一种新型湿地公园在水环境修复中的应用.pdf

一种新型湿地公园在水环境修复中的应用 吴属连 1， 2 王波 2 赖梅东 1 梅立永 1， 2 薛丹 1 1． 深圳市深港产学研环保工程技术股份有限公司，广东 深圳 518057; 2． 重庆市环境保护设计工程研究院有限公司，重庆 401100 摘要 近年来， 利用人工湿地技术修复水环境， 进而建设湿地公园成为一大热点， 但人工湿地工艺存在不容忽视的缺 陷。成都市凤凰河二沟湿地公园创新性的采用人工快渗 表面流人工湿地组合工艺修复水环境， 两者互为补充， 互为 强化， COD、 BOD5、 氨氮、 TP 去除率分别达 85 ～ 95 、 85 ～ 95 、 95 ～ 98 、 70 ～ 80 ， 即使低温环境污染物降 解效果也很稳定。 关键词 人工快渗;人工湿地;组合工艺;湿地公园;水环境修复 APPLICATION OF A NEW STYLE WETLAND PARK IN REMEDY OF WATER ENVIRONMENT Wu Shulian1， 2Wang Bo2Lai Meidong1Mei Liyong1， 2Xue Dan1 1． Shenzhen-Hongkong Institution of Industry，Education ＆ Research Environmental Technique Center，Shenzhen 518057，China; 2． Chongqing Environmental Protection Design Engineering Design Institute Co． ，Ltd，Chongqing 401100，China AbstractIn recent years，using constructed wetland for water environment remedy and then constructing wetland park has become a hotspot． However，the defects of constructed wetland can not be ignored． Constructed rapid infiltration and surface flow constructed wetland combined process was used innovatively for water environment remedy in the second trench of Phoenix River Wetland Park of Chengdu City． These two techniques strengthened each other complementary and mutually． The removal efficiencies of COD，BOD5，NH 4 -N，TP were 85 ～ 95 、 85 ～ 95 、 95 ～ 98 and 70 ～ 80 ，respectively． The efficiencies were also stable，even at low temperatures． Keywordsconstructed rapid infiltration;constructed wetland;combined process;wetland park;water environment remedy 0引言 湿地公园不同于一般意义的城市公园， 它是兼有 物种及其栖息地保护、 生态旅游和生态教育功能的湿 地景观区域， 是湿地与公园的复合体 ［1］。 近年来， 利用人工湿地技术修复水环境， 进而建 设湿地公园成为一大热点。但人工湿地工艺存在不 容忽视的缺陷 1 在低温季节植物生长受影响， 出水 水质不够稳定; 2 表面流人工湿地水力负荷很低， 直 接处理污水卫生条件较差， 易在夏季滋生蚊蝇、 产生 臭味而影响湿地周围的环境 ［2］; 垂直流、 潜流人工湿 地水力负荷虽比表面流湿地高， 但仍然偏低， 且该类 湿地存在裸露水面少， 水面景观较差等问题。人工快 渗主要是通过快渗池的特定填料及其附着微生物的 物理、 化学和生物反应去除水中的 COD、 SS、 氨氮、 总 磷等污染物， 经过大量实际工程证明， 该技术具有水 力负荷高、 运行管理方便、 处理效果稳定等优点， 但存 在景观相对稍差的缺陷。为此， 成都市凤凰河二沟湿 地公园创新性的将人工快渗工艺与表面流人工湿地 工艺组合， 用于修复河流水环境， 并构建环保、 生态、 美观、 科学的湿地公园。 1工程概况 1. 