植物碎石床濕地技術(shù)在云南省玉溪市星云湖撫仙湖出流改道工程中的應(yīng)用

李超

【摘 要】本文介紹了植物碎石床濕地處理低污染污水的工藝流程、參數(shù)確定、植物篩選等的方法及應(yīng)用，為處理水量不大、水質(zhì)變化不很大、管理水平不很高的低污染污水探索了一種科學(xué)有效的方法。

【關(guān)鍵詞】植物碎石床濕地技術(shù)；出流改道；應(yīng)用

0.前言

星云湖與撫仙湖為云南省九大高原湖泊中的二個(gè)姐妹湖，二湖與隔河相連，現(xiàn)狀為>Ⅴ類水質(zhì)的星云湖水流入基本為I類水質(zhì)的撫仙湖，使具有“納污吐清”特性、湖水更換周期達(dá)167年的撫仙湖受到嚴(yán)重的威脅。為了盡早扭轉(zhuǎn)這一趨勢(shì)，云南省決定實(shí)施撫仙湖、星云湖綜合治理出流改道工程。

1.人工濕地的工藝流程及主要設(shè)計(jì)參數(shù)

1.1試驗(yàn)工程

1.1.1地點(diǎn)和目的

試驗(yàn)地點(diǎn)選在星云湖邊，直接對(duì)星云湖出流湖水進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果不但對(duì)工程的設(shè)計(jì)有直接的指導(dǎo)意義，而且有很高的科學(xué)參考價(jià)值。本試驗(yàn)選在星云湖南岸江川縣路居鎮(zhèn)大凹村湖邊，距星云湖500米。本項(xiàng)目試驗(yàn)不但為工程上馬提供設(shè)計(jì)參數(shù)，還將為以后工程的運(yùn)行提供管理維護(hù)經(jīng)驗(yàn)。

1.1.2試驗(yàn)工藝流程及主要設(shè)計(jì)參數(shù)（以1000m3/d為例）

（1）工藝流程。

星云湖水→高等水生維菅束植物凈化池→除藻池→一級(jí)水生物塘→一級(jí)植物碎石床→二級(jí)水生物塘→二級(jí)植物碎石床→植物砂濾池→出水

（2）設(shè)計(jì)主要參數(shù)。

①進(jìn)水水量：1000m3/d。

②進(jìn)水水質(zhì)：星云湖水體平均濃度CODMn7.13mg/L；BOD54.15mg/L；葉綠素a48.61mg/m3；TN4.602mg/L；TP0.257mg/L；非離子氨0.060mg/L。

③主要構(gòu)筑物設(shè)計(jì)參數(shù)（單位：米）。

A.一級(jí)水生物塘： （20.6+18.2）/2×7.5=145.5m2。

B.第一級(jí)植物碎石床： （17.9+14.6）/2×19.3=313.6m2。

C.二級(jí)水生物塘： （13.5+14.05）/2×9.2=125.1m2。

D.第二級(jí)植物碎石床： （14.01+12.55+16.85）/3×24.1=348.7m2。

E.植物砂濾池： （16.75+16.9）/2×8.9=149.7m2。

A～E的面積： 1082.6m2。

④水力停留時(shí)間。

A.一級(jí)水生物塘 5.59小時(shí)。

B.第一級(jí)植物碎石床 1.81小時(shí)。

C.二水生物塘 5.71小時(shí)。

D.第二級(jí)植物碎石床 1.77小時(shí)。

E.植物砂濾池 0.25小時(shí)。

A～E的停留時(shí)間： 15.13小時(shí)。

（3）布水。

流程各單元均采用平行布水，各單元之間進(jìn)出水采用上進(jìn)下出或下進(jìn)上出方式。

1.1.3生態(tài)工程植物品種的選擇

生態(tài)工程的植物品種主要選擇適合當(dāng)?shù)貤l件的高等維管束植物。

（1）一級(jí)水生物塘。

考慮到以后出流水水質(zhì)凈化工程植物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性，如水質(zhì)、氣溫等生境條件。故一級(jí)水生物塘選用星云湖中的鳳眼蓮。

