武毛妮 陳瑞 羅敏 巨雨琛 榮雨婷
(西京學(xué)院電子信息學(xué)院,陜西西安 710123)
濕地與森林、海洋并稱(chēng)為地球的“三大生態(tài)系統(tǒng)”,其中濕地又被稱(chēng)為“地球之腎”[1]。池塘作為一種因自然洼地積水或由人工開(kāi)挖而成的小型濕地,小而淺,但擁有復(fù)雜的多通道能流系統(tǒng),與外界進(jìn)行物質(zhì)能量交換及信息傳遞;通過(guò)調(diào)蓄水量、提供生活生產(chǎn)用水、水面蒸發(fā)、植物蒸騰、重力滲透等作用與外界進(jìn)行水分交替;通過(guò)植物光合作用制造有機(jī)物實(shí)現(xiàn)與外界能量、物質(zhì)的轉(zhuǎn)換;通過(guò)池塘中微生物分解、植物根系生長(zhǎng)和養(yǎng)分吸收完成與土壤的相互作用;池塘中的生物系統(tǒng)能夠凈化水質(zhì),吸收空氣中的二氧化碳、吸附霧霾,能有效調(diào)節(jié)大氣組分。
如今,隨著城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展,城市池塘幾近絕跡。城鎮(zhèn)化道路、地產(chǎn)、管網(wǎng)等開(kāi)發(fā)建設(shè)侵占了大量的土地空間,池塘不斷被破壞或逐漸消失,繼而被水泥、混凝土的硬質(zhì)化水池所取代,雖滿(mǎn)足了城市景觀需求,但生態(tài)性能卻消失。
近年來(lái),隨著城市綠化布局定型,大江大河大湖格局已成,都受到高度重視,而池塘以其小巧靈動(dòng)特點(diǎn)將成為城市綠魂。池塘是城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,為提高城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量作出重大貢獻(xiàn)。淺池小水星羅棋布,能夠填補(bǔ)城市小水面空白;豐富海綿城市“毛細(xì)血管”;增加生態(tài)環(huán)境用水,節(jié)約生態(tài)資源;開(kāi)展池塘群、“池塘之都”建設(shè)將開(kāi)創(chuàng)城市小水面格局,《太原汾河景區(qū)水功能的開(kāi)發(fā)與利用》[2]中表明,汾河景區(qū)共增加了130 萬(wàn)m2的綠地和178 萬(wàn)m2的水面,在人口密集的市區(qū)中心,形成如此規(guī)模的綠色走廊,對(duì)凈化空氣、消除水體污染、調(diào)節(jié)氣溫、增加空氣濕度都具有重要作用。觀測(cè)發(fā)現(xiàn),該區(qū)域夏季最高氣溫比其他區(qū)域降低4 ℃左右,相對(duì)濕度提高10%~20%,每日可生產(chǎn)新鮮氧氣1 678.5 t,吸收降解廢氣3 480 余噸。由此可知,增加城市的水域面積對(duì)環(huán)境有所改善,智能池塘的建設(shè)為解決當(dāng)下城市環(huán)境問(wèn)題增添了新的思路。
為了加快生態(tài)文明城市建設(shè),處理好城市環(huán)境問(wèn)題,營(yíng)造一種健康、舒適的環(huán)境并能夠健康發(fā)展是關(guān)鍵,為了解決這一問(wèn)題,智能池塘一體化設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生,其以濕地凈化技術(shù)為核心,通過(guò)營(yíng)造池塘生境改善周邊環(huán)境,并植入智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。生態(tài)自?xún)舫乩脻竦亟橘|(zhì)對(duì)來(lái)水進(jìn)行凈化處理;初效過(guò)濾槽可以收集雨水;溢流滲濾罐可以對(duì)地下水進(jìn)行補(bǔ)充,同時(shí)智能池塘本身就是城市一道亮麗的風(fēng)景,能夠美化環(huán)境。智能池塘建成后,可以實(shí)現(xiàn)城市環(huán)境質(zhì)量的改善、空氣質(zhì)量的提高、熱島效應(yīng)的消減等。
