水生態修復工程茅洲河流域（寶安片區）燕川濕地設計分析

吳秀營

（深圳市寶安區松崗街道市政建設工程事務中心，廣東 深圳 518105）

1 項目背景

1.1 基本情況

燕川人工濕地工程位于深圳市寶安區松崗街道，洋涌橋大閘上游，茅洲河左岸，占地面積約5.5 hm2（含已建荷花池、景觀設施等），工程區主要為海沖積平原地貌單元，地勢平坦，地面高程3.06 m～5.55 m。周邊用地大多已建設開發，南側為松崗水質凈化廠，北側與塘下涌社區隔河相對，東側為燕川社區，開發強度較大，居民對休閑空間要求較高。

屬于茅洲河流域（寶安片區）水環境綜合整治工程的水生態修復工程，濕地定位為水質凈化型濕地，以改善茅洲河中上游干流截污箱涵末端水質改善工程2#應急處理設施部分出水水質(一級B標準)為主要目標，同時兼顧生態保護和生態修復、生態景觀游憩休閑功能。

1.2 相關水環境綜合整治工程

茅洲河中上游干流截污箱涵末端水質改善工程2#處理設施，位于洋涌河水閘箱涵末端，采用超磁分離一級強化處理+BAF（曝氣生物濾池）工藝，出水基本達到一級B標準（TN除外），布置于茅洲河洋涌河水閘上游左岸綠地內，位于河道用地紅線范圍內，污水處理規模11.0萬m3/d，與燕川濕地相鄰，故燕川濕地處理對象為茅洲河中上游干流截污箱涵末端水質改善工程2#應急處理設施部分出水。

燕川濕地工程可用地面積5.50 hm2，其中下游已建荷花池和已建景觀設施占地面積約3.10 hm2，用于預處理和濕地處理區面積約2.40 hm2。考慮到燕川濕地實際用地和資金投入的限制，尚不可能對2#應急處理設施的全部出水進行處理，根據預處理工藝和人工濕地核心處理區面積大小，盡可能多的處理2#應急處理設施的出水，同時滿足污染物負荷的要求，又要保證出水水質，水力負荷取較高值0.79 m3/（m2/d），確定燕川濕地設計處理水量Q=1.40萬m3/d。

1.3 進水水質及污染物特點

燕川濕地場地內的地表水主要為茅洲河及水質凈化廠。場地范圍內茅洲河河道寬80 m～100 m，水量根據漲潮退潮而變化，水上作業期間水深1.5 m～2 m，工程區附近工業污水和生活污水排污口眾多，主要指標CODCr、NH3-N和TP全河段嚴重超標，水質極差；水質凈化廠位于場區南側，枯水季節，部分地段水質發黑發臭。

燕川濕地設計進水水質按茅洲河中上游干流截污箱涵末端水質改善工程2#應急處理設施出水一級B標準：CODcr≤60 mg/L、BOD5≤20 mg/L，NH3-N≤8 mg/L，TP≤1.0 mg/L，SS≤200 mg/L，出水水質標準按照《地表水環境質量標準》（GB 3838-2002）中Ⅳ類水（TN除外）。

2 人工濕地工藝方案確定

燕川濕地以凈化茅洲河支流水體為目標，高效去除水體的污染物，同時為周邊居民提供綠色休閑空間。濕地工藝根據建設場地的現狀地形特點、周邊市政設施規劃、進水水質及污染物去除要求進行確定。

2.1 預處理工藝方案

考慮到濕地進水為河水，水質波動較大，尤其是汛期SS較高，可達100 mg/L～200 mg/L，易堵塞濕地，嚴重影響濕地處理效果。故在濕地單元前增加預處理單元，對進水水質進行預處理，均化水量、水質并沉淀懸浮物，防止污染物對濕地單元的沖擊。燕川濕地功能定位以凈化改善水質為主，且2#應急處理設施出水為一級B標準，需加強預處理工藝。此外預處理工藝能夠去除一定的SS，可緩解后續潛流濕地容易堵塞的問題。預處理單元主要功能為沉淀、曝氣充氧、初步處理等，由于用地有限，主要采用沉砂池、生態氧化池和高效沉淀池等工藝形式。剩余污泥經污泥濃縮池處理后，由疊螺式污泥脫水機脫水，泥餅外運填埋或進行綜合利用。

