人工強(qiáng)化——人工濕地復(fù)合技術(shù)在城市景觀水體凈化中的應(yīng)用

汪宏渭

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海200092）

1 工程簡介

為了進(jìn)一步加強(qiáng)上海現(xiàn)代化國際大都市綜合競(jìng)爭(zhēng)力，改善城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，提升城市綠化水平,加強(qiáng)生物多樣性保護(hù)，提升植物科研水平，滿足市民科普教育、休閑旅游的需求，讓綠色來演繹“城市，讓生活更美好”的中國上海2010年世博會(huì)主題，經(jīng)上海市人民政府批準(zhǔn)，選址松江佘山國家旅游度假區(qū)內(nèi)建設(shè)上海辰山植物園。

上海辰山植物園位于上海市松江區(qū)佘山山系中的辰山地帶，東起辰山中心河、西至辰塔路、南抵辰花公路、北達(dá)沈磚公路(辰山塘以西)、佘天昆公路，總占地面積約207 hm2。

為了控制入湖污染物負(fù)荷，提高景觀水體的自凈能力，在辰山植物園外圍配套設(shè)計(jì)水體凈化場(chǎng)，提高景觀水體水質(zhì)，使水體保持良好的景觀功能。

2 水體凈化場(chǎng)工程設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)水量

2.1.1補(bǔ)充水水量

在對(duì)景觀水體采取合適的維護(hù)措施之前，首先需要對(duì)水量平衡進(jìn)行分析。對(duì)于該工程而言，景觀水體的天然補(bǔ)充水有水面降水和地表徑流，另外可能有湖底滲入的水量。損耗的水量包括景觀澆灌用水和水面的蒸發(fā)水量。因此水體的水量平衡計(jì)算可表示為：

式中：W——補(bǔ)充水量；

Ql——綠化澆灌與硬地澆灑量；

Qr——湖底滲透量；

q1——蒸發(fā)水量；

q2——水面降水量；

q3——地表徑流量。

根據(jù)植物園地質(zhì)、氣象、用水量等資料，計(jì)算得出景觀水體每天最大補(bǔ)充水量為3 000 m3/d。

2.1.2循環(huán)水水量

對(duì)于一些容積較大的景觀水體來說，國內(nèi)通常采用15～30 d的循環(huán)周期。由于辰山植物園景觀水體設(shè)計(jì)時(shí)考慮了水生植物、水生動(dòng)物等，組成了一個(gè)完整的生態(tài)系統(tǒng)，水體自凈能力較強(qiáng)，因此該工程循環(huán)周期按上限取值，設(shè)計(jì)值為30 d。封閉景觀水體總水量約為36.6萬m3，則總循環(huán)水量約為12 200 m3/d，設(shè)計(jì)循環(huán)水量取13 000 m3/d。

2.2 設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)

根據(jù)辰山植物園景觀水體功能定位和上海市景觀水體的污染現(xiàn)狀，本著經(jīng)濟(jì)合理的原則，確定補(bǔ)充水經(jīng)景觀水體凈化場(chǎng)處理后水質(zhì)達(dá)到Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，景觀水體水質(zhì)總體維持在IV類標(biāo)準(zhǔn)。循環(huán)水經(jīng)處理后透明度得到較大提高。景觀水體凈化場(chǎng)補(bǔ)充水及循環(huán)水進(jìn)出水水質(zhì)如表1和表2所列。

表1 補(bǔ)充水設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)（單位：mg/L）

表2 循環(huán)水設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)（單位：mg/L）

2.3 工藝流程

水體凈化場(chǎng)工藝流程如圖1所示。

補(bǔ)充水由DN200連通管經(jīng)取水井引入原水調(diào)節(jié)塘，由管道泵提升進(jìn)入人工強(qiáng)化處理裝置的混凝沉淀池，混凝沉淀處理后經(jīng)重力流入后續(xù)充氧池，經(jīng)曝氣復(fù)氧后進(jìn)入表面流人工濕地和水平潛流人工濕地。循環(huán)水由東湖的循環(huán)水泵經(jīng)DN400循環(huán)水管提升進(jìn)入混凝沉淀池，混凝沉淀處理后經(jīng)重力流入后續(xù)充氧池，經(jīng)曝氣復(fù)氧后排入水平潛流人工濕地出水槽，和補(bǔ)充水合流后經(jīng)DN600管道重力流入景觀水體（辰山市河）?；炷恋沓匚锘勰嘤蓧毫ε湃胛勰酀饪s塘自然濃縮，上清液重力流入原水調(diào)節(jié)塘，濃縮污泥定期外運(yùn)處置。

2.4 水體凈化構(gòu)筑物

2.4.1取水井

取水井1座，尺寸為3.75 m×1.5 m，深3.1 m。取水井位于辰山市河西閘附近，從植物園南河取水后經(jīng)井內(nèi)隔柵進(jìn)入原水調(diào)節(jié)塘。手動(dòng)隔柵規(guī)格：B=0.4 m。

2.4.2原水調(diào)節(jié)塘

泵水調(diào)節(jié)塘1座，不規(guī)則形，面積740 m2，深4.3～4.7 m。塘內(nèi)設(shè)隔柵井一座，尺寸1.4 m×1.4 m，深2.4m，上設(shè)不銹鋼隔柵板，尺寸900mm×900mm。