（2）第一級(jí)植物碎石床。

考慮到植物碎石床是本環(huán)境工程（即出流水水質(zhì)凈化工程）重要部分，同時(shí)此部分不在湖里和湖邊帶，故選用目前國(guó)內(nèi)外人工濕地優(yōu)良品種。經(jīng)過(guò)近三年的篩選，主要植物為：蘆葦、傘草、野姜花、風(fēng)車草、菖蒲。

（3）二級(jí)水生物塘。

鳳眼蓮、大薸。

（4）第二級(jí)植物碎石床。

蘆葦、傘草、美人蕉、馬蹄蓮、花葉蘆荻。

（5）植物砂濾池。

蘆葦、花葉蘆荻。

1.1.4試驗(yàn)結(jié)果

本試驗(yàn)工程2001年9月5日建成栽種植物，經(jīng)運(yùn)行40個(gè)多月。40個(gè)月的運(yùn)行試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，經(jīng)本試驗(yàn)工程處理后的星云湖出水水質(zhì)能夠改善達(dá)到地表水III類水水質(zhì)要求。結(jié)果見(jiàn)表2—1。由表可見(jiàn)試驗(yàn)濕地連續(xù)運(yùn)行3年多的處理效果是很穩(wěn)定的。

1.1.5現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果及在出流改道工程中的可適性分析

從現(xiàn)場(chǎng)1000m3/d模擬試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果（表2—1）可以看出：

（1）采用本生態(tài)凈化工藝，星云湖湖水出流水能達(dá)到地表水III類水標(biāo)準(zhǔn)。

（2）本試驗(yàn)工藝除藻和去除葉綠素a效果好，去除率達(dá)99.87%和98.45%，成本又很低，不需耗能和不采用其它理化措施。

（3）非離子氨的去除能力也高，可達(dá)93.33%。

（4）BOD5去除率可達(dá)60.84%，CODMn去除率相對(duì)較低為：34.87%。

（5）TP去除率可達(dá)68.83%，TN去除率達(dá)到50.0%，NH3-N去除率54.13%。

（6）鳳眼蓮、大薸、蘆葦、傘草、野姜花、花葉蘆荻、美人蕉、風(fēng)車草、馬蹄蓮比較適合本試驗(yàn)生長(zhǎng)環(huán)境。

若采用本模擬示范試驗(yàn)的人工植物碎石床工藝及在星云湖出流前用挺水植物凈化處理，凈化1m3水僅需1.0平方米面積，水力停留時(shí)間小于24小時(shí)，就能夠達(dá)到撫仙湖、星云湖出流改道工程中星云湖出流水III類水水質(zhì)要求。

由于1000m3/d現(xiàn)場(chǎng)示范的條件和出流改道20萬(wàn)m3/d人工濕地條件基本相同，所以現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)成果應(yīng)該能夠適應(yīng)出流改道工程中的人工濕地。

表2—1出流水污染控制環(huán)境工程現(xiàn)場(chǎng)示范試驗(yàn)結(jié)果表（1000m3/d）

1.2人工濕地工程

1.2.1挺水植物帶工藝設(shè)計(jì)

挺水植物帶成U字型，占地總面積68.9畝，其中植物種植面積為54.2畝，沉砂區(qū)面積7.2畝，植物采用星云湖類蘆葦。

1.2.2一期人工濕地工藝設(shè)計(jì)

人工濕地及砂濾池的運(yùn)行水位控制在有效水深1.5m；一級(jí)生物塘水深不低于2.0m；二級(jí)生物塘的運(yùn)行水位控制在有效水深2.0m。

第一期人工濕地占地面積為193.9畝，由處理系統(tǒng)1至處理系統(tǒng)4組成，含18個(gè)子系統(tǒng)。

（1）各子系統(tǒng)流程。

第一級(jí)植物碎石床→第二級(jí)植物碎石床→第二級(jí)水生物塘→第三級(jí)植物碎石床→砂濾池。

（2）進(jìn)水布水方式。

一、二級(jí)人工濕地碎石床進(jìn)出水采用穿孔管布水，從上部進(jìn)水，從下部出水；二級(jí)生物塘采用“下—上—下”進(jìn)出水方式；砂濾池采用上進(jìn)下出方式布水，在頂部設(shè)置進(jìn)水管均勻布水。

