桐鄉(xiāng)市水源生態(tài)濕地凈化原水工藝及應(yīng)用

劉宇飛

（中交上航華南市政工程有限公司，廣東 珠海 519000）

1 工程概況

桐鄉(xiāng)市水源生態(tài)濕地工程位于杭嘉湖平原腹地，概算總投資13.50億元，占地359.07 hm2，設(shè)計(jì)濕地日處理水量60萬(wàn)t，滿足當(dāng)?shù)? d應(yīng)急備用水量需求。濕地呈條形分布，東西向跨度4 km，南北向跨度范圍為0.32～1.45 km。整個(gè)濕地布置分為北區(qū)、中區(qū)、南區(qū)等三個(gè)獨(dú)立片區(qū)。

2 凈化原水工藝

2.1 工藝流程

桐鄉(xiāng)市水源生態(tài)濕地采用3 片并聯(lián)系統(tǒng)，3 片濕地各自獨(dú)立、互不干擾，最終出水匯集于取水泵房前的取水區(qū)，再經(jīng)取水泵站取水至水廠。單片濕地處理流程，如圖1所示。

圖1 單片濕地處理流程圖

同時(shí)，為克服冬季等低溫季節(jié)動(dòng)、植物活性低，影響水體凈化效果的問(wèn)題，此生態(tài)濕地引入回水循環(huán)、重復(fù)處理的思路，在中區(qū)的預(yù)處理區(qū)和深度凈化區(qū)中間修建一座回水閘站。當(dāng)泵站取水區(qū)水體不達(dá)標(biāo)時(shí)，利用該閘站水泵將根孔生態(tài)凈化區(qū)的出水引至根孔區(qū)前端進(jìn)行重復(fù)凈化，回水設(shè)計(jì)既能使得綜合污染物去除率可提高6%以上，又能加速水體流動(dòng)、增加水中溶解氧，提高濕地抗風(fēng)險(xiǎn)能力。

2.2 工藝參數(shù)

工程設(shè)計(jì)日處理水量為60 萬(wàn)t，其中北區(qū)濕地：表面水力負(fù)荷速率為0.28 m3/（m2·d），停留時(shí)間約為8.07 d，水力坡度0.02%；中區(qū)濕地：表面水力負(fù)荷速率為0.29 m3/（m2·d），停留時(shí)間約為8.67 d，水力坡度0.02%；南區(qū)濕地：表面水力負(fù)荷速率為0.22 m3/（m2·d），停留時(shí)間約10.35 d，水力坡度0.02%。

3 生態(tài)濕地布置

3.1 工程總布置

桐鄉(xiāng)市水源生態(tài)濕地充分利用現(xiàn)有湖漾、周邊地形地貌特征和土地特點(diǎn)，利用現(xiàn)狀湖漾作為濕地預(yù)處理區(qū)并兼具備用源水塘，利用現(xiàn)狀的魚塘構(gòu)筑根孔凈化處理區(qū)，利用現(xiàn)有湖漾濕地深度凈化處理區(qū)，最后至水廠取水泵站。

工程布置采用北、中、南3片濕地系統(tǒng)并聯(lián)而成，每片濕地系統(tǒng)從西向東依次由預(yù)處理區(qū)、生態(tài)根孔凈化區(qū)、深度凈化區(qū)等3個(gè)區(qū)塊串聯(lián)組成，3個(gè)區(qū)塊最終匯集于取水區(qū)，再經(jīng)取水泵站取水，通過(guò)原水管線輸送至水廠。

3.2 生態(tài)濕地平面設(shè)計(jì)（以北區(qū)濕地為例）

該濕地的主要凈水原理是，構(gòu)建內(nèi)部完整的水生態(tài)系統(tǒng)，利用水生態(tài)系統(tǒng)的攔截、自凈、循環(huán)能力完成水質(zhì)凈化。按照濕地處理流程，3片濕地均分設(shè)預(yù)處理區(qū)、跌水曝氣區(qū)、根孔生態(tài)凈化區(qū)、跌水曝氣區(qū)、深度凈化區(qū)5個(gè)功能區(qū)塊，各區(qū)塊主要原理見表1。

表1 主要功能區(qū)塊原理表

①預(yù)處理區(qū)主要進(jìn)行沉淀、過(guò)濾、吸附等部分凈化，總面積21.68萬(wàn)m2，其中水域面積12.31萬(wàn)m2。在水面中設(shè)置導(dǎo)流堤4道，導(dǎo)流堤高程4 m，頂寬0.40 m，允許越流。在導(dǎo)流堤末端布設(shè)浮動(dòng)濕地，浮動(dòng)濕地以復(fù)合纖維浮動(dòng)濕地通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)模塊拼接組合，形成巨大的植物根系攔截系統(tǒng)，經(jīng)光合作用產(chǎn)生的氧氣通過(guò)氣道輸送至根區(qū)，在植物根區(qū)的還原介質(zhì)中形成氧化態(tài)的環(huán)境，這種有氧區(qū)域和缺氧區(qū)域的共同存在為根孔區(qū)的耗氧、兼性和厭氧生物提供了各自適應(yīng)環(huán)境，使不同的微生物各得其所，發(fā)揮相輔相成的作用。