（1）沉砂池

砂池主要用于去除污水中粒徑大于0.2 mm，密度大于2.65 t/m3的砂粒，以保護管道、閥門等設施免受磨損和阻塞。其工作原理是以重力分離為基礎，故應控制沉砂池的進水流速，使得比重大的無機顆粒下沉，而有機懸浮顆粒能夠隨水流帶走。沉砂池對SS的去除率可達25%。

（2）生態氧化池

生態氧化池結構包括池體，填料，布水裝置，曝氣裝置。在曝氣池中設置填料，將其作為生物膜的載體。待處理的廢水經充氧后以一定流速流經填料，與生物膜接觸，生物膜與懸浮的活性污泥共同作用，達到凈化廢水的作用。生態氧化池對COD的去除率可達40%，對BOD5的去除率為40%，對氨氮的去除率可達60%。

（3）高效沉淀池

高效沉淀池采用高上升流速的沉淀池形式，將混凝、絮凝、沉淀和污泥濃縮功能集合與一體，并在絮凝階段進行污泥回流，提高絮凝沉淀和吸附效果。高效沉淀池系統主要由以下幾部分組成：前混合池、絮凝反應池、濃縮/斜管分離區、污泥排放及回流系統、加藥系統。高效沉淀池對SS對TP去除率可達50%，對SS去除率為25%。

2.2 人工濕地工藝方案比選

（1）濕地組合工藝方案比選

各種工藝的優缺點見表1，由表1可知各工藝都有利弊，全部采用某一種工藝難以滿足工程各方面的需求，故此次采用組合工藝，形成生物多樣性和環境多樣性的生態系統，滿足污染物去除、系統穩定、景觀優美等多方面的需求。

表1 各種工藝的優缺點

考慮工程處理水源是河道來水，懸浮物濃度較高，若采用潛流濕地容易堵塞，因而采用不易堵塞但污染物去除負荷較低的塘表結合工藝。為保證濕地的污染物去除效果，采用污染物去除效率高、負荷大、占地小的潛流濕地為主要工藝。針對“投資較高、建設難度較大、容易堵塞、不容易打造景觀”的缺點，一方面通過合理的系統和單元設計降低成本，利用新施工技術、合理安排建設時序降低建設難度，另一方面采取相應的預處理和后續處理措施，降低進水的懸浮物濃度，避免濕地堵塞，同時增加后續的表流濕地單元，提供生態景觀打造和提升空間，保證整個人工濕地工藝的合理性。

（2）濕地工藝方案確定

結合表1，再根據本工程進水水質特點和污染物去除要求，本次工程的主要處理工藝選擇潛流人工濕地。考慮到周邊居民的休閑需求和景觀要求，降低濕地的水力負荷，將部分場地建設為表流濕地。

3 工藝流程

根據本工程需要及現場實際情況，燕川濕地的取水設施、提升泵站布置于2#應急處理設施的場地內，通過輸水管道將出水依次通過生態氧化池、高效沉淀池、垂直流潛流濕地和表流濕地。潛流濕地和表流濕地布置于茅洲河流域水環境綜合整治—中上游段干流綜合整治工程的洋涌河水閘景觀節點內，南側緊挨茅洲河防洪大堤，北側和東側為洋涌河水閘景觀節點的護岸，西側（下游側）緊鄰已基本完工的荷花池，屬于狹長型地塊，潛流濕地出水進入表流濕地（即荷花池），然后流入茅洲河。

為實現濕地處理系統的順利運行，各處理系統之間采用管道或渠道等方式連通，各處理構筑物之間留足水力高差，保障水力條件，使整個系統水流順暢，完成濕地處理工藝的流程要求。處理工藝流程主要為“生態氧化池+高效沉淀池+垂直流潛流濕地+表流濕地”，見圖1。

