)植物千屈菜進(jìn)行了相關(guān)的植株生長狀況、濕地周邊溫度/濕度、濕地內(nèi)部溫度/濕度、開花狀況等進(jìn)行了調(diào)查,結(jié)果見表3。南區(qū)人工濕地對其周邊的環(huán)境起到了良好的調(diào)節(jié)作用,濕地植物滿足了森林公園的景觀要求及濕地凈化功能要求。4.3功能效果的評價北京奧林匹克森林公園南區(qū)功能型人工濕地是森林公園的重要組成部分和亮點(diǎn)工程,而評價一項(xiàng)公共福利工程的優(yōu)劣及其社會效益大小,往往需要對普通民眾進(jìn)行調(diào)查。因此,對到奧林匹克森林公園南區(qū)功能人工濕地游覽的北京市市民進(jìn)行了問卷調(diào)查,問卷內(nèi)容主要是從濕地的功能——凈化水質(zhì)、為城市提供清新空氣、休閑娛樂、科學(xué)研究和教育市民提高環(huán)保意識和生態(tài)文明意識等方面來闡述南區(qū)功能型人工濕地的建設(shè)是否達(dá)到其滿意。一共對268位北京市民進(jìn)行了調(diào)查。結(jié)果有216人回答滿意,47位回答比較滿意,5位沒有進(jìn)行回答。滿意率為80.6%,認(rèn)可率(回答滿意和比較滿意的比率)為98.1%。民意問卷調(diào)查可說明南區(qū)功能型人工濕地的建設(shè)取得了顯著的社會和環(huán)境效益。5結(jié)語采用復(fù)合垂直流人工濕地處理北京奧林匹克森林公園主湖循環(huán)水和主湖補(bǔ)給水(污水處理廠尾水-再生水),符合