余姚市陸埠水庫南洪橋人工濕地設(shè)計

高銀陽,董華萍,魏奇一

(余姚市江河水利建筑設(shè)計有限公司,浙江 余姚 315400)

1 問題的提出

作為余姚市生活飲用水重要水源地之一的陸埠水庫,近幾年來,水庫富營養(yǎng)化現(xiàn)象較為突出,2007年監(jiān)測結(jié)果表明:陸埠水庫主要超標(biāo)項目為總磷、總氮、高錳酸鹽和溶解氧,其中:超標(biāo)率最高的為總氮,達到100%。其次為總磷,超標(biāo)率70%。嚴(yán)重威脅著余姚市的水質(zhì)安全。為改善陸埠水庫水質(zhì),在陸埠水庫幾個入庫口建設(shè)人工濕地,減少排入水庫中有機物、氮、磷等物質(zhì)。

人工濕地是由人工建造和控制運行的與沼澤地類似的地面,將污水、污泥有控制地投配到經(jīng)人工建造的濕地上,在污水與污泥沿一定方向流動的過程中,主要利用土壤、人工介質(zhì)、植物、微生物的物理、化學(xué)、生物3重協(xié)同作用,對污水、污泥進行處理的一種技術(shù)。其作用機理包括吸附、滯留、過濾、氧化還原、沉淀、微生物分解、轉(zhuǎn)化、植物遮蔽、殘留物積累、蒸騰水分和養(yǎng)分吸收及各類動物。

2 人工濕地設(shè)計

2.1 人工濕地類型的選擇

人工濕地系統(tǒng)按其布水方式和水流形態(tài),可分為表面流型、水平潛流型和垂直流型3類。通過對3種濕地建設(shè)及運行成本的比較,并參考浙江省內(nèi)外水庫人工濕地建設(shè)運行經(jīng)驗,此次濕地設(shè)計采用表面流人工濕地系統(tǒng)。

表面流人工濕地系統(tǒng)也稱自由水面濕地系統(tǒng),這種類型的人工濕地和自然濕地相類似,廢水在填料表面漫流,水位較淺,多數(shù)在0.1～0.6 m。廢水進入人工濕地系統(tǒng)時,絕大部分有機物是由長在植物上的水下莖、桿上的生物膜來去除。這種類型的濕地具有投資少、操作簡單、運行費用低等優(yōu)點。表面流人工濕地系統(tǒng)示意見圖1。

圖1 表面流人工濕地系統(tǒng)示意圖

2.2 南洪橋人工濕地總體布置

南洪橋人工濕地位于楊家?guī)X溪入庫口大橋下游河灘漫地上。濕地面積2.8 hm2(42畝),長約227 m,平均寬約121 m。整個濕地系統(tǒng)由擋墻、攔水堰、攔污柵、引水管道、配水渠及濕地組成。

人工濕地靠溪道側(cè)采用干砌塊石擋墻,墻高按高出濕地0.3 m確定,濕地南北向用頂寬2m的土堤,東西向用頂寬1 m的土堤分隔成10塊,濕地床高程從45.2 m降至44.8 m。土堤頂高程高出濕地床0.6 m,其中東西向土堤高出濕地床0.3m處放置1排φ 200mm的PVC管,以保持0.3m水深。為防止?jié)竦貪B漏,鋪設(shè)1層土工布,結(jié)構(gòu)設(shè)計為:原土層+50 cm厚砂墊層+土工膜1層+50 cm厚砂墊層+600 cm厚原狀土+水生植物(見圖2)。

圖2 濕地總平面布置圖圖

濕地用水通過上游設(shè)堰、管道引水,把水引至濕地前端的配水渠,均勻地進入濕地,經(jīng)過濕地凈化后,流入陸埠大溪。

2.3 進水方式

人工濕地的進水方式有很多種,目前采用的主要有:推流式、階梯進水式、回流式和綜合式。推流式進水最為簡單,水動力消耗低,輸水管渠少?；亓魇竭M水可增加水中的溶解氧、延長水力停留時間并減少出水中可能出現(xiàn)的臭味,出水回流同樣可以促進填料床中的硝化作用。階梯進水有利于均勻分布有機負荷,可避免濕地床前部堵塞,提高SS和BOD的去除率,植物長勢均勻,也可以為后繼的脫氨過程提供更多的碳源,利于后續(xù)的硝化和反硝化脫氨作用。綜合式則一方面設(shè)置出水回流另一方面還將進水分布至填料床的中部,以減輕填料床前端的負荷。

