水平潛流人工濕地在左云縣十里河水質改善工程中的應用實例

徐小樂，徐 恒

(武漢中科水生環境工程股份有限公司，湖北 武漢 430071)

1 引言

近年來山西省左云縣實施了十里河縣城段綜合治理工程及2015年實施的十里河濕地修復與保護工程，十里河的污染治理情況得到較大改善。為進一步加強十里河濕地及其生物多樣性保護，維護十里河濕地生態系統的生態特征和基本功能，保持和最大限度地發揮濕地生態系統的各種功能和效益，保證濕地資源的可持續利用，促進經濟發展，改善生態環境。

針對本項目擬建地點的土地利用情況，綜合考慮技術的生態安全性、效果持久性、經濟可行性和自然生態性，遵循經濟可行、技術穩定、管理簡便的原則，對常用水質改善工程工藝比選分析后，本項目水質改善部分的主體工藝采用“植物塘+水平潛流人工濕地”；根據本項目擬建地點的土地利用情況，經過反復論證比選，水質改善部分的廠址選擇位于十里河橋上游，污水處理廠旁十里河河道中33656 m2(其中水平潛流濕地約15000 m2)河灘地。

2 工程概況

左云縣十里河濕地修復與保護工程的上游有左云縣污水處理廠的外排尾水及多個生活污水散點排放口，對十里河濕地修復與保護工程中的表面流濕地有較大的負荷沖擊，影響其凈化效果。為改善十里河濕地修復與保護工程中的表面流濕地上游的進水水質，進一步實現十里河水質改善與生態保護，加強水資源的利用，擬對十里河(縣城段)實施水質改善工程。水質改善工程擬設計總規模為6000 m3/d，其中污水處理廠的尾水4000 m3/d，上游排水、生活污水、初期雨水約2000 m3/d。

3 設計資料

3.1 水量設計

本工程接納的污水來自于十里河上游左云縣污水處理廠的外排尾水及多個生活污水散點排放口排放的污水，據相關資料和實際調查表明，主要污水量來源如下。

(1)縣城生活污水處理廠達一級A標準的外排尾水水量為4000 m3/d。

(2)上游排入十里河的生活污水水量為2000 m3/d，總水量為6000 m3/d。

設計水量：總規模為6000 m3/d，其中污水處理廠的尾水4000 m3/d，上游排水、生活污水2000 m3/d。

3.2 水質設計

本項目的水質主要分為兩類。

(1)污水處理廠的排放的尾水。據相關資料和實際調查，污水處理廠的排放標準執行《城市污水廠污染物排放標準》(GB18918-2002)中一級A標準，因此確定該部分污水的水質指標，如表1。

(2)上游排水、生活污水。該部分污水主要為散排的生活污水，故主要參照該地區同類型的生活污水的進水水質，來確定該部分污水的水質，設計的進水水質如表1。

3.3 工程目標

通過水質改善工程的實施，使縣城生活污水處理廠排水及上游排入十里河的生活污水得到有效預處理和深度處理，使下游濕地修復工程中的表面流濕地進水水質得到改善，表流濕地正常運行，凈化效果得到保證。

表1 設計的進水水質主要指標

4 水質改善工程設計

4.1 水質改善工程工藝選擇

根據本項目的實際情況，通過技術、經濟方面考慮，進行工藝方案比選，選擇采用生態凈化方式進行污染物去除，本水質改善工程選擇的主體工藝為：植物塘+水平潛流人工濕地(圖1)。

圖1 工藝流程

工藝流程說明：本項目設計總規模為6000 m3/d，上游來水及生活污水2000 m3/d，污水處理廠達一級A標準的尾水4000 m3/d，上游來水及生活污水通過進水渠引至植物塘預處理(包括沉淀部分和植物塘部分)，預處理后的污水與4000 m3/d污水處理廠的尾水在調節池中混合，混合后的污水通過配水渠和均勻的向各水平潛流濕地單元配水，水平潛流人工濕地床層設1.2 m深石灰石碎石填料，碎石填料上層種植凈化能力強、耐污性能好、根系發達、本地化的濕地植物如蘆葦、鳶尾、香蒲、水蔥等，尾水中的污染物經濕地中植物根系的吸收、填料的吸附、微生物的降解等作用后由碎石填料下部的穿孔集水管收集并進入收水渠，最后通過出水管排出濕地，經濕地處理后的出水通過現有的河溝排入十里河下游的表面流人工濕地。

4.2 主要建(構)筑物設計參數

4.2.1 溢流壩

新建1座尺寸為L×B×H=4.0 m×1.0 m×0.4 m溢流壩，正常情況下將上游來水及生活污水通過進水渠引入植物塘。

4.2.2 上游來水及生活污水進水渠

新建總長261 m、渠寬0.3 m、渠道均深0.6 m、坡度約0.3%進水渠將上游來水及生活污水引至植物塘進行預處理，進水渠的起始端設置1座規格為B×H=0.3 m×0.6 m和柵隙10 mm的格柵和1座尺寸為B×H=0.3 m×0.6 m的閘門。

