人工湿地技术在景观水处理中的应用

1 工程概况
本工程为总建筑面积11万平方米的上海某住宅区，区内设有景观河道，水域总面积2000平方米，水体深度约0.7米，蓄水量1500立方米。
因小区周边有市政河道，小区的景观水系原方案是利用周边的自然河道进行自然循环。但是由于小区的地势较高，区内水系的水位大大高于自然河道，无法与外河道形成自然循环体系；同时自然河道虽然经过整治，但水质仍然较差，散发着臭气，达不到景观水的标准。景观河道是本小区的亮点，作为居民休闲嬉戏的去处，水质的好坏非常重要，如采用外河道水，非但不能保证卫生，而且会成为蚊蝇的滋生地，反而成为小区内的环境污染源，为提高居民的生活品质而建造水景的意图得不到实现。
基于上述原因，景观河道的方案在实施过程中进行了调整，区内景观河道与外河道隔断，采用硬质河底，抬高内河道的底部，成为内部循环的封闭水系。
2 景观水质恶化的原因分析
经过对景观水系进行大量考察后发现，封闭的景观水系造价昂贵但却寿命不长，究其原因主要有以下几方面：
（1）水体自净能力差：
景观水体一般都为人工建造的封闭水体，出于安全的考虑，水深较浅，水体的自身的净化能力很差，无法形成自然净化生态系统；
（2）水源质量不足
景观水的水源主要来自三个方面：自来水、河道水以及地下水。由于上海地处长江入海口，大量营养物质积聚在这一地区，这使得上海水源中的氮、磷、炭和钾等元素含量偏高，即使是经过多层处理的自来水，其氮、磷等元素的含量还是高于蓝绿藻生长所需的底限，因此，上海的水源很适宜于蓝绿藻的生长，加上经常有酸雨和降尘，使得上海景观水的水源质量先天不足。
（3）水体周边污染源多
景观水体通常为人工建造的观赏性封闭水体，景观水的周围往往种植草坪、花卉和树木，水中也常常饲养一些鱼虾之类的水生动物，供人们观赏。初期可能水质较好，但景观水体长期暴露在自然环境中，由于雨水冲刷和浇灌水的渗透，会将土壤中的氮、磷、炭、钾等营养物和肥料、农药以及树叶、枯草等“绿化废物”大量汇集到地势较低的景观水中，空气中的灰尘、路面上的油污等也会随雨水流进水体，造成水中的悬浮物、漂浮物增多、浊度增大、透明度减小、有机物浓度增高，使水体富营养化。这些污染物的分解会消耗大量的氧气，而且它们分解的产物又正好可以被蓝绿藻所利用，当日照充沛，水温较高（特别是在夏秋季），水中的氮、磷含量高时，就会造成藻类的快速生长，这使得水质进一步恶化。另外，水生动物的代谢产物也会加速蓝绿藻的生长，使湖底呈厌氧状态，反过来又会使鱼虾因缺氧而死亡，腐烂的水生动物其蛋白质分解又会使水质变臭，形成恶性循环，导致景观水体发臭、发黑，从而严重影响其观赏价值和环境质量。
（4）水池混凝土结构的化学污染
景观水池一般采用混凝土作池底及池壁，封闭的水体无法与地下水进行交流，成为一潭死水，极易使水质恶化，而且混凝土中的化学成分对水质也有污染作用。
（5）人为因素
