再生水回用于民俗旅游村水景觀的工程實踐

張 雄，李冰心，谷 陽，李 陽，蔡曉昂，左雪蕊，查切尼 (北京正和恒基濱水生態環境治理股份有限公司，北京 100871)

北京是一個嚴重缺水的城市，根據《北京市水資源公報》，2018年北京市水資源總量為35.46 億m，人均水資源占有量為165 m，是我國和世界人均水資源占有量的7.50%和1.88%。為了解決水資源供需的差距，北京在加強利用常規水資源的同時，采取一系列措施發展再生水回用，以滿足多種需求。北京市有87.12%的再生水用于景觀環境，根據北京市河湖水系水體功能及水質標準，IV類、V類水體河湖的環境用水可采用再生水補水。再生水回用可有效解決中心城約290 km河道、374 hm湖面及永定河環境用水問題。

由于北京農村具有小規模地區管理的特點，農村污水量少而分散。由于目前農村生活污水缺乏統一的處理流程和工藝，再加上與現行的再生水景觀回用水質標準在應用中存在沖突，導致農村再生水回用技術仍面臨水體富營養化、透明度不高、蚊蟲滋生等問題。對于部分地區，再生水回用的管網等配套設施不健全，且對于管網合流溢流的情況考慮較少，導致降雨集中時期污水處理能力不足，影響水質。此外，農村再生水的回用目標和途徑不明確，多數用于灌溉或就近水體排放，未進行整體景觀環境的建設，造成農村再生水回用的浪費，忽略了水景觀與整體環境的融合和利用。

民俗旅游村一般指擁有傳統鄉村民俗文化特色，從事旅游接待和經營的行政村或區域相對獨立、規模合理、特色鮮明的自然村。北京市民俗旅游村位于房山、大興、懷柔、密云、通州、昌平、順義等區，經過實地調查，其特點是生態基底較好、民俗文化濃厚，但是水域污染日益嚴重，水體面積減少，水體凈化方式落后，水岸自然生態景觀逐漸消失，水域景觀破碎度增加。民俗旅游村居住人口較少，污水排放量不大，且當地村莊發展以旅游業為主體產業，因此村莊對處理設施出水水質有較高要求。

因此，急需在北京市民俗旅游村通過水質凈化技術和水環境修復技術，增加水體循環，改善水體流動性，提高水體凈化能力，從整體上改善水環境和水生態。而利用再生水回用進行民俗旅游村的水景觀構建，同時維持其水質穩定性，對于解決民俗旅游村水資源短缺問題及構建可持續、高質量的水景觀環境具有重要意義。筆者通過分析再生水在民俗旅游村的回用策略，并將該策略在北京市通州區于家務回族鄉仇莊村進行了工程實踐，為再生水在民俗旅游村水景觀建設的應用作出示范。

1 研究區概況

仇莊村地處北京市通州區于家務回族鄉的最南端，南接河北，西聯大興，東與東方大學城相鄰，距城區約31.5 km，是通州區的南大門。2013年仇莊村被評為“全國美麗鄉村”創建試點單位，2017年被評為北京市通州區區級民俗旅游村。2020年12月，仇莊村被列入農業農村部推介首批全國村級“鄉風文明建設”優秀典型案例，以“倡、樹、興、展”為引領，完善“家庭、學校、社會、網絡”四位一體的工作模式，開展特色文化活動，傳承弘揚優良家風。

仇莊污水處理站位于仇莊村西南角(圖1)，毗鄰京滬高速，距離北京市核心區40 km，臨近仇莊村及仇莊孝道主題公園，其他周邊用地均為林地環繞。

2 民俗旅游村再生水回用策略及示范工程

選擇合適的水源與可行的再生水回用工藝。民俗旅游村水景觀的構建可采用自然水源、再生水回用等方式。水質是水景觀建設的基礎和保障，因此首先需通過水質凈化技術和水環境修復技術，從整體上改善水環境和水生態。目前農村污水再生回用的工藝主要有生態塘、人工濕地、浮動濕地等方式，以削減污染物、控制水體富營養化、保持水質穩定性為目標，結合不同工藝類型和特點，選擇經濟可行的再生水回用工藝。

