濟(jì)寧市非常規(guī)水源開(kāi)發(fā)利用實(shí)踐

李 猛，張 莉，張正波

（濟(jì)寧市水利事業(yè)發(fā)展中心，山東 濟(jì)寧 272119）

濟(jì)寧市多年平均水資源總量46億m3，人均占有水資源量558 m3，多年平均可利用水資源量30.2億m3。隨著城市化進(jìn)程加快，城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，水資源供需“瓶頸”制約因素越發(fā)凸顯。2018年全市總用水量21.5億m3，已占到可利用水資源量的70%以上。如何控制水資源的開(kāi)發(fā)利用，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，留住綠水青山，是當(dāng)前急需解決的問(wèn)題。

1 項(xiàng)目實(shí)施的必要性

中水回用問(wèn)題的關(guān)鍵因素是水質(zhì)，只有把水質(zhì)提升上去，減少用水企業(yè)利用中水的成本，中水回用才會(huì)得到認(rèn)可。濟(jì)寧市污水處理廠處理后的尾水水質(zhì)雖然能達(dá)到國(guó)標(biāo)一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)，需進(jìn)一步處理，因?yàn)橥顿Y較大，用水單位沒(méi)有積極性。為此，濟(jì)寧市嘗試結(jié)合南水北調(diào)治污要求，將污水處理廠處理后的尾水引入濕地系統(tǒng)進(jìn)行生態(tài)處理，水質(zhì)得到凈化后，供給周邊工礦企業(yè)用水，實(shí)現(xiàn)中水回用。

2 項(xiàng)目研究背景

根據(jù)南水北調(diào)山東省控制單元治污方案，南水北調(diào)調(diào)水期間（每年10月～翌年5月），濟(jì)寧市污水處理廠12萬(wàn)m3/d、高新區(qū)污水處理廠7萬(wàn)m3/d，合計(jì)19萬(wàn)m3/d的尾水不能排入南四湖，需蓄存于濟(jì)寧市截污導(dǎo)流工程蓄水區(qū)，待非調(diào)水期再排入南四湖中。為確保南水北調(diào)水質(zhì)，同時(shí)提升中水回用水質(zhì)保障能力，濟(jì)寧市開(kāi)始建設(shè)截污導(dǎo)流蓄水區(qū)人工濕地水質(zhì)凈化工程，對(duì)污水處理廠中水進(jìn)行深度生化處理。

3 工藝方案的選擇與實(shí)施

濟(jì)寧市截污導(dǎo)流蓄水區(qū)占地面積586.47 hm2，總庫(kù)容1 144萬(wàn)m3，蓄水區(qū)設(shè)計(jì)底高程31.9 m，設(shè)計(jì)水位33.4 m。蓄水區(qū)是利用采煤塌陷區(qū)建設(shè)，庫(kù)底局部沉陷量較大。

3.1 技術(shù)路線

本項(xiàng)目結(jié)合煤礦塌陷地治理、南水北調(diào)水質(zhì)保障和中水回用水質(zhì)要求，統(tǒng)籌考慮人工濕地水質(zhì)凈化技術(shù)工藝，在對(duì)塌陷地地質(zhì)、水文水資源情況和工程運(yùn)行特點(diǎn)、施工條件等綜合分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)水生植物篩選，在復(fù)雜水文背景下對(duì)不同植物去除不同污染物的中水處理技術(shù)等進(jìn)行模型試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究。

3.2 主要研究?jī)?nèi)容

主要進(jìn)行表面流濕地、近自然濕地、生態(tài)穩(wěn)定塘濕地水處理工藝水生植物的篩選；水生植物的泌氧能力；水生植物對(duì)污染物的去除效果研究，包括對(duì) BOD5、CODMn、TN、TP、NH3-N 的去除；水生植物的去污能力研究；植物的泌氧能力與污染物去除效果的相關(guān)性分析；復(fù)雜水文背景下可持續(xù)濕地生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建。

3.3 工藝方案

1）凈化處理工藝選擇原則。所選工藝必須技術(shù)先進(jìn)、成熟，對(duì)水質(zhì)變化適應(yīng)能力強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定，能保證出水水質(zhì)達(dá)到處理要求；不影響蓄水區(qū)的主要功能和效益；減少投資和運(yùn)行費(fèi)用，易于操作和管理；水量枯平豐時(shí)期同樣具有較好的凈化處理效果；最大程度地減少對(duì)周?chē)h(huán)境的不良影響。

