多級(jí)多態(tài)濕地系統(tǒng)在城市濕地公園構(gòu)建中的應(yīng)用

錢(qián)玉梅　俞建河　陳曉旭

摘 要：將人工濕地工程應(yīng)用于城市濕地公園的構(gòu)建，是濕地生態(tài)恢復(fù)的一種有效途徑和主要模式。天長(zhǎng)市紅草湖濕地公園在建設(shè)中注重規(guī)劃與人工濕地工程的緊密結(jié)合，通過(guò)構(gòu)建微孔曝氣生態(tài)塘、潛流型人工濕地、生態(tài)河道凈化濕地、塘濕地、水下森林等組合濕地系統(tǒng)對(duì)污水廠尾水進(jìn)行提質(zhì)的同時(shí)，結(jié)合景觀設(shè)計(jì)，打造一座具有觀賞、休閑、健身、游樂(lè)等功能的濕地景觀公園，提升市民生活品質(zhì)和城市品位?？蔀槌鞘袧竦毓珗@建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞：多級(jí)多態(tài)濕地系統(tǒng) 污水廠尾水 處理效果 天長(zhǎng)市濕地公園

Application of the Multi-Level Polymorphic Wetland System in the Construction of Urban Wetland Parks

QIAN Yumei ??YU Jianhe CHENG Xiaoxu

（Tianchang Erfeng Electric Irrigation Station， Tianchang， Anhui Province， 239300 China）

Abstract：The application of constructed wetland engineering to the construction of urban wetland parks is an effective approach and main model of the ecological restoration of wetland. The Hongcaohu Wetland Park in Tianchang attaches great importance to the close combination of planning and constructed wetland projects during construction， builds a combined wetland system of microporous aeration ecological ponds， undercurrent constructed wetland， ecological river purification wetland， pond wetland and underwater forests to improve the quality of tail water in sewage plants， and builds a wetland landscape park with the functions of viewing， leisure， fitness and recreation in combination with landscape design， so as to enhance the quality of life and urban taste of citizens. It can provide reference for the construction of urban wetland parks.

Key Words： Multi-level and polymorphic wetland system; Tail water in sewage plants; Treatment effect; Wetland parks in Tianchang

人工濕地以其操作簡(jiǎn)單、低耗、效能穩(wěn)定且具有景觀價(jià)值優(yōu)勢(shì)等特點(diǎn)已被世界各地廣泛應(yīng)用于污水凈化。然而，傳統(tǒng)單一人工濕地系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中往往受氣候、植物種類(lèi)、水力和污染負(fù)荷等因素的影響，制約了人工濕地正常功能的發(fā)揮。因此，建立一種占地面積小，且操作簡(jiǎn)單并結(jié)合各類(lèi)型人工濕地優(yōu)點(diǎn)的多級(jí)多態(tài)濕地系統(tǒng)將在污水處理方面具有重要應(yīng)用價(jià)值。它與單一類(lèi)型人工濕地相比，能豐富污染物的去除過(guò)程，有效利用各類(lèi)型人工濕地優(yōu)點(diǎn)和提高污染物處理效率，同時(shí)延長(zhǎng)濕地使用壽命，因而在污水處理方面具有明顯優(yōu)勢(shì)^[1-6]。

