結(jié)合人工濕地技術(shù)的凈水策略在商丘水系規(guī)劃中的應(yīng)用

劉謙,尹杰

(同濟(jì)大學(xué) 建筑與城市規(guī)劃學(xué)院,上海 200092)

當(dāng)歷史的車輪進(jìn)入21世紀(jì),人們?cè)趯?duì)城市快速發(fā)展帶來(lái)的水系的污濁和惡臭忍無(wú)可忍之后,在“生態(tài)城市”、“園林城市”、“宜居城市”、“東方水城”等大旗下,開(kāi)始了對(duì)城市水系大張旗鼓的生態(tài)化整治,僅河北省11市在過(guò)去5內(nèi)就有8座城市進(jìn)行了生態(tài)水系規(guī)劃。

在本輪水系規(guī)劃建設(shè)的浪潮中,“凈水”均是首要目標(biāo)。而物理-生物-生態(tài)相結(jié)合的人工濕地(constructed wetland)①學(xué)者夏漢平(2002)認(rèn)為,人工濕地系統(tǒng)是通過(guò)模擬天然濕地的結(jié)構(gòu)與功能,選擇一定的地理位置和地形,根據(jù)人們的需要,認(rèn)為設(shè)計(jì)與建造的濕地。它與天然濕地有相似的生態(tài)系統(tǒng),并通過(guò)人工手段使其凈水功能得到加強(qiáng)。技術(shù)因其在處理生活、生產(chǎn)污水的厭氧環(huán)境以及工程造價(jià)、維護(hù)費(fèi)用方面的優(yōu)勢(shì),得到了廣泛的應(yīng)用。河南省商丘市地處黃河流域,水網(wǎng)發(fā)達(dá)(圖1),但同樣面臨這資源型和水質(zhì)型缺水的境況?！皟羲币渤闪藢?shí)現(xiàn)“水通”、“水清”、“水美”的城市水系發(fā)展目標(biāo)的重中之重。[1-2]本文將詳細(xì)闡述在筆者近期參與的商丘市中心城區(qū)生態(tài)水系規(guī)劃(后文簡(jiǎn)稱“規(guī)劃”)[3]中的結(jié)合人工濕地技術(shù)的凈水策略,望對(duì)其它城市生態(tài)水系規(guī)劃起到借鑒作用。

圖1 商丘市水系示意圖

1 結(jié)合人工濕地技術(shù)的凈水策略的具體闡述

結(jié)合人工濕地技術(shù)的凈水策略為,首先利用污水、雨水管網(wǎng)收集城市污水并送至污水處理廠,集中解決污染水點(diǎn)源污染,污水處理達(dá)標(biāo)后作為中水資源,回送至每條河道。接著進(jìn)入人工濕地處理環(huán)節(jié)對(duì)上游來(lái)水和污水處理廠排入河流的中水進(jìn)行處理,即將每條河道當(dāng)成一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的水系統(tǒng),結(jié)合生態(tài)處理措施,將每條河道中參與污水處理的河段分為厭氧水解區(qū)、強(qiáng)化復(fù)氧區(qū)、生物穩(wěn)定區(qū)、濕地區(qū)4個(gè)工程分區(qū),對(duì)河水進(jìn)行進(jìn)一步處理,形成清潔的生態(tài)水環(huán)境。同時(shí),引入上游清潔的水資源,對(duì)市區(qū)水系進(jìn)行補(bǔ)水。

其中人工濕地處理環(huán)節(jié)的各工程分區(qū)具體工作流程為:(1)通過(guò)利用水閘攔水后,在一定區(qū)域內(nèi)形成相對(duì)流動(dòng)減緩的區(qū)域,即厭氧水解區(qū)。此時(shí)由于水流速減緩,河水形成上層兼氧、下層厭氧的水體,從而對(duì)污水起到沉淀和水解酸化作用,增大污水的可生化性。厭氧水解區(qū)中沉淀和水解酸化作用的流程是:城市污水經(jīng)粗格柵去除大塊漂浮物后,通過(guò)攔水溢流閘截流,再通過(guò)進(jìn)水管進(jìn)入細(xì)格柵進(jìn)一步去除細(xì)的漂浮物,經(jīng)去除漂浮物后的污水進(jìn)入水解酸化區(qū),水解酸化區(qū)中裝置填料,污水中的污染物被攔截和被填料中微生物膜作用,在此處固體懸浮物被沉降,大分子的有機(jī)物被分解而部分去除。隨后進(jìn)入強(qiáng)化復(fù)氧區(qū)。(2)在強(qiáng)化復(fù)氧區(qū)通過(guò)供氧系統(tǒng)向水中“輸氧”,所供氧氣一部分用來(lái)強(qiáng)化降解河水中的有機(jī)污染物,另一部分用來(lái)提高水體的溶解氧濃度,在河水中形成好氧環(huán)境,抑制厭氧微生物的作用,消除河水臭味。經(jīng)強(qiáng)化復(fù)氧區(qū)處理后,河水有機(jī)物濃度有所降低,臭味將得到較為徹底地去除,然后進(jìn)入生物穩(wěn)定塘。(3)河水中的懸浮物和強(qiáng)化復(fù)氧區(qū)內(nèi)有機(jī)物降解產(chǎn)生的污泥在生物穩(wěn)定區(qū)內(nèi)沉降、分離,然后進(jìn)入濕地區(qū)。(4)濕地區(qū)為人工濕地系統(tǒng)各分區(qū)面積最大的工程分區(qū),濕地區(qū)模仿自然濕地,即建造盡可能多的小環(huán)境,使水流路徑曲折多樣。在水體流經(jīng)的不同地段,栽種蘆葦、蒲草、雨久花、荷花等水生植物,通過(guò)土堤、植物帶、滲濾壩等隔離形成不同植物功能區(qū)組合式污水凈化系統(tǒng),建立水生生態(tài)系統(tǒng),使生物凈化效果達(dá)到最高。(5)經(jīng)過(guò)濕地區(qū)處理后通過(guò)退水閘進(jìn)入清河河道,通過(guò)強(qiáng)化復(fù)氧區(qū)曝氣的控制,使得河水進(jìn)入清河河道時(shí)保持一定的溶解氧濃度。流程圖如圖2所示。

