多级多态湿地系统在城市湿地公园构建中的应用

钱玉梅　俞建河　陈晓旭

摘 要：将人工湿地工程应用于城市湿地公园的构建，是湿地生态恢复的一种有效途径和主要模式。天长市红草湖湿地公园在建设中注重规划与人工湿地工程的紧密结合，通过构建微孔曝气生态塘、潜流型人工湿地、生态河道净化湿地、塘湿地、水下森林等组合湿地系统对污水厂尾水进行提质的同时，结合景观设计，打造一座具有观赏、休闲、健身、游乐等功能的湿地景观公园，提升市民生活品质和城市品位。可为城市湿地公园建设提供参考。

关键词：多级多态湿地系统 污水厂尾水 处理效果 天长市湿地公园

Application of the Multi-Level Polymorphic Wetland System in the Construction of Urban Wetland Parks

QIAN Yumei   YU Jianhe CHENG Xiaoxu

（Tianchang Erfeng Electric Irrigation Station， Tianchang， Anhui Province， 239300 China）

Abstract：The application of constructed wetland engineering to the construction of urban wetland parks is an effective approach and main model of the ecological restoration of wetland. The Hongcaohu Wetland Park in Tianchang attaches great importance to the close combination of planning and constructed wetland projects during construction， builds a combined wetland system of microporous aeration ecological ponds， undercurrent constructed wetland， ecological river purification wetland， pond wetland and underwater forests to improve the quality of tail water in sewage plants， and builds a wetland landscape park with the functions of viewing， leisure， fitness and recreation in combination with landscape design， so as to enhance the quality of life and urban taste of citizens. It can provide reference for the construction of urban wetland parks.

Key Words： Multi-level and polymorphic wetland system; Tail water in sewage plants; Treatment effect; Wetland parks in Tianchang

人工湿地以其操作简单、低耗、效能稳定且具有景观价值优势等特点已被世界各地广泛应用于污水净化。然而，传统单一人工湿地系统在实际应用中往往受气候、植物种类、水力和污染负荷等因素的影响，制约了人工湿地正常功能的发挥。因此，建立一种占地面积小，且操作简单并结合各类型人工湿地优点的多级多态湿地系统将在污水处理方面具有重要应用价值。它与单一类型人工湿地相比，能丰富污染物的去除过程，有效利用各类型人工湿地优点和提高污染物处理效率，同时延长湿地使用寿命，因而在污水处理方面具有明显优势^[1-6]。

新白塔河为淮河干流下游入高邮湖的重要入湖河流，发源于安徽省来安县的长山和江苏省盱眙县的万山，由西向东横穿安徽天长市城区，在天长市万寿镇汊河村处汇入高邮湖。新白塔河总来水面积为1 303 km²，全長69 km，其中安徽天长市境内长37.1 km。新白塔河水质考核断面位于天长市主城区下游，按其水功能区划要求达到《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）的Ⅲ类标准，而天长市第一污水处理厂位于新白塔河南岸天长红草湖湿地公园的西北角，始建于2005年，2007年投入运行，每日有超过6.0万m³/d的尾水排入新白塔河，目前污水处理厂尾水水质指标执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准，尾水中的氮、磷、有机物等水质指标高于《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）Ⅴ类标准，直接排放到自然水体中会造成受纳水体的污染。为保障新白塔河水质稳定达标及改善红草湖湿地公园和西护城河河道水质，改善西护城河的水体流动性、水质和区域生态环境，亟需对污水处理厂尾水进行提质处理。2020年11月，天长市人民政府充分利用红草湖湿地公园得天独厚的自然条件，投资6 000万元，对现有红草湖湿地公园中的北园和中园进行改造，实施了天长市湿地公园水体生态构建工程。工程于2021年8月完工并投入运行，改造后使6万m³/d污水处理厂尾水通过提升泵站提升至预处理调节塘，配水分两路，一路5万m³/d尾水进入生态爆气塘，一路1万m³/d尾水进入潜流湿地，分别出水后进入河道和塘湿地、水下森林等组合湿地系统，对污水厂尾水进行深度净化和活化，确保深度净化后COD和NH₃-N水质指标达到地表水Ⅳ类、TP水质指标达到地表水Ⅲ类标准后，作为西护城河生态补水，最终由河口的窑湾排涝站排入新白塔河。在保证对污水厂尾水进行提质的同时，借鉴全国各地将人工湿地工程应用于城市湿地公园构建的成功经验^[7-10]，注重湿地公园的景观设计与人工湿地工程的紧密结合，打造一座具有观赏、休闲、健身、游乐等功能的湿地景观公园，提升市民生活品质和城市品位。

