余姚市陆埠水库南洪桥人工湿地设计

高银阳,董华萍,魏奇一

(余姚市江河水利建筑设计有限公司,浙江 余姚 315400)

1 问题的提出

作为余姚市生活饮用水重要水源地之一的陆埠水库,近几年来,水库富营养化现象较为突出,2007年监测结果表明:陆埠水库主要超标项目为总磷、总氮、高锰酸盐和溶解氧,其中:超标率最高的为总氮,达到100%。其次为总磷,超标率70%。严重威胁着余姚市的水质安全。为改善陆埠水库水质,在陆埠水库几个入库口建设人工湿地,减少排入水库中有机物、氮、磷等物质。

人工湿地是由人工建造和控制运行的与沼泽地类似的地面,将污水、污泥有控制地投配到经人工建造的湿地上,在污水与污泥沿一定方向流动的过程中,主要利用土壤、人工介质、植物、微生物的物理、化学、生物3重协同作用,对污水、污泥进行处理的一种技术。其作用机理包括吸附、滞留、过滤、氧化还原、沉淀、微生物分解、转化、植物遮蔽、残留物积累、蒸腾水分和养分吸收及各类动物。

2 人工湿地设计

2.1 人工湿地类型的选择

人工湿地系统按其布水方式和水流形态,可分为表面流型、水平潜流型和垂直流型3类。通过对3种湿地建设及运行成本的比较,并参考浙江省内外水库人工湿地建设运行经验,此次湿地设计采用表面流人工湿地系统。

表面流人工湿地系统也称自由水面湿地系统,这种类型的人工湿地和自然湿地相类似,废水在填料表面漫流,水位较浅,多数在0.1～0.6 m。废水进入人工湿地系统时,绝大部分有机物是由长在植物上的水下茎、杆上的生物膜来去除。这种类型的湿地具有投资少、操作简单、运行费用低等优点。表面流人工湿地系统示意见图1。

图1 表面流人工湿地系统示意图

2.2 南洪桥人工湿地总体布置

南洪桥人工湿地位于杨家岭溪入库口大桥下游河滩漫地上。湿地面积2.8 hm2(42亩),长约227 m,平均宽约121 m。整个湿地系统由挡墙、拦水堰、拦污栅、引水管道、配水渠及湿地组成。

人工湿地靠溪道侧采用干砌块石挡墙,墙高按高出湿地0.3 m确定,湿地南北向用顶宽2m的土堤,东西向用顶宽1 m的土堤分隔成10块,湿地床高程从45.2 m降至44.8 m。土堤顶高程高出湿地床0.6 m,其中东西向土堤高出湿地床0.3m处放置1排φ 200mm的PVC管,以保持0.3m水深。为防止湿地渗漏,铺设1层土工布,结构设计为:原土层+50 cm厚砂垫层+土工膜1层+50 cm厚砂垫层+600 cm厚原状土+水生植物(见图2)。

图2 湿地总平面布置图图

湿地用水通过上游设堰、管道引水,把水引至湿地前端的配水渠,均匀地进入湿地,经过湿地净化后,流入陆埠大溪。

2.3 进水方式

人工湿地的进水方式有很多种,目前采用的主要有:推流式、阶梯进水式、回流式和综合式。推流式进水最为简单,水动力消耗低,输水管渠少。回流式进水可增加水中的溶解氧、延长水力停留时间并减少出水中可能出现的臭味,出水回流同样可以促进填料床中的硝化作用。阶梯进水有利于均匀分布有机负荷,可避免湿地床前部堵塞,提高SS和BOD的去除率,植物长势均匀,也可以为后继的脱氨过程提供更多的碳源,利于后续的硝化和反硝化脱氨作用。综合式则一方面设置出水回流另一方面还将进水分布至填料床的中部,以减轻填料床前端的负荷。

该人工湿地采用推流式进水方式。溪道来水通过拦水堰拦蓄,溪道来水经拦污栅截污后,通过引水管道进入配水渠,水流通过配水渠上的小水闸进入湿地内,湿地共分为5个阶梯区块,每个区块通过过水管连接,当上一区块水位高于过水管低时,水流进入下一个湿地区块。经过5个区块水生植物净化后,最后进入陆埠水库库区。

2.4 植物配置

一个人工湿地系统的建立,植物的选择和配置是非常重要。在系统建立和植物栽种配置时,要将系统的主要功能与植物的植物学特性充分结合起来。只有这样,才能充分发挥不同植物各自的优势,以达到更好的净化效果。

湿地植物的栽种配置要根据具体的应用环境和系统工艺来确定,对于一些应用工艺范围较广的植物类型,要充分考虑其在该工艺中的优势,使其充分发挥自己的长处而居于主导地位。

为达到全面的处理和利用效果,应进行有机的搭配,如深根系植物与浅根系植物搭配,丛生型植物与散生型植物搭配,吸收多品种的植物与吸收多批次的植物搭配,以及常绿植物与季节性植物的季相搭配等。在进行综合处理的工艺或工艺段中,切忌配置单一品种,以避免出现季节性的功能下降或功能单一。

湿地植物根据生活方式和形态可分为4类,挺水型植物(包括湿生和沼生)、叶型植物、浮型植物和沉水型植物。根据工程实际,该湿地植物采用挺水型和浮叶型植物,品种选择菖蒲、梭鱼草、再力花、水葱、芦苇、黄花水龙等草本植物。

按照湿地床高程不同,选择矮的挺水植物种植在地势高的区块,地势底的区块种植高的挺水植物或者浮叶型植物。第1梯湿地区块种植美人蕉和菖蒲,第2梯湿地区块种植水葱和再力花,第3梯湿地区块种植芦苇,第4梯湿地区块种植梭鱼草,第5梯湿地区块种植黄花水龙。

3 人工湿地的处理效果分析

陆埠水库湿地工程是一项保护水库饮用水水质的公共事业,是造福市民、改善城市环境的重要基础设施工程。其建成投产后的主要效益表现为环境效益方面。

该人工湿地将河流径流收集处理后进入陆埠水库,使陆埠水库的有机物、氮、磷大大减少,阻止了水库内富营养化现象发生,改善了水库水质质量。根据计算,此工程范围内每年向水库排放的污染物将大幅度降低,估计COD将减少80 t,TN减少25 t,磷酸盐减少3 t,有利于确保陆埠水库水质,达到GB 3838—2002《地表水环境质量标准》中II级以上。

4 结 语

为提高陆埠水库的水质,在陆埠水库入库口处建设人工湿地,减少排入水库中有机物、氮、磷等物质,对于保障陆埠水库水质安全具有十分重要的意义。同时,项目的实施可以为宁波市水库水质保护探索出一条技术可行、投资省、运行费用低的处理方法,对于宁波市饮用水水源库区水质的保护具有典型的示范意义。

由于水库入库口处的水位变化较大,对植物生长的影响也很大。人工湿地工程处理效果关键在于选择适合此类环境下的湿地植物。建议此工程分期进行,先期进行南洪桥湿地建设,根据湿地选择植物结果和工程建设的经验,下一步再进行袁马湿地建设和青龙溪湿地建设。