徐圩新區(qū)應(yīng)急備用水源地生態(tài)工程關(guān)鍵性技術(shù)及實(shí)踐

徐聆溪 冉宗信* 郭 磊 姜 萬

（1、江蘇方洋集團(tuán)有限公司，江蘇 連云港 222000 2、江蘇方洋水務(wù)有限公司，江蘇 連云港 222000）

1 項(xiàng)目背景

徐圩新區(qū)地處連云港東部沿海地區(qū)，為國家七大石化產(chǎn)業(yè)基地之一。該區(qū)域處于調(diào)引江淮水的末梢，水資源年內(nèi)分配不均且總量不足，主要依賴外調(diào)水源。目前善后河是徐圩新區(qū)唯一的飲用水水源，但是善后河沿線工農(nóng)業(yè)及生活污染形勢嚴(yán)峻，超標(biāo)事件時(shí)有發(fā)生，飲用水供水安全急需保障。此外，隨著新一批石化產(chǎn)業(yè)的陸續(xù)建成投產(chǎn)，產(chǎn)業(yè)供水能力急待提升。從全區(qū)整體發(fā)展需求考慮，徐圩新區(qū)于2020 年11 月完成香河湖應(yīng)急備用水源工程建設(shè)，可應(yīng)對現(xiàn)有水源突發(fā)環(huán)境污染事件或水資源短缺時(shí)保障民生及產(chǎn)業(yè)應(yīng)急供水。

徐圩新區(qū)香河湖應(yīng)急備用水源工程位于徐圩新區(qū)中西部，北近徐圩水廠，西鄰燒香支河，南靠中通道疏港大道，是蘇北沿海區(qū)域典型水源庫區(qū)之一。庫區(qū)占地面積約1.99 km2，有效庫容達(dá)450 萬m3，項(xiàng)目總投資約7 億元，建成后形成一座生態(tài)型下挖式生態(tài)型蓄水庫，水庫周邊外圍生態(tài)大堤長約5333m。該工程應(yīng)急供水量為45 萬m3/d，其中向徐圩水廠供水為9 萬m3/d，向工業(yè)園產(chǎn)業(yè)區(qū)供水為36 萬m3/d，能夠滿足徐圩新區(qū)連續(xù)10 天生產(chǎn)生活應(yīng)急原水供應(yīng)。

2 凈水工藝方案

2.1 工藝設(shè)計(jì)原則

從維持改善水質(zhì)、防治富營養(yǎng)化角度出發(fā)，統(tǒng)籌考慮不同污染指標(biāo)的改善途徑與徐圩水廠制水工藝，以及避免工藝重復(fù)、充分發(fā)揮不同工藝優(yōu)勢、水源地與水廠各司其職的角度出發(fā)，香河湖應(yīng)急備用水源工程選擇需考慮投資及運(yùn)維費(fèi)用較低、效果穩(wěn)定、長期維持且適用于大規(guī)模微污染原水的凈化技術(shù)進(jìn)行有機(jī)組合。采用物理- 生物- 生態(tài)法相結(jié)合的水質(zhì)維持改善總體工藝，具有效果好、供水穩(wěn)定性高、占地面積小、施工簡便、維護(hù)工作量小的特點(diǎn)。

2.2 工藝技術(shù)路線

整體采用“前置預(yù)處理、中端功能濕地及后置生態(tài)調(diào)蓄庫”的組合工藝（圖2）。該工藝將原水由河道直取轉(zhuǎn)換為經(jīng)濕地改善、湖庫調(diào)蓄供水的旁路處置模式，采用“降濁活化、脫氮除磷、調(diào)蓄備用”的模塊化處理流程，以滿足工程建設(shè)的水量、水質(zhì)和應(yīng)急備用的三重目標(biāo)。前端預(yù)處理區(qū)主要通過生物吸收、反硝化、填料過濾、植物攔截等作用降解原水中的TN、TP、NH3-N、SS等污染物，可提高水體DO 及可生化性，初步凈化水質(zhì)[1-3]；中端復(fù)合生態(tài)濕地區(qū)構(gòu)建了植物- 微生物- 土壤的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，可通過過濾、吸附、微生物降解等實(shí)現(xiàn)對CODMn、NH3-N 和TP 等污染物的高效去除[4]；終端生態(tài)蓄水區(qū)作為蓄水水量保障單元，可實(shí)現(xiàn)水體自凈和富營養(yǎng)化防治功能。