該人工濕地采用推流式進水方式。溪道來水通過攔水堰攔蓄,溪道來水經(jīng)攔污柵截污后,通過引水管道進入配水渠,水流通過配水渠上的小水閘進入濕地內(nèi),濕地共分為5個階梯區(qū)塊,每個區(qū)塊通過過水管連接,當(dāng)上一區(qū)塊水位高于過水管低時,水流進入下一個濕地區(qū)塊。經(jīng)過5個區(qū)塊水生植物凈化后,最后進入陸埠水庫庫區(qū)。

2.4 植物配置

一個人工濕地系統(tǒng)的建立,植物的選擇和配置是非常重要。在系統(tǒng)建立和植物栽種配置時,要將系統(tǒng)的主要功能與植物的植物學(xué)特性充分結(jié)合起來。只有這樣,才能充分發(fā)揮不同植物各自的優(yōu)勢,以達到更好的凈化效果。

濕地植物的栽種配置要根據(jù)具體的應(yīng)用環(huán)境和系統(tǒng)工藝來確定,對于一些應(yīng)用工藝范圍較廣的植物類型,要充分考慮其在該工藝中的優(yōu)勢,使其充分發(fā)揮自己的長處而居于主導(dǎo)地位。

為達到全面的處理和利用效果,應(yīng)進行有機的搭配,如深根系植物與淺根系植物搭配,叢生型植物與散生型植物搭配,吸收多品種的植物與吸收多批次的植物搭配,以及常綠植物與季節(jié)性植物的季相搭配等。在進行綜合處理的工藝或工藝段中,切忌配置單一品種,以避免出現(xiàn)季節(jié)性的功能下降或功能單一。

濕地植物根據(jù)生活方式和形態(tài)可分為4類,挺水型植物(包括濕生和沼生)、葉型植物、浮型植物和沉水型植物。根據(jù)工程實際,該濕地植物采用挺水型和浮葉型植物,品種選擇菖蒲、梭魚草、再力花、水蔥、蘆葦、黃花水龍等草本植物。

按照濕地床高程不同,選擇矮的挺水植物種植在地勢高的區(qū)塊,地勢底的區(qū)塊種植高的挺水植物或者浮葉型植物。第1梯濕地區(qū)塊種植美人蕉和菖蒲,第2梯濕地區(qū)塊種植水蔥和再力花,第3梯濕地區(qū)塊種植蘆葦,第4梯濕地區(qū)塊種植梭魚草,第5梯濕地區(qū)塊種植黃花水龍。

3 人工濕地的處理效果分析

陸埠水庫濕地工程是一項保護水庫飲用水水質(zhì)的公共事業(yè),是造福市民、改善城市環(huán)境的重要基礎(chǔ)設(shè)施工程。其建成投產(chǎn)后的主要效益表現(xiàn)為環(huán)境效益方面。

該人工濕地將河流徑流收集處理后進入陸埠水庫,使陸埠水庫的有機物、氮、磷大大減少,阻止了水庫內(nèi)富營養(yǎng)化現(xiàn)象發(fā)生,改善了水庫水質(zhì)質(zhì)量。根據(jù)計算,此工程范圍內(nèi)每年向水庫排放的污染物將大幅度降低,估計COD將減少80 t,TN減少25 t,磷酸鹽減少3 t,有利于確保陸埠水庫水質(zhì),達到GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中II級以上。

4 結(jié) 語

為提高陸埠水庫的水質(zhì),在陸埠水庫入庫口處建設(shè)人工濕地,減少排入水庫中有機物、氮、磷等物質(zhì),對于保障陸埠水庫水質(zhì)安全具有十分重要的意義。同時,項目的實施可以為寧波市水庫水質(zhì)保護探索出一條技術(shù)可行、投資省、運行費用低的處理方法,對于寧波市飲用水水源庫區(qū)水質(zhì)的保護具有典型的示范意義。

由于水庫入庫口處的水位變化較大,對植物生長的影響也很大。人工濕地工程處理效果關(guān)鍵在于選擇適合此類環(huán)境下的濕地植物。建議此工程分期進行,先期進行南洪橋濕地建設(shè),根據(jù)濕地選擇植物結(jié)果和工程建設(shè)的經(jīng)驗,下一步再進行袁馬濕地建設(shè)和青龍溪濕地建設(shè)。