圖1 仇莊污水處理站周邊環境示意Fig.1 Surrounding environment of Qiuzhuang Sewage Treatment Plant

符合民俗旅游村特點的水景觀營造。民俗旅游村水景觀的營造，首先是需要尊重自然、順應自然，充分開發與利用村莊原有的井、渠、塘、堰、碓、缸等水景觀設計元素；橋、亭、水街、駁岸、埠頭等飾水元素要與古村落原有的風格和諧統一，秉承古樸、自然、生態、低碳的營造理念。其次，要保護現狀資源，融入生態設計手法，營建人與自然共生人居環境，打造集生態、科普、休閑、展示、游覽多功能于一體的民俗旅游村。最后，遵循保護優先、科學恢復、因地制宜、適度開發等原則，保護原有場地現狀，迎合該地區居民的需要進行設計。

水質穩定性保持。首先，通過控制再生水水質確保來水水體質量，引導農業生產者科學地使用化肥、農藥等，實現農產品的優質、無害和農業生產廢物的資源化，防止農業面源污染。其次，適當引入經濟價值較高、適應能力強及生態效益好的物種，使其形成高效、穩定的生態型人工植物群落。在改善水體水質的同時結合景觀空間效果及產業經濟需求，使其形成自然野趣的生態空間。還可根據氣候特點，實行水期差異引水，同時在枯水期及豐水期配置相適宜的植物群落，達到改善水質和美化景觀的雙重效果。最后，隨著村莊旅游業的發展，可能會存在兩岸堆放垃圾以及直接向水體亂扔垃圾的現象，影響水系的景觀效果，也通過地表徑流引起水體污染。因此，加強管理是民俗旅游村景觀水體水質保障的關鍵。

項目背景。近些年，隨著北京市美麗鄉村的建設，北京市新建了大量的農村污水處理站，但處理后的再生水排放至附近溝渠和坑塘，未充分利用再生水資源，造成再生水浪費。依托于水專項——北京市農村再生水回用及水景觀構建課題，項目組在通州區仇莊村建設一處農村再生水回用及水景觀構建技術示范基地(簡稱“基地”)。

基地位于北京市通州區于家務回族鄉仇莊村，仇莊村依托孝道傳統文化發展休閑農業和鄉村旅游。仇莊污水處理站建成于2019年，地理坐標為116.713°E，39.645°N，占地面積1 420.88 m。污水處理工藝為A/O+MBR，近期規模為200 m/d，遠期規模為1 000 m/d，結合仇莊當地文化及景觀要求，該項目采用半地下污水處理形式。

場站出水標準按照出水水質符合北京市地標《農村生活污水處理設施水污染物排放標準》(DB 11/1612—2019)新(改、擴)建農村生活污水處理設施水污染物排放二級A標準。由表1可知，仇莊污水處理站出水水質與再生水回用觀賞性景觀環境用水-水景類標準仍有較大差別，因此該項目通過建設表流人工濕地，實現再生水水質凈化及維持其穩定性，達到再生水回用觀賞性景觀環境用水-水景類標準的要求。

原場站重點考慮凈化污染的功能，缺少后續再生水回用的功能，設計出水直接排放至附近溝渠，未充分利用再生水資源，造成水資源浪費。通過基地建設，為民俗旅游村的再生水回用水景觀進行示范，在北京對農村再生水回用進行推廣。

表1 污水處理站設計進出水及再生水回用景觀水體標準對比Table 1 Comparison of landscape water standards for sewage treatment station design inlet and outlet water and reclaimed water reuse

項目目標。通過集成水專項研發的污水處理技術和再生水回用水景觀構建技術，以水為題，利用自身所產再生水建設一個水景公園，為仇莊村美麗鄉村建設，為仇莊民俗旅游的經濟發展貢獻力量。通過污水處理和再生水回用水景觀的建設，開展多樣化的科普活動，使項目場地成為一處宣傳水資源再生利用及傳遞環保理念的科普示范基地，同時場地可為周圍居民提供休閑游憩場所。

