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摘要:本文选取了三个不同类型的人工湿地案例,对其构造、工艺进行分析,总结了各个人工湿地的优缺点,并对存在问题提出解决方法。
关键词:人工湿地;景观;工艺;污水处理
国内一般景观水体(如人工湖、人工池塘等)大多是一个基本封闭的系统,自净能力薄弱,极易产生富营养化,致使水体发黑、变臭。
传统的物理、化学方法虽然短时间内能发挥一定作用,但都治标不治本。要从根本上解决国内景观水体难题,首推功能型景观——人工湿地。人工湿地作为海绵城市的重要组成部分,可以发挥自然积存、自然渗透、自然降解的生态优势。
一、人工湿地的概念及原理
人工湿地是模拟自然湿地的人工生态系统,类似自然沼泽地,但由人工建造和监督控制,是一种人为地将石、砂、土壤、煤渣等一种或几种介质按一定比例构成基质,并有选择性地植入植物的生态处理系统。
人工湿地由基质、水体、植物、动物和微生物组成。湿地植物的根系将氧气带入周围的土壤,但远离根部的环境处于厌氧,人工湿地又分为表面流人工湿地、潜流型人工湿地。
现分别就校园、住宅小区、公园三个主要对象讨论人工湿地成功案例。
二、校园人工湿地——以中国矿业大学南湖新校区景观生态规划为例
概况
中国矿业大学新校区规划绿地率约为67%,即总绿化面积约127.7hm2;水体面积约11.3hm2,占总面积的6%。校园内设置校区污水处理厂,该污水处理厂处理出水提供校区的浇灌用水、景观水系补充水及冲厕用水,多余出水溢流排放至云龙湖。
污水厂平均出水量为8000m3/d,其中4000m3/d用于绿化浇灌用水及冲厕用水,其余4000m3/d作为景观水系补充水,由提升泵提升至水耕植物过滤型人工湿地(FWS人工湿地),自流进人潜流型人工湿地(SFS人工湿地)。
工艺设计
工艺设计采用两级人工湿地:第一级为水耕植物过滤型人工湿地,能够高效去除悬浮性污染物,避免下一级滤料堵塞。水生植物生物床上种植多种观赏型或食用水生植物,通过植物过滤、微生物降解、水生植物吸收及排除底泥来去除水体中的有机物及营养物。
第二级为潜流型人工湿地,该类型人工湿地具有土地利用率高,工艺简单,运行费用低等突出优点,不会对环境产生不良影响,而且具有更好的脱氮除磷效果。
三、住宅小区人工湿地——以合肥碧湖云溪别墅区水体景观水景为例
概况:
合肥碧湖云溪别墅区是合肥市区高档住宅区。园区内有四个自然水池,小区水容量约3600m³,是一个与外界没有联系的封闭水系。随着居住区投入使用,水质富营养化程度将明显增加。小区整个地形坡向是从南到北、从西向东缓缓下降的缓坡,并有一级跌落(即中心景观带)。适合运用人工生态湿地技术。
湿地构造
碧湖云溪人工湿地系统由基质,菌床、浅滩和底泥四个系统与一个水循环构成。
菌床系统一位于小溪的上游和中游部分,水深较浅,水流速度相对平缓,设计长度100m,铺设20cm卵石生物填料。菌床系统二位于小溪的下游部分,设计长度50m,宽度3m,卵石生物填料厚度1m,采用卵石或者块石分三层铺设。
浅石滩面积为菌床系统一的0.5倍,是菌床系统二面积的6倍,与底泥交接处自然过渡。
底泥系统采用多年荒芜且有一定肥力的水稻土,通过生物作用达到良好的水质标准。
水循环原理
根据水系条带状形式,水循环采用了串联式形式,即在低水位区域设置入水口,水体被调往上游高水位区域后,以景观涌泉曝气充氧作为出水形式,在微重力状态下向下游浅滩系统和泥塘系统区域流动,完成在低水位调水,高水位潜流过滤过程。
四、人工湿地公园——以杭州长桥溪公园为例
公园概况
长桥溪是西湖上游四大溪流之一,发源于莲花峰,自南向北流向西湖。随着流域附近居住人口的增长及餐饮业的发展,长桥溪水污染问题也日趋严重。长桥溪总排污量平均约达25182.6吨/月。被污染的溪水直接排入西湖,严重污染了西湖水质。
2004年,水生态修复公园立项、施工并建成运行,水处理工艺与园林造景有机结合,成为杭州第一个示范性水处理旅游景点。
图4.1长桥溪湿地公园布局图
湿地结构及布局
由南至北依次设计为初级人工湿地区、跌水充氧区及二级人工湿地区三大区段,其中水系面积约1.83km2,占公园总绿地面积的45.7%左右。水体形式丰富,水池、溪流与跌水依据地势相互穿插,并形成岛屿、漫滩地带,水生植物在其中成为主角。
污水处理工艺
公园采用地埋式水处理系统,设有地下污水调节池、沉沙池及净化水处理站。主要通过污水收集暗渠、雨水收集暗渠将污水收集汇总至公园调节池,通过潜污泵将污水由北端输送至南端的地下处理站。所得清水排至公园地上部分作为景观水体的水源,从南至北顺势经过七级跌水,后又通过地上部分人工湿地公园的吸附、降解作用再次净化水质,最终将长桥溪水由原地表水劣Ⅴ类水质净化为地表水Ⅲ类水质标准后排入西湖。
存在问题
(1)水生植物用量过大问题
水生植物普遍呈现过密、过满的情况,水体面积逐渐减少,大大削弱了景观表达。同时,部分植株因生长过密而无法吸收充足阳光,导致植株枯萎惨败,对净化水质极为不利;
(2)植物的二次污染问题
减少水岸乔灌木落叶和水生植株季节性残败对于水体的污染,能提高人工湿地净化效率。
(3)沉水植物的选择问题
沉水植物栽种处的水流速度不足,引起植株缺氧及水中悬浮颗粒的大量沉淀。可适当增加些许浮水植物
取得成效
公园设计日处理量为3000m3,目前一般日处理量约为1000—1500m3,雨季的日处理量可达3000m3。入水处理的动力费、药剂费及人工费等费用,平均水处理成本为0.91元/吨。整个污水处理设计工艺具有运行管理简便,节省能耗的特点。
五、结语
人工湿地具有缓冲容量大、处理效果好、工艺简单、运行费用低等特点,作为综合生态系统,人工湿地是功能型景观与污水处理的最佳结合。针对人工湿地目前存在的占地面积大、易堵塞、低温降低处理效果的问题,一般可采用以下解决办法:
选址时要考虑到环境、经济效益的因素,可将工程选址在市郊、公园等区域。采用组合工艺,提高效率,减少占地面积;对进水进行预处理,选择合适的基质粒径及级配、选择合理的湿地植物以减少堵塞。
参考文献:
[1].黄剑锋谢国勇林燕清人工湿地技术在居住小区景观中的应用-以碧湖云溪别墅区水体景观为例风景园林2009(2)92-95;
[2].范旭红人工湿地在景观设计工程中的应用风景园林2005,19(5)82-84.