新白塔河為淮河干流下游入高郵湖的重要入湖河流，發(fā)源于安徽省來(lái)安縣的長(zhǎng)山和江蘇省盱眙縣的萬(wàn)山，由西向東橫穿安徽天長(zhǎng)市城區(qū)，在天長(zhǎng)市萬(wàn)壽鎮(zhèn)汊河村處匯入高郵湖。新白塔河總來(lái)水面積為1 303 km²，全長(zhǎng)69 km，其中安徽天長(zhǎng)市境內(nèi)長(zhǎng)37.1 km。新白塔河水質(zhì)考核斷面位于天長(zhǎng)市主城區(qū)下游，按其水功能區(qū)劃要求達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）的Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，而天長(zhǎng)市第一污水處理廠位于新白塔河南岸天長(zhǎng)紅草湖濕地公園的西北角，始建于2005年，2007年投入運(yùn)行，每日有超過(guò)6.0萬(wàn)m³/d的尾水排入新白塔河，目前污水處理廠尾水水質(zhì)指標(biāo)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)，尾水中的氮、磷、有機(jī)物等水質(zhì)指標(biāo)高于《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）Ⅴ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，直接排放到自然水體中會(huì)造成受納水體的污染。為保障新白塔河水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)及改善紅草湖濕地公園和西護(hù)城河河道水質(zhì)，改善西護(hù)城河的水體流動(dòng)性、水質(zhì)和區(qū)域生態(tài)環(huán)境，亟需對(duì)污水處理廠尾水進(jìn)行提質(zhì)處理。2020年11月，天長(zhǎng)市人民政府充分利用紅草湖濕地公園得天獨(dú)厚的自然條件，投資6 000萬(wàn)元，對(duì)現(xiàn)有紅草湖濕地公園中的北園和中園進(jìn)行改造，實(shí)施了天長(zhǎng)市濕地公園水體生態(tài)構(gòu)建工程。工程于2021年8月完工并投入運(yùn)行，改造后使6萬(wàn)m³/d污水處理廠尾水通過(guò)提升泵站提升至預(yù)處理調(diào)節(jié)塘，配水分兩路，一路5萬(wàn)m³/d尾水進(jìn)入生態(tài)爆氣塘，一路1萬(wàn)m³/d尾水進(jìn)入潛流濕地，分別出水后進(jìn)入河道和塘濕地、水下森林等組合濕地系統(tǒng)，對(duì)污水廠尾水進(jìn)行深度凈化和活化，確保深度凈化后COD和NH₃-N水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到地表水Ⅳ類(lèi)、TP水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到地表水Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)后，作為西護(hù)城河生態(tài)補(bǔ)水，最終由河口的窯灣排澇站排入新白塔河。在保證對(duì)污水廠尾水進(jìn)行提質(zhì)的同時(shí)，借鑒全國(guó)各地將人工濕地工程應(yīng)用于城市濕地公園構(gòu)建的成功經(jīng)驗(yàn)^[7-10]，注重濕地公園的景觀設(shè)計(jì)與人工濕地工程的緊密結(jié)合，打造一座具有觀賞、休閑、健身、游樂(lè)等功能的濕地景觀公園，提升市民生活品質(zhì)和城市品位。

1工藝設(shè)計(jì)

1.1工藝流程

參考各種類(lèi)型濕地系統(tǒng)凈化能力及水生植物的耐受程度、本地物種特點(diǎn)，并結(jié)合本項(xiàng)目的水質(zhì)特點(diǎn)，利用預(yù)處理調(diào)節(jié)塘-微孔曝氣生態(tài)塘—生態(tài)河道凈化濕地—大水面塘濕地—水下森林凈化系統(tǒng)的工藝流程來(lái)達(dá)到水質(zhì)凈化與濕地景觀提升的目的?？傮w方案占地總面積為18萬(wàn)m²，水力停留時(shí)間為4 d，處理尾水量6萬(wàn)m³/d。具體布置詳見(jiàn)圖1。

1.1.1預(yù)處理調(diào)節(jié)塘

占地總面積為0.2萬(wàn)m²，采用高效凈化挺水植物＋微生物膜組合。大量挺水植物的存在，一方面迅速削減水體流速，有助于降低污水中的TSS含量；同時(shí)，植物的生長(zhǎng)可以吸收水體中的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)；此外，植物表面的微生物膜可以促進(jìn)污水中有機(jī)物和氮的去除。