1工程简介 成都市凤凰河二沟属沙河上游支流， 其上游沿岸 及周围城区无清污分流的排水管网， 所有生活污水、 乡镇企业污水、 农灌废水及地表径流水都未经治理直 接排入凤凰河二沟， 造成凤凰河二沟河水污染严重， 水体发黑发臭， 影响城市市容， 影响市自来水五厂、 二 厂的取水水源安全。为解决河水污染问题， 保障饮用 取水水质， 成都市水务局投资建设凤凰河二沟湿地公 园。该湿地公园占地面积2. 18 105m2， 采用“前置 13 环境工程 2012 年 10 月第 30 卷第 5 期 处理人工快渗” 和“人工湿地” 两大工艺组合， 一期建 设规模20 000 t/d， 于 2007 年 4 月竣工并投入使用。 该湿地公园为我国西南地区最大生态治污湿地。 1. 2工艺流程 凤凰河二沟湿地公园水环境修复工程工艺由两 部分组成， 其中人工格栅、 机械格栅、 平流沉淀池、 人 工快渗池属于前处理单元， 湿地系统属于深度处理单 元。其工艺流程如图 1 所示。 图 1工艺流程 1. 3运行方式 快渗池水力负荷为 1. 2 m3/ m2d ， 采用轮流布 水的方式， 每座池交替运行， 快渗池出水依次进入各 级湿地系统。为考察工程的适应性、 稳定性与处理效 果， 于 2007 年 412 月每月取水样 3 次计算平均值， 分析其对 COD、 BOD5、 氨氮、 TP 的去除效果， 其中 47月为试运行阶段， 712 月为正式运行阶段。 2结果分析 2. 1对 COD、 BOD5的去除效果 湿地公园水环境修复工程对有机物的降解效果 如图 2、 图 3 所示。运行期间， 工程在进水 COD 浓度 变化范围较大 183. 0 ～ 367. 7 mg/L 的情况下， 其 COD、 BOD5总去除率均能稳定在 85 ～ 95 ; COD 出 水 浓 度 除 4、 5 月 稍 高 外 分 别 为 56. 8 mg/L、 41. 3 mg/L ， 其余月份浓度均在 20 ～ 35 mg/L; 612 月出水ρ BOD5 均低于10 mg/L， 优于地表水Ⅴ类水 水质标准。其中人工快渗部分运行前两个月有机物 净化效果较差， 三个月后处理效果趋于稳定， COD、 BOD5去 除 率 均 高 于 80 ，ρ COD平 均 出 水 为 33 mg/L， ρ BOD5 平均出水为9 mg/L， 优于一级 A 标准。 图 2凤凰河二沟湿地公园 COD 净化效果 图 3凤凰河二沟湿地公园 BOD 5的净化效果 一般认为， 污水土地处理系统中， 好氧微生物生 物降解作用是有机污染物最重要的去除机制 ［3］。表 面流人工湿地， 污水中的绝大部分有机污染物的去除 是依靠生长在植物水下部分的茎、 秆上的生物膜来完 成的， 因而这种系统难以充分利用生长在填料表面的 生物膜和生长丰富的植物根系对污染物的降解去 除 ［4］， 其水力负荷低， 去污能力有限; 同时， 由于植物 栽种初期， 死亡现象较严重， 其试运行期一般需要半 年左右， 且由于低温季节植物、 微生物生长繁殖受影 响等原因， 出水水质不稳定。采用有机污染净化效果 好、 水力负荷高的人工快渗作为前处理单元， 能大大 降低表面流人工湿地的污染负荷， 使该工程具有抗有 机污染物冲击负荷能力强， 所需试运行期短 2 个 月 ， 低温时段 1112 月 水质净化效果有保障的 优点。 2. 2对氨氮的去除效果 氨氮是水体中营养素与主要耗氧污染物， 可导致 水体富营养化现象产生， 对鱼类及某些水生生物有毒 害， 过量氨氮会引起兰色小孩症 ［5］。为保证自来水 厂取水水源安全， 氨氮的去除至关重要。 23 环境工程 2012 年 10 月第 30 卷第 5 期 对于土地处理系统， 氨氮的去除机制主要是好氧 带亚硝化细菌、 硝化细菌的硝化作用将 NH3-N 转化 为 NO － 2 -N、 NO － 3 -N。本工程人工快渗池采用渗透性 能好的介质， 采取缩短水力负荷周期、 加快干湿交替 频率 4 次 /d 的运行方式使系统自然复氧能力强， 利 于好氧带硝化细菌的生长， 故运行稳定后氨氮去除效 率很高。从图 4 可以看出 人工快渗系统对氨氮去除 效果较好， 运行 2 个月后其去除效率稳定在85 ～ 95 ， 出水ρ 氨氮 低于5 mg/L。 图 4凤凰河二沟湿地公园氨氮的净化效果 快渗池出水流经湿地系统， 剩余氨氮通过湿地池 内微生物转化及植物吸收共同作用， 得到进一步净 化。人工快渗 人工湿地系统运行稳定后， 氨氮净化 效率在 95 以上， 最终出水氨氮浓度低于1 mg/L， 优 于地表水Ⅴ类水质标准。 2. 3对 TP 的去除效果 凤凰河二沟湿地公园水环境修复工程对 TP 去 除效果如图 5 所示。 