徐小樂(lè)，徐 恒

(武漢中科水生環(huán)境工程股份有限公司，湖北 武漢 430071)

1 引言

近年來(lái)山西省左云縣實(shí)施了十里河縣城段綜合治理工程及2015年實(shí)施的十里河濕地修復(fù)與保護(hù)工程，十里河的污染治理情況得到較大改善。為進(jìn)一步加強(qiáng)十里河濕地及其生物多樣性保護(hù)，維護(hù)十里河濕地生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)特征和基本功能，保持和最大限度地發(fā)揮濕地生態(tài)系統(tǒng)的各種功能和效益，保證濕地資源的可持續(xù)利用，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，改善生態(tài)環(huán)境。

針對(duì)本項(xiàng)目擬建地點(diǎn)的土地利用情況，綜合考慮技術(shù)的生態(tài)安全性、效果持久性、經(jīng)濟(jì)可行性和自然生態(tài)性，遵循經(jīng)濟(jì)可行、技術(shù)穩(wěn)定、管理簡(jiǎn)便的原則，對(duì)常用水質(zhì)改善工程工藝比選分析后，本項(xiàng)目水質(zhì)改善部分的主體工藝采用“植物塘+水平潛流人工濕地”；根據(jù)本項(xiàng)目擬建地點(diǎn)的土地利用情況，經(jīng)過(guò)反復(fù)論證比選，水質(zhì)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(fù)與保護(hù)工程的上游有左云縣污水處理廠的外排尾水及多個(gè)生活污水散點(diǎn)排放口，對(duì)十里河濕地修復(fù)與保護(hù)工程中的表面流濕地有較大的負(fù)荷沖擊，影響其凈化效果。為改善十里河濕地修復(fù)與保護(hù)工程中的表面流濕地上游的進(jìn)水水質(zhì)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)十里河水質(zhì)改善與生態(tài)保護(hù)，加強(qiáng)水資源的利用，擬對(duì)十里河(縣城段)實(shí)施水質(zhì)改善工程。水質(zhì)改善工程擬設(shè)計(jì)總規(guī)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(shè)計(jì)資料

3.1 水量設(shè)計(jì)

本工程接納的污水來(lái)自于十里河上游左云縣污水處理廠的外排尾水及多個(gè)生活污水散點(diǎn)排放口排放的污水，據(jù)相關(guān)資料和實(shí)際調(diào)查表明，主要污水量來(lái)源如下。

(1)縣城生活污水處理廠達(dá)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計(jì)水量：總規(guī)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(zhì)設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目的水質(zhì)主要分為兩類(lèi)。

(1)污水處理廠的排放的尾水。據(jù)相關(guān)資料和實(shí)際調(diào)查，污水處理廠的排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行《城市污水廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)中一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，因此確定該部分污水的水質(zhì)指標(biāo)，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(qū)同類(lèi)型的生活污水的進(jìn)水水質(zhì)，來(lái)確定該部分污水的水質(zhì)，設(shè)計(jì)的進(jìn)水水質(zhì)如表1。

3.3 工程目標(biāo)

通過(guò)水質(zhì)改善工程的實(shí)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(yù)處理和深度處理，使下游濕地修復(fù)工程中的表面流濕地進(jìn)水水質(zhì)得到改善，表流濕地正常運(yùn)行，凈化效果得到保證。

表1 設(shè)計(jì)的進(jìn)水水質(zhì)主要指標(biāo)

4 水質(zhì)改善工程設(shè)計(jì)

4.1 水質(zhì)改善工程工藝選擇

根據(jù)本項(xiàng)目的實(shí)際情況，通過(guò)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)方面考慮，進(jìn)行工藝方案比選，選擇采用生態(tài)凈化方式進(jìn)行污染物去除，本水質(zhì)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(shuō)明：本項(xiàng)目設(shè)計(jì)總規(guī)模為6000 m3/d，上游來(lái)水及生活污水2000 m3/d，污水處理廠達(dá)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)的尾水4000 m3/d，上游來(lái)水及生活污水通過(guò)進(jìn)水渠引至植物塘預(yù)處理(包括沉淀部分和植物塘部分)，預(yù)處理后的污水與4000 m3/d污水處理廠的尾水在調(diào)節(jié)池中混合，混合后的污水通過(guò)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(shè)1.2 m深石灰石碎石填料，碎石填料上層種植凈化能力強(qiáng)、耐污性能好、根系發(fā)達(dá)、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(jīng)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(jìn)入收水渠，最后通過(guò)出水管排出濕地，經(jīng)濕地處理后的出水通過(guò)現(xiàn)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(gòu))筑物設(shè)計(jì)參數(shù)

4.2.1 溢流壩

新建1座尺寸為L(zhǎng)×B×H=4.0 m×1.0 m×0.4 m溢流壩，正常情況下將上游來(lái)水及生活污水通過(guò)進(jìn)水渠引入植物塘。