1.1.2微孔曝氣生態(tài)塘

占地總面積為0.5萬(wàn)m²，采用超氧微孔曝氣系統(tǒng)+彈性填料+耐污多根水生植物+復(fù)合微生物群組合。高效曝氣可大幅度提高水體溶解氧，氧化水質(zhì)的有機(jī)物，同時(shí)在好氧環(huán)境下，利用亞硝酸菌和硝酸菌將氨氮氧化成硝酸鹽，將正磷酸鹽轉(zhuǎn)化為聚磷酸鹽儲(chǔ)存起來(lái)，降低水中的有機(jī)物、氨氮和磷。彈性填料和水生植物根系提供大量微生物附著面，促進(jìn)多種微生物的富集。同時(shí)植物對(duì)氮、磷的直接吸收和利用也有助于污染物的去除。

1.1.3潛流型人工濕地

占地總面積為1.5萬(wàn)m²，采用吸附性填料+高效凈化濕地植物+微生物膜組合。充分利用填料表面生長(zhǎng)的微生物膜、豐富的植物根系及表層土和填料截留等的作用，促進(jìn)水體中多種污染物的去除。由于水流在基質(zhì)以下流動(dòng)，故具有保溫性較好、處理效果受氣候影響小、占地較小、衛(wèi)生條件好等多種優(yōu)點(diǎn)。

1.1.4生態(tài)河道凈化濕地

占地總面積為9.2萬(wàn)m²，采用吸附性填料+耐污快速生長(zhǎng)型水生植物+水生動(dòng)物組合。在生態(tài)學(xué)原理指導(dǎo)下，構(gòu)造具備深潭淺灘的生態(tài)型河床，塑造迂回曲折的河流形態(tài)；通過(guò)投放高效吸附性基質(zhì)，去除水中過(guò)量的磷；通過(guò)種植耐污性強(qiáng)、生長(zhǎng)快速的水生植物，促進(jìn)水體中的TSS和氮磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的去除；通過(guò)投放一定量以藻類(lèi)和水草為食的浮游動(dòng)物、底棲動(dòng)物和魚(yú)類(lèi)，構(gòu)建相對(duì)完善的河道水生態(tài)系統(tǒng)，促進(jìn)河道中底泥、植物殘?bào)w和藻類(lèi)的去除。

1.1.5大水面塘濕地

占地總面積為2.1萬(wàn)m²，采用景觀射流曝氣系統(tǒng)+物候期組合型水生植物群落+三維水生動(dòng)物群落組合。利用射流曝氣形成水面景觀的同時(shí)，大幅度提高水體溶解氧含量，促進(jìn)水中污染物的有氧代謝降解過(guò)程；通過(guò)構(gòu)建不同生活型搭配的（沉水植物+浮葉植物）、物候期互補(bǔ)的（暖季型植物+冷季型植物）水生植物群落，凈化水體的同時(shí)，營(yíng)造大水面塘濕地生態(tài)景觀；通過(guò)投放一定量以藻類(lèi)和水草為食的浮游動(dòng)物、底棲動(dòng)物和魚(yú)類(lèi)，構(gòu)建三維立體的水生生態(tài)系統(tǒng)，充分利用水體空間，促進(jìn)水體中物質(zhì)、能量的流動(dòng)循環(huán)。

1.1.6水下森林

占地總面積為4.5萬(wàn)m²，采用“沉水曝氣系統(tǒng)+穩(wěn)定型沉水植物群落+大型水生動(dòng)物”組合。利用沉水曝氣系統(tǒng)提高水體溶解氧含量，促進(jìn)水中污染物的有氧代謝降解過(guò)程；通過(guò)構(gòu)建穩(wěn)定型沉水植物群落提升水質(zhì)，營(yíng)造水下森林景觀；通過(guò)投放一定量以藻類(lèi)和水草為食的浮游動(dòng)物、底棲動(dòng)物和魚(yú)類(lèi)，構(gòu)建完善的水生生態(tài)系統(tǒng)，充分利用水體空間，促進(jìn)水體中物質(zhì)、能量的流動(dòng)循環(huán)。

1.2水生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，依據(jù)水生植物恢復(fù)種植和配置的五項(xiàng)原則，最終確定工程適合恢復(fù)種植的水生植物共計(jì)21科25屬30種，其中濕生/挺水植物10科11屬11種，浮葉植物4科5屬7種，漂浮植物2科3屬3種，沉水植物5科6屬9 種，見(jiàn)表1。在河道及公園水體構(gòu)建以沉水植物為主的清水型生態(tài)系統(tǒng)，見(jiàn)圖2。

