城市规划阶段应用湿地处理污水的可行性分析以京津合作园区为例赵珊

5119城市规划阶段应用湿地处理污水的可行性分析——以京津合作园区为例赵珊程富花李淑敏摘要：本文通过对人工湿地污水处理系统应用的适用范围、用地面积等条件分析，从规划阶段入手，探讨了在总体规划阶段确定应用人工湿地污水处理系统的可行性及注意问题，并以京津合作园区为例，根据方案确定出所需湿地的面积，最后针对用地条件根据各类用地性质分别对两种人工湿地污水处理系统就行统计，推算出规划中所需湿地的用地比例，为在规划阶段如何确定人工湿地污水处理系统的用地规模提供了依据。关键词：人工湿地污水处理系统；规划阶段；湿地用地1概述人工湿地处理系统是由人工优化模拟湿地系统而建造的具有自然生态系统综合降解净化功能，且可人为监督控制的废水处理系统，是一种集物理、化学、生化反应于一体的废水处理技术；一般由人工基质和生长在其上的水生植物组成，是一个独特的土壤、植物、微生物综合生态系统[1]。人工湿地污水处理系统于20世纪70年代初在西德首次投入使用，并迅速发展起来，我国于1988年在北京昌平首次使用自由表面流人工湿地[2]，之后我国的湿地处理技术不断的改进，20世纪末建成的成都活水公园不但实现了污水处理和资源化利用，更创造了良好的生态效益和环境效益[3]。上海世博园后滩湿地将黄浦江Ⅳ-劣Ⅴ类水净化后达到Ⅲ类标准和杂用水标准，满足世博园每日绿化浇灌和生活杂用水的需要。由于人工湿地污水处理系统建造费用和运行费用较低、易于维护、耐冲击负荷、并能产生一定的社会效益和经济效益，因此被越来越多的应用于城市规划中，2009年住房和城乡建设部标准定额研究所出台了《人工湿地污水处理技术导则（RISN-TG006-2009）》（以下简称导则），作为人工湿地污水处理系统的有关设计、施工和运行管理的基本原则和要求。51202规划中应用人工湿地污水处理系统的先行条件分析2.1人工湿地污水处理系统的适用范围人工湿地对污水处理的应用范围很广，既能处理生活污水，也能作为高污染工业污水的深度处理。适合于《导则》的人工湿地污水处理系统处理的污水包括生活污水、污水处理厂二级出水或具有类似性质的污水[4]。人工湿地污水处理系统以生态系统净化水质，水力停留时间较长，比较适合处理水量不大、水质变化较小的污水。多用于小城镇生活污水处理及城市污水的深度处理、自然水体净化及生态维护、提供生活及景观低质用水等方面。对于高浓度污水的处理，须经过一级强化处理，符合人工湿地污水处理系统进水要求后方可进入湿地进行处理。2.2用地面积测算依据《导则》3.2.1和3.2.2，水平潜流型人工湿地和垂直流型人工湿地的面积设计应满足下列要求[4]。表1占地面积不受限制的水平潜流型人工湿地的主要设计参数人口当量表面积Ape≥5m2/人单床最小表面积≥20m2CODCr表面负荷≤16g/（m2·d）最大日流量时的水力负荷≤40mm/d或≤40L/（m2·d）表2占地面积受限制的水平潜流型人工湿地的主要设计参数单床最小表面积≥20m2CODCr表面负荷≤16g/（m2·d）最大日流量时的水力负荷＜100～300mm/d或＜100～300L/（m2·d）表3垂直流型人工湿地的主要设计参数参数类型单位生物处理深度处理人口当量表面积m2/人≥4总表面的CODCr表面负荷和加水表面的CODCr表面负荷g/（m2·d）g/（m2·d）≤20≤27旱季平均日污水量时的水力表面负荷L/（m2·d）L/（m2·d）≤80（＜12℃）≤80（≥12℃）≤80（＜12℃）≤120（≥12℃）两次加水之间的渗透时间小时小时≥6（＜12℃）≥6（≥12℃）≥6（＜12℃）≥3（≥12℃）表面容积负荷L/（m2·min）≥6加水高度L/m2（mm）≥20注：括号中的数值表示水温，不同水温对应不同的设计参数值。如果可利用土地较少、占地面积受限制，生活污水（或者具有类似性质的污水）经过一5121级处理后，需要再经过强化预处理，才能采用垂直流型人工湿地进行处理。设计参数建议值参考表3中的深度处理部分。高污染工业污水经过一级强化处理后应用人工湿地污水处理时可参考受限制时的设计参数。2.3规划确定阶段城市污水处理厂等大型市政设施的确定多于城市总体规划阶段解决，而人工湿地污水处理系统作为城市污水处理厂的一种，由于其占地面积较大，并且从景观角度讲与周边地块的规划有较大影响，无论是从用地上，还是从规划时序上，都应在城市总体规划阶段确定。确定时既要考虑当地的自然条件及周边环境是否适合使用人工湿地进行污水处理，也要考虑规划区是否有足够的用地作为支撑。而湿地污水处理系统适合作为完整的污水处理设施取代传统的污水处理厂，还是作为整个污水处理系统的一个环节，取决于当地的污水水质和水量以及用地等制约因素。