水处理

王凯军:大型人工湿地在京津冀河道水质提升、景观改善中的保障作用(上)

2021-04-07 08:39:30 JIEI创新实验室 作者:刘秋琳 刘敏

水专项在京津冀地区先后部署了近十个不同类型的大型湿地建设。在2020年《中国给水排水》举行的第四届“中国污水处理厂提标改造高级研讨会”上,王凯军教授非常系统的,第一次公开、综合展示了京津冀地区水专项在湿地方面的探讨和研究成果。

本文根据其发言整理,分为上下两部分推送。在上篇,重点强调了湿地基本功能的不同应用场景和案例。针对湿地处理污水提升出水水体水质这一重要功能之外,发言还着重强调了湿地在调节地表径流、保护生物多样性、提升景观效果等方面的高级功能。这些看似不常用的功能,却同样非常重要。

水质提升的老技术、新方法:人工湿地

这些年我们遇到了许多提标改造问题,对此技术界也有很多讨论。那么,河道水质到底应该是什么样子?

1.jpg

我举个例子,在某城市河道处,总有一些市民去冬泳。为此,水务局相关部门专门在河边悬挂了一个条幅,上面写着“游泳请到正规场所,野泳危险,害人害己”。冬泳的老百姓表示不满,又挂了一个横幅,上面写着“习主席说全民健身是建成小康社会的重要基础”。上图左侧图是国外的一个河道,亲水是第一要素。美国对河道的法律法规非常繁琐,但是其核心要求是“可游”、“可渔”。这两个要求非常简单,前者要求水质市民可直接接触没有危害性,后者则要求水质不引起生物变异,产生生物链效应,危害人类。

环境保护是环保法赋予地方政府的义务。一些特殊地区主动追求与其经济、社会发展相适应的更高的环境质量标准,这是地方政府环保责任的刚性需求,无可厚非。从全国范围来讲,这也是十九大报告指出社会主要矛盾的体现,即“社会主要矛盾已经转化为人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分的发展之间的矛盾。”很多地方相继提出了更严的环境质量标准。今后会不会有更严的标准,我想是有可能的。滇池便是其中一个很好的例子。在长达20多年反复投入和不达标之后,近年滇池提出了全国最严的标准,总磷要求达到0.05 mg/L,总氮要求小于5 mg/L。

我今天仅从技术上来讲湿地的作用。最近几年,山东省环保厅在南水北调南四湖开展了大量的水污染控制工作,河北环保厅近期也发布了大清河流域标准。两地都把湿地建设正式引入到了污染控制和标准里。在大清河流域标准中,将湿地作为污水处理厂的延伸环节。这给了我们一个可能的技术选项,我们改善水环境的工具箱里也多了一个工具,其中之一是更多考虑污水处理厂和生态措施的结合。

人工湿地是一种老的技术,但是我们现在将其作为一个新方法来看。

大型人工湿地功能分析

湿地的定义非常广泛。按照《国际湿地公约》的定义,湿地系指不论其为天然或人工、常久或暂时之沼泽地、湿原、泥炭地或水域地带,带有静止或流动、或为淡水、半咸水或咸水水体者,包括低潮时水深不超过6米的水域。而人工湿地的定义非常局限,仅指一个土地处理系统。美国鱼类和野生生物保护机构于1979年在“美国的湿地深水栖息地的分类”给出了一个容忍度非常高的定义:“陆地和水域的交汇处,水位接近或处于地表面,或有浅层积水,至少有一至几个以下特征:

(1)至少周期性地以水生植物为植物优势种;

(2)底层土主要是湿土;

(3)在每年的生长季节,底层有时被水淹没。

重新定义湿地:这里介绍的主要是针对城市污水厂退水的大系统,对象一般是3万吨以上,主要是10万吨、20万吨,污染或微污染河道的大型人工湿地,以水质改善达到河湖环境质量标准为目标,通过湿地建设同时起到提升景观效果、为市民通过休闲场所的作用。

总结上述湿地的定义和功能,可以看出大型湿地主要有如下几个我们关心的功能:

  • 处理污水,改善水质;

  • 营造湿地,调节地表径流;

  • 保护生物多样性,调节小气候;(大型的湿地才有这个效果)

  • 提升景观效果,提供旅游资源;

下面逐一解释和介绍这些功能:

1、处理污水,改善水质

这里给出水专项的一个典型案例:天津滨海工业带尾水人工湿地(临港湿地二期),其北与临港湿地一期接壤,总占地面积约为183公顷。为有效修复湿地生态功能,保护鸟类栖息地,维护生态多样性,二期工程按照国家湿地公园要求进行建设。公园以水处理为主题,兼具景观效果,分为科普宣教区、人工湿地区和原生湿地鸟类保护区,曾获天津科技一等奖,是国内唯一一座大型工业园区内生态湿地公园。此外,与一期相比,二期能进一步处理工业区溢流的雨水,避免工业园区内因空气中有害物质运输造成的雨水污染对周边环境的影响。据报道,目前二期已经投入运行。

该湿地直接处理工业尾水,尾水首先经临港一期湿地,接着出水与园区初期雨水进入临港二期湿地处理,并最终排入渤海。人工湿地区主要通过潜流湿地、表流湿地中基质、植物和微生物的共同作用,有效去除氮、磷污染物,改善水质、净化水体。集配水渠均用碎石作为填料,湿地植被种植土层约为20 cm,以挺水植物芦苇为主。

2.jpg

2、营造区域湿地,调节地表径流

现代社会由于城市路面硬化,高楼林立,无法滞留雨水。如果说城市干涸了可以理解,农村为什么也干涸了呢?

以北京市为例。2014年2月,习总书记在北京考察,来到他小时候居住过的玉泉山地区,指出了北京河水断流、地下水超采等生态系统退化问题,提出要保护水文化,看得见山、看得见水、记得住乡愁。

而北京过去是什么样呢?一直到解放前,北京市整个水系统是由元朝郭守敬设计,把昌平白浮泉的水及沿途共拦截11处泉水,汇聚为积水潭,成为大运河的端头,再往东流向通州汇入北运河。白浮泉是通惠河的源头,到建国初期仍可浇灌300余亩水稻田。1959年8月,水利部门勘测出白浮泉水的日流量为20多吨。这么小的水量,加上北京的地表径流,就保持了在解放初期的“水乡北京”,并为约660万的常驻人口供水。所以,有限的水资源维持一个地方的水系和湿地结构是完全可能的。

3.jpg

基于以上分析,若污水厂数万吨的流量,通过水质提升,可否像白浮泉一样支撑一个区域的水生态系统的重构?我们现在来进一步计算,如果径流管理合适,在农村一个500吨的污水处理厂可以保持20-30公顷的湿地。而在城市,一个5万吨的污水处理厂,可以维持近3000公顷的湿地群。当然,我们也给出了一些具体的假设条件,如渗透系数、蒸发量等等,这里不再赘述。

也就是说,目前尽快排掉污水的径流、雨水径流的管理方式,使得整个城市、农村都是干涸的。小时候下完雨后,一些施工的大坑里便马上积了水,半个月、三个月以后,就有了鱼虫,小孩子可以到里面游泳。这种现象说明即使在北方,维持适当的水面也是完全可能的。

3、生物多样性保持的作用

人工湿地对生物多样性的保持是非常有效的。以天津临港湿地二期为例,该湿地除作为科普宣教区和人工湿地区,还包含原生湿地鸟类保护区的功能。原生湿地鸟类保护区在湿地的南部,主要以现状水鸟栖息地为核心区。针对不同种类水鸟栖息时对水深的要求,进行地形塑造,打造人工岛屿,建设富有梯度的、适合各类型水鸟栖息的保护区。所以,湿地虽然不大,运行状况非常好。

4.jpg

4、提升旅游资源,提升景观效果

5.jpg

湿地群的建设不仅能够保障水质安全,同时也能拓展绿色生态空间,打造沿河景观。湿地群的建设需要结合区域内自然环境及成型空间,修复或延续生态功能,创造出适合动植物生存及充满旺盛生命力的绿色生态廊道。

目前,围绕京津冀水专项最重要的一条河道——永定河5个生态节点建设了湿地群。其中,八号桥湿地和妫水河湿地有效改善了官厅水库的入库水质。北京的新首钢五湖一线建成,极大改善了永定河的生态环境,形成水面180hm2,绿化300hm2。

现在,在世博会官厅水库,百里画廊、新首钢的五湖一线分别形成了一个景观群,今后在北京南机场也会形成大的湿地景观。宛平湖、晓月湖、园博湖、莲石湖、门城湖,就是所谓的“五湖一线”,已经成为夏季北京市民重要的休闲地。这些湿地不仅仅处理污水,同时也对景观提升和旅游资源提升起到了非常好的作用。

(本文为《大型人工湿地在京津冀河道水质提升、景观改善中的保障作用》上篇,请继续关注下篇)


北极星环保网官方微信

相关推荐

加载中...