工藝流程采用“濕地理論”體系為核心技術(shù),以“池塘”為景觀表達(dá),建設(shè)具備凈化水質(zhì)、收納雨水、補(bǔ)充地下水、增加親水活動(dòng)、智能管理等功能于一體的集成化設(shè)備。智能池塘工藝流程見(jiàn)圖1。
圖1 智能池塘工藝流程
如圖1 所示,各種不同來(lái)源的池塘進(jìn)水首先通過(guò)快速過(guò)濾去除懸浮物及部分有機(jī)物,然后進(jìn)入凈化裝置,通過(guò)特有的濕地凈化技術(shù)對(duì)有機(jī)污染物進(jìn)一步去除,處理后的優(yōu)質(zhì)水流入專(zhuān)用循環(huán)裝置中,通過(guò)動(dòng)力將水提升到主體池塘中;雨季或其他原因?qū)е鲁靥了砍^(guò)有效容積時(shí),池塘中的水會(huì)通過(guò)池塘邊緣的溢流孔流入池塘周邊的滲濾系統(tǒng)中,補(bǔ)充地下水。
池塘中的水可以通過(guò)快速過(guò)濾—凈化裝置—循環(huán)裝置及池塘主體所構(gòu)建的循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行自?xún)艋?,保持池塘水體的水質(zhì)良好。智能管理系統(tǒng)對(duì)池塘的水溫、pH、溶解氧等指標(biāo)實(shí)時(shí)監(jiān)控,并有報(bào)警功能、自動(dòng)化控制系統(tǒng)。
智能池塘一體化設(shè)備由7 部分組成,分別是生態(tài)池體、生物凈化裝置、太陽(yáng)能提升裝置、雨水過(guò)濾器、地下水過(guò)濾器、落葉收集器及智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。下面以30 m2有效面積的圓形池塘為例分別介紹設(shè)備的各個(gè)組成部分。
池塘外殼材料采用熱塑性材料玻璃鋼,如圖2所示,分為上下兩部分,分別為淺水區(qū)與深水區(qū),其中,池塘殼體上部分為:直徑為6.0 m 的圓形,高度為0.4 m。下部分為:長(zhǎng)度為5.0 m、寬度為2.5 m 的矩形,高度為0.7 m。
圖2 圓形池塘殼體尺寸
由環(huán)保無(wú)污染的輕質(zhì)納米材料合成,具有布水系統(tǒng)、集水系統(tǒng)、凈化系統(tǒng)??删鶆虿妓⒓?,使每一滴水都通過(guò)高效凈化介質(zhì)床得到凈化,然后通過(guò)循環(huán)系統(tǒng)注入池塘生態(tài)系統(tǒng),為動(dòng)植物及微生物帶來(lái)新鮮血液。循環(huán)系統(tǒng)通過(guò)控制壓力,實(shí)現(xiàn)對(duì)凈化裝置進(jìn)行反沖洗作用,延長(zhǎng)了凈化裝置的使用壽命。
如圖3 所示,生物凈化裝置是外尺寸長(zhǎng)1.5 m、寬1.0 m、高0.7 m 的長(zhǎng)方體;布、集水主管管徑DN50。
圖3 生物凈化裝置示意
太陽(yáng)能提升裝置是外尺寸長(zhǎng)1.0 m、寬1.0 m、高0.7 m 的長(zhǎng)方體。
對(duì)于30 m2智能池塘產(chǎn)品,容納總水量30 m3,每3 d 循環(huán)1 次,太陽(yáng)能水泵每天工作10 h,水泵選擇型號(hào)3FLD3-35-24-300。
雨水過(guò)濾器具有雨水初級(jí)過(guò)濾的作用,將雨水的泥沙等懸浮物及部分有機(jī)物進(jìn)行初步凈化處理。其由過(guò)濾基質(zhì)層及植物生長(zhǎng)層兩部分組成,其中過(guò)濾基質(zhì)層高度為0.3 m;植物生長(zhǎng)層高度為0.1 m。雨水過(guò)濾器外尺寸為長(zhǎng)2.0 m、寬0.3 m、高0.4 m。雨水過(guò)濾器示意見(jiàn)圖4。
圖4 雨水過(guò)濾器示意
