小編導(dǎo)讀

當(dāng)海綿城市遇上人工濕地，會(huì)擦出怎樣的火花？江蘇河馬井股份有限公司副總經(jīng)理周敏宏深入剖析了人工濕地理論在海綿成城市建設(shè)系統(tǒng)中的應(yīng)用。

隨著城市化進(jìn)程的不斷深入，我國(guó)城市中的道路、橋梁、建筑物等不可滲透表面也隨之高速增長(zhǎng)，加之近年來，極端降雨事件的頻發(fā)和氣候變化現(xiàn)象的突出，導(dǎo)致原本可以滲透到土壤中的雨水現(xiàn)在只能在不可滲透的表面進(jìn)行沖刷。降雨經(jīng)過淋洗大氣，沖刷路面、城市建筑物、城市廢棄物進(jìn)入地表水和地下水，加重城市水源的污染，從而影響水資源的可持續(xù)利用，加劇水資源短缺的危機(jī)。 

雨水徑流屬于非點(diǎn)源污染，具有較大的隨機(jī)性、偶然性和廣泛性。污染負(fù)荷時(shí)空變化幅度大，研究、控制和處理的難度也大。由雨水徑流所引起的非點(diǎn)源污染已成為城市水環(huán)境污染的重要因素之一。1990年美國(guó)關(guān)于水體污染的調(diào)查表明，約30%地表水體的污染物超標(biāo)是由非點(diǎn)源污染造成的，在已實(shí)現(xiàn)污水二級(jí)處理的城市，水體BOD5年負(fù)荷中的40%~80%來自雨水徑流。我國(guó)雨水徑流引起的污染問題也很嚴(yán)重。滇池流域的大青河暴雨期懸浮物濃度比平時(shí)均值高22倍，寶象河暴雨期最大懸浮物濃度是非暴雨期的108倍。雨水徑流攜帶大量污染物排入城市水系也造成嚴(yán)重污染。據(jù)初步保守估算，城區(qū)雨水徑流污染占水體污染負(fù)荷的比例，城市雨水徑流污染負(fù)荷比例北京為14%，上海為22%左右。

隨著城市地面污染的加劇，雨水徑流污染愈加嚴(yán)重。瀝青油氈屋面、瀝青混凝土道路、融雪劑、農(nóng)藥、 殺蟲劑的使用均能使徑流的雨水中含有大量的有機(jī)物、病原體、重金屬、油等污染物，雨水的污染程度不容小覷。尤其是污染最為嚴(yán)重的初期雨水徑流，降雨徑流中所攜帶污染物幾乎都集中在初期幾毫米雨水中，其污染負(fù)荷遠(yuǎn)高于中后期雨水，若這部分徑流直接排放，則會(huì)給地表水造成巨大污染。

表1和表2分別為北京城區(qū)1998-2003年不同月份屋面和路面雨水徑流的部分污染物監(jiān)測(cè)結(jié)果。 

表1北京市城區(qū)建筑屋面雨水徑流部分污染物質(zhì)量濃度

表2北京市城區(qū)路面雨水徑流部分污染物質(zhì)量濃度

城區(qū)屋面、道路雨水徑流污染與城市其他區(qū)域的面源污染特點(diǎn)一樣，徑流量隨著降雨強(qiáng)度的變化而呈現(xiàn)快速正比變化，在降雨初期，隨著地表徑流的產(chǎn)生及不斷增大，徑流中的污染物濃度快速增高。至地表徑流開始急劇增大時(shí)，污染物濃度達(dá)到最大值；徑流接近或達(dá)到最大值時(shí)，污染物濃度開始或者已經(jīng)顯著下降。這一特性說明對(duì)城市初期地表徑流進(jìn)行處理是十分必要的。

近年來，初期雨水的污染問題越來越受到國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者的重視。目前，美國(guó)和歐洲已經(jīng)制定了一整套雨水收集、處理和管理的方法。而國(guó)內(nèi)有關(guān)初期雨水的研究正成為一個(gè)熱點(diǎn)。 