（3）設(shè)計(jì)坡度。

一、二級(jí)人工濕地碎石床設(shè)計(jì)底坡度0.3%～0.5%，設(shè)計(jì)水面坡度0.1%～0.2%；二級(jí)生物塘設(shè)計(jì)底坡0.3‰～0.5‰，設(shè)計(jì)水面坡度0.1%～0.2%；砂濾池設(shè)計(jì)底坡度0.2%～0.3%。

（4）工藝尺寸。

第一級(jí)人工濕地碎石床：35m×36m×1.5m，設(shè)計(jì)深度1.5m（內(nèi)填碎石）。

第二級(jí)人工濕地碎石床：35m×35m×1.5m，設(shè)計(jì)深度1.5m（內(nèi)填碎石）。

第二級(jí)植物塘：35m×32m×2.0m；設(shè)計(jì)深度2.0m。

第三級(jí)人工濕地碎石床：35m×53m×1.5m，設(shè)計(jì)深度1.5m（內(nèi)填碎石）。

砂濾池：35m×18.5m×1.5m，設(shè)計(jì)深度1.5m（內(nèi)填砂）。

1.2.3人工濕地水力負(fù)荷設(shè)計(jì)

（1）水力停留時(shí)間：19.3h；其中第一級(jí)生物塘：5.8h第一級(jí)植物碎石床：1.7h；第二級(jí)植物碎石床：1.7h；第二級(jí)生物塘：7.7h； 第三級(jí)植物碎石床：2.44h。

（2）水力負(fù)荷：0.8～1.0m3/m2.d。

1.2.4植物設(shè)計(jì)（一期）

（1）植物品種設(shè)計(jì)。

植物品種設(shè)計(jì)采用與實(shí)驗(yàn)相同的方案，主要品種有：鳳眼蓮、蘆葦、傘草、野姜花、風(fēng)車草、菖蒲、大薸、美人蕉、馬蹄蓮、花葉蘆荻等。

（2）植物栽種規(guī)格。

1）植物碎石床：10棵/m2；2行/m2，每行5棵。

2）水生物塘：50棵/m2。

1.2.5人工濕地施工及初期運(yùn)行

人工濕地于2005年12月開(kāi)始建設(shè)，2008年10月主遂洞貫通可通水進(jìn)行濕地植物的移栽，通過(guò)近一年的植被養(yǎng)護(hù)，環(huán)保部門對(duì)人工濕地出流水檢測(cè)結(jié)果為除TN、TP稍超標(biāo)外，其他指標(biāo)均達(dá)到地表水III類水標(biāo)準(zhǔn)。水質(zhì)指標(biāo)TN、TP超標(biāo)主要因?yàn)檫M(jìn)水量可能偏大（大于設(shè)計(jì)進(jìn)水量1.16m3/s）及濕地植被生長(zhǎng)不均和生長(zhǎng)量未達(dá)到設(shè)計(jì)生長(zhǎng)量。

2.結(jié)束語(yǔ)

人工濕地污水處理系統(tǒng)是一個(gè)綜合的生態(tài)系統(tǒng)，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

①建造和運(yùn)行費(fèi)用便宜；②易于維護(hù)，技術(shù)含量低；③可進(jìn)行有效可靠的低污染廢水處理；④可提供和間接提供效益，如水產(chǎn)、畜產(chǎn)、綠化、野生動(dòng)物棲息等。但也有不足：①占地面積大；②易受病蟲(chóng)害影響；③生物和水力復(fù)雜性加大了對(duì)其處理機(jī)制、工藝動(dòng)力學(xué)和影響因素的認(rèn)識(shí)理解，設(shè)計(jì)運(yùn)行參數(shù)不精確且因地域性強(qiáng)。另外，植物的生長(zhǎng)狀況對(duì)人工濕地系統(tǒng)處理效率影響極大，要達(dá)到其最優(yōu)效率時(shí)，需2～3個(gè)生長(zhǎng)周期，所以需建成幾年后才達(dá)到完全穩(wěn)定的運(yùn)行。