設計理念

(1)中水回用：構建生態公園。仇莊污水處理站可生產200 t/d再生水，利用部分再生水作為場站內濕地公園的水源，具有溪流和水塘等多樣的濕地景觀，給居民帶來不同的濕地風貌體驗。

(2)表流濕地:深度凈化水質。濕地水系設置表流濕地，選擇較耐水濕的喬灌木來提升冬季景觀效果，同時提高冬季水景觀水體凈化能力，并在濕地底部鋪設礫石、火山巖等填料，增強對污染物的去除效果。

(3)海綿系統：凈化后排放。大量礫石可保證旱季景觀效果，雨季來自地面的雨水通過層層臺地匯入洼地，形成小型的疊水景觀，雨水經過植物凈化后自然下滲。

(4)生境營建：創造多樣生態。通過種植喬灌草，選擇北京鄉土植物，模擬自然群落結構，營造不同的陸生和濕生生境，同時與周圍的公園和林地形成有效連接，豐富區域生物多樣性。

(5)文化凸顯：營造特色環境。仇莊擁有悠久孝道文化，通過特色的種植體現仇莊家庭和美、骨肉情深的“孝”文化。

設計方案。通過基地的建設為再生水回用民俗旅游村提供實踐案例，積極探索農村再生水回用及水景觀構建技術在農村的應用。

(1)總平圖(圖2)。表流人工濕地面積為185.2 m，水深為0.1～0.4 m，雨水花園面積為67.6 m。基地的水源主要為污水處理站處理的再生水，雨水作為適當補充。水源主要通過將污水處理設備處理后的水引入場地，先流經西側表流濕地，再通過管道進入東側雨水花園，經過濕地植物進行凈化。

圖2 基地總平面Fig.2 Base plan

(2)駁岸設計。表流濕地的駁岸采用礫石駁岸+鋼板的形式，使水體營養物質與岸邊的基質進行物質和能量交換，不僅能夠增強水體自凈能力，保障水體景觀中生物過程，還有利于保障結構的穩定性，礫石駁岸+鋼板的駁岸具有良好的景觀效果，與周圍環境有較好的銜接。

溝渠駁岸坡度較陡，在雨水的沖刷下，部分駁岸已經被清掏，威脅到圍墻的穩定性，駁岸采用枝椏沉床生態工法可提升溝渠的生態性與景觀性，豐富仇莊村生態功能。枝椏沉床生態工法主要做法為表層鋪設枝椏捆，內填種植土；間隔200 mm用2股繩捆扎枝椏形成直徑為150 mm的枝椏捆，枝椏捆橫向和豎向交錯布置捆扎，組成1 000 mm×1 000 mm的方格，方格內填滿種植土。其上部采用粒徑為10～20 mm的碎石整體覆蓋,防止表層土被水流沖刷。

(3)植物設計。植物作為水景觀中的重要環節，不僅能凈化水體中的污染物及吸收有毒害氣體，還可以提高景觀豐富度，提升水景觀的生態性和觀賞性。在濕地的下層以現狀草坪打底。

場地土方整理后將現狀草坪進行重新回填利用，不造成浪費。中層以砂地植被和濕生草本植被為主，根據地形、水淹條件的不同，選擇景觀效果較好，既耐水濕又耐旱、低維護的植物，布置于表流濕地、雨水花園、水景。現狀井蓋周圍種植較高的濕生草本進行遮擋。上層以觀花小喬進行點景，體現仇莊“孝”文化，彰顯家庭和美、骨肉情深。利用花期長的藤蔓植物對重點景觀區域的鐵欄桿進行修飾和美化，弱化場地內外不良景觀因素的影響(圖3)。

圖3 種植剖面Fig.3 Planting profile

(4)科普游賞。基地主入口區設有科普展示牌，用于展示農村污水處理技術、中水回用效果，宣傳節能環保、綠色發展理念。基地西區主要是農村污水處理構筑物，通過清水池可以展示污水處理站出水效果。在場地北區主要展示中水水景，通過表流濕地和雨水花園重點展示中水回用水景觀的應用，在對水質進行保障的前提下營造民俗旅游村水景觀。在場地南區主要展示再生水回用溝渠，通過溝渠將場地與孝道主題公園進行有機連接。場地本身亦是一個兼具水資源再利用、海綿系統、水生態修復的綠色示范。基地參觀游線設計見圖4。