初期雨水處理工藝的選擇與其本身的水質(zhì)、興建地方和回用目的息息相關(guān)。人工濕地在解決城市雨水徑流有其獨(dú)特的效果，具有調(diào)蓄水量、凈化水質(zhì)、美化環(huán)境等多方面的功效。加上其投資低、綠色節(jié)能、運(yùn)行簡(jiǎn)易等內(nèi)在優(yōu)點(diǎn)，使得人工濕地在處理初期雨水方面得到了眾多學(xué)者的關(guān)注。

人工濕地是由人工建造和控制運(yùn)行的與沼澤地類似的地面，將污水、污泥有控制的投配到經(jīng)人工建造的濕地上，污水與污泥在沿一定方向流動(dòng)的過程中，主要利用土壤、人工介質(zhì)、植物、微生物的物理、化學(xué)、生物三重協(xié)同作用，對(duì)污水、污泥進(jìn)行處理的一種技術(shù)。其作用機(jī)理包括吸附、滯留、過濾、氧化還原、沉淀、微生物分解、轉(zhuǎn)化、植物遮蔽、殘留物積累、蒸騰水分和養(yǎng)分吸收及各類動(dòng)物的作用。實(shí)際上就是對(duì)天然濕地結(jié)構(gòu)的一種人為模擬，將雨水沉淀、過濾、凈化、調(diào)蓄和生態(tài)景觀功能作為基礎(chǔ)而建造的由挺水和沉水植被、飽和基質(zhì)、動(dòng)物和水體等共同組成的一個(gè)復(fù)合體。而組合人工濕地則是指兩個(gè)或兩個(gè)以上的同種類型的人工濕地的組合，與單獨(dú)的人工濕地相比較而言，組合人工濕地的出水更為穩(wěn)定，對(duì)污水的處理效果更加顯著，但是由于地域之間存在的較大的差異性，組合人工濕地在工藝構(gòu)造上面也是不盡相同的；以污水在濕地床中的流動(dòng)方式為劃分依據(jù)，則主要包括了垂直流人工濕地、水平潛流人工濕地和表面流人工濕地。除此之外，人工濕地還與生化工藝、自然處理工藝等形成了組合系統(tǒng)，在城市建設(shè)的應(yīng)用中取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益。 

初期雨水徑流進(jìn)水水質(zhì)是不可控的，為了有效地減輕后續(xù)處理工作的壓力，在雨水進(jìn)入濕地處理單元之前要對(duì)其進(jìn)行必要的預(yù)處理和截污處理，例如在雨水進(jìn)入濕地處理單元之前設(shè)置植草溝或濕塘，對(duì)其中存在的顆粒較大的有機(jī)物予以去除，其水質(zhì)要根據(jù)城市當(dāng)?shù)囟嗄甑膶?shí)測(cè)資料為參照物，并滿足相關(guān)的規(guī)定要求。出水水質(zhì)的控制主要包括以下三個(gè)方面：當(dāng)濕地雨水處理系統(tǒng)的出水直接排入水體的時(shí)候，系統(tǒng)中的水力停留時(shí)間應(yīng)不小于 30 min，且 SS 去除率要不小于60%；當(dāng)蓄后雨水經(jīng)過凈化處理之后，出水中的 CODcr、SS 等污染物指標(biāo)的含量要滿足于相關(guān)的文件要求；當(dāng)出水是用來進(jìn)行回收利用的時(shí)候，其中的 CODcr、SS 等污染物指標(biāo)的含量要符合《建筑與小區(qū)雨水利用工程技術(shù)規(guī)范》中的規(guī)定。 

組合人工濕地雨水處理系統(tǒng)的工藝流程的制定要以進(jìn)水水質(zhì)和出水水質(zhì)為根據(jù)，對(duì)組合人工濕地的特點(diǎn)和工程用地等環(huán)境條件進(jìn)行全面地考量，其中主要包括了預(yù)處理單元、調(diào)蓄單元和處理單元。其中的預(yù)處理單元，是利用沉砂池和濕塘等對(duì)徑流雨水進(jìn)行一定的預(yù)處理；對(duì)于調(diào)蓄單元而言，一般采用的是調(diào)節(jié)塘和儲(chǔ)水模塊，這是濕地雨水處理系統(tǒng)中必須要具有的調(diào)蓄容積，以實(shí)現(xiàn)削減洪峰流量和徑流總量；處理單元?jiǎng)t是對(duì)徑流雨水的污染物進(jìn)行有效處理的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，要根據(jù)實(shí)際的需要來選擇植物和基質(zhì)的組合。 