圖2 人工濕地各分區(qū)工作流程

2 規(guī)劃中對(duì)各河道的具體解決方案

規(guī)劃將以上四個(gè)工程分區(qū)的總體布局落實(shí)到各條河道,形成各水系水環(huán)境治理的水循環(huán)系統(tǒng)。其中河道根據(jù)主要補(bǔ)水模式的不同可分為兩類。分別為:(1)主要依靠上游來(lái)水的補(bǔ)水模式;(2)內(nèi)部補(bǔ)水模式——靠污水處理廠處理后排回河道的中水進(jìn)行補(bǔ)水。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),四個(gè)區(qū)的面積比例大致可以劃分為3:1.9:0.9: 12(見(jiàn)圖3)。規(guī)劃中對(duì)各河道的具體解決方案為:

2.1 采用上游來(lái)水模式的河道

包河、古宋河、東沙河這三條河流主要承擔(dān)防洪功能,承接上游來(lái)水,位于城市邊緣,其污染源除了點(diǎn)源污染外還有很多面源污染,因此考慮以引入上游清水進(jìn)行河道補(bǔ)水,并依靠河道-濕地處理系統(tǒng)凈化河道水質(zhì)形成河道的生態(tài)用水自循環(huán)。

包河:規(guī)劃從周商永運(yùn)河以北段從田園路開(kāi)始進(jìn)入水質(zhì)處理工程四大功能區(qū),其中濕地區(qū)為人民公園,最終流入清水景觀區(qū);周商永運(yùn)河以南段,從兩河交匯處開(kāi)始進(jìn)入水質(zhì)處理工程四大功能區(qū),其中濕地區(qū)為珠江東路附近的公共綠地。河水經(jīng)過(guò)以上處理流程后,最終流入清水景觀區(qū)。

古宋河:位于城市西側(cè),從田園路開(kāi)始進(jìn)入水質(zhì)處理工程四大功能區(qū),其中濕地區(qū)為北海路苗圃,河水經(jīng)過(guò)處理流程后,最終流入清水景觀區(qū)。

東沙河:位于城市東側(cè),其上游主要依靠上游來(lái)水進(jìn)行河道補(bǔ)水,下游可利用第三污水處理廠處理后的污水進(jìn)行補(bǔ)水。

2.2 采用內(nèi)部補(bǔ)水模式的河道

由于商丘市區(qū)河道均為季節(jié)性河流,在旱季時(shí)商丘河道的生態(tài)用水來(lái)源有限,因此規(guī)劃利用各污水處理廠處理達(dá)標(biāo)后的再生水作為中水重新打入,并經(jīng)過(guò)河道-濕地處理系統(tǒng)處理后排入河道,作為河道生態(tài)補(bǔ)水。

圖3 商丘市水系人工濕地功能分區(qū)示意圖

康林河:中水來(lái)源于梁園污水處理廠,位于君臺(tái)路以西、倉(cāng)平路以南,規(guī)劃處理中水量4萬(wàn)m3/d,中水由中水管送至河流水質(zhì)處理工程進(jìn)行進(jìn)一步凈化,從梁園路開(kāi)始進(jìn)入水質(zhì)處理工程四大功能區(qū),其中濕地區(qū)為漢梁苑,最終流入清水景觀區(qū),與忠民河相匯。

