從某工程機埠改造和人工生態(tài)濕地的配套建設(shè)看德國漢諾威水協(xié)的治污理念

鄭孝云　陳紅文

摘要：隨著城市化的不斷加速，很多原來的外環(huán)水系成了內(nèi)河水系，在城市建設(shè)中，大量雨、污排水管道存在錨接、漏接現(xiàn)象，大部分城市污水經(jīng)過雨水機埠調(diào)蓄池簡單的沉淀后，排人了這些內(nèi)河水系，使這些內(nèi)河水系成了藏污納垢的臭水溝，水系河道內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)被破壞殆盡，水體惡臭，對沿岸市民生活造成很大的影響，也嚴重的影響了城市的發(fā)展和城市的形象。城市的管理者們已經(jīng)充分的認識到這一點，通過采取各種方法系統(tǒng)地改造城市的排水系統(tǒng)，對城市污水進行有效的治理，讓城市逐步恢復(fù)到原有的生態(tài)，凈化城市環(huán)境。

關(guān)鍵詞：生態(tài)系統(tǒng)；排水系統(tǒng)；城市污水；治理

中圖分類號：TU992.3

文獻標識碼：B

文章編號：1008-0422（2013）06-0117-03

1 序言

某市城市水系環(huán)境的破壞和水質(zhì)的惡化與作為旅游城市的定位極不協(xié)調(diào)。2006年某市的決策者通過考察，決定引進德國漢諾威水協(xié)的治污理念對城市水系進行綜合治理。隨后德國漢諾威水協(xié)對某市的管網(wǎng)、水文、氣候、地理、人口、人們生活習(xí)慣進行了詳細的普查，并查閱了大量的歷史資料，針對某市的情況制定了水敏性城市發(fā)展和可持續(xù)性水資源利用框架，設(shè)計了對結(jié)合管網(wǎng)模擬的機埠改造及配套的人工生態(tài)濕地的治污工程綜合治理方案，且已陸續(xù)開始施工建設(shè)，部分工程已經(jīng)接近尾聲，筆者通過對某機埠改造和人工生態(tài)濕地配套建設(shè)，領(lǐng)略到德國漢諾威水協(xié)針對城市治污理念一些特點。

2 通過對現(xiàn)有管網(wǎng)進行普查和建立水力/水文數(shù)學(xué)模型模擬后，對現(xiàn)有機埠的運行方式的改變及對調(diào)蓄池的改造，實現(xiàn)了截污和對不明污水及初期雨水進行預(yù)處理

2.1 機埠現(xiàn)狀及改造前后的運行情況：目前接近完工的機埠改造工程機埠總匯水面積為415hm²，城市硬化徑流面積為290hm²，機埠有兩個進水口，一個9712m²的調(diào)蓄池，非降雨期來水量平均約0.5m³/S，原機埠的總抽排能力為12.6m³/S，調(diào)蓄池的水排向一條長17.3km的城市水系，由于某市的雨、污排水管道存在錯接、漏接現(xiàn)象，形成雨污合流現(xiàn)象，由于雨、污水未有效的分離，兩個進入機埠污水口CoD濃度最高僅296mg/L和154mg/L，最低時還只有93mg兒和53mg/L，所以送往污水處理廠的污水COD濃度過低造成污水處理廠負荷過重，有時機埠在應(yīng)急時污水未經(jīng)任何處理就直接排入了城市水系，且隨著城市的發(fā)展該水系已經(jīng)逐漸成為某市城市中心的水系，近年來由于沿岸機埠排污形成了水體惡臭、水生植物消失、棲息動物絕跡的臭水溝，與某市旅游城市的定位極不協(xié)調(diào)，在短時間內(nèi)解決雨、污排水管道錯接、漏接短期難以實現(xiàn)，針對雨、污合流及水系污染的實際情況，漢諾威水協(xié)提出了終端治污的理念，即改造現(xiàn)有的排水機埠和調(diào)蓄沉淀池，對來水進行預(yù)處理，然后對預(yù)處理的水進行分流。首先將原敞開式調(diào)蓄池改造成為兩個調(diào)蓄池，一個為封閉式，一個為敞開式。在非降雨情況下，不明污水在封閉式調(diào)蓄池內(nèi)沉淀、隔離污染物，然后將COD濃度較高的污水直接送往污水處理廠，溢流后COD濃度較低的污水通過人工生態(tài)濕地進行生態(tài)處理后再排向城市水系，在降雨情況下，從沉淀池溢流的未水進入敞開式調(diào)蓄池，再通過排洪渠排入水系內(nèi)，這種根據(jù)來水水質(zhì)和水量進行區(qū)別對待的處理方式，最大限度的解決了雨、污水合流的問題，城市管網(wǎng)中的來水不再是只經(jīng)過簡單的沉淀就直接排入城市水系，同時因送往污水處理廠的污水濃度提高、水量減少而使污水處理效益更佳，且這種終端治污的方式也為很多老城區(qū)未雨污分離的城市提供了一個示范。