圖4 基地參觀游線設計Fig.4 Design of base tour line

對COD的去除效果。2021年4—6月，仇莊污水處理站的進出水COD監測數據見圖5。進水COD濃度為34.6～89.6 mg/L，出水COD濃度為14.96～25.98 mg/L，能夠穩定達到設計要求，平均去除率為67.98%。

對NH-N的去除效果。2021年4—6月，仇莊污水處理站的進出水NH-N監測數據見圖6。進水NH-N濃度為5.28～31.67 mg/L，出水NH-N濃度為0.08～4.28 mg/L，能夠穩定達到設計要求，平均去除率為93.73%。

對TP的去除效果。2021年4—6月，仇莊污水處理站的進出水TP監測數據見圖7。進水TP為0.47～4.30 mg/L，出水TP 為0.04～0.48 mg/L，能夠穩定達到設計要求，平均去除率為85.90%。

于2021年4—6月采用不同的水力負荷，分別為0.10、0.15和0.25 m/(m·d)，對表流人工濕地再生水水質凈化效果進行試驗研究。通過分析濕地中試系統對北京農村再生水的水質凈化效果，重點探討不同水力負荷下表流濕地對再生水水質凈化效果的影響，為更好地處理北京市農村再生水工程提供參考。

圖5 仇莊污水處理站進出水COD濃度變化Fig.5 Variation of COD concentration in the influent and effluent of the Qiuzhuang Wastewater Treatment Plant

圖6 仇莊污水處理站進出水NH4+-N濃度變化Fig.6 Variation of NH4+-N concentration in the influent and effluent of the Qiuzhuang Wastewater Treatment Plant

圖7 仇莊污水處理站進出水TP濃度變化Fig.7 Variation of TP concentration in the influent and effluent of the Qiuzhuang Wastewater Treatment Plant

對COD的凈化效果。根據試驗結果可知，水力負荷0.10 m/(m·d)條件下，表流人工濕地系統對再生水的COD去除率在11%～21%，平均去除率為17.1%；水力負荷0.15 m/(m·d)條件下，表流人工濕地系統對再生水的COD去除率在12%～15%，平均去除率為13.63%；水力負荷0.25 m/(m·d)條件下，表流人工濕地系統對再生水的COD去除率在5%～13%，平均去除率為9.79%(圖8)。

對NH-N的凈化效果。根據試驗結果可知，水力負荷0.10 m/(m·d)條件下，表流人工濕地系統對再生水的NH-N的去除率在14%～18%，平均去除率為15.58%；水力負荷0.15 m/(m·d)條件下，對再生水NH-N的去除率在6%～11%，平均去除率為8.21%。水力負荷0.25 m/(m·d)條件下，對再生水的NH-N去除率在3%～8%，平均去除率為6.16%(圖9)。

對TN的凈化效果。根據試驗結果可知，水力負荷0.10 m/(m·d)條件下，表流人工濕地系統對再生水TN去除率在13%～18%，平均去除率為15.79%；水力負荷0.15 m/(m·d)條件下，對再生水的TN去除率在5%～10%，平均去除率為5.91%；水力負荷0.25 m/(m·d)條件下，對再生水的TN去除率在2%～7%，平均去除率為4.84%(圖10)。

圖8 不同水力負荷條件下表流人工濕地COD去除率Fig.8 The removal rate of COD in the surface flow constructed wetland under different hydraulic loading conditions

圖9 不同水力負荷條件下表流人工濕地NH4+-N去除率Fig.9 The removal rate of NH4+-N in the surface flow constructed wetland under different hydraulic loading conditions

圖10 不同水力負荷條件下表流人工濕地TN去除率Fig.10 The removal rate of TN in the surface flow constructed wetland under different hydraulic loading conditions