4.2.3 污水處理廠尾水進水渠

新建總長77 m、渠寬0.4 m、渠深1.0 m、坡度0.3%的渠道將污水處理廠排放的尾水引至調節池。

4.2.4 植物塘

新建植物塘總面積為2625 m2，有效水面面積2154 m2，總停留時間為25.8 h。植物塘分為沉淀部分和植物塘部分，沉淀部分有效水面積約為200 m2，有效水深1.0 m，停留時間約為2.4 h。植物塘部分有效水面積約為1954 m2，有效水深0.9 m，停留時間約為23.4 h。植物塘四周做編制土袋駁岸，岸邊種植一定量的挺水植物，為強化處理能力，并在沉淀部分設置人工水草。通過塘岸邊挺水植物、人工水草，對污水中污染物質的去除和吸收，對污水進行預處理。挺水植物選擇耐污、耐寒的蘆葦和西伯利亞鳶尾。

4.2.5 調節池

新建1座尺寸為L×B×H=60 m×4.0 m×1.5 m、設計有效水深1.0 m、停留時間1.0 h的鋼混結構調節池，將預處理后的污水與污水處理廠的尾水充分混勻后，再進入水平潛流濕地處理。

4.2.6 水平潛流人工濕地

水平潛流人工濕地是本項目的工藝核心，按照地形在因地制宜的基礎上，分單元采用模塊化設計，潛流人工濕地共分為6個獨立單元，各單元并聯運行，總面積15000 m2，濕地有效面積14054 m2，水力負荷0.4 m3/( m2·d)，有效停留時間約1.12 d。潛流濕地系統包括布水系統、排水系統、濕地床體、濕地植物系統等，污水經配水渠，經布水系統向濕地單元均勻布水，在潛流濕地末端設置收水渠，正常運行過程中，放空閥關閉，濕地出水由末端集水管排至收水渠內，最后排至現有河溝。

(1)配水渠：新建渠長290 m、寬1.0 m、渠深2.0 m、有效水深1.7 m的配水渠，將進水均勻分配到各濕地單元內。

(2)布水系統：配水渠設置44個、尺寸為B×H=0.1 m×0.3 m配水孔。

(3)濕地床層：濕地床主要由碎石填料組成，床層深度為1.2 m，在水平方面上分5級布置，從配水側至收水側依次為寬2 m粒徑30～60 mm碎石填料(首次配水墻)，寬25 m粒徑8～12 mm的細碎石填料，寬3 m粒徑30～60 mm碎石填料(二次配水墻)，寬25 m粒徑8～12 mm的細碎石填料，寬2 m粒徑30～60 mm碎石填料(匯水墻)。

(4)防滲設計：底部回填壓實并采用HDPE膜進行防滲。

(5)濕地植物：水平潛流人工濕地床層上部種植凈化能力強、耐污性能好、根系發達、適宜于左云生長的蘆葦、水蔥、小香蒲、西伯利亞鳶尾等挺水植物，總種植面積為14054 m2。

(3)收水系統：在水平潛流濕地單元床體末端設置集水橫管，采用總長為245 m、管徑為DN200的UPVC給水管，斜向下45°雙側間隔布置圓形孔集水，出水排至收水渠內，最終排至現有河溝；收水管出水端共設置26套DN200蝶閥，分別用于調節濕地內水位及放空。

5 運行分析

5.1 運行水質

該項目于2017年10月完成水質改善工程施工。目前項目運行穩定，2018年06～08月連續3個月及2019年7～8月連續2個月每周對該項目的調節池進水水質和水平潛流濕地最終出水進行檢測，統計進、出水平均水質數據如表2所示。

表2 工程完成后進、出水水質

通過表2可以看出：工程進水的各項水質指標經過“植物塘+水平潛流人工濕地”工藝的處理，均有一定程度削減。

5.2 直接運行費用

水質改善工程的直接運行費用構成包括：管理人員人工費、季節性勞動力人工費、植物處置費。

(1)管理人員人工費：配備3名維護工人，每人工資4萬元/a，共計12萬元/a。

(2)季節性勞動力人工費：每年約雇請50個左右季節性勞動工日，其每個工日勞務費200元，共計1萬元/a。

(3)植物處置費。本項目中濕地總面積約1.4 hm2，植物處置費為15000元/ hm2，共計2.1萬元。

則年直接運行總費用15.1萬元，年處理污水總量219萬m3，單位直接運行費用為0.07元/m3。

6 結語

該水質改善工程采用運行費用低、管理簡單、出水水質好的“植物塘+水平潛流人工濕地”組合工藝，人工濕地工程實踐表明，工程進水的各項水質指標經過“植物塘+水平潛流人工濕地”工藝的處理，均有一定程度的削減，提升了進入下游表面流濕地的進水水質，具有一定的參考示范意義。