原水調(diào)節(jié)塘接水體凈化場(chǎng)區(qū)南側(cè)取水井DN200取水管，引水進(jìn)入原水調(diào)節(jié)塘預(yù)沉。出水進(jìn)入人工強(qiáng)化處理裝置的混凝沉淀池。

2.4.3人工強(qiáng)化處理裝置

人工強(qiáng)化處理裝置1座，平面尺寸21.8 m×16.4 m，深5.3 m，包括混凝沉淀池和充氧池，地埋式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，上面采用綠化覆蓋，種植草皮和灌木。

混凝沉淀采用高效折管絮凝、斜管沉淀池，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，共4池。A池處理補(bǔ)充水，設(shè)計(jì)處理水量3 000 m3/d，平面尺寸為5 m×7.7 m，有效水深 4.5 m，上升流速取 3.2 m3/m2·h。B 池、C 池和D池處理循環(huán)水，設(shè)計(jì)處理水量為10 000 m3/d，每池平面尺寸為5 m×7.7 m，有效水深4.5 m，上升流速取 3.6 m3/m2·h。

管廊內(nèi)設(shè)取水泵兩臺(tái)，一用一備，Q=125 m3/h，H=12 m，N=5.5 kW，取水泵從原水調(diào)節(jié)塘隔柵井取水，出水進(jìn)入混凝沉淀池A。

設(shè)自動(dòng)加藥裝置一套，制備能力Q=20 kg/h，N=0.37 kW。藥劑采用固體硫酸鋁（含Al2O3約15.6%），平均投加量按20 mg/L考慮，最大投加量30 mg/L。計(jì)量泵3臺(tái)，流量0.7 L/min，功率0.25 kW。

充氧池設(shè)射流曝氣機(jī)兩臺(tái)，供氧量2.2～2.6kg/h，N=2.2 kW。

設(shè)置軸流通風(fēng)機(jī)一臺(tái)，用于管廊內(nèi)換氣，換氣次數(shù)按每小時(shí)6次考慮，Q=3 810 m3/h，N=0.37 kW。

2.4.4表面流人工濕地

表面流人工濕地面積為3 000 m2，有效水深0.3，停留時(shí)間為0.3 d。

根據(jù)水質(zhì)處理要求和景觀要求，選擇8種濕地植物，具體配置如表3所列。

圖1 水體凈化場(chǎng)工藝流程圖

表3 表面流人工濕地植物配置表

2.4.5水平潛流人工濕地

水平潛流人工濕地占地4 780 m2，有效面積3 780 m2，水力負(fù)荷為 0.8 m3/m2·d。水平潛流人工濕地共56組，每組尺寸13.5 m×5 m，長寬比2.7∶1。濕地床前端1 m為布水區(qū)，裝填Φ30～50礫石，后續(xù)12 m為濕地床，前8m裝填Φ5～10礫石，后4 m裝填Φ5～10沸石，后端0.5 m為集水區(qū)，裝填Φ30～50礫石，底部坡度取0.74%，裝填高度從0.5～0.6 m不等。設(shè)計(jì)水位低于地表0.1 m。

根據(jù)水質(zhì)處理要求和景觀要求，選擇9種濕地植物，具體配置如表4所列。

表4 水平潛流人工濕地植物配置表

2.4.6污泥濃縮塘

污泥濃縮塘1座，不規(guī)則形，面積560 m2，深度為2.8～3.2 m，用來存放人工強(qiáng)化處理裝置產(chǎn)生的物化污泥，污泥自然濃縮后上清液排入原水調(diào)節(jié)塘。有效容積為1 000 m3，設(shè)計(jì)儲(chǔ)泥時(shí)間為1 a，即每年清淤一次，污泥外運(yùn)處置。

3 水體凈化場(chǎng)運(yùn)行管理

針對(duì)季節(jié)變化以及景觀水體水質(zhì)的不斷改善，提出辰山植物園水體凈化場(chǎng)的運(yùn)行機(jī)制與管理措施如下：

階段一：植物園建成之初，補(bǔ)充水必須經(jīng)過人工強(qiáng)化處理裝置和人工濕地組合方式，內(nèi)循環(huán)水可以短流直接在西湖→南湖→東湖→辰山市河之間進(jìn)行循環(huán)。

階段二：當(dāng)植物園運(yùn)行一段時(shí)間后，內(nèi)循環(huán)水必要時(shí)需經(jīng)過人工強(qiáng)化處理后再回到景觀水體，水流循環(huán)方式為西湖→南湖→東湖→水體凈化場(chǎng)（人工強(qiáng)化處理裝置）→辰山市河→西湖。補(bǔ)充水處理流程不變。

階段三：從長期來看，根據(jù)《上海市水（環(huán)境）功能規(guī)劃》，油墩港水質(zhì)遠(yuǎn)期將達(dá)到IV類，原則上不需要對(duì)補(bǔ)充水進(jìn)行處理，可啟用階段一的內(nèi)循環(huán)方式，當(dāng)外部水質(zhì)突然惡化時(shí)，啟用階段二的內(nèi)循環(huán)方式。

4 結(jié)語

辰山植物園水體凈化場(chǎng)于2010年3月竣工，運(yùn)行至今已達(dá)1 a。技術(shù)上的先進(jìn)性及多模式運(yùn)行方式確保了該工程真正實(shí)現(xiàn)了節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水和節(jié)約投資等指標(biāo)。目前景觀水體水質(zhì)已經(jīng)達(dá)到了地表水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)III類以上，高于地表水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)IV類的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

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