1工艺设计

1.1工艺流程

参考各种类型湿地系统净化能力及水生植物的耐受程度、本地物种特点，并结合本项目的水质特点，利用预处理调节塘-微孔曝气生态塘—生态河道净化湿地—大水面塘湿地—水下森林净化系统的工艺流程来达到水质净化与湿地景观提升的目的。总体方案占地总面积为18万m²，水力停留时间为4 d，处理尾水量6万m³/d。具体布置详见图1。

1.1.1预处理调节塘

占地总面积为0.2万m²，采用高效净化挺水植物＋微生物膜组合。大量挺水植物的存在，一方面迅速削减水体流速，有助于降低污水中的TSS含量；同时，植物的生长可以吸收水体中的氮、磷等营养物质；此外，植物表面的微生物膜可以促进污水中有机物和氮的去除。

1.1.2微孔曝气生态塘

占地总面积为0.5万m²，采用超氧微孔曝气系统+弹性填料+耐污多根水生植物+复合微生物群组合。高效曝气可大幅度提高水体溶解氧，氧化水质的有机物，同时在好氧环境下，利用亚硝酸菌和硝酸菌将氨氮氧化成硝酸盐，将正磷酸盐转化为聚磷酸盐储存起来，降低水中的有机物、氨氮和磷。弹性填料和水生植物根系提供大量微生物附着面，促进多种微生物的富集。同时植物对氮、磷的直接吸收和利用也有助于污染物的去除。

1.1.3潜流型人工湿地

占地总面积为1.5万m²，采用吸附性填料+高效净化湿地植物+微生物膜组合。充分利用填料表面生长的微生物膜、丰富的植物根系及表层土和填料截留等的作用，促进水体中多种污染物的去除。由于水流在基质以下流动，故具有保温性较好、处理效果受气候影响小、占地较小、卫生条件好等多种优点。

1.1.4生态河道净化湿地

占地总面积为9.2万m²，采用吸附性填料+耐污快速生长型水生植物+水生动物组合。在生态学原理指导下，构造具备深潭浅滩的生态型河床，塑造迂回曲折的河流形态；通过投放高效吸附性基质，去除水中过量的磷；通过种植耐污性强、生长快速的水生植物，促进水体中的TSS和氮磷等营养物质的去除；通过投放一定量以藻类和水草为食的浮游动物、底栖动物和鱼类，构建相对完善的河道水生态系统，促进河道中底泥、植物残体和藻类的去除。

1.1.5大水面塘湿地

占地总面积为2.1万m²，采用景观射流曝气系统+物候期组合型水生植物群落+三维水生动物群落组合。利用射流曝气形成水面景观的同时，大幅度提高水体溶解氧含量，促进水中污染物的有氧代谢降解过程；通过构建不同生活型搭配的（沉水植物+浮叶植物）、物候期互补的（暖季型植物+冷季型植物）水生植物群落，净化水体的同时，营造大水面塘湿地生态景观；通过投放一定量以藻类和水草为食的浮游动物、底栖动物和鱼类，构建三维立体的水生生态系统，充分利用水体空间，促进水体中物质、能量的流动循环。

1.1.6水下森林

占地總面积为4.5万m²，采用“沉水曝气系统+稳定型沉水植物群落+大型水生动物”组合。利用沉水曝气系统提高水体溶解氧含量，促进水中污染物的有氧代谢降解过程；通过构建稳定型沉水植物群落提升水质，营造水下森林景观；通过投放一定量以藻类和水草为食的浮游动物、底栖动物和鱼类，构建完善的水生生态系统，充分利用水体空间，促进水体中物质、能量的流动循环。

1.2水生态系统构建

结合现场调研，依据水生植物恢复种植和配置的五项原则，最终确定工程适合恢复种植的水生植物共计21科25属30种，其中湿生/挺水植物10科11属11种，浮叶植物4科5属7种，漂浮植物2科3属3种，沉水植物5科6属9 种，见表1。在河道及公园水体构建以沉水植物为主的清水型生态系统，见图2。

