劉謙,尹杰

(同濟大學 建筑與城市規(guī)劃學院,上海 200092)

當歷史的車輪進入21世紀,人們在對城市快速發(fā)展帶來的水系的污濁和惡臭忍無可忍之后,在“生態(tài)城市”、“園林城市”、“宜居城市”、“東方水城”等大旗下,開始了對城市水系大張旗鼓的生態(tài)化整治,僅河北省11市在過去5內(nèi)就有8座城市進行了生態(tài)水系規(guī)劃。

在本輪水系規(guī)劃建設的浪潮中,“凈水”均是首要目標。而物理-生物-生態(tài)相結合的人工濕地(constructed wetland)①學者夏漢平(2002)認為,人工濕地系統(tǒng)是通過模擬天然濕地的結構與功能,選擇一定的地理位置和地形,根據(jù)人們的需要,認為設計與建造的濕地。它與天然濕地有相似的生態(tài)系統(tǒng),并通過人工手段使其凈水功能得到加強。技術因其在處理生活、生產(chǎn)污水的厭氧環(huán)境以及工程造價、維護費用方面的優(yōu)勢,得到了廣泛的應用。河南省商丘市地處黃河流域,水網(wǎng)發(fā)達(圖1),但同樣面臨這資源型和水質型缺水的境況?！皟羲币渤闪藢崿F(xiàn)“水通”、“水清”、“水美”的城市水系發(fā)展目標的重中之重。[1-2]本文將詳細闡述在筆者近期參與的商丘市中心城區(qū)生態(tài)水系規(guī)劃(后文簡稱“規(guī)劃”)[3]中的結合人工濕地技術的凈水策略,望對其它城市生態(tài)水系規(guī)劃起到借鑒作用。

圖1 商丘市水系示意圖

1 結合人工濕地技術的凈水策略的具體闡述

結合人工濕地技術的凈水策略為,首先利用污水、雨水管網(wǎng)收集城市污水并送至污水處理廠,集中解決污染水點源污染,污水處理達標后作為中水資源,回送至每條河道。接著進入人工濕地處理環(huán)節(jié)對上游來水和污水處理廠排入河流的中水進行處理,即將每條河道當成一個相對獨立的水系統(tǒng),結合生態(tài)處理措施,將每條河道中參與污水處理的河段分為厭氧水解區(qū)、強化復氧區(qū)、生物穩(wěn)定區(qū)、濕地區(qū)4個工程分區(qū),對河水進行進一步處理,形成清潔的生態(tài)水環(huán)境。同時,引入上游清潔的水資源,對市區(qū)水系進行補水。

其中人工濕地處理環(huán)節(jié)的各工程分區(qū)具體工作流程為:(1)通過利用水閘攔水后,在一定區(qū)域內(nèi)形成相對流動減緩的區(qū)域,即厭氧水解區(qū)。此時由于水流速減緩,河水形成上層兼氧、下層厭氧的水體,從而對污水起到沉淀和水解酸化作用,增大污水的可生化性。厭氧水解區(qū)中沉淀和水解酸化作用的流程是:城市污水經(jīng)粗格柵去除大塊漂浮物后,通過攔水溢流閘截流,再通過進水管進入細格柵進一步去除細的漂浮物,經(jīng)去除漂浮物后的污水進入水解酸化區(qū),水解酸化區(qū)中裝置填料,污水中的污染物被攔截和被填料中微生物膜作用,在此處固體懸浮物被沉降,大分子的有機物被分解而部分去除。隨后進入強化復氧區(qū)。(2)在強化復氧區(qū)通過供氧系統(tǒng)向水中“輸氧”,所供氧氣一部分用來強化降解河水中的有機污染物,另一部分用來提高水體的溶解氧濃度,在河水中形成好氧環(huán)境,抑制厭氧微生物的作用,消除河水臭味。經(jīng)強化復氧區(qū)處理后,河水有機物濃度有所降低,臭味將得到較為徹底地去除,然后進入生物穩(wěn)定塘。(3)河水中的懸浮物和強化復氧區(qū)內(nèi)有機物降解產(chǎn)生的污泥在生物穩(wěn)定區(qū)內(nèi)沉降、分離,然后進入濕地區(qū)。(4)濕地區(qū)為人工濕地系統(tǒng)各分區(qū)面積最大的工程分區(qū),濕地區(qū)模仿自然濕地,即建造盡可能多的小環(huán)境,使水流路徑曲折多樣。在水體流經(jīng)的不同地段,栽種蘆葦、蒲草、雨久花、荷花等水生植物,通過土堤、植物帶、滲濾壩等隔離形成不同植物功能區(qū)組合式污水凈化系統(tǒng),建立水生生態(tài)系統(tǒng),使生物凈化效果達到最高。(5)經(jīng)過濕地區(qū)處理后通過退水閘進入清河河道,通過強化復氧區(qū)曝氣的控制,使得河水進入清河河道時保持一定的溶解氧濃度。流程圖如圖2所示。

圖2 人工濕地各分區(qū)工作流程

2 規(guī)劃中對各河道的具體解決方案

規(guī)劃將以上四個工程分區(qū)的總體布局落實到各條河道,形成各水系水環(huán)境治理的水循環(huán)系統(tǒng)。其中河道根據(jù)主要補水模式的不同可分為兩類。分別為:(1)主要依靠上游來水的補水模式;(2)內(nèi)部補水模式——靠污水處理廠處理后排回河道的中水進行補水。根據(jù)經(jīng)驗,四個區(qū)的面積比例大致可以劃分為3:1.9:0.9: 12(見圖3)。規(guī)劃中對各河道的具體解決方案為:

2.1 采用上游來水模式的河道

包河、古宋河、東沙河這三條河流主要承擔防洪功能,承接上游來水,位于城市邊緣,其污染源除了點源污染外還有很多面源污染,因此考慮以引入上游清水進行河道補水,并依靠河道-濕地處理系統(tǒng)凈化河道水質形成河道的生態(tài)用水自循環(huán)。

包河:規(guī)劃從周商永運河以北段從田園路開始進入水質處理工程四大功能區(qū),其中濕地區(qū)為人民公園,最終流入清水景觀區(qū);周商永運河以南段,從兩河交匯處開始進入水質處理工程四大功能區(qū),其中濕地區(qū)為珠江東路附近的公共綠地。河水經(jīng)過以上處理流程后,最終流入清水景觀區(qū)。

古宋河:位于城市西側,從田園路開始進入水質處理工程四大功能區(qū),其中濕地區(qū)為北海路苗圃,河水經(jīng)過處理流程后,最終流入清水景觀區(qū)。

東沙河:位于城市東側,其上游主要依靠上游來水進行河道補水,下游可利用第三污水處理廠處理后的污水進行補水。

2.2 采用內(nèi)部補水模式的河道

由于商丘市區(qū)河道均為季節(jié)性河流,在旱季時商丘河道的生態(tài)用水來源有限,因此規(guī)劃利用各污水處理廠處理達標后的再生水作為中水重新打入,并經(jīng)過河道-濕地處理系統(tǒng)處理后排入河道,作為河道生態(tài)補水。

圖3 商丘市水系人工濕地功能分區(qū)示意圖

康林河:中水來源于梁園污水處理廠,位于君臺路以西、倉平路以南,規(guī)劃處理中水量4萬m3/d,中水由中水管送至河流水質處理工程進行進一步凈化,從梁園路開始進入水質處理工程四大功能區(qū),其中濕地區(qū)為漢梁苑,最終流入清水景觀區(qū),與忠民河相匯。

忠民河:周商永運河以北段,中水來源于梁園污水處理廠,中水由中水管送至河流水質處理工程進行進一步凈化,從梁園路開始進入水質處理工程四大功能區(qū),其中濕地區(qū)為君臺路東側帶型綠地,最終流入清水景觀區(qū);周商永運河以南段,中水來源于第二污水處理廠,在高速鐵路北側,蔡河以西,處理規(guī)模為32萬m3/ d,占地面積為22公頃,規(guī)劃處理中水量為10萬m3/d,中水由中水管送至河流水質處理工程進行進一步凈化,從與周商永運河交匯處進入水質處理工程四大功能區(qū),其中濕地區(qū)為古城湖以東,紫荊北路以西的帶型綠地,最終流入清水景觀區(qū),與古宋河相匯。

萬堤河:中水來源于梁園污水處理廠,中水由中水管送至河流水質處理工程進行進一步凈化,從田園路開始進入水質處理工程四大功能區(qū),其中濕地區(qū)為與隴海鐵路交匯段綠地,最終流入清水景觀區(qū),與周商永運河相匯。

蔡河:中水來源于第二污水處理廠,中水由中水管送至河流水質處理工程進行進一步凈化,從與周商永運河交匯處開始進入水質處理工程四大功能區(qū),其中濕地區(qū)為翠竹公園、宋城公園在內(nèi)的帶型綠地,最終流入清水景觀區(qū)。

周商永運河:上游中水來源于第四污水處理廠,在運河與萬堤河交匯處,處理規(guī)模為1萬m3/d,占地面積為5公頃,規(guī)劃全部進行深度處理,中水量為1萬m3/d,中水由中水管送至河流水質處理工程進行進一步凈化,從北海路苗圃開始進入水質處理工程四大功能區(qū),其中濕地區(qū)為月季公園,最終流入清水景觀區(qū);下游中水來源于第三污水處理廠,中水由中水管送至河流水質處理工程進行進一步凈化,從與包河交匯處開始進入水質處理工程四大功能區(qū),其中濕地區(qū)為長江東路以北的帶型綠地,最終流入清水景觀區(qū)。

中水河:中水來源于第一污水處理廠,中水由中水管送至河流水質處理工程進行進一步凈化,從與包河交匯處開始進入水質處理工程四大功能區(qū),其中濕地區(qū)為應天公園,最終流入清水景觀區(qū),與蔡河相匯。

3 應用展望

筆者認為在各地今后生態(tài)水系規(guī)劃設計中,在完善人工濕地凈水功能的同時,可發(fā)揮其作為濕地本身景觀、游憩功能,通過營造生態(tài)岸線、水中種植具有觀賞性的凈水植物等手段,使人工濕地成為市民觀賞、游憩的樂園。其次可發(fā)揮其教育功能,如上海蘇州河整治中籌建了夢清園博物館展示水系整治成果和凈水技術,增加市民的環(huán)保知識和意識。另外,近期的東營市生態(tài)水系規(guī)劃通過濕地系統(tǒng)構建減輕土壤鹽堿化,由此帶給我們啟示,應在技術上更加精細的挖掘人工濕地的生態(tài)特性,增強其實用范圍,為城市生態(tài)建設做出更大貢獻。

[1] 宋志文,張錫義,湯華崇,等.人工濕地污水處理技術及其發(fā)展[J].青島建筑工程學院學報,2004,25(2):58260.

[2] 應俊輝.利用人工濕地處理農(nóng)村生活污水的研究[J]安徽農(nóng)業(yè)科學,2007,35(4):110421105.

[3] 商丘市城鄉(xiāng)規(guī)劃局,匠人規(guī)劃建筑有限公司.商丘市中心城區(qū)生態(tài)水系規(guī)劃.2010.10.

[4] 李麗,王全.人工濕地在污水處理中的研究進展[J].華東交通大學學報.2007.2,24(1).11～14.