人工湿地法净化水景人工湖研究

王 静，付李秋

(成都大学 城乡建设学院，四川 成都 610106)

0 引 言

湿地是地球上的一种重要的生态景观，具有控制水土流失，涵养水分，调节大气环境等功能，是动植物的栖息场所与物料库，并具有净化污水、改善水体水质的功效，素有“自然之肾”的美誉.人工湿地是模拟天然湿地的结构和功能而建造的一种湿地系统.通常，人工湿地由人为筑成的水池或沟槽，底面铺设防渗漏隔水层，充填一定深度的基质、种植层构成，利用基质、植物、微生物的物理、化学、生物三者之间的相互作用使污水得到净化.根据水流方向与湿地介质的相对关系，可以将人工湿地分为3 种类型:表面流人工湿地、潜流人工湿地、垂直流人工湿地［1－3］.

成都市活水公园是人工湿地处理污水工艺技术与城市风景园林造园艺术的完美结合，是第一座集生态示范、教育和景观环境功能于一体，以水为主题的城市生态环境公园.其水质处理流程是将部分锦江河水进行提升，通过湿地植物、微生物和基质的物理、化学、生化过程进行水质的净化的处理，向人们展示被水体在自然作用下的净化过程［4－6］.柳莺湖位于成都大学十陵校区内西南角，是校园景观用水入口.其水质的优劣直接影响着校园景观的美观舒适度.2012年11月至12月，通过对该水质中CODcr、NH+4-N、SS、CODMn的分析测定，确定该湖水为Ⅳ类水.枯黄的残体，水质恶化严重，急需净化处理.

人工湿地(生物氧化塘)工艺运用在校园污水处理中也时见报道，但大都是以研究新型工艺为主，少有将创新点放在以成熟技术解决现实问题的报道.因此，本研究旨在通过对活水公园进水、出水和成都大学柳莺湖进水的代表性指标(pH、DO、BOD5、CODcr、TN、TP、NH+4-N)的阶段性监测，获得对比参考数据，通过数据分析处理研究其代表值，进而判断对柳莺湖进行生物氧化塘工艺改造的可能性，为从源头上改善柳莺湖的水质提供一种切实可行的方案.

1 研究方法

2013年4月至2014年4月，对成都市活水公园与成都大学柳莺湖的进、出水水质进行阶段性监测.通过测量其代表性水质指标(pH、DO、BOD5、CODcr、TN、TP、NH+4 -N)来研究活水公园的净化效果与两者的进水水质情况，并结合参流系数作对比分析因子［1］.

1.1 水样采集

从2013年4月、6月、8月、10月、12月及2014年2月、4月，7 个月中，每个月中旬分别对活水公园与柳莺湖进、出水口的水质进行监测，如果遇到雨天则将采样时间延后，以保证所采取的样品具有代表性.

1.2 水样测定

在实验室中对收集的样品进行7 个代表性水质指标的测定，具体操作过程按照《水和废水分析监测方法(第4 版)》进行:pH 值采用玻璃电极法，DO采用膜电极法，BOD5采用5 d 培养法，CODcr、TN(NO3－-N+NO2－-N+TKN)、TP 采用过硫酸钾氧化——钼锑抗分光光度法，NH+4-N 采用纳氏试剂分光光度法.

1.3 水质特征评定

活水公园与柳莺湖进水水质的特征选用综合污染指数和单因子污染指数相结合的方法进行评价［6］，其计算方法为，

单因子评价指数Pi，

综合污染指数P，

式中，Ci为第i 种污染物的实测浓度，mg/L;C0为第i种污染物的环评标准浓度，mg/L;n 为参加评价的污染指标的个数.

2 研究结果与分析

2.1 水质特征的评定

以《地表水环境质量标准》GB3838－2002 的第Ⅴ类水质为环境评价标准，活水公园与柳莺湖水质评价结果如表1 所示.

表1 活水公园与柳莺湖单因子与综合污染评价

从表1 中可以看出，在监测期间内，活水公园的年综合评价指数P 总为2.15，表明在对其监测的因子中已有相当一部分超出了评价标准浓度，即5 d生化需氧量(BOD5)(P =1.14)、氨氮(NH+4-N)(P=2.12)、总氮(TN)(P =3.28)和总磷(TP)(P =3.74).综合评价指数可以判断活水公园的进水为Ⅴ类水，这与柳莺湖的总体相似，但略有不同，柳莺湖的监测期间的综合评价指数P 总为1.08，表明在监测的因子中有部分超出了评价标准浓度，其分别为5 d 生化需氧量(BOD5)(P =1.65)与总磷(TP)(P=1.54)，综合评价指数可以判断柳莺湖的进水为Ⅴ类水.综上所述，活水公园与柳荫湖的进水水质皆为Ⅴ类，超标物质皆为可降解生化有机物，进水水质相接近.