水景管理人员经常会直接使用景观水浇灌绿化、清洗路面、亲水平台等，污水直接流入景观水系中，有的甚至将景观水池作为清洁池，在景观水池里清洗拖把、水桶等，更加重了水体的污染。
3 传统的景观水处理方法介绍
水体净化方法有很多，传统的景观水处理方法及其存在的问题归纳如下：
（1）沉淀过滤
采用石英砂等粒状过滤介质截流水中的较小颗粒的悬浮物和胶质杂质，从而使水获得澄清的工艺过程。
缺点：① 难以去除水中的有机物和氮、磷、炭和钾等营养盐；
② 由于过滤系统是非连续工作设备，如没有及时反冲洗，停机后再开机，出水就有颜色和异味，景观水域会出现轻度富营养化；
③ 过滤器在使用一段时间后会出现不同程度的堵塞、断流现象，处理效果日趋下降；
④ 过滤器涉及到很多机械、电力等设备，需要专业人员养护管理，后期的维护成本较高。
（2）投加化学药剂：
在景观水体中投放除藻灭藻的化学药剂，能够迅速使水质变清。
缺点：① 经过一段时间之后水体中的藻类会出现耐药性，灭藻剂的效能会逐渐下降，水质也将逐渐恶化；
② 灭藻剂等化学药剂也会对环境造成二次污染；#p#分页标题#e#
（3）曝气充氧：
对景观水体进行人工的曝气复氧，以提高景观水中溶解氧的含量，保持其好氧状态。
缺点：① 能耗大、处理费用大，极少能够24小时连续运行的。
② 单一地依靠水的曝气充氧也只能是局部提高水体中的溶解氧含量，而很难保证整个水体的好氧环境。
该方法只能作为景观水处理的辅助手段。
（4）微生物方法：
在景观水体中投加适量的微生物，能够起到净化水质的作用。
缺点：① 微生物的分解物，会造成藻类的大量繁殖，再次导致水质变坏。
② 微生物方法净化水质必须定期进行微生物的筛选培育、保存、复壮等等一系列专业处理过程，运营成本较高。
（5）水生动植物系统
在景观水体中建立一套整体平衡的水生动植物体系，形成生态循环系统对水体具有良好的自净能力。
缺点：① 系统平衡的建立需要经过较长时间的试验；
② 水深较浅，系统的整体平衡非常脆弱，一旦周边环境变化破坏了平衡，就会使水质恶化。
目前，水生动植物系统尚未成为一个成熟可靠的景观水处理技术。
通过上述各种水处理方法的比较可以看出，传统的处理方法在景观水处理中存在不同程度的缺陷，需要采用新的水处理方法。
4 新型水处理方法比选
新型的水处理方法主要有生物预处理加全自动净水装置法、复合生态滤床法、介质复合型人工湿地法三种。
（1）生物预处理加全自动净水装置（或承压式沉淀装置）法
该方法是传统的微生物、曝气充氧、沉淀过滤相结合的方法，见图1。具体方法：内河道设置取水口，河水通过回流管到处理装置，先通过生物滤塔的微生物去除水中的有机污染和富营养物质，同时曝气充氧增加水中的溶解氧，然后通过全自动净水装置（或承压式沉淀装置）过滤掉处理过程中产生的悬浮物、漂浮物，最后回流到景观河道；外河道补充水直接通过上述方法处理后，补充内河道水源的蒸发消耗。处理过程分为生物、物理两个过程，两个处理过程串接，为保证处理的效果水泵设置为一用一备，最大处理能力30吨/小时。

