暴雨徑流人工濕地設(shè)計(jì)的幾個(gè)問(wèn)題

1、暴雨徑流人工濕地處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的幾個(gè)問(wèn)題 徐麗花周琪提要:暴雨徑流人工濕地處理系統(tǒng)與其他人工濕地系統(tǒng)有很大區(qū)別。從設(shè)計(jì)的角度，詳細(xì)論述了水文因素、水力因素、濕地容積、水生植物和填料等幾個(gè)問(wèn)題。 關(guān)鍵詞:暴雨徑流人工濕地填料水生植物 0引言 大部分人工濕地被用來(lái)處理城市污水和工業(yè)廢水，集中于有機(jī)物的去除，然而處理暴雨徑流的系統(tǒng)的目標(biāo)是處理氮磷和重金屬。雖然許多基本理論是相同的，但是在幾個(gè)重要的方面不同于處理城市污水，在設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮。 (1)在處理暴雨徑流和城市污水的濕地系統(tǒng)中，進(jìn)水的化學(xué)特性和水文學(xué)特性是不同的。城市污水一般有穩(wěn)定的流量和水質(zhì)，可根據(jù)生物降解過(guò)程，確定并維持最佳處理效率。然而，暴

2、雨徑流是完全不同的，在降雨期間或降雨之后，會(huì)產(chǎn)生很大的流量，水質(zhì)也有很大的變化。同時(shí)，暴雨徑流還可能攜帶大量對(duì)生物有害的物質(zhì)，對(duì)處理系統(tǒng)造成沖擊。因此，處理暴雨徑流的濕地中的生物群應(yīng)具有較強(qiáng)的對(duì)多變情況的適應(yīng)能力。 (2)在處理城市污水的濕地系統(tǒng)中，污染物的降解速率等于輸入速率。在處理暴雨徑流的濕地系統(tǒng)中，污染物的輸入是偶然發(fā)生的。水中夾帶的污染物不可能完全被去除。污染物必須首先被捕集，大部分降解發(fā)生在后期流量少或沒(méi)有時(shí)1。因此，設(shè)計(jì)暴雨徑流處理濕地比污水處理濕地更多地強(qiáng)調(diào)保留污染物再后續(xù)降解。 (3)暴雨濕地系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是作為一個(gè)間歇反應(yīng)器運(yùn)行的。濕地的水位在降雨前后發(fā)生變化。水位的變化導(dǎo)致濕

3、地水位周期性的下降，使積累的有機(jī)物自然氧化，還可使氧氣向填料中擴(kuò)散，加強(qiáng)濕地內(nèi)的硝化作用。 (4)總氮、水溶態(tài)氮、總磷、水溶態(tài)磷的輸入濃度隨降雨徑流過(guò)程減小?？偟?、總磷與徑流量對(duì)地表的侵蝕能力成正相關(guān)，其輸入濃度的遞減規(guī)律多呈拋物線型，遞減速度快。水溶態(tài)氮輸入濃度基本上是線性分布，與總氮、總磷比較其遞減變化幅度小。氮磷輸入還與降水強(qiáng)度有關(guān)，強(qiáng)度大的降水侵蝕作用強(qiáng)烈，氮磷隨水土流失量大2。 由上可知，暴雨徑流與城市污水、工業(yè)廢水相比，在水文特性、化學(xué)特性等方面有很大差別，并且人工濕地的運(yùn)行方式也不同。因此，暴雨徑流人工濕地的設(shè)計(jì)與其他人工濕地也有所不同，本文將對(duì)其不同點(diǎn)進(jìn)行論述。 1水文因素 為

4、保證濕地的長(zhǎng)期效果，在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮水文因素和濕地生態(tài)特點(diǎn)之間的關(guān)系3。水的來(lái)源、速度、體積以及洪水發(fā)生的頻率都影響著濕地介質(zhì)的物理、化學(xué)特性。反過(guò)來(lái)，介質(zhì)影響著生物種類的多樣性、初級(jí)生產(chǎn)能力、有機(jī)物的沉積和通量、營(yíng)養(yǎng)物的循環(huán)。水文條件也影響污染物的沉積、氧化、生物轉(zhuǎn)化和土壤吸附過(guò)程。因此必須對(duì)一些關(guān)鍵因素進(jìn)行評(píng)價(jià)，如水的流速、深度和水位的漲落、停留時(shí)間、循環(huán)和分配因素、季節(jié)和天氣的影響、地面水的狀況和土壤的透水性。 濕地控制暴雨徑流污染的設(shè)計(jì)關(guān)鍵是正確控制它們的水文體系。正確的水文體系需要考慮暴雨發(fā)生的頻率和周期，從而確定濕地的儲(chǔ)存容積和出水區(qū)的特點(diǎn)。濕地的最高水位和最低水位將決定濕地處理暴雨