地下水過(guò)濾器首先通過(guò)過(guò)濾網(wǎng)阻截部分大粒徑物質(zhì),然后水流入滲濾器,通過(guò)專(zhuān)用的濕地介質(zhì)去除水體中的污染物。池塘專(zhuān)用溢流滲濾罐與土壤卵石層相連接,池塘溢流水通過(guò)滲濾罐快速流入土壤卵石層,優(yōu)質(zhì)水源補(bǔ)充地下水。
地下水過(guò)濾器通過(guò)特有的介質(zhì)組合高效去除污染物,快速補(bǔ)充地下水。地下水過(guò)濾器具有溢流出水深度過(guò)濾、對(duì)地下水進(jìn)行補(bǔ)充的作用,其由溢流系統(tǒng)、過(guò)濾介質(zhì)和支撐底板3 部分組成。其中,溢流系統(tǒng)高度為0.3 m,直徑0.4 m;過(guò)濾介質(zhì)分為2 層,高度均為0.5 m,直徑0.3 m;底板高度為0.2 m,直徑0.4 m。地下水過(guò)濾器示意見(jiàn)圖5。
圖5 地下水過(guò)濾器示意
利用“水往低處流”的原理,使收集器的液位低于池塘正常水位,池塘中的樹(shù)葉流入收集器中統(tǒng)一清理,保證水面清透。精心的設(shè)計(jì)可巧妙地清除水中雜物,保持良好的池塘生態(tài)系統(tǒng)。
智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要對(duì)生態(tài)池塘內(nèi)的水質(zhì)進(jìn)行在線(xiàn)監(jiān)測(cè),通過(guò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的顯示系統(tǒng)將生態(tài)池塘內(nèi)水體的溶解氧、溫度等信息傳遞給用戶(hù)?;ヂ?lián)網(wǎng)技術(shù)聯(lián)合定制手機(jī)APP,隨時(shí)隨地控制泵的啟停、凈化器的開(kāi)關(guān)及燈光的表達(dá)形式。智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)見(jiàn)圖6。
圖6 智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
智能池塘一體化設(shè)備以人工濕地技術(shù)為核心,在功能方面,生物凈化裝置可以利用介質(zhì)對(duì)水體進(jìn)行循環(huán)凈化,使水體水質(zhì)保持清澈并良性循環(huán);雨水過(guò)濾器可以有效收集雨水并凈化利用,緩解雨季排澇壓力;智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水質(zhì)變化。在材料方面,智能池塘一體化設(shè)備采用可生物降解的生態(tài)池體,與周?chē)h(huán)境無(wú)縫連接,工廠(chǎng)生產(chǎn),現(xiàn)場(chǎng)安裝,快速方便。
經(jīng)濟(jì)效益:水源大部分來(lái)自污水廠(chǎng)出水(中水),節(jié)約了水資源,并實(shí)現(xiàn)了中水回用。
環(huán)境效益:凈化后的水可以部分滲入地下,補(bǔ)充地下水;池塘濕地可有效增加空氣中的水分,改善城市熱島效應(yīng),有效緩解霧霾等;同時(shí)增加城市有效景觀,美化城市。
社會(huì)效益:項(xiàng)目建成后,市民通過(guò)池塘了解濕地,可逐漸增強(qiáng)市民的環(huán)保意識(shí),為生態(tài)城市建設(shè)作出貢獻(xiàn)。
智能池塘一體化設(shè)備的實(shí)施可以實(shí)現(xiàn)環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益,三效合一,對(duì)于加快生態(tài)城市建設(shè)具有較大的推動(dòng)作用。
環(huán)境保護(hù)與循環(huán)經(jīng)濟(jì)2024年2期