②預(yù)處理區(qū)末端為跌水曝氣充氧區(qū)，通過(guò)水體在空氣中自由跌落，完成水體氧氣的補(bǔ)充、獲取、交換，采用溢流堰型式，堰長(zhǎng)80 m，跌水水頭0.80 m，堰體后端設(shè)石壩一座。

③根孔生態(tài)凈化區(qū)。北區(qū)根孔生態(tài)凈化區(qū)總面積53.92萬(wàn)m2分成7片根孔區(qū)，其中根孔區(qū)1和5為橫向植物床，其余均為縱向植物床，植物床總面積11.07萬(wàn)m2，水域面積36.14萬(wàn)m2，陸域面積6.70 萬(wàn)m2。橫向植物床垂直于水流布設(shè)，植物床間溝寬約18.30 m，同時(shí)在床間設(shè)置小型丁壩群，尺寸為9×3（底寬3 m，頂寬1 m）×2.50 m，丁壩間布設(shè)卵石，通過(guò)自然擺放形成孔隙，形成魚巢。植物床主要采用人造根孔技術(shù)，以人為埋植的植物秸稈作為濕地的填料/介質(zhì)，有效地改變了濕地土壤亞表層的大孔隙結(jié)構(gòu)，粗秸稈所形成的粗根孔相當(dāng)于城市交通網(wǎng)絡(luò)中的主干路，疏導(dǎo)和傳導(dǎo)土壤中的水分和物質(zhì)；細(xì)秸稈所形成的細(xì)根孔相當(dāng)于城市中的支干路、次干路或小道，對(duì)土壤亞表層水分和物質(zhì)的微循環(huán)以及承擔(dān)土壤大孔隙和土壤基質(zhì)之間橋梁角色方面起到了重要影響，兩者互相支撐，構(gòu)成了土壤大孔隙結(jié)構(gòu)的脈絡(luò)。

縱向植物床順?biāo)飨虿贾茫瑓^(qū)內(nèi)設(shè)有大溝以及進(jìn)、出水溝，并在大溝設(shè)置凈寬5 m 的卡口閘調(diào)控水流。

水流從縱、橫向植物床根孔及土壤中滲過(guò)，以此凈化改善水質(zhì)。植物床以種植蘆葦為主，其他種植菖蒲、風(fēng)車草、菰、綠葦，通過(guò)植物的生長(zhǎng)發(fā)育，可不斷產(chǎn)生新的根孔，防止植物床堵塞。

④跌水曝氣區(qū)。根孔區(qū)末端出水經(jīng)過(guò)箱涵，在此處設(shè)置溢流堰，堰長(zhǎng)150 m，水頭0.80 m。

⑤深度凈化區(qū)，過(guò)流面積大、水流速度慢，主要用來(lái)貯存經(jīng)預(yù)處理及根孔生態(tài)凈化的水，并進(jìn)一步靜置凈化。在局部邊角處設(shè)浮動(dòng)濕地。

⑥泵站取水區(qū)。最終經(jīng)各片濕地凈化處理好的水匯集于泵站取水區(qū)，該區(qū)域水面積2.53萬(wàn)m2。

中區(qū)、南區(qū)流程與北區(qū)類似，不再做詳細(xì)敘述。

4 水質(zhì)檢測(cè)

該大型水源生態(tài)濕地運(yùn)營(yíng)期間，委托第三方機(jī)構(gòu)對(duì)出水水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果平均值見表2。

表2 濕地出水水質(zhì)主要指標(biāo)平均值表

分析表2可知，各功能區(qū)塊凈化指標(biāo)檢測(cè)值都滿足凈化目標(biāo)要求，各功能區(qū)去除污染物效果良好，發(fā)揮了各自的功能作用。

5 效益分析

該生態(tài)濕地凈化了原水水質(zhì)，降低了水廠的原水處理成本，降幅約30%。同時(shí)，濕地有效庫(kù)容達(dá)428.85萬(wàn)m3，可作為應(yīng)急備用水源，減緩河道突發(fā)性水污染事件對(duì)社會(huì)的影響。另外，濕地建設(shè)提高了項(xiàng)目區(qū)內(nèi)的林草覆蓋率和植被條件，豐富了區(qū)域的生物多樣性和植物多樣性，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)效益明顯。

6 結(jié)語(yǔ)

桐鄉(xiāng)市水源生態(tài)濕地基本實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)，通過(guò)濕地內(nèi)部的凈化措施可有效改善原水水質(zhì)，整體水質(zhì)從劣Ⅴ～Ⅲ類穩(wěn)定在國(guó)家飲用水水源地水質(zhì)要求的Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，并滿足水廠60萬(wàn)t/d的供水需求；且濕地為相對(duì)封閉的區(qū)域，不僅可有效地保護(hù)好水源，而且可將濕地作為蓄水池，遭遇河網(wǎng)污染事件時(shí)，利用濕地可作為備用水源向水廠供水，從而提高供水抗風(fēng)險(xiǎn)能力。值得在水質(zhì)型缺水的平原區(qū)域推廣應(yīng)用。

濕地植物床目前尚無(wú)專業(yè)施工設(shè)備，是以人工鋪設(shè)施工為主，效率低下，且難以準(zhǔn)確控制秸稈密度、覆土厚度，建議后續(xù)研究中，研制專業(yè)的施工設(shè)備及高效的施工方法。