5、的體積容量、出水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和排水孔口的高度。水深和洪水周期能改變植物群落，它們將對(duì)濕地或污染物的去除效果造成有利或有害的影響。 2水力因素 為了達(dá)到一定的處理效果 ，必須有一定的水力停留時(shí)間。水力停留時(shí)間受濕地長(zhǎng)度、寬度、植物、基底材料空隙率、水深、床體坡度等因素的影響。一般水力停留時(shí)間最大不超過(guò) 24 h。暴雨期間至少應(yīng)有30 min的水力停留時(shí)間以保證處理效果，如果水力停留時(shí)間達(dá)10 15 h就可以達(dá)到很好的處理效果4。 此外，水力負(fù)荷不應(yīng)超過(guò)1 m3/(m2d)，進(jìn)水區(qū)的流速不超過(guò)0305 m/s。當(dāng)流速大于07 m/s時(shí)，水流會(huì)破壞植物的生長(zhǎng)，導(dǎo)致處理效率降低5。 3雨季超高深度 在降

6、雨時(shí)，水位會(huì)超過(guò)旱季的水位。因此，濕地植物必須避免長(zhǎng)時(shí)間的被淹沒(méi)。濕地植物被淹沒(méi)的最大深度可用來(lái)確定濕地的表面積。實(shí)際上所有的濕地植物只要洪水時(shí)間不是太長(zhǎng)都可生存，一般很難確定超高容積應(yīng)設(shè)計(jì)成多大。雖然通常被設(shè)計(jì)排水大致需20 h，但這并不意味著收集容積區(qū)總是空的，因?yàn)橐幌盗蓄l繁的降雨，將使其長(zhǎng)時(shí)期被充滿。 雨季淹沒(méi)的最大深度應(yīng)保證大部分植物能夠生存并發(fā)揮其功能。在一定程度上，超高深度取決于被種植的水生植物的種類，因?yàn)橛幸恍┲参镩L(zhǎng)得很高。一般地，如果栽種挺水植物， 0306 m的超高是相對(duì)安全的6。 實(shí)際上，暴雨徑流濕地系統(tǒng)為水生植物提供了一個(gè)苛刻的生活環(huán)境。只有生命力強(qiáng)的植物才能生長(zhǎng)茂盛。如

7、香蒲、NB337草、蘆葦，在高于上述超高深度時(shí)亦可生長(zhǎng)得很好。 4濕地容積 在美國(guó)、加拿大、歐洲，濕地體積大致等于來(lái)自不透水地面13 mm的徑流量，大約能收集8 0%90%的徑流量。 一些權(quán)威建議，計(jì)算濕地表面積不需要考慮它的收集容積，而是用匯水面積的百分?jǐn)?shù)來(lái)計(jì)算。通常是支流匯水面積的15%30%6。使用固定的表面積可能不太合適，因?yàn)楫?dāng)暴雨徑流量少于254 mm時(shí)，暴雨徑流量和匯水區(qū)的不透水面積成比例6。有較多的不透水面積的匯水流域比較少不透水面積的匯水流域會(huì)產(chǎn)生更多的徑流量。例如，人口密度小的居住區(qū)有較少的不透水面積，而商業(yè)發(fā)達(dá)的地區(qū)則具有較大的不透水面積。在第一種情況下，幾乎沒(méi)有徑流，而在