4.2.2 上游來(lái)水及生活污水進(jìn)水渠

新建總長(zhǎng)261 m、渠寬0.3 m、渠道均深0.6 m、坡度約0.3%進(jìn)水渠將上游來(lái)水及生活污水引至植物塘進(jìn)行預(yù)處理，進(jìn)水渠的起始端設(shè)置1座規(guī)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(mén)。

4.2.3 污水處理廠尾水進(jìn)水渠

新建總長(zhǎng)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(diào)節(jié)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(shí)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(shí)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(shí)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(qiáng)化處理能力，并在沉淀部分設(shè)置人工水草。通過(guò)塘岸邊挺水植物、人工水草，對(duì)污水中污染物質(zhì)的去除和吸收，對(duì)污水進(jìn)行預(yù)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(diào)節(jié)池

新建1座尺寸為L(zhǎng)×B×H=60 m×4.0 m×1.5 m、設(shè)計(jì)有效水深1.0 m、停留時(shí)間1.0 h的鋼混結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)池，將預(yù)處理后的污水與污水處理廠的尾水充分混勻后，再進(jìn)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(xiàng)目的工藝核心，按照地形在因地制宜的基礎(chǔ)上，分單元采用模塊化設(shè)計(jì)，潛流人工濕地共分為6個(gè)獨(dú)立單元，各單元并聯(lián)運(yùn)行，總面積15000 m2，濕地有效面積14054 m2，水力負(fù)荷0.4 m3/( m2·d)，有效停留時(shí)間約1.12 d。潛流濕地系統(tǒng)包括布水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、濕地床體、濕地植物系統(tǒng)等，污水經(jīng)配水渠，經(jīng)布水系統(tǒng)向濕地單元均勻布水，在潛流濕地末端設(shè)置收水渠，正常運(yùn)行過(guò)程中，放空閥關(guān)閉，濕地出水由末端集水管排至收水渠內(nèi)，最后排至現(xiàn)有河溝。

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

(2)布水系統(tǒng)：配水渠設(shè)置44個(gè)、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(jí)布置，從配水側(cè)至收水側(cè)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(xì)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(xì)碎石填料，寬2 m粒徑30～60 mm碎石填料(匯水墻)。

(4)防滲設(shè)計(jì)：底部回填壓實(shí)并采用HDPE膜進(jìn)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(qiáng)、耐污性能好、根系發(fā)達(dá)、適宜于左云生長(zhǎng)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(tǒng)：在水平潛流濕地單元床體末端設(shè)置集水橫管，采用總長(zhǎng)為245 m、管徑為DN200的UPVC給水管，斜向下45°雙側(cè)間隔布置圓形孔集水，出水排至收水渠內(nèi)，最終排至現(xiàn)有河溝；收水管出水端共設(shè)置26套DN200蝶閥，分別用于調(diào)節(jié)濕地內(nèi)水位及放空。

5 運(yùn)行分析

5.1 運(yùn)行水質(zhì)

該項(xiàng)目于2017年10月完成水質(zhì)改善工程施工。目前項(xiàng)目運(yùn)行穩(wěn)定，2018年06～08月連續(xù)3個(gè)月及2019年7～8月連續(xù)2個(gè)月每周對(duì)該項(xiàng)目的調(diào)節(jié)池進(jìn)水水質(zhì)和水平潛流濕地最終出水進(jìn)行檢測(cè)，統(tǒng)計(jì)進(jìn)、出水平均水質(zhì)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 工程完成后進(jìn)、出水水質(zhì)

通過(guò)表2可以看出：工程進(jìn)水的各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)經(jīng)過(guò)“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(yùn)行費(fèi)用

水質(zhì)改善工程的直接運(yùn)行費(fèi)用構(gòu)成包括：管理人員人工費(fèi)、季節(jié)性勞動(dòng)力人工費(fèi)、植物處置費(fèi)。

(1)管理人員人工費(fèi)：配備3名維護(hù)工人，每人工資4萬(wàn)元/a，共計(jì)12萬(wàn)元/a。

(2)季節(jié)性勞動(dòng)力人工費(fèi)：每年約雇請(qǐng)50個(gè)左右季節(jié)性勞動(dòng)工日，其每個(gè)工日勞務(wù)費(fèi)200元，共計(jì)1萬(wàn)元/a。

(3)植物處置費(fèi)。本項(xiàng)目中濕地總面積約1.4 hm2，植物處置費(fèi)為15000元/ hm2，共計(jì)2.1萬(wàn)元。

則年直接運(yùn)行總費(fèi)用15.1萬(wàn)元，年處理污水總量219萬(wàn)m3，單位直接運(yùn)行費(fèi)用為0.07元/m3。

6 結(jié)語(yǔ)

該水質(zhì)改善工程采用運(yùn)行費(fèi)用低、管理簡(jiǎn)單、出水水質(zhì)好的“植物塘+水平潛流人工濕地”組合工藝，人工濕地工程實(shí)踐表明，工程進(jìn)水的各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)經(jīng)過(guò)“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(jìn)入下游表面流濕地的進(jìn)水水質(zhì)，具有一定的參考示范意義。