（1）雨水處理前置預(yù)處理的主要目的是沉淀雨水徑流中顆粒較大的污染物，組合人工濕地對(duì)雨水處理的目標(biāo)是不同的，要求濕地處理單元的進(jìn)水 SS 值控制在 100 mg/L 以內(nèi)；且人工濕地進(jìn)水口的流速要小于 0.5 m/s，一方面有利于去除沉淀物，另一方面還避免對(duì)沉積物的擾動(dòng)，而且還對(duì)處理單元中的植物起到了一定的保護(hù)作用。

  （2）植物選擇 組合人工濕地的處理單元中對(duì)于植物的選擇要盡量選用一些耐污能力強(qiáng)、去污效果好、根系發(fā)達(dá)、 抗病蟲害能力強(qiáng)、容易管理的本土植物，并且要根據(jù)植物的實(shí)際生長(zhǎng)特點(diǎn)來對(duì)水位進(jìn)行控制；當(dāng)濕地的出水直接排入河流和湖泊的時(shí)候要盡量選擇挺水植物，將超高距離控制在 0.3～0.6 m 之間。組合人工濕地還可以選擇多種植物來實(shí)現(xiàn)搭配栽種，以提高植物的多樣性和景觀效果。

   （3）基質(zhì)選擇 水質(zhì)穩(wěn)定是人工濕地的關(guān)鍵之所在，基質(zhì)的選擇會(huì)受到基質(zhì)機(jī)械強(qiáng)度、孔隙率、穩(wěn)定性和表面粗糙程度等因素的影響，潛流人工濕地基質(zhì)層的初始孔隙率要控制在 35%～40%的范圍當(dāng)中，且其基質(zhì)層的厚度應(yīng)該大于植物根系所能達(dá)到的最深處；基質(zhì)的選擇要以就近取材為原則，對(duì)出水的氮、磷濃度有要求時(shí)應(yīng)使用功能性的基質(zhì)。例如，在對(duì)組合人工濕地的設(shè)計(jì)時(shí)可以采用工程和生態(tài)措施相結(jié)合的方式，在主水面上設(shè)計(jì)生態(tài)過濾池來對(duì)污水實(shí)現(xiàn)高效的凈化。

  （4）生物保護(hù) 在對(duì)水土和植物進(jìn)行規(guī)劃保護(hù)的同時(shí)，也應(yīng)要重視對(duì)動(dòng)物和微生物的保護(hù)，從其生長(zhǎng)的實(shí)際需求為出發(fā)點(diǎn)來進(jìn)行設(shè)計(jì)。例如，對(duì)于魚類的保護(hù)中要充分地考慮到冬季溫度較低條件下的水禽類捕食問題，將原有的部分水域進(jìn)行加深處理或者是投入體積較大的石塊，使魚類在深水區(qū)和石縫中過冬；另外，還可以在組合人工濕地中設(shè)計(jì)人工小島來為禽類的繁衍提供場(chǎng)地。 

綜上所述，在城市化建設(shè)進(jìn)程逐漸深入的現(xiàn)階段，城市地表徑流量的大幅度增加使得水系生態(tài)出現(xiàn)嚴(yán)重的惡化，水污染問題也加劇嚴(yán)重，對(duì)于城市的可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅?！昂＞d城市”要求合理利用雨水，通過水循環(huán)來減輕洪澇積水等問題的出現(xiàn)，而組合人工濕地作為海綿城市水處理環(huán)節(jié)中的一項(xiàng)重要技術(shù)，其在實(shí)際的應(yīng)用過程中要與原始地形地勢(shì)條件相結(jié)合，利用植物來實(shí)現(xiàn)對(duì)污染的削減，對(duì)雨水資源實(shí)現(xiàn)多元化的利用，從而提升海綿城市的生態(tài)恢復(fù)能力，促進(jìn)城市的健康發(fā)展。