2.1.1 機埠改造前后平面布置對比（圖1、圖2）

2.1.2 排水機埠改造前后運行流程對比（圖3、圖4）

2.2 調(diào)蓄池和泵房改造后的運行原理

此次設(shè)計將原來全部敞開的調(diào)蓄池分封閉式和敞開式兩個調(diào)蓄池，來水首先進入封閉式調(diào)蓄池，在非降雨期，來水的COD濃度平均約為140mg/L，在進水渠初步沉淀，通過閘門和水位標高的控制，新建的非降雨期泵房以300L/S送往污水處理廠進行處理，這時抽往污水處理廠的都是來水沉淀下來的污水，上層COD濃度較低的污水通過底板較高的閘門進入封閉式調(diào)蓄池沉淀池，封閉式調(diào)蓄池沉淀池分為A、B池，來水首先到達A池，在A池沉淀且達到一定水位后通過設(shè)置在A池上部三根設(shè)有滲水孔的滲透管溢流到B池，（滲透管起到隔離漂浮物及控制水位的作用）再次進行沉淀調(diào)蓄，（通過實踐證明污水在沉淀池沉淀一小時污水的COD濃度可以減少20%），然后以每兩天一次，每次3000m3的頻率通過非降雨期泵房抽向人工生態(tài)濕地進行生態(tài)處理過濾，最后排入城市水系，當B池及人工生態(tài)濕地全部注滿后，如水位繼續(xù)上漲，沉淀后的污水通過設(shè)置在A、B池尾端的溢流堰溢流到敞開式調(diào)蓄池，然后通過降雨期泵房排向人工生態(tài)濕地及城市水系，溢流堰能夠阻隔污水中的漂浮物及雜物。在小雨時，未水混雜著雨水，COD濃度較低，水位持續(xù)上升后開啟進水渠通往B池的兩個閘門，水流在A、B池沉淀后通過A、B池尾端的溢流堰溢流到敞開式調(diào)蓄池。如果在暴雨期，水位上漲過快，在進水渠還設(shè)置了一道45m長的溢流堰，污水通過溢流堰溢流至敞開式調(diào)蓄池，保證了封閉式調(diào)蓄池的安全，這時來水的COD濃度已經(jīng)很低了，在敞開式調(diào)蓄池蓄滿后可直接通過排洪渠排入城市水系。降雨結(jié)束后，為了清理A、B池廊道內(nèi)沉淀下來的污泥及雜物，在清空A、B池后，通過設(shè)置在A、B池尾端溢流區(qū)的沖洗水收集池蓄滿的水，開啟沖洗門產(chǎn)生一股很強的水浪將封閉式調(diào)蓄池沉淀池廊道內(nèi)淤積物及雜物沖往非降雨期泵房，經(jīng)過自動格柵隔離較大的沉淀物和漂浮物后抽往污水處理廠進行處理。封閉式調(diào)蓄池內(nèi)產(chǎn)生的臭氣則由生態(tài)處理裝置進行凈化后再排出。圖5、圖6是調(diào)蓄池示意圖。

3 通過配套人工生態(tài)濕地的建設(shè)，對預(yù)處理后的污水實現(xiàn)生態(tài)凈化

此次把人工生態(tài)濕地建設(shè)在原有的河道上，分為六個分區(qū)，為垂直潛流式人工生態(tài)濕地，面積約為8300m²，改造后泵房把經(jīng)過調(diào)蓄池沉淀、雜物隔離的不明污水及初期雨水通過管道輸送到人工生態(tài)濕地的配水渠，配水渠采用溢流的方式把來水集中、均勻的一次性分配到每個分區(qū)（配水渠的作用是均勻的分配污水，且在進水口設(shè)置了消力裝置，避免損傷人工生態(tài)濕地內(nèi)的水生植物），在人工生態(tài)濕地的池床上層由一米厚過濾砂組成過濾層，過濾砂下面則是根據(jù)不同級配鋪設(shè)卵石層，以防過濾砂滲入卵石層內(nèi)的帶孔過濾水收集管網(wǎng)，所選的過濾砂必須按照級配鋪設(shè)，其含鈣量、孔隙率、陽離子含量都有明確規(guī)定，達不到要求則需進行相應(yīng)的調(diào)配，如含鈣量達不到要求則需鋪設(shè)石灰石等措施，在過濾砂上根據(jù)特定的間隔種植蘆葦?shù)人参铮捎行?、攔截懸浮物。同時其發(fā)達的根系能使過濾砂內(nèi)產(chǎn)生空隙，補給氧氣，避免產(chǎn)生厭氧環(huán)境，使過濾砂發(fā)臭板結(jié)。將污水投放到人工建造的類似于沼澤的濕地上。當以富營養(yǎng)化為主的污水流過一定長寬比及底面有坡度的生態(tài)濾池時，經(jīng)石英砂填料床過濾，污水可以在床體的過濾砂縫隙中曲折流動，或在床體表面流動，最后通過收集管網(wǎng)排向城市水系，污水的BOD5（生物5日需氧量）去除率為85%，SS（固體懸浮物）去除率為87%，T-P去除率為85%，氨氮去除率為54%，污水中的無機污染物（重金屬）和有機物也很大限度的被濕地蘆葦吸收，且水生植物根際的多種微生物活動，增加了濕地基質(zhì)的透水性，與周圍環(huán)境的原生動物、微生物等形成各種小環(huán)境，通過氧的傳遞，更加增強了凈化廢水的能力。生態(tài)濕地的顯著特點之一是其對有機污染物有較強的降解能力，因此更適用于處理生活污水以及城市污水一類。生態(tài)濾池可分別處理廢水中的不溶性有機物與可溶性物質(zhì)。不溶性有機物通過濕地構(gòu)造中的過濾砂層被沉淀、過濾、截留，進而被微生物利用，而可溶性有機物則可直接通過植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代謝降解過程而被分解、去除。每天向生態(tài)濕地輸送3000m³污水，可在24小時內(nèi)處理完畢，全部排向城市水系，出水COD可以達到約30mg/L至40mg/L。人工生態(tài)濕地放空后通過水生植物根系重新補氧，然后再次注水使用。當城市水系水位連續(xù)三天高出人工生態(tài)濕地水位而無法排出時，配水渠還設(shè)置了緊急排空裝置，通過開啟閘門，人工生態(tài)濕地的水可以經(jīng)過一根輸送管回流到敞開式調(diào)蓄池，再通過水泵排出。人工生態(tài)濕地的結(jié)構(gòu)示意圖如圖7。