1.3高效生態(tài)浮床

為增加有益微生物的附著面積，提高對(duì)有機(jī)污染物的分解，并利用浮島上的植被吸收氮磷營(yíng)養(yǎng)元素，從而高效、全方位的凈化水體。設(shè)計(jì)在水面較大的區(qū)域設(shè)置立體生態(tài)浮島，浮島框體采用持久耐用、價(jià)格便宜、重量輕又能承受一定沖擊力的PVC管，床體采用成本低廉、浮力強(qiáng)大、性能穩(wěn)定的聚苯乙烯泡沫板，基質(zhì)采用彈性足、固定力強(qiáng)、吸附水分養(yǎng)分能力強(qiáng)的海綿。下部掛設(shè)柔性生物膜載體，加強(qiáng)生態(tài)浮島布設(shè)區(qū)域微生物種群密度，強(qiáng)化該區(qū)域水體自凈能力。采用線性生態(tài)浮床布設(shè)方式，形成沿河生態(tài)凈化帶。布設(shè)距河岸線1～1.5 m，寬度2 m，沿河兩岸布置，布設(shè)線性隨河道岸線而定。設(shè)計(jì)采用駁岸牽拉方式固定浮床，植物種類(lèi)選用人工水草、細(xì)葉莎草、水葵，以及具有一定觀賞性的菖蒲、鳶尾、美人蕉等。

1.4生態(tài)緩沖帶

因地制宜的考慮生態(tài)修復(fù)模式，設(shè)計(jì)考慮在較寬闊的岸段通過(guò)消防浪措施與生態(tài)修復(fù)相結(jié)合構(gòu)建生態(tài)緩沖帶。詳見(jiàn)圖3。1.5水系控制工程

通過(guò)高程設(shè)計(jì)、曝氣推流設(shè)施的布置增進(jìn)水體流通性，提高水體含氧量。

1.6污染控制工程

通過(guò)對(duì)雨水溢流口的強(qiáng)化處置，減少雨季污染對(duì)水體的影響，保障水質(zhì)。

2實(shí)施效果分析

天長(zhǎng)市濕地公園水體生態(tài)構(gòu)建工程實(shí)施后，在濕地出水口和西護(hù)城河口各設(shè)置了1個(gè)在線監(jiān)測(cè)點(diǎn)，主要在線監(jiān)測(cè)水溫、pH、COD、NH₃-N、TP等要素的水質(zhì)參數(shù)。具體位置如圖1所示。濕地系統(tǒng)已于2021年9月開(kāi)始試運(yùn)行，并對(duì)濕地水質(zhì)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，另外每隔4d在監(jiān)測(cè)點(diǎn)處人工取樣一次。采集到的水樣在冷藏條件下運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，對(duì)上述水質(zhì)主要指標(biāo)進(jìn)行分析測(cè)試，測(cè)試方法參考相關(guān)國(guó)標(biāo)及《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法（第四版）》。本文對(duì)天長(zhǎng)市濕地公園水體生態(tài)構(gòu)建工程2022年度運(yùn)行效果進(jìn)行分析。

2.1 ?系統(tǒng)對(duì)COD效果分析

2022年復(fù)合濕地系統(tǒng)對(duì)COD的去除效果如圖4所示。系統(tǒng)進(jìn)水COD濃度在9.91～15.87 ?mg/L之間，月平均值為12.60 mg/L，經(jīng)過(guò)復(fù)合濕地系統(tǒng)處理后，出水COD濃度降至9.91～15.87 mg/L之間，年平均值為11.51 mg/L，高于地表水Ⅲ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)COD的去除率在2.86%～14.1%之間，年平均值去除率為8.63%。2022年污水處理廠尾水COD濃度不高，顆粒物所吸附的有機(jī)物較少，且污水處理廠尾水中的COD大部分為難降解有機(jī)物，因此復(fù)合濕地系統(tǒng)對(duì)COD的總?cè)バЧ幻黠@。

