余姚市陸埠水庫南洪橋人工濕地設計

高銀陽,董華萍,魏奇一

(余姚市江河水利建筑設計有限公司,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,水庫富營養化現象較為突出,2007年監測結果表明:陸埠水庫主要超標項目為總磷、總氮、高錳酸鹽和溶解氧,其中:超標率最高的為總氮,達到100%。其次為總磷,超標率70%。嚴重威脅著余姚市的水質安全。為改善陸埠水庫水質,在陸埠水庫幾個入庫口建設人工濕地,減少排入水庫中有機物、氮、磷等物質。

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、植物、微生物的物理、化學、生物3重協同作用,對污水、污泥進行處理的一種技術。其作用機理包括吸附、滯留、過濾、氧化還原、沉淀、微生物分解、轉化、植物遮蔽、殘留物積累、蒸騰水分和養分吸收及各類動物。

2 人工濕地設計

2.1 人工濕地類型的選擇

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

表面流人工濕地系統也稱自由水面濕地系統,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,多數在0.1～0.6 m。廢水進入人工濕地系統時,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、運行費用低等優點。表面流人工濕地系統示意見圖1。

圖1 表面流人工濕地系統示意圖

2.2 南洪橋人工濕地總體布置

南洪橋人工濕地位于楊家嶺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。為防止濕地滲漏,鋪設1層土工布,結構設計為: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,利于后續的硝化和反硝化脫氨作用。綜合式則一方面設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,濕地共分為5個階梯區塊,每個區塊通過過水管連接,當上一區塊水位高于過水管低時,水流進入下一個濕地區塊。經過5個區塊水生植物凈化后,最后進入陸埠水庫庫區。

2.4 植物配置

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

濕地植物的栽種配置要根據具體的應用環境和系統工藝來確定,對于一些應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勢,使其充分發揮自己的長處而居于主導地位。

為達到全面的處理和利用效果,應進行有機的搭配,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,以避免出現季節性的功能下降或功能單一。

濕地植物根據生活方式和形態可分為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塊,地勢底的區塊種植高的挺水植物或者浮葉型植物。第1梯濕地區塊種植美人蕉和菖蒲,第2梯濕地區塊種植水蔥和再力花,第3梯濕地區塊種植蘆葦,第4梯濕地區塊種植梭魚草,第5梯濕地區塊種植黃花水龍。

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的公共事業,是造福市民、改善城市環境的重要基礎設施工程。其建成投產后的主要效益表現為環境效益方面。

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,阻止了水庫內富營養化現象發生,改善了水庫水質質量。根據計算,此工程范圍內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,達到GB 3838—2002《地表水環境質量標準》中II級以上。

4 結 語

為提高陸埠水庫的水質,在陸埠水庫入庫口處建設人工濕地,減少排入水庫中有機物、氮、磷等物質,對于保障陸埠水庫水質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保護探索出一條技術可行、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水質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鍵在于選擇適合此類環境下的濕地植物。建議此工程分期進行,先期進行南洪橋濕地建設,根據濕地選擇植物結果和工程建設的經驗,下一步再進行袁馬濕地建設和青龍溪濕地建設。