4 通過對河床斷面結(jié)構(gòu)的改造及對已經(jīng)破壞了的河道生態(tài)系統(tǒng)進行修復(fù)，達到進一步凈化水質(zhì)的作用

原有河道堤岸較陡，駁岸風(fēng)光帶建設(shè)在堤岸的外面，采用剛性護坡的方式進行護坡，對河床生態(tài)系統(tǒng)有較大的破壞，河道內(nèi)淤泥較多，河道內(nèi)的沉水植物已經(jīng)消失。德國漢諾威水協(xié)通過這次改造把堤岸后移，這樣一來，緩坡式柔性河岸同時也成為了駁岸風(fēng)光帶，解決了市民休閑的時候無法親水的問題，同時也增大河床的調(diào)蓄容積，發(fā)揮防洪功效，河岸浸水區(qū)鋪設(shè)椰棕植物墊及椰棕植物輥進行護坡，防止波浪沖刷堤岸，同時在河灘和植物墊上栽種水生植物，河道內(nèi)進行清淤后栽種沉水植物，還在水上安裝若干人工浮游島，上面栽種浮水植物，通過這些水生植物根系的吸收，不同的水生植物對水體中各種污染物有吸收、富集效果，達到進一步凈化水質(zhì)的作用。河道堤岸改造前后斷面對比示意圖如圖8、圖9。

5 通過駁岸景觀與凈水系統(tǒng)的一體化的建設(shè)，做到了既留住了雨水又凈化了初期雨水，同時也美化和改善了環(huán)境

通過水系駁岸風(fēng)光帶建設(shè)，在景區(qū)建設(shè)大量的草地式洼地，表面上看起來與一般草地無異，但實際上暗藏玄機，這些洼地具有蓄水和凈水功能，景區(qū)的雨水通過洼地下層的卵石層過濾后由滲透管收集后才允許排往河道內(nèi)，同時也能保證洼地內(nèi)水生植物的水分，且和景觀融為一體，這種方式還可以擴展到整個城市建設(shè)，在城市道路綠化帶、居民小區(qū)綠化帶等區(qū)域廣泛的建設(shè)帶有蓄水和凈化功能的洼地、溝渠，對城市道路及硬化地區(qū)產(chǎn)生徑流所含的硫及重金屬有很好的吸收和凈化作用，且能對雨水進行調(diào)蓄，減少城市水系因暴雨所帶來的壓力。這些洼地、溝渠的建設(shè)除具有調(diào)蓄功能外，儲存下來的水還可以回收利用，如澆花、洗車等，而且在干旱少雨季節(jié)通過蒸發(fā)有利于緩解當?shù)氐臍夂蜓谉岷蜔o水的問題，這也就是漢諾威水協(xié)提出的“水敏性城市”即“海綿城市”的理念。（圖10）

6 結(jié)語

漢諾威水協(xié)的治污理念在不能短期內(nèi)優(yōu)化某市地下排水管網(wǎng)的前提下，提出了這樣一個方案，通過科學(xué)的水力/水文數(shù)學(xué)模型、精準的水位水量控制、巧妙的封閉式調(diào)蓄池運行原理，最大限度的把雨、污水分離開，降低了送往污水處理廠的水量及提高濃度。通過人工生態(tài)濕地及駁岸風(fēng)光帶的建設(shè)，這些既是景觀又是天然的污水處理系統(tǒng)，凈化了水系水質(zhì)，也為生物提供棲息地，在提高城市生物多樣性等方面發(fā)揮巨大的作用，同時也擴大城市綠化面積、為人們提供了更加多樣化的休閑場所。本項目中采用的幾項關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備均為德國的成熟技術(shù)，項目完成后可產(chǎn)生廣泛的經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益。