图 5凤凰河二沟湿地公园 TP 的净化效果 从图 5 可看出 人工快渗 人工湿地组合系统对 TP 去 除 效 果 好， 去 除 率 自 运 行 以 来 一 直 稳 定 在 70 ～ 80 ; 其中人工快渗系统对 TP 去除效果较好， 去除率约 50 。 人工快渗系统去除磷机制主要是渗滤介质的吸 附、 沉淀、 微生物分解与积累; 人工湿地通过过滤、 吸 附、 沉淀、 离子交换、 植物吸收、 微生物分解与积累来 实现对污水中磷元素的去除 ［6］。通常认为吸附、 沉 淀是土地处理系统磷去除的主要途径， 因其存在饱和 现象而导致磷的去除率偏低。 从工程运行情况来看， 人工湿地与人工快渗工艺 组合， 去除率可达 70 ～ 80 ， 远高于一般活性污泥 法除磷效率 40 左右 。分析原因为 1 人工快渗 池内添加高效除磷特殊填料， 其除磷效果优于传统土 地处理系统; 2 人工快渗采取缩短水力负荷周期、 加 快干湿交替频率的运行方式， 能有效防止填料吸附、 沉淀作用， 防止水力负荷周期内过饱和; 3 以公园形 式构建的表面流人工湿地面积较大， 负荷低， 为本工 程磷去除提供保障。 3效益分析 3. 1环境效益 按照正常流量20 000 m3/d计算， 湿地公园年污 染物削 减量 较大， 具 体 为 COD 约2 890 t、 BOD5约 770 t、 氨氮约350 t、 TP 约20 t; 目前出水水质主要指 标基本达到或超过地表水Ⅴ类水标准， 大大净化了凤 凰河二沟河水， 保证了自来水二厂、 五厂取水水质， 环 境效益显著。 3. 2生态效益 湿地公园能够维持较高的生物多样性， 为鸟类、 人工饲养的鱼类等生物提供丰富的食物和良好的生 存繁衍空间， 对物种保存和保护城市物种多样性发挥 着重要作用 ［7］; 湿地公园的生态效益还体现在可通 过在暴雨和河流涨水期储存过量的降水、 调节流量、 增加城市用水来源; 补给地下水， 缓解目前城市用水 过度而引发的地面下沉问题; 减少城市“热岛” 和“干 岛” 效应， 调节城市小气候， 通过湿地植物吸收改善 城市空气质量， 降低噪声。 3. 3经济效益 与传统的污水处理法相比， 人工快渗、 人工湿地 处理污水具有显著的经济优越性 ［8- 9］。氧化沟法、 AB 法等传统污水处理工艺平均投资约1 500 元 /t; 运行 费用约0. 50 元 /t， 而凤凰河二沟湿地公园， 吨水投资 成本为1 000 元， 运行费用仅0. 28 元 /t。 且凤凰河二 沟河水经过净化后， 能为自来水厂提供水源， 经济效 益明显。 33 环境工程 2012 年 10 月第 30 卷第 5 期 3. 4社会效益 凤凰河二沟湿地公园打造了溪流漫步区和环保 教育园区两大主题景观区， 一方面使人工水系与自然 水景相交融， 让更多市民接近自然， 享受自然， 在美化 环境、 提供休憩空间方面有着不可替代的社会效益; 另一方面， 还可以为教育和科学研究提供对象、 材料 和试验基地， 从而在自然科学教育和研究中发挥十分 重要的作用。 4小结 1 人工快渗与表面流人工湿地技术均具有建设 投资省， 运行成本低的优点， 组合工艺对有机物及氮 磷等营养物质的去除互为补充， 互为强化， 系统运行 2 个月后， 各污染物去除效率高， 低温环境效果稳定， 耐冲击负荷能力强， 出水主要水质指标 COD、 BOD5、 氨氮 达地表水Ⅴ类以上， 环境效益、 经济效益显著。 2 污水经人工快渗系统后污染负荷大大降低， 后续表面流人工湿地水面清澈、 植物配置多样， 构建 新型湿地公园兼具治污、 景观、 教育、 科研等多种功 能， 生态、 社会效益显著。 3 组 合 工 艺 对 TP 去 除 率 较 高， 可 达 70 ～ 80 ， 但出水浓度未达到地表水Ⅴ类水质要求， 有待 进一步提高。 参考文献 ［1］黄成才， 杨芳． 湿地公园规划设计的探讨［J］． 中南林业调查 规划， 2004， 23 3 21． ［2］Kadlec R H．Overviewsurface flow constructed wetlands［J］． Water Science and Technology，1995，32 3 1- 12． ［3］郭劲松， 王春燕， 方芳， 等． 人工快渗系统在三峡库区处理生活 污水的适应性研究［J］． 环境科学， 2006， 27 11 2327- 2332． ［4］Kadlec R H，Knight R L． Treatment wetlands［M］． New York Lewis Publishers，CRC Press，Boca Raton，199670- 73． ［5］苏历全． 废水处理氨氮技术研究［J］． 