1.3高效生态浮床

为增加有益微生物的附着面积，提高对有机污染物的分解，并利用浮岛上的植被吸收氮磷营养元素，从而高效、全方位的净化水体。设计在水面较大的区域设置立体生态浮岛，浮岛框体采用持久耐用、价格便宜、重量轻又能承受一定冲击力的PVC管，床体采用成本低廉、浮力强大、性能稳定的聚苯乙烯泡沫板，基质采用弹性足、固定力强、吸附水分养分能力强的海绵。下部挂设柔性生物膜载体，加强生态浮岛布设区域微生物种群密度，强化该区域水体自净能力。采用线性生态浮床布设方式，形成沿河生态净化带。布设距河岸线1～1.5 m，宽度2 m，沿河两岸布置，布设线性随河道岸线而定。设计采用驳岸牵拉方式固定浮床，植物种类选用人工水草、细叶莎草、水葵，以及具有一定观赏性的菖蒲、鸢尾、美人蕉等。

1.4生态缓冲带

因地制宜的考虑生态修复模式，设计考虑在较宽阔的岸段通过消防浪措施与生态修复相结合构建生态缓冲带。详见图3。1.5水系控制工程

通过高程设计、曝气推流设施的布置增进水体流通性，提高水体含氧量。

1.6污染控制工程

通过对雨水溢流口的强化处置，减少雨季污染对水体的影响，保障水质。

2实施效果分析

天长市湿地公园水体生态构建工程实施后，在湿地出水口和西护城河口各设置了1个在线监测点，主要在线监测水温、pH、COD、NH₃-N、TP等要素的水质参数。具体位置如图1所示。湿地系统已于2021年9月开始试运行，并对湿地水质进行在线监测，另外每隔4d在监测点处人工取样一次。采集到的水样在冷藏条件下运回实验室，对上述水质主要指标进行分析测试，测试方法参考相关国标及《水和废水监测分析方法（第四版）》。本文对天长市湿地公园水体生态构建工程2022年度运行效果进行分析。

2.1  系统对COD效果分析

2022年复合湿地系统对COD的去除效果如图4所示。系统进水COD浓度在9.91～15.87  mg/L之间，月平均值为12.60 mg/L，经过复合湿地系统处理后，出水COD浓度降至9.91～15.87 mg/L之间，年平均值为11.51 mg/L，高于地表水Ⅲ类水质标准，对COD的去除率在2.86%～14.1%之间，年平均值去除率为8.63%。2022年污水处理厂尾水COD浓度不高，颗粒物所吸附的有机物较少，且污水处理厂尾水中的COD大部分为难降解有机物，因此复合湿地系统对COD的总去效果不明显。

2.2系统对NH₃-N影响分析

2022年复合湿地系统对NH₃-N的去除效果如图5所示。系统进水NH₃-N浓度在0.26～0.47 mg/L之间，月平均值为0.32 mg/L，经过复合湿地系统处理后，出水NH₃-N浓度降至0.04～0.15 mg/L之间，年平均值为0.08 mg/L，优于地表水Ⅲ类水质标准，对NH₃-N的去除率在66.07%～84.62%之间，年平均值去除率为74.28%，复合湿地系统对NH₃-N的总去效果非常明显。

2.3 系统对TP影响分析

2022年复合湿地系统对TP的去除效果如图6所示。系统进水TP浓度在0.07～0.17 mg/L之间，月平均值为0.12 mg/L，经过复合湿地系统处理后，出水TP浓度降至0.04～0.12 mg/L之间，年平均值为0.07 mg/L，优于地表水Ⅲ类水质标准，对TP的去除率在23.08%～66.67%之间，年平均值去除率为46.67%，复合湿地系统对TP的总去效果非常明显。

3结论

（1）通过微孔曝气生态塘、表面流人工湿地、潜流型人工湿地、生态河道净化湿地、大水面塘湿地、水下森林、自然河道净化等多级多态湿地系统来达到水质净化与湿地景观提升的目的是可行的。

（2）多级多态湿地系统应用于天长市湿地公园水体生态构建工程，具有较好的应用效 果。复合湿地系统对NH₃-N和TP的总去效果非常明显，去除率分别为74.28％和46.67％。

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