忠民河:周商永運(yùn)河以北段,中水來(lái)源于梁園污水處理廠,中水由中水管送至河流水質(zhì)處理工程進(jìn)行進(jìn)一步凈化,從梁園路開(kāi)始進(jìn)入水質(zhì)處理工程四大功能區(qū),其中濕地區(qū)為君臺(tái)路東側(cè)帶型綠地,最終流入清水景觀區(qū);周商永運(yùn)河以南段,中水來(lái)源于第二污水處理廠,在高速鐵路北側(cè),蔡河以西,處理規(guī)模為32萬(wàn)m3/ d,占地面積為22公頃,規(guī)劃處理中水量為10萬(wàn)m3/d,中水由中水管送至河流水質(zhì)處理工程進(jìn)行進(jìn)一步凈化,從與周商永運(yùn)河交匯處進(jìn)入水質(zhì)處理工程四大功能區(qū),其中濕地區(qū)為古城湖以東,紫荊北路以西的帶型綠地,最終流入清水景觀區(qū),與古宋河相匯。

萬(wàn)堤河:中水來(lái)源于梁園污水處理廠,中水由中水管送至河流水質(zhì)處理工程進(jìn)行進(jìn)一步凈化,從田園路開(kāi)始進(jìn)入水質(zhì)處理工程四大功能區(qū),其中濕地區(qū)為與隴海鐵路交匯段綠地,最終流入清水景觀區(qū),與周商永運(yùn)河相匯。

蔡河:中水來(lái)源于第二污水處理廠,中水由中水管送至河流水質(zhì)處理工程進(jìn)行進(jìn)一步凈化,從與周商永運(yùn)河交匯處開(kāi)始進(jìn)入水質(zhì)處理工程四大功能區(qū),其中濕地區(qū)為翠竹公園、宋城公園在內(nèi)的帶型綠地,最終流入清水景觀區(qū)。

周商永運(yùn)河:上游中水來(lái)源于第四污水處理廠,在運(yùn)河與萬(wàn)堤河交匯處,處理規(guī)模為1萬(wàn)m3/d,占地面積為5公頃,規(guī)劃全部進(jìn)行深度處理,中水量為1萬(wàn)m3/d,中水由中水管送至河流水質(zhì)處理工程進(jìn)行進(jìn)一步凈化,從北海路苗圃開(kāi)始進(jìn)入水質(zhì)處理工程四大功能區(qū),其中濕地區(qū)為月季公園,最終流入清水景觀區(qū);下游中水來(lái)源于第三污水處理廠,中水由中水管送至河流水質(zhì)處理工程進(jìn)行進(jìn)一步凈化,從與包河交匯處開(kāi)始進(jìn)入水質(zhì)處理工程四大功能區(qū),其中濕地區(qū)為長(zhǎng)江東路以北的帶型綠地,最終流入清水景觀區(qū)。

中水河:中水來(lái)源于第一污水處理廠,中水由中水管送至河流水質(zhì)處理工程進(jìn)行進(jìn)一步凈化,從與包河交匯處開(kāi)始進(jìn)入水質(zhì)處理工程四大功能區(qū),其中濕地區(qū)為應(yīng)天公園,最終流入清水景觀區(qū),與蔡河相匯。

3 應(yīng)用展望

筆者認(rèn)為在各地今后生態(tài)水系規(guī)劃設(shè)計(jì)中,在完善人工濕地凈水功能的同時(shí),可發(fā)揮其作為濕地本身景觀、游憩功能,通過(guò)營(yíng)造生態(tài)岸線、水中種植具有觀賞性的凈水植物等手段,使人工濕地成為市民觀賞、游憩的樂(lè)園。其次可發(fā)揮其教育功能,如上海蘇州河整治中籌建了夢(mèng)清園博物館展示水系整治成果和凈水技術(shù),增加市民的環(huán)保知識(shí)和意識(shí)。另外,近期的東營(yíng)市生態(tài)水系規(guī)劃通過(guò)濕地系統(tǒng)構(gòu)建減輕土壤鹽堿化,由此帶給我們啟示,應(yīng)在技術(shù)上更加精細(xì)的挖掘人工濕地的生態(tài)特性,增強(qiáng)其實(shí)用范圍,為城市生態(tài)建設(shè)做出更大貢獻(xiàn)。

[1] 宋志文,張錫義,湯華崇,等.人工濕地污水處理技術(shù)及其發(fā)展[J].青島建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào),2004,25(2):58260.

[2] 應(yīng)俊輝.利用人工濕地處理農(nóng)村生活污水的研究[J]安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2007,35(4):110421105.

[3] 商丘市城鄉(xiāng)規(guī)劃局,匠人規(guī)劃建筑有限公司.商丘市中心城區(qū)生態(tài)水系規(guī)劃.2010.10.

[4] 李麗,王全.人工濕地在污水處理中的研究進(jìn)展[J].華東交通大學(xué)學(xué)報(bào).2007.2,24(1).11～14.