2.2 营养元素的对比分析

通过数据的汇总分析活水公园年平均总氮(TN)含量为6.57 mg/L，年平均总磷(TP)含量为1.50 mg/L，N∶ P 为4.4∶ 1，根据监测结果表明活水公园的进水总氮含量已超出设计要求［3］，使得湿地系统的处理负荷增加，导致出水的总氮平均含量为1.86 mg/L，但湿地系统仍然保持着对总氮有较高的去除率.这恰恰体现了湿地系统的优越性，虽然部分运行指标超出了设计值，但并不影响湿地系统的整体运行能力和湿地系统对其余指标的去除能力.对柳莺湖进水而言，年平均总氮(TN)含量为2.31 mg/L，年平均总磷(TP)含量为0.56 mg/L，N∶ P 为4.2∶ 1，氮含量适宜，磷含量充分，能满足植物生长的正常需要.活水公园的总氮、总磷的含量皆比柳莺湖的高，但活水公园两者的氮磷比列相同，营养元素相似，植物生长的控制性元素能正常满足植物的生长需求.

2.3 渗流系数的对比分析

通常，水流的流动参数可采用Darcy 定律进行描述［2］.活水公园人工湿地面积为590 m2，有效湿地面积为500 m2，设计处理水量为每天15 m3.设计表面负荷为0.03 m3/(m2·d)，池底相对标高最高点位2.5 m，最低点0.5 m，池宽2 ～10 m，活水公园的坡度为5‰［1］.根据Darcy 定律可以求得，活水公园的渗流系数Ks 为125 m/d.柳莺湖的面积为1 450 m2，平均湖宽15 m，蓄水时水深0.8 m，坡度为2‰，2014年4月份测得柳莺湖的流量为4.5 m3/d，则柳莺湖的渗流系数Ks 为188 m/d.将活水公园与柳莺湖的渗流系数进行比较发现，两者之间的水流流态相接近，都属于缓慢流态.

3 结论与分析

通过对活水公园和柳莺湖长达一年的阶段性监测分析表明:成都市活水公园已正常运行了18年，时至今日流经活水公园进入锦江的河水仍然能被处理净化到Ⅲ类水标准，这充分体现了湿地生态系统具有较强的抗水质冲击的能力、处理效果稳定及处理出水较佳的特点.柳莺湖的监测结果却显示，其进出水的水质相同，水体只是简单的流过柳莺湖而已，柳莺湖其本身为人工湿地系统，但却没有发挥出人工湿地系统应有的功效.

通过监测数据对两者进水的水质特征、营养元素比与水流参数进行综合比较分析得出:柳莺湖与活水公园的进水都是属于Ⅴ类水质，并且进水的营养物质相似，水流量小，水流流态相接近.因此，将活水公园的生物氧化塘工艺运用到对成都大学柳莺湖的改造中是可行的.运用降解速率常数与wehnerwilhelm 设计预测法，对柳莺湖采用活水公园的生物氧化塘工艺进行改造后其出水水质的预测情况如表2 所示［7－8］.

表2 柳莺湖水质预测表

对2 种预测结果进行比较发现，2 种预测方法的出水水质指标相接近，且用综合污染评价法评价表明，出水预测(1)的P总为0.55，出水预测(2)的P总为0.57，以《地表水质量标准》GB3838－2002 的Ⅲ类水质为评定标准，预测出水结果为Ⅲ类水质标准，具有较好的净化效果.

本研究论证了将湿地系统引入柳莺湖水质净化中的可行性.此外，将柳莺湖进行改造，改善学校校园景观的水质，可为今后人工湿地法净化水质提供案例参考，具有一定的现实意义.

［1］阳小成.成都活水公园人工湿地对锦江河水年度净化效果的研究［J］.成都理工大学学报(自科学版)，2008，35(5):591－596.

［2］张华，邓德山.西北干旱地区应用人工湿地系统污水净化技术的前景［J］.青海环境，1994，4(1):42－44.

［3］吴然，李雄.公园水体景观的亲水性研究——以成都活水公园为例［J］.攀枝花学院学报，2012，29(5):48－51.

［4］唐勇，刘研，刘娜.成都活水公园体验亲水主题——构建城市湿地［J］.城乡建设，2006，51(3):43－44.

［5］温明霞，杨加蒂.成都市府南河整治工程考察［J］.北京水利，1999，24(2):7－8.

［6］环境保护部环境工程评估中心.建设项目环境影响评价［M］.北京:中国环境科学出版社，2010.

［7］王庆安.成都市活水公园人工湿地塘床系统的生物群落［J］.重庆环境科技，2001，23(2):52－55.

［8］黄时达.从成都市活水公园看人工湿地系统处理工艺［J］.四川环境，2000，19(2):8－12.