8、第二種情況下，大部分降雨落在鋪砌的路面，形成地表徑流。 濕地的最佳儲(chǔ)存容積應(yīng)當(dāng)是使匯水區(qū)達(dá)到13 mm水位的容積6。有效去除的最小儲(chǔ)存容積是使匯水區(qū)達(dá)到6 mm水位的容積。儲(chǔ)存容積可用式(1)計(jì)算7： V=CyAws(1) 式中V-暴雨濕地的儲(chǔ)存容積，m3； C-系數(shù)，取10； y-匯水區(qū)的設(shè)計(jì)水位，mm； Aws-匯水區(qū)的表面積，hm2。 5水生植物 暴雨徑流濕地系統(tǒng)要求水生植物對(duì)各種高濃度的污染物有一定的承受能力。暴雨徑流可能改變植物群落。因?yàn)樾碌膬?yōu)勢(shì)種可以更有效地利用多余的營(yíng)養(yǎng)物，或更能忍受污染物，植物的改變對(duì)污染物的去除是有利的。 不同的生長(zhǎng)環(huán)境，適宜的濕地植物是不同的。但所選擇的濕地

9、植物通常應(yīng)具有下列特性： (1)能忍受較大變化范圍內(nèi)的水位、含鹽量、溫度和pH值； (2)在本地適應(yīng)性好的植物，最好是本地的原有植物； (3)被證實(shí)對(duì)污染物有較好的去除效果； (4)有廣泛用途或經(jīng)濟(jì)價(jià)值高。 人工濕地中使用最多的水生植物為香蒲、蘆葦、燈心草、寬葉香蒲和簏草。所有這些植物都廣泛存在并能忍受冰凍。植物根系的深度決定了濕地的深度。香蒲在水深015 m的環(huán)境中生存占優(yōu)勢(shì)；燈心草為005025 m；蘆葦生長(zhǎng)在岸邊和15 m的水深中，在潛水中是弱競(jìng)爭(zhēng)者；NB337草通常出現(xiàn)在岸邊。香蒲和燈心草的根系主要在03 m以內(nèi)的區(qū)域，蘆葦?shù)母颠_(dá) 06 m，NB337草和寬葉香蒲則達(dá)到076 m8。

10、蘆葦、簏草和寬葉香蒲常被用在潛流型濕地中，它們較深的根系可擴(kuò)大污水的處理空間。 暴雨徑流濕地系統(tǒng)中，多選用蘆葦、香蒲和簏草。簏屬能忍受很高的氨濃度( 160170 mg/L)9。蘆葦和簏草抵抗病災(zāi)和昆蟲(chóng)的能力很強(qiáng)，香蒲則較差。 6填料 暴雨徑流濕地系統(tǒng)多采用礫石作為填料，由于礫石缺乏營(yíng)養(yǎng)，需在上面覆蓋1520 cm的有機(jī)土壤。根區(qū)填料表層土壤可就近采用當(dāng)?shù)乇韺油?，宜用鈣含量達(dá)225 kg/100 kg土壤為好10，厚度為150250 mm。一般，填料本身成分對(duì)生物處理影響不大，但對(duì)含磷和重金屬離子廢水，含鈣、鐵、鋁等成分的填料有利于離子交換。通過(guò)離子交換可將暴雨徑流中的污染物截留再后續(xù)降解。粘

11、土雖含很高的鋁，但由于其kf值很低，不宜單獨(dú)采用，但也可和其他填料混合使用。 濕地中填料的選擇對(duì)磷的去除有很大的影響 ，尤其是在運(yùn)行初期。這主要是填料中的鈣、鎂和磷作用形成沉淀。但隨著時(shí)間的推移，填料中磷會(huì)達(dá)到飽和，濕地除磷能力便有明顯下降。因?yàn)槌跗跐竦刂兄参镞€沒(méi)有形成較穩(wěn)定的生物群，所以為了加強(qiáng)濕地初期的除磷能力，在濕地建造中可選擇含鈣、鎂豐富的介質(zhì)作為填料。 7維護(hù)管理 維護(hù)包括三個(gè)主要方面：重新種植、雜草的去除和沉積物的挖掘。 當(dāng)水生植物不適應(yīng)生活環(huán)境時(shí)，需調(diào)整植物的種類，并重新種植。植物的調(diào)整需要變換水位。如果水位低于理想高度，可調(diào)整出水裝置。 雜草的過(guò)度生長(zhǎng)帶來(lái)了許多問(wèn)題。在春天，雜草比濕地植物生長(zhǎng)的早，遮住了陽(yáng)光，阻礙了植株幼