2.2系統(tǒng)對(duì)NH₃-N影響分析

2022年復(fù)合濕地系統(tǒng)對(duì)NH₃-N的去除效果如圖5所示。系統(tǒng)進(jìn)水NH₃-N濃度在0.26～0.47 mg/L之間，月平均值為0.32 mg/L，經(jīng)過(guò)復(fù)合濕地系統(tǒng)處理后，出水NH₃-N濃度降至0.04～0.15 mg/L之間，年平均值為0.08 mg/L，優(yōu)于地表水Ⅲ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)NH₃-N的去除率在66.07%～84.62%之間，年平均值去除率為74.28%，復(fù)合濕地系統(tǒng)對(duì)NH₃-N的總?cè)バЧ浅Ｃ黠@。

2.3 系統(tǒng)對(duì)TP影響分析

2022年復(fù)合濕地系統(tǒng)對(duì)TP的去除效果如圖6所示。系統(tǒng)進(jìn)水TP濃度在0.07～0.17 mg/L之間，月平均值為0.12 mg/L，經(jīng)過(guò)復(fù)合濕地系統(tǒng)處理后，出水TP濃度降至0.04～0.12 mg/L之間，年平均值為0.07 mg/L，優(yōu)于地表水Ⅲ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)TP的去除率在23.08%～66.67%之間，年平均值去除率為46.67%，復(fù)合濕地系統(tǒng)對(duì)TP的總?cè)バЧ浅Ｃ黠@。

3結(jié)論

（1）通過(guò)微孔曝氣生態(tài)塘、表面流人工濕地、潛流型人工濕地、生態(tài)河道凈化濕地、大水面塘濕地、水下森林、自然河道凈化等多級(jí)多態(tài)濕地系統(tǒng)來(lái)達(dá)到水質(zhì)凈化與濕地景觀提升的目的是可行的。

（2）多級(jí)多態(tài)濕地系統(tǒng)應(yīng)用于天長(zhǎng)市濕地公園水體生態(tài)構(gòu)建工程，具有較好的應(yīng)用效 果。復(fù)合濕地系統(tǒng)對(duì)NH₃-N和TP的總?cè)バЧ浅Ｃ黠@，去除率分別為74.28％和46.67％。

參考文獻(xiàn)

[1]張敏.多級(jí)多態(tài)濕地系統(tǒng)在明光污水處理廠尾水提標(biāo)改造中的應(yīng)用[J].環(huán)境生態(tài)學(xué)，2022，4（7）：83-87.

[2]管映兵，張向陽(yáng)，楊帆.復(fù)合型人工濕地用于某污水廠尾水深度處理模式探討[J].環(huán)境生態(tài)學(xué)，2021，3（9）：74-78.

[3]潘成榮，陳建，彭書(shū)傳，等.復(fù)合型人工濕地對(duì)污水廠尾水的深度處理效果[J].中國(guó)給水排水，2022，38（13）：111-116

[4]江丹丹，孫甲玉，許艷，等.復(fù)合型人工濕地對(duì)水質(zhì)的凈化效果評(píng)估[J].山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2020，51（4）：651-654.

[5]孫俊楠.復(fù)合型人工濕地在北方河流水體凈化中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].給水排水，2020，56（S1）：273-276.

[6]李娟紅，管福征，陳長(zhǎng)秋，等.復(fù)合型人工濕地對(duì)污水廠尾水處理效能及微生物群落研究[J].水處理技術(shù)，2022，48（10）：104-109.

[7]許婷.人工濕地工程對(duì)城市濕地公園構(gòu)建的實(shí)踐與理論探索[D].南昌：江西師范大學(xué)，2011.

[8]吳杰.城市人工濕地景觀[D].南京：南京林業(yè)大學(xué)，2012.

[9]肖海文.城市徑流特征與人工濕地處理技術(shù)研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2010.

[10]謝棣.城市人工濕地景觀設(shè)計(jì)研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2009.