對TP的凈化效果。根據試驗結果可知，水力負荷0.10 m/(m·d)條件下，表流人工濕地系統對再生水TP去除率在16%～21%，平均去除率為13.28%；水力負荷0.15 m/(m·d)條件下，對再生水的TP去除率在10%～12%，平均去除率為10.18%；水力負荷0.25 m/(m·d)條件下，對再生水的TP去除率在7%～11%，平均去除率為9.47%(圖11)。

圖11 不同水力負荷條件下表流人工濕地TP去除率Fig.11 The removal rate of TP in the lower flow constructed wetland under different hydraulic loading conditions

試驗結論。水力負荷是人工濕地的重要設計參數。該試驗結果也證明了水力負荷對污染物去除率的影響，在水力負荷為0.10 m/(m·d)的條件下，表流人工濕地系統對再生水的COD、NH-N、TN、TP的去除率最高，在水力負荷為0.25 m/(m·d)的條件下，表流人工濕地系統對再生水的COD、NH-N、TN、TP的去除率最低。水力負荷為0.10和0.15 m/(m·d)時，出水平均水質滿足《城市污水再生利用 景觀環境用水水質(GB/T 18921—2019)》中觀賞性景觀環境用水水景類的要求。

水力負荷越小，污水的停留時間就越長，對污染物的去除率越高，但進水負荷過小難以充分發揮濕地的凈化能力，且需要更大的占地面積。根據該試驗結果，表流人工濕地系統在不同的水力負荷條件下運行，在水力負荷為0.10和0.15 m/(m·d)時，對各種污染物仍具有較好的處理效果，為實際工程應用提供技術支撐及參考價值。

在濕地設計中既要在一定程度上縮小占地面積，又要適當加大水力負荷，提高處理量。因此，在綜合考慮以上各方面因素時，水力負荷0.15 m/(m·d)為凈化北京市農村再生水表流人工濕地運行的最佳水力負荷。

在仇莊污水處理站建設表流人工濕地與雨水花園(圖12)，不僅可以起到凈化水質、調蓄雨水、維持再生水水質穩定性、構建水景觀的作用，還重建了穩定的水生植物群落，提高了場地的生物多樣性。

起伏的地形和洼地可作為鳥類的營巢和庇護地，礫石保留足夠的空隙利于昆蟲、兩棲動物等的繁衍生長。灘緩坡護岸通過卵石的自然堆砌，為水生動植物提供了良好的生存環境，同時結合種植耐水植物，更利于營造自然野趣的生態空間環境。

4 結論

(1)通過對目前北京市農村再生水回用現狀及再生水回用于景觀水體的應用進行分析，針對民俗旅游村對景觀水體水質需求高、水量少等問題，結合民俗旅游村的特點，提出了再生水在民俗旅游村的回用策略，即選擇可行的污水再生處理工藝、營造符合民俗旅游村特點的水景觀，同時提出了再生水回用于景觀水體的水質穩定性保持的方法，并根據該策略在北京市通州區于家務回族鄉仇莊村進行了工程實踐，為再生水在民俗旅游村水景觀建設的應用作出示范。

圖12 技術示范基地現場Fig.12 On-site of technology demonstration base

(2)仇莊污水處理站對農村生活污水的COD、NH-N、TN的平均去除率分別為67.98%、93.73%、85.90%，出水水質符合北京市地標《農村生活污水處理設施水污染物排放標準》(DB 11/1612—2019)新(改、擴)建農村生活污水處理設施水污染物排放二級A標準。建設表流人工濕地系統處理仇莊污水處理站出水，在最佳水力負荷0.15 m/(m·d)的條件下，表流人工濕地系統對再生水的COD、NH-N、TN、TP的平均去除率分別為13.63%、8.21%、5.91%、10.18%，出水平均水質滿足《城市污水再生利用 景觀環境用水水質(GB/T 18921—2019)》中觀賞性景觀環境用水水景類的要求。

(3)場地的建設起到凈化水質、調蓄雨水、維持再生水水質穩定性、維持水景觀的作用，還重建了穩定的水生植物群落，提高場地的生物多樣性。不僅可以展示農村再生水回用于民俗旅游村水景觀的可能性，為美麗鄉村的水景觀建設提供理論和實踐支撐，同時為游客和居民提供了一處科普教育場所，提高了全民環保意識。