摘要为了治理长期以来，不断受到污染白浪河，拟在河道两岸敷设截污管涵截流合流污水和初期雨水，输送至下游处理站集中处理。处理站采用雨水调蓄+人工湿地的处理工艺，出水水质达到一级B标准，满足山东省最新出台的水体排放标准，处理后水最终排放至白浪河。
论文关键词：雨水调蓄,人工湿地

　　山东省潍坊市是一个降水量小于蒸发量的城市，经过对潍坊市多年降雨资料分析，多年平均降雨历时在2.5h的频率，降雨量在5mm左右的概率为60％～70％，平时沉积在管道中的污染物在雨天形成初期雨水，对白浪河的污染问题十分严重。

　　在充分利用河道水环境容量的前提下，允许雨天时合流污水向白浪河溢流超过2.5h的径流，该情况下，既不对河道造成污染，又减少了截流量。超过允许环境容量总量控制的合流污水和初期雨水，被截流至下游的处理站，经处理后排入白浪河。两岸截污管涵的实施主要是为了截留住合流区域的污水及初期雨水，减少初期雨水对白浪河造成的污染,截留的初期雨水输送至下游的处理站，经处理后排入白浪河。由于近年山东省提出“排向GB3838-2002中Ⅲ类水域（划定的保护区和游泳区除外）的城镇污水处理厂，执行GB18918-2002中一级标准的A标准；排向GB3838-2002中Ⅳ、Ⅴ类水域、山东省地面水环境功能区划中排污控制区及GB3097-1997中二、三、四类海域的城镇污水处理厂，执行GB18918-2002一级标准的B标准”，因此寻求切实可行的初期雨水处理工艺成为一个较严峻的现实。

　　二、工程分析

　　当前，国内越来越多的地方开始重视初期雨水对环境的污染，而在处理初期雨水污染的技术上，采用雨水调蓄+人工湿地工艺也越发成熟。本工程即采用该工艺处理白浪河两岸截污管涵输送的初期雨水。

　　污水处理工艺流程如下图所示：

　　格栅 → 调蓄沉淀池 →提升泵房 → 人工

　　湿地 →出水

　　处理站流程 图1

　　经该工艺处理后，出水水质可以达到GB18918-2002一级B标准，符合山东省对污水厂出水排入地表流域要求。

　　表 1 进出水水质

　　污染物指标

　　COD

　　BOD5

　　SS

　　TN

　　TP

　　进水（mg/l）

　　140

　　70

　　180

　　30

　　3

　　出水（mg/l）

　　60

　　20

　　20

　　20

　　1

　　去除率（%）

　　57.1

　　71.4

　　88.9

　　33.3

　　66.6

　　1、雨水调蓄意义

　　雨水调蓄是调节高峰流量，控制分流制和合流制排水系统初期雨水污染物的重要手段，近年来，对于该课题的探讨已经成为国内排水工程界研究的热点之一。目前，发达国家的雨水排水管理正逐步摆脱过去传统的孤立考虑水患控制的思路，从仅关注管道末端快速排除雨水，转向将城市生态、环境保护、与水资源利用统筹考虑的综合管理理念。国外城市雨水综合管理的主要内容包括：

　　1）从单纯重视工程技术措施转向工程措施与管理(法规)、养护并重。

　　2）从偏重大型处理设施转向同时注重中小型就近收集、处理设施；

　　3）用源头控制代替管道末端集中处理，以降低雨水径流量与合流制管道的溢流；用控制污染的产生替代解决污染造成的损害；

　　4）关注就地处理、雨水回用；

　　5）尽可能采用接近自然状态的雨水排水系统，以保护生态、促进良性循环

　　雨水调蓄就是这些全新的思路和理念在工程措施上的具体体现。

　　2、雨水调蓄池设计

　　白浪河两岸的截污管涵收集两岸的合流污水及初期雨水后，至济青高速公路处，白浪河东、西两岸截流的流量分别达到15.29m3/s、 15.62 m3/s。按照原工程可行性研究报告中确定的2.5h的截流时间，计算截流总流量将达到约28万m3。

　　雨水调蓄池分为池体和闸门井、提升泵房三个部分，池体有效调蓄容积28万m3，有效调蓄水深3.5m，分两池，分别布置在白浪河两侧现状河床内，每池调蓄容积14万m3。调蓄池底板以1%坡向沉砂坑。

　　调蓄池前部设计冲洗系统，长度40m，宽度35m，均分5槽，每槽宽7.0m，槽间设0.5m高隔墙。每槽起端设置2m×1m闸门，通过引用白浪河河水对各槽分批进行冲刷，端部设置5m宽沉砂坑，并在沉砂坑两侧设置2m深，5m宽的沉砂斗，由抓斗车定期除砂。

　　冲洗渠道剖面图 图2

　　沉砂斗详图 图3

　　闸门井为矩形，内径尺寸约15m×9.56m。闸门井内布置有进出水管、格栅机，下人楼梯等。闸门井通过预埋3×3m箱涵与外侧的白浪河联通，定期引用白浪河河水冲洗调蓄池，并在旱季为后续人工湿地提供养护需要的水量。

