暴雨径流人工湿地设计几个问题.docVIP

暴雨径流人工湿地处理系统设计的几个问题 徐丽花　周琪 提要:　　暴雨径流人工湿地处理系统与其他人工湿地系统有很大区别。从设计的角度，详细论述了水文因素、水力因素、湿地容积、水生植物和填料等几个问题。 关键词:　　暴雨径流　人工湿地　填料　水生植物　　 　　 0　引言 　　 大部分人工湿地被用来处理城市污水和工业废水，集中于有机物的去除，然而处理暴雨径流的系统的目标是处理氮磷和重金属。虽然许多基本理论是相同的，但是在几个重要的方面不同于处理城市污水，在设计时必须考虑。 　　(1)在处理暴雨径流和城市污水的湿地系统中，进水的化学特性和水文学特性是不同的。城市污水一般有稳定的流量和水质，可根据生物降解过程，确定并维持最佳处理效率。然而，暴雨径流是完全不同的，在降雨期间或降雨之后，会产生很大的流量，水质也有很大的变化。同时，暴雨径流还可能携带大量对生物有害的物质，对处理系统造成冲击。因此，处理暴雨径流的湿地中的生物群应具有较强的对多变情况的适应能力。 　　(2)在处理城市污水的湿地系统中，污染物的降解速率等于输入速率。在处理暴雨径流的湿地系统中，污染物的输入是偶然发生的。水中夹带的污染物不可能完全被去除。污染物必须首先被捕集，大部分降解发生在后期流量少或没有时［1］。因此，设计暴雨径流处理湿地比污水处理湿地更多地强调保留污染物再后续降解。 　　(3)暴雨湿地系统实质上是作为一个间歇反应器运行的。湿地的水位在降雨前后发生变化。水位的变化导致湿地水位周期性的下降，使积累的有机物自然氧化，还可使氧气向填料中扩散，加强湿地内的硝化作用。 　　(4)总氮、水溶态氮、总磷、水溶态磷的输入浓度随降雨径流过程减小。总氮、总磷与径流量对地表的侵蚀能力成正相关，其输入浓度的递减规律多呈抛物线型，递减速度快。水溶态氮输入浓度基本上是线性分布，与总氮、总磷比较其递减变化幅度小。氮磷输入还与降水强度有关，强度大的降水侵蚀作用强烈，氮磷随水土流失量大［2］。 　　由上可知，暴雨径流与城市污水、工业废水相比，在水文特性、化学特性等方面有很大差别，并且人工湿地的运行方式也不同。因此，暴雨径流人工湿地的设计与其他人工湿地也有所不同，本文将对其不同点进行论述。 1　水文因素 　　为保证湿地的长期效果，在设计中应考虑水文因素和湿地生态特点之间的关系［3］。水的来源、速度、体积以及洪水发生的频率都影响着湿地介质的物理、化学特性。反过来，介质影响着生物种类的多样性、初级生产能力、有机物的沉积和通量、营养物的循环。水文条件也影响污染物的沉积、氧化、生物转化和土壤吸附过程。因此必须对一些关键因素进行评价，如水的流速、深度和水位的涨落、停留时间、循环和分配因素、季节和天气的影响、地面水的状况和土壤的透水性。 　　湿地控制暴雨径流污染的设计关键是正确控制它们的水文体系。正确的水文体系需要考虑暴雨发生的频率和周期，从而确定湿地的储存容积和出水区的特点。湿地的最高水位和最低水位将决定湿地处理暴雨的体积容量、出水系统的结构和排水孔口的高度。水深和洪水周期能改变植物群落，它们将对湿地或污染物的去除效果造成有利或有害的影响。 2　水力因素 　　为了达到一定的处理效果 ，必须有一定的水力停留时间。水力停留时间受湿地长度、宽度、植物、基底材料空隙率、水深、床体坡度等因素的影响。一般水力停留时间最大不超过 24 h。暴雨期间至少应有30 min的水力停留时间以保证处理效果，如果水力停留时间达10～ 15 h就可以达到很好的处理效果［4］。 　　此外，水力负荷不应超过1 m3/(m2·d)，进水区的流速不超过0．3～0．5 m/s。当流速大于0．7 m/s时，水流会破坏植物的生长，导致处理效率降低［5］。 3　雨季超高深度 　　在降雨时，水位会超过旱季的水位。因此，湿地植物必须避免长时间的被淹没。湿地植物被淹没的最大深度可用来确定湿地的表面积。实际上所有的湿地植物只要洪水时间不是太长都可生存，一般很难确定超高容积应设计成多大。虽然通常被设计排水大致需20 h，但这并不意味着收集容积区总是空的，因为一系列频繁的降雨，将使其长时期被充满。　 　　雨季淹没的最大深度应保证大部分植物能够生存并发挥其功能。在一定程度上，超高深度取决于被种植的水生植物的种类，因为有一些植物长得很高。一般地，如果栽种挺水植物， 0．3～0．6 m的超高是相对安全的［6］。 　　实际上，暴雨径流湿地系统为水生植物提供了一个苛刻的生活环境。只有生命力强的植物才能生长茂盛。如香蒲、NB337草、芦苇，在高于上述超高深度时亦可生长得很好。 4　湿地容积 　　在美国、加拿大、欧洲，湿地体积大致等于来自不透水地面13 mm的径流量，大约能收集8 0%～90%的径流