3.1 生態氧化池

借鑒生物接觸氧化工藝[1]，以附著在載體（俗稱填料，本工程選用浮球填料）上的生物膜為主凈化污水的一種高效污水處理工藝，兼具活性污泥和生物膜兩者的優點。在生物接觸氧化池中設置填料，將其作為生物膜的載體，待處理的尾水經充氧曝氣后以一定流速流經填料，與生物膜接觸，生物膜與懸浮的活性污泥共同作用，達到凈化污水的作用，有效去除污水中NH3-N、COD5、BOD、TP等污染物。

氧化池尺寸為20.8 m×17.8 m×4 m（H），填料層高度2.5 m，填料上水深0.5 m，配水區高度0.5 m，超高0.5 m。采用現澆鋼筋混凝土結構，筏板式底板基礎，地基處理采用預應力混凝土管樁處理，同時解決抗浮以及沉降問題。設計流量Q=0.162 m3/s，分兩格，單格流量Q=0.081 m3/s;水力停留時間2 h;設計有效水深3.5 m。

3.2 高效沉淀池

高效沉淀池是集泥水分離與污泥濃縮功能于一體的沉淀工藝，可以進一步去除污水中的BOD5、COD、TN、TP等，實現泥水高效分離，保證潛流濕地進水水質要求，有效避免濕地堵塞。

平面尺寸為15 m×18 m×6.40 m（H），設計流量同生態氧化池，澄清區直徑D=8.5 m。沉淀池分為絮凝與沉淀兩個部分，原水投加混凝劑在混合池內通過攪拌使其與原水快速混合，易于沉淀的絮體在預沉區快速沉降，不易沉淀的微小絮體被斜管捕獲沉淀。最終高質量的出水通過池頂集水槽收集排出。

圖1 燕川濕地工藝流程圖

3.3 垂直流潛流濕地

垂直潛流人工濕地是燕川濕地污水處理系統的核心部分，其實質上是人為設計的、工程化的濕地系統，利用系統內物理的、化學的和生物的協同作用對污染物進行凈化。人工濕地的凈化效果與基質、水生植物和微生物等有著密切的聯系。

（1）面積與單元設計

垂直潛流濕地系統占地面積1.77 hm2，配水管以東西方向布置在場地南北側，將場地分為南北兩個區塊，南、北側區塊各設置8個潛流濕地單元格。

（2）表面水力負荷

計算條件：人工濕地設計水量14000 m3/d，垂直潛流濕地面積共計17700 m2。計算公式如下：

式中：q為表面水力負荷，m3/（m2/d）；Q為人工濕地設計水量，hsm3/d；A為人工濕地面積，m2。

經計算，設計表面水力負荷qhs=14000/17700=0.79m3/（m2/d）。

（3）水力停留時間

3.4 表流濕地

燕川濕地的表流濕地分為兩部分，一部分布置在潛流濕地中間，模擬自然河流；另一部分是依托原洋涌河景觀節點工程中的荷花池，在其基礎上提升改造而成。表流濕地面積1.6 hm2，水深0.5 m～0.8 m，底坡0.1%。燕川濕地位于茅洲河畔，光照充足，兩側潛流濕地設置燈心草、千屈菜、黃菖蒲、茭白、水蔥、水芹、香根鳶尾、水芋、再力花、紙莎草等濕地植物。中間表流濕地兩側和荷花池周圍設置挺水植物，如蘆葦，蘆竹，旱傘草等，表流濕地和荷花池中間可設置苦草，狐尾藻等沉水植物。

4 結論

燕川濕地于2017年3月開工，2019年8月底完工。投資7469.53萬元，年處理污水量511 m3/d，出水水質為Ⅳ類，鑒于茅洲河流域的城市化程度較高，濕地公園產生環境改善的平均影響距離為周邊300 m范圍，增值的土地面積按增值范圍內土地面積的30%計算。則燕川濕地增值的土地面積為8.1萬m2；濕地工程實施后，周邊水環境及景觀得到改善，當年可獲得水環境改善效益2079萬元。水環境改善效益按2%的年遞增率增加。

燕川濕地建成后不但具有顯著的社會效益和環境效益，而且還將創造間接經濟效益，無論在技術上還是經濟上都具有前瞻性，值得類似工程借鑒。