3京津合作园区应用人工湿地污水处理系统的可行性分析京津合作园区位于天津市宁河县内，东至潮白新河，北至规划津宁高速公路，南至永定新河和津汉高速公路，西至清河农场界限及其延长线，规划总面积71.7平方公里，建设用地规模33.9平方公里，本规划为京津合作园区总体规划，规划以居住用地、公共设施用地和一类工业用地为主，定位为京津产业合作创新示范区，以水资源处理、新能源研发为主导的环保产业基地，以水为主题的养生宜居园区。图1京津合作园区区位图图2京津合作园区用地规划图3.1用地保障京津合作园区现状用地中有很多水渠，规划中尽量予以保留，并打造了若干景观湖面，贯通永定新河和潮白新河，我们在规划的水系中选取适合用于做生态湿地的部分，面积350公顷。51223.2处理对象根据预测，京津合作园区污水量约为10万立方米/日，以生活污水为主，其中生活污水约为8万立方米/日，工业以一类工业和研发为主。不含高污染工业污水，水质较为稳定，根据导则预测，完全使用水平潜流型人工湿地污水处理系统需占地250公顷，园区可保障350公顷的湿地处理用地，满足设计要求。因此，园区规划人工污水处理系统可处理园区内的全部污水。永定新河为劣Ⅴ类水质，潮白新河为Ⅴ类水质，规划湿地贯通永定新河和潮白新河，因此规划人工湿地污水处理系统可兼顾处理部分永定新河进水。3.3寒冷季节维护人工湿地污水处理系统在我国的应用虽然日趋成熟，但在运行上仍然存在一些问题，尤其是在北方的寒冷季节维护问题。清华大学的申欢等人在运用人工湿地污水处理系统的示范工程中发现冬季TP和TN的平均去除率比夏季分别降低了34%和27%[5]，这说明如果不采取有效措施，人工湿地在冬季的处理效率会大幅下降，对出水水质造成较大的影响。京津合作园区位于天津市宁河县，冬季平均气温为-2.4℃，在冬季应采取适当的保温措施来保障湿地系统正常运行。依据《导则》5.5，人工湿地系统设备管道设计时应采取防冻措施，池内水温应保证不低于4℃。冬季保温措施宜采取植物覆盖、空气加冰层、塑料大棚温室、增加滤层厚度、提高湿地池体超高等方法。除此之外，冬季也可适当提高预处理的作用，以此来降低湿地单元的进水污染物负荷，保障人工湿地污水处理系统在冬季的正常运行[6]。陈晓东等人在沈阳冬季采取了湿地收割物与地膜覆盖的保温措施，经过冬季运行的检验，结果证明运行正常，效果良好，各项设施完好，湿地填料层绝大部分没有结冻[6]。说明采取有效的保温措施是可以保障人工湿地污水处理系统冬季时的正常运行的。综上所述，京津合作园区适合使用人工湿地污水处理系统处理园区内污水，湿地系统结合园区景观设置，实现生态效益和经济效益的双赢。4结论4.1应用人工湿地处理系统对规划区污水进行处理应于总体规划阶段确定，并在保障用地的基础上注重水系的贯通和现状周边环境的关系。4.2通过对污水量和所需湿地面积的预测，本文推算出各用地所需湿地面积的比例（见表4），并以此为依据人工湿地在污水处理系统中的比重和处理阶段。5123表4城市规划中人工湿地处理系统面积比重表水平潜流型湿地垂直流型人工湿地用地性质湿地比例用地性质湿地比例直接使用湿地处理一类工业用地7.8%一类工业用地4.1％仓储用地5.0%仓储用地2.6％公共设施用地(平均容积率按1.5计)25.4％公共设施用地(平均容积率按1.5计)14.5％居住用地（按人口计）5.0公顷/万人居住用地（按人口计）4公顷/万人经预处理后使用湿地处理一类工业用地3.3%一类工业用地2.8％二类工业用地4.9％二类工业用地4.1％三类工业用地9.9％三类工业用地8.4％仓储用地2.1%仓储用地1.8％公共设施用地12.3％公共设施用地10.7％居住用地（按人口计）1.6公顷/万人居住用地（按人口计）1.4公顷/万人注：上表中用地面积为净用地，湿地比例为湿地用地与净用地之比（含湿地自身面积）。4.3在北方寒冷季节应采取植物覆盖、增加滤层厚度、提高湿地池体超高等保温措施，并适当提高预处理的作用，以保障人工湿地污水处理系统在冬季的正常运行效果。参考文献[1]孙桂琴，董瑞斌，潘乐英，等.人工湿地污水处理技术及其在我国的应用[J].环境科学与技术，2006，29（增刊）：144～146[2]白晓慧，王宝珍，余敏，等.人工湿地污水处理技术及其发展应用[J].哈尔滨建筑大学学报，1999，32(6):88～92[3]黄时达，王庆安，钱骏，等.从成都市活水公园看人工湿地系统处理工艺[J].四川环境，2000，19(2):8～12[4]RISN-TG006-2009，人工湿地污水处理技术导则[S][5]申欢，胡洪营，潘永宝，等.潜流式人工湿地冬季运行的强化措施研究[J].中国给水排水，2006，23(5):44～46[6]陈晓东，常文越，王磊，等.北方人工湿地污水处理技术应用研究与示范工程[J].环境保护科学，2007，33（2）：25～28作者简介赵珊（1981—），女，硕士研究生，天津市城市规划设计研究院，工程师。程富花（1979—），女，硕士研究生，天津市城市规划设计研究院，规划师。李淑敏（1963—），女，本科，天津市城市规划设计研究院，高级规划师。