2）凈化處理規(guī)模及進(jìn)出水水質(zhì)。在南水北調(diào)東線每年調(diào)水期間，蓄水區(qū)設(shè)計(jì)蓄水量1 144萬(wàn)m3/a，平均處理水量4萬(wàn)m3/d。濟(jì)寧市和高新區(qū)污水處理廠的尾水執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。蓄水區(qū)進(jìn)水水質(zhì)具體指標(biāo)應(yīng)滿足：CODcr≤50 mg/L，BOD5≤10 mg/L，SS≤10 mg/L，TN≤15 mg/L，TP≤0.5 mg/L，NH3-N≤5 mg/L。人工濕地水質(zhì)凈化工程出水執(zhí)行《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)要求，相應(yīng)的出水水質(zhì)控制指標(biāo)為：CODcr≤20 mg/L，BOD5≤4 mg/L，TN≤1.0 mg/L，TP≤0.2 mg/L，NH3-N≤1.0 mg/L。

3）工藝方案選擇。通過(guò)對(duì)蓄水區(qū)庫(kù)底的土方平整、植物種植種類區(qū)域的選擇、運(yùn)行水位的控制等措施，建設(shè)人工濕地水質(zhì)凈化工程。按照水流方式，主體工藝采用表面流人工濕地+近自然人工濕地+生態(tài)穩(wěn)定塘組合工藝。

4）水生植物的去污能力分析。各種植物系統(tǒng)在HRT為7 d時(shí)對(duì)污染物的去除效果如表1所示。*CODCr去除率是HRT為5 d的數(shù)值。有植物系統(tǒng)對(duì)CODCr、TN、NH4+-N和TP的去除效果分別高出無(wú)植物空白系統(tǒng)27.2%～37.1%、11.3%～28.2%、14%～22.1%和6.1%～19.8%。在進(jìn)水CODCr、TN、NH4+-N和 TP濃度分別為80 mg/L、8 mg/L、4 mg/L和2.5 mg/L條件下，有植物系統(tǒng)中CODCr、TN、NH4+-N和TP等平均去除負(fù)荷分別達(dá)2.33 g/（m2·d）、0.15 g/（m2·d）、0.08 g/（m2·d）和0.05 g/（m2·d），去除效果均好于無(wú)植物空白系統(tǒng)。

表1 不同植物對(duì)污染物的去除率

5）工程布置情況。一是表面流濕地。對(duì)蓄水區(qū)內(nèi)部設(shè)置導(dǎo)流圍堰進(jìn)行合理布水，并調(diào)節(jié)運(yùn)行水位，優(yōu)化水生植物布局，以提高濕地的凈化能力。通過(guò)建設(shè)圍堰及隔墻，將表面流人工濕地劃分為五個(gè)區(qū)域，各區(qū)之間采用涵管串聯(lián)的布水方式，有效防止短路和死區(qū)的發(fā)生。一、二區(qū)為強(qiáng)化處理單元，調(diào)整土方，控制底部高程，密植蘆葦、香蒲和本土濕地植物，污染物在此區(qū)得到深度凈化；三區(qū)為混合植物區(qū)，根據(jù)水深，分片種植香蒲、水蔥、蓮、菱和睡蓮等水生植物，增強(qiáng)濕地系統(tǒng)的生物多樣性；四、五區(qū)主要配置浮葉植物和沉水植物及部分挺水植物，通過(guò)對(duì)植物的優(yōu)化組合，提高生物的多樣性。

二是近自然濕地區(qū)。充分利用蓄水區(qū)東北側(cè)的水深較淺區(qū)域建設(shè)近自然濕地系統(tǒng)，該區(qū)底部不做調(diào)整，保持原地貌，對(duì)圍堰進(jìn)行整修并對(duì)邊坡進(jìn)行簡(jiǎn)單修飾，其間種植挺水、浮葉和沉水植物。

三是生態(tài)穩(wěn)定塘。充分利用蓄水區(qū)西北側(cè)的深水區(qū)域建設(shè)生態(tài)穩(wěn)定塘，底部保持原地貌，只在圍堰邊坡簡(jiǎn)單進(jìn)行植物種植，本區(qū)域植被主要依靠沉水植物自然修復(fù)。

4 實(shí)施效果

濟(jì)寧市截污導(dǎo)流蓄水區(qū)人工濕地水質(zhì)凈化工程實(shí)施后，根據(jù)實(shí)測(cè)，中水水質(zhì)高錳酸鹽指數(shù)降到4.6 mg/L，BOD5降到 2.6 mg/L，氨氮降到 0.2 mg/L，優(yōu)于地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，為中水回用提供了強(qiáng)有力的水質(zhì)保障。項(xiàng)目的實(shí)施有效改善了當(dāng)?shù)氐乃h(huán)境和生態(tài)環(huán)境，為中水回用提供了水質(zhì)保障，也增加了市民休閑娛樂(lè)場(chǎng)所，實(shí)現(xiàn)了良好的生態(tài)效益、環(huán)境效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。