　　在调蓄池最北侧设置出水提升泵房，泵房规模按照2.8万m3/d设计。

　　泵房内采用水泵提升后分别进入后续的人工湿地。

　　调蓄池运行方式

　　(1) 晴天模式：不使用调蓄池，关闭进水闸门、白浪河联通闸门。

　　(2) 进水模式：雨天时，开启除联通闸门外的所有闸门，进水经过移动悬挂葫芦抓斗式格栅除污机进入雨水调蓄池；

　　(3) 满池模式：检测池内液位升高至15.3～15.5m时（最高设计水位），关闭进水闸门；

　　(4) 提升模式：调蓄池内水位达到设计标高后，或者收集单次降雨量后，开启提升水泵，将池内初期雨水提升至后续的人工湿地进行处理。

　　(5) 冲洗模式：旱季，调蓄池抽空后，关闭进水闸门，开启联通闸门，引用白浪河河水，当井内水位达到和白浪河需水位平衡时，单个开启冲洗闸门，对调蓄池进行单格冲洗。

　　当洪水水位高于50年1遇标准时，将截污管涵出口闸门关闭，防止洪水通过管涵倒入市区。

　　3 人工湿地的选择

　　3.1人工湿地的特点

　　人工湿地投资少，能耗低，处理效果可靠，在污水处理领域已被广泛采用。人工湿地的缺点是占地面积很大，处理效果受季节影响，冬季效果较差。

　　3.2各种湿地的比较

　　人工湿地根据污水在湿地中水面位置的不同，可以分为自由表面流人工湿地（简称FWS型人工湿地，见图3）和潜流型人工湿地（简称SF型人工湿地）。而潜流型人工湿地根据湿地中水流动的状态不同，又可分为水平潜流人工湿地（简称HF型人工湿地，见图4）、垂直潜流型人工湿地（简称VF型人工湿地，见图5）。

　　

　　自由表明流人工湿地的组成 图 3

　　

　　水平潜流型人工湿地 图4

　　

　　垂直潜流型人工湿地构成及流态 图 5

　　自由表面流人工湿地主要通过植物和微生物的作用进行污染物的去除，填料主要为生物提供生存环境。由于存在自由水面，FWS型人工湿地容易孳生蚊蝇，影响环境卫生。

　　与FWS型人工湿地相比，水平潜流型人工湿地的水力负荷和污染负荷大 ，对BOD5、CODCr、SS，重金属等污染指标的去除效果好，且无自由水面，污水自地下滤过，很少有恶臭和孳生蚊蝇现象，不污染环境，同时有很好的景观效果。

　　垂直潜流人工湿地中污水从湿地表面纵向流向填料床的底部，床体处于不饱和状态，氧气可通过大气扩散和植物传输进入人工湿地系统，其脱氮能力高于水平潜流湿地，但对有机物的去除能力不如水平潜流人工湿地系统，控制相对复杂，夏季有蚊蝇孳生的现象。

　　水平潜流人工湿地是目前国际上应用较多的一种湿地处理系统，欧洲、澳大利亚和南非等地，大多采用的是潜流型人工湿地。

　　人工湿地最大的缺陷是占地面积大和冬季处理效果不佳。白浪河两侧有充裕的可利用的土地，且处理对象为雨季污水，不存在冬天处理效果差的问题，综合各种人工湿地的处理效果、对环境的影响程度、投资和管理等多方面的因素，本工程采用水平潜流人工湿地；

　　3.3人工湿地净化污水的原理

　　人工湿地对污水的净化作用包括：填料表面生长的生物膜对有机物的生物降解作用；丰富的植物根系对营养物质的吸收和吸附作用；表层土和填料的过滤作用。

　　不溶性有机物通过在湿地填料中的沉积、过滤作用可以很快地被截留，进而被填料上生长的微生物分解或利用；可溶性有机物则通过植物根系生物膜的吸附、吸收及厌氧、好氧生物代谢而被分解去除。

　　氮的去除包括基质微生物和植物微生物的生物降解、氨氮挥发和植物吸收共同作用的结果。由于人工湿地植物根毛的输氧，根区附近湿地依次出现好氧、缺氧和厌氧状态，为自养型好氧微生物亚硝化菌、硝化菌和异氧型微生物反硝化菌的存在提供了条件，使要求好氧条件的硝化反应和要求厌氧的反硝化反应得以同时完成，因此人工湿地比一般污水处理系统具有更强的氮处理效率。

　　人工湿地对磷的去除是植物吸收、微生物去除及物理化学作用三方面共同作用的结果。废水中的无机磷在植物吸收及同化作用下可称为植物的ATP、DNA及RNA等有机成分，通过植物的收割而去除。