淮南职业技术学院学 报， 2008， 26 8 36- 38． ［6］Reddy K R，Kadlec R H，Flaig E，et al． Phosphorus assimilation in streams and wetlandcritical reviews［J］． Environment Science and Technology，1996，314- 18． ［7］佟才， 王虹扬， 何春光， 等． 城市人工湿地生态公园建设及其效 益分析［J］． 吉林林业科技， 2004， 33 16 25- 27． ［8］张金炳， 陈鸿汉， 钟佐燊， 等． 人工快速渗滤复合系统处理洗浴污 水的试验研究［J］． 水文地质与工程地质， 2001， 28 6 30- 32． ［9］吴晓磊． 人工湿地废水处理机理［J］． 环境科学， 1995， 16 3 83- 86． 作者通信处吴属连518057深圳市南山区高新技术园南区深港 产学研基地大楼西座 801A 电话 0755 26737178 转 8046 E- mailwushulian1220 126． com 2011 － 10 － 14 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 收稿 上接第 30 页 2 mg/L左右， 运行周期为7 h时， 驯化培养形成的好氧 颗粒污泥对中段废水 COD、 NH3-N 和 TP 的去除率分 别 达 93. 2 、 85. 7 和 93. 4 左 右，出 水 达 GB 89782002 一级 B 排放标准。 参考文献 ［1］汪城文， 钱易． 膜一好氧生物反应器处理生活污水的试验研究 ［J］． 给水排水， 1996， 22 12 18- 21． ［2］顾平． 应用膜生物反应器处理生活污水的研究［J］． 中国给水 排水， 1998， 14 5 6- 8． ［3］Shinh S，Lim K H，Park H S． Effect of shear stress on granulation in oxygen aerobic up flow sludge kd reacctors［J］． Wat Sei Tech， 1992， 26 3- 4 601- 605． ［4］Wu J， Lu Z Y， Hu J Z， et al．Disruption of granules by hydrodynamic force in internal circulation anaerobic reactor［J］． Water Science and Technology， 2006， 54 6 9- 16． ［5］高景峰， 郭建秋． 间歇式除磷好氧颗粒污泥反应器的快速启动 ［J］． 环境工程，2008， 26 1 15- 18． ［6］宋英豪， 杨莎莎． 短程硝化反硝化新型生物反应器的特性研究 ［J］． 环境工程，2008， 26 4 76- 78． ［7］Mao Wei，Ma Hongzhu，Wang Bo． Perance of batch vacuum distillationprocesswithpromotersoncoke-plantwastewater treatment［J］． Chemical Engineering Journal，2010，160 232- 238． ［8］Zhou Jun，Yang Fenglin，Meng Fangang，et al．Comparison of membrane fouling during short-term filtration of aerobic granular sludge andactivatedsludge ［J］．JournalofEnvironmental Sciences，2007，19 1281- 1286． ［9］WoodwardBK， FellowsCS， etal．Nitrateremoval， denitrification and nitrous oxide production in the riparian zone of an ephemeral stream［J］． Soil Biology and Biochemistry， 2009， 41 4 671- 680． ［ 10］陈小光， 潘永亮． 膜法 SBR 工艺的最佳工况研究［J］． 南昌大学 学报． 工科版， 2005， 27 4 12- 15． 作者通信处卢龙330031南昌市红谷滩新区学府大道 999 号南 昌大学环境科学与工程学院 电话 0791 83969583 E- maillulong ncu． edu． cn 2012 － 04 － 04 收稿 43 环境工程 2012 年 10 月第 30 卷第 5 期