（2）复合生态滤床法（以下简称生态滤床法）
该方法是过滤、微生物与水生动植物相结合的方法，见图2~图3。具体方法：首先将微生物注入到水体的底泥中，进行底泥生物氧化，通过人工增氧，强化微生物对污染物的降解，其次接种浮游生物、高等动物（有阶梯的鱼类），最后将景观河道分为两个区域，各设置一个复合生态滤床，约占水域面积的10%，其上种植水生植物。由微生物、浮游生物、鱼类等组成的河道生态系统提高生态系统的自净能力，保持水体的洁净。水流从上而下通过滤床净化、过滤后进入回流管，在池内循环，外河道补充水直接进入内河道，由该生态系统净化。
复合生态滤床由特殊的环境友好的材料制成，滤床内布满互相连通的小空隙，空隙达到20%，滤床的惰性材料和促生材料能加快微生物的挂膜，其吸氮聚磷材料能将水中的氮、磷等营养盐富集到滤床上，供植物吸收。滤床内空隙也为浮游生物提供了栖息的场所，进一步去除水体中的有机污染物和藻类。在本小区的景观水系中，由于没有落差，为了加快水体的循环，保证水体质量，需要加装潜水泵促进水循环。

生态滤床的水处理方法是在水系中建立河道生态系统（即水生动植物系统），并通过定期投入生物促生剂等来保持整个生态系统的平衡。该系统比较适用于水深较深、原有的河道生态系统遭受破坏、污染程度较高的自然河道。对于小区内的景观河道也可应用，但在运用中存在以下几方面的弱点：
① 建立河道生态系统需要经过较长的时间才能达到平衡，从而产生对水体的净化效果；
② 水深较浅，在其中建立河道生态系统，系统的整体平衡非常脆弱，在季节和环境发生变化时，平衡很容易被打破，而新建的住宅小区环境的变化特别大；
③ 定期投入生物促生剂需要根据季节变化调节投放量，如剂量不准确，也会破坏整体平衡，或造成二次污染。
（3）介质复合型人工湿地（以下简称人工湿地）：
天然湿地被誉为“地球之肾”，它具有涵养水源、净化水质、调节气候等重要生态功能。人工湿地是模拟天然湿地的独特功能，表面种植湿地植物，内层铺设介质（加入一定量的微生物），利用三者共同营造的生态系统，使水净化工艺达到最大化。#p#分页标题#e#
人工湿地法是一种集过滤、微生物和水生植物净化的综合方法，见图4~图5。具体方法：景观河道下游设置取水口，河水经过滤后通过回流管到人工湿地，经过生物净化后回流到内河道，外河道补充水直接通过处理后，补充内河道水源的蒸发消耗。最大处理能力130吨/小时（约150平方米的湿地）。
经过对艾博生物技术（杭州）有限公司景观水处理项目（05年建成，水深0.5米）和洋山深水港的中水回用项目（污水处理后回用）的考察，人工湿地的水处理方法，效果令人满意。同时，在我公司苏州项目，建造人工湿地对工地民工生活用水进行处理，又在新上海园艺公司300平方米鱼塘中建造人工湿地进行了实验，均达到了预期的处理效果，最终决定采用人工湿地处理景观水体。
5实施效果
本项目在内河道的下游建造一个过滤井和两个泵井（一为内河道循环泵，另一为外河道取水泵），通过回流管连接到人工湿地。同时在内河道的上游辟出一片约150平方米的绿地，用于建造人工湿地进行水处理。同时，在绿地内种植湿地植物，使其与周边的绿化融为一体。
目前，该项目已经运行了两年多，得到了物业公司和小区居民的一致好评。仅08年6月循环泵出现了一次故障，由于物业不熟悉系统未能及时发现，景观河水浑浊发绿，在对循环泵进行维修后，仅过了五天，水体重新恢复了原先清澈见底的状态。我公司在景观河道中放养了300条锦鲤鱼，现在已经繁衍了上千条，景观河已经成为本小区居民休闲的好去处。
 
6结论
通过本项目的实践，人工湿地技术应用在景观水处理方面显示出诸多优点：
（1）人工湿地技术可以高效地降解水体中的污染物，不仅能去除常规污染物，而且对营养物质磷和氮等具有明显的处理效果，水处理的效果非常好；
（2）所有材料都来自然，没有二次污染，处理之后无需清理残渣；
（3）投资和建造成本低。该技术的建造成本约为其他技术成本的三分之二；
（4）运营维护成本低。人工湿地技术基本上不需要机电设备，日常维护上的工作主要为修剪水生植物（该工作可由绿化养护公司进行），以及由个别专业人员作定期检查，因此其运营费用仅为其他处理工艺的二分之一（甚至更低）；
（5）处理系统布置灵活。人工湿地技术可以根据景观水体量的大小及其出水水质的要求进行因地制宜地设计和建造，形状不限；
（6）景观配合度较高。由于有多种植物可供选用，而且处理系统无异味，可灵活配合整体景观设计，成为景观中的一部分。
 
参考文献
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