　　3.4设计进出水水质

　　综合考虑降雨频率、湿地运行、占地面积和投资，最终确定分5天处理，日处理水量则为Q=56000 m3/d。

　　预处理站进出水水质如表3所示。

　　表 3 进出水水质

　　污染物指标

　　COD

　　BOD5

　　SS

　　TN

　　TP

　　进水（mg/l）

　　140

　　70

　　180

　　30

　　3

　　出水（mg/l）

　　60

　　20

　　20

　　20

　　1

　　污染物去除率

　　57.1%

　　71.4%

　　88.9%

　　33.3%

　　66.6%

　　4 人工湿地设计

　　4.1 湿地尺寸

　　设计潜流人工湿地BOD负荷为100kgBOD5/m3·d，水力停留时间1.12d。

　　由于白浪河河道断面的限制，设计潜流型人工湿地共116座，占地22.4公顷，东西两侧各58座，总长为1950 m，单池尺寸见表4。

　　表4 人工湿地单池尺寸

　　数目

　　尺寸（m）

　　河岸东侧

　　河岸西侧

　　河岸东侧

　　河岸西侧

　　32

　　32

　　40m×50m×1.1

　　40m×50m×1.1

　　16

　　16

　　40m×50m×1.1

　　40m×50m×1.1

　　10

　　10

　　40m×40m×1.1

　　40m×40m×1.1

　　4.2 填料设计

　　填料为砾石和泥砂，分为三层，总厚度为800mm，见表5。

　　表5 人工湿地填料粒径与厚度

　　填料

　　粒径（mm）

　　厚（mm）

　　底层砾石

　　8~16

　　200

　　中层砾石

　　5~10

　　400

　　上层泥砂混合土壤

　　0.5~5

　　200

　　4.3 植物设计

　　湿地植物采用当地常见的芦苇，种植密度为1~3株/m2。

　　芦苇为禾本科、芦苇属、多年生水生或湿生的高大草本植物，其地下茎发达，自生能力强，蔓延比较快，适应各类土壤；耐盐碱，又耐酸，且抗涝。生长于池沼、河岸、河溪边多水地区，常形成苇塘。世界各地均有生长，在我国则广布，其中以东北、内蒙古、新疆以及华北平原等地，都有大面积集中分布，目前白浪河下游河床上就长有大量野生芦苇。

　　在潍坊地区，芦苇发芽期为4月上旬，展叶期5月初，生长期4月上旬至7月下旬，孕穗期7月下旬至8月上旬，抽穗期8月上旬到下旬，开花期8月下旬至9月上旬，种子成熟期10月上旬，落叶期10月底以后，可保证雨季对污水的净化作用。

　　5 湿地运行与维护

　　5.1 预处理

　　进入湿地的污水需进行沉淀处理，保证直径大于125μm 的微粒去除率达到95 %，以防止湿地堵塞。

　　5.2 人工湿地的监测与控制

　　监测内容除了包括进出水水质、水位和生物状况指标，还应对进出水口流量进行监测。通过调整进水量，改变水力停留时间和污染负荷等使系统处于一个正常运行的状况。

　　5.3 水位、水量控制

　　水位控制和流量调整不仅影响处理系统的水力停留时间，还会影响大气中氧向水中的扩散。应保证：

　　当系统接纳最大设计流量时，进水端不能出现雍水现象，防止出现地表流；

　　当系统接纳最小设计流量时，进水端不能出现填料床面的淹没现象，防止出现地表流；

　　床中水面浸没植物根系的深度应尽可能均匀。

　　5.4 植物管理

　　为防止杂草的大量生长，每年春季植物发芽阶段对湿地进行淹水，防止一些旱生杂草的生长。待植物生长良好后，恢复正常水位。

　　在植物生长高峰季节收割植物有利于去除系统中的氮，秋季及时收割植物可以促进来年植物的生长。

　　植物收割后，应及时清理湿地上残留的植物碎屑。

　　在植物生长期间，要注意防止病虫害。

　　5.5 进出水装置的维护

　　对进出水装置要进行周期性的检查，并对流量进行校正。

　　定期去除容易堵塞出水管道的残渣。

　　定期用高压水枪对埋在填料中的进出水管道进行冲洗。

　　5.6 启动运行

　　初期，栽种芦苇后尽快充水。水位控制在地面下25mm左右。按设计流量运行3个月后，将水位降低至距床底0.2m处，以促进芦苇根系向深部发展。待根系成熟，深入到床底后，将水位调节至地表下0.2m处开始正常运行。

　　人工湿地系统从启动到成熟一般需要1年左右时间。

　　5.7 日常运行与维护

　　植物生长季节每个月排空湿地1次，然后立即提高湿地水位，将氧气吸入湿地，有助于增加湿地的含氧量。

　　植物的收获不是必要的，然而去除死亡植被可以让春季新生长的植株更有活力。

　　5.8 非汛期湿地管理方案

　　旱季和冬季定期引白浪河河水流过湿地，保持微生物的基本营养和保证湿地植物生长期的生长及其冬季植物根系的湿度 。时间以不少于每周开启一次补充水量为宜。

　　三、结论

　　综上，白浪河两岸敷设截流管涵，并且通过下游雨水调蓄+人工湿地处理工艺对河流污水和初期雨水的处理，可以有效改善白浪河的水质情况，使白浪河的水体达到国家景观环境用水V类水体标准，成为潍坊市一道亮丽的景观。