圖1 工程整體布置圖`

圖2 工藝技術(shù)路線示意圖

3 環(huán)境工程技術(shù)

3.1 水生態(tài)工程技術(shù)

水生態(tài)建設(shè)采用了“前置預(yù)處理、中端功能、濕地及后置生態(tài)調(diào)蓄庫”的組合工藝（圖3），通過模塊化處理流程，結(jié)合濕地生態(tài)系統(tǒng)凈化功能，提升供水原水水質(zhì)，降低CODMn、NH3-N、TN等主要指標(biāo)。工程主要實(shí)施內(nèi)容包括生物接觸氧化區(qū)生物介質(zhì)安裝，約336960 m；復(fù)合濕地區(qū)和蓄水區(qū)水生植物種植，約282414 m2；水生動(dòng)物放養(yǎng)，約28910 kg；20 臺微泡增氧機(jī)及16 臺太陽能循環(huán)曝氣機(jī)安裝；生態(tài)石籠安裝，約6064 m3。受本土壤鹽度較高影響，水生植物基本選擇了耐鹽堿植物，同時(shí)為保障水生植物存活率和生長狀況，對沉水植物種植區(qū)進(jìn)行了土壤二次改良，進(jìn)一步為水生植物生長創(chuàng)造了條件。

圖3 水生態(tài)工程整體布置圖

3.1.1 水生植物布置方案

水生植物主要包括沉水植物、挺水植物就、浮葉植物等（表1）。沉水植物種植品種有矮型苦草、刺苦草、小茨藻、篦齒眼子菜等，主要種植在復(fù)合濕地凈化區(qū)及生態(tài)蓄水區(qū)，種植面積106582 m2。挺水植物種植品種有蘆葦、狹葉香蒲、再力花、黃菖蒲、千屈菜、西伯利亞鳶尾等，主要在復(fù)合濕地凈化區(qū)及生態(tài)蓄水區(qū)種植，種植面積169766 m2。浮葉植物種植品種以多色睡蓮為主，主要在復(fù)合濕地凈化區(qū)，種植面積6066 m2，其種植流程與沉水植物類似，主要為施工前準(zhǔn)備→植物選苗與質(zhì)量控制（起苗、包裝、運(yùn)輸）→植物檢驗(yàn)與驗(yàn)收→植物種植與補(bǔ)種→分項(xiàng)驗(yàn)收。

表1 水生植物品種及規(guī)格

3.1.2 水生動(dòng)物布置方案

水生動(dòng)物是水生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建的重要環(huán)節(jié)[5]，本區(qū)域放養(yǎng)的水生動(dòng)物主要以濾食性魚類為主，同時(shí)投放少量的肉食性的烏鱧。水生動(dòng)物放養(yǎng)前再次進(jìn)行小規(guī)模試養(yǎng)，以確定該種類能否在本水體成活。同時(shí)，通過觀察挑選出健康、活性強(qiáng)的個(gè)體。根據(jù)各類群水生動(dòng)物生長特性，在適宜季節(jié)進(jìn)行合理放養(yǎng)，鰱魚、鳙魚于春夏季放養(yǎng)，烏鱧秋于冬季放養(yǎng)。

3.1.3 生物介質(zhì)布置方案

生物介質(zhì)主要由生物繩、無紡?fù)凉げ冀M成，生物繩單根長1.8 m，安裝在接觸氧化區(qū)，迎水布置，可為曝氣后微生物的迅速繁殖提供大量的附著載體[6]。在對底部區(qū)域進(jìn)行護(hù)砌后，澆筑10 cm 厚C20 素砼，用U 型固定件將鋼管框架固定在底部護(hù)砌，最后將生物介質(zhì)固定于鋼管框架上。

圖4 土壤二次改良區(qū)域示意圖

3.1.4 土壤二次改良技術(shù)

由于挺水植物中選用凈化能力較強(qiáng)的植物品種刺苦草和矮型苦草，為確保工程整體水質(zhì)凈化目標(biāo)以及植物耐鹽需求，需對矮型苦草和刺苦草種植區(qū)域的土壤進(jìn)行二次改良處理，再次減少土壤中Na+的含量，降低土壤的鹽度。結(jié)合庫區(qū)土壤含鹽量情況，選用鹽土底改良劑對常規(guī)性植物種植區(qū)域土壤進(jìn)行二次改良處理。鹽土底改良劑主要成分為硫酸鈣（CaSO4·2H2O），含量為90～95%，含水率一般為10～15%，含有豐富的S、Ca、Si 等植物必需的有益礦質(zhì)元素，較天然石膏顆粒小、易溶于水，是較好的鹽土改良劑。底質(zhì)改良劑的使用量應(yīng)不小于4g/kg（土）即1.62kg/m2（使用厚度15 cm 選擇晴天施用，底質(zhì)改良劑的潑灑應(yīng)均勻、不遺漏，確保整個(gè)施工區(qū)域的土壤都進(jìn)行徹底的潑灑。潑灑完成后進(jìn)行翻耕或施水澆灌處理。如選用機(jī)械翻耕處理，宜采用旋耕的方式，保證鹽土底改劑與土壤混合均勻，以達(dá)到最佳改良效果。

3.1.5 階段性引水稀釋技術(shù)

國內(nèi)已有針對城區(qū)引水凈污相關(guān)研究[7]，本工程階段性引水主要在調(diào)試期間進(jìn)行，根據(jù)不同類型的指標(biāo)要求（水生態(tài)構(gòu)建鹽度要求、飲用水鹽度要求），參照庫區(qū)水體鹽度監(jiān)測數(shù)值，確定換水時(shí)間。從水生態(tài)構(gòu)建鹽度要求考慮當(dāng)水體鹽度超過0.4%限制時(shí)，進(jìn)行引水稀釋處理。為保障換水后水體鹽度符合植物生長要求，根據(jù)相關(guān)計(jì)算以及我司工程經(jīng)驗(yàn)，單次換水量50 萬m3效果最佳，既能保證水體鹽度稀釋效果，同時(shí)也能降低經(jīng)濟(jì)消耗。換水時(shí)間控制在5d。引水稀釋時(shí)間一般選擇在降雨天，充分利用天然降水資源，減少補(bǔ)水量，節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本。

3.1.6 沉水植物調(diào)整

在項(xiàng)目在運(yùn)營調(diào)試期間，對水體鹽度進(jìn)行定期監(jiān)察，當(dāng)水體鹽度變化情況符合常規(guī)植物種植要求時(shí)，在確保水質(zhì)凈化和水生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，對庫區(qū)耐鹽性沉水植物進(jìn)行群落的演替，替換為便于養(yǎng)護(hù)的矮型苦草，以降低后期庫區(qū)水生態(tài)運(yùn)行維護(hù)成本。

3.2 景觀工程技術(shù)

香河湖應(yīng)急備用水源地綠化區(qū)域面積約35 萬m2，其中湖心島面積約1.5 萬m2，總體采用環(huán)湖大堤周邊鋪設(shè)草皮、湖心島種植部分喬灌木的方案，在環(huán)湖大堤上鋪設(shè)草皮可起到水土保持避免雨天泥水進(jìn)水庫區(qū)，在湖心島種植喬灌木在起到消浪作用的同時(shí)也可滿足景觀效果。因工程場地土壤鹽度較高，必須換填土方才能滿足綠化種植要求，而換填土方將大幅提高綠化工程造價(jià)，因此為了節(jié)約成本，在大堤堆筑完成后，定期采用旋耕機(jī)對大堤表層20cm 土壤進(jìn)行翻耕排鹽，尤其是雨季和冬季來臨前對大堤土壤進(jìn)行了加密翻耕，可保證后期草皮鋪設(shè)順利施工。

4 結(jié)論

徐圩新區(qū)香河湖應(yīng)急備用水源工程目前已完成工程建設(shè)，達(dá)到設(shè)計(jì)效果。其生態(tài)工程整體采用“前置預(yù)處理、中端功能、濕地及后置生態(tài)調(diào)蓄庫”的組合工藝，設(shè)置庫區(qū)內(nèi)預(yù)處理區(qū)、生態(tài)濕地區(qū)、生態(tài)蓄水區(qū)，通過合理布設(shè)水生動(dòng)植物、生物介質(zhì)，對低耐鹽植物區(qū)土方二次脫鹽改良，階段性引水稀釋等技術(shù)，使庫區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)，另通過草皮配種喬灌木的景觀種植方案，形成了人與自然和諧相處的美麗生態(tài)庫區(qū)，目前運(yùn)行情況良好，可滿足徐圩新區(qū)連續(xù)10 日生產(chǎn)及生活應(yīng)急供水，成為連云港市應(yīng)急備用水源地生態(tài)達(dá)標(biāo)建設(shè)成功典范。