蘇州河是黃浦江較大的支流，橫貫上海市區(qū)，是上海重要的自然水體。由于歷史原因，大量未經(jīng)處理的工業(yè)廢水和生活污水排入蘇州河，造成蘇州河的水體功能被嚴(yán)重?fù)p害，影響了上海市內(nèi)環(huán)境和沿岸居民生活。上海市政府1998～2002年實(shí)施了蘇州河環(huán)境綜合整治一期工程，通過支流截流合污、綜合調(diào)水、底泥疏浚、河道曝氣和污水就地凈化等措施，實(shí)現(xiàn)了干流消除黑臭、水質(zhì)得到明顯改善、水生生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)轉(zhuǎn)機(jī)的階段性成果。為了鞏固一期工程的整治成果，進(jìn)一步恢復(fù)蘇州河的生態(tài)功能，2003年起上海市政府又實(shí)施了蘇州河環(huán)境綜合整治二期工程。夢(mèng)清園生態(tài)凈化工程就是二期工程的重要組成部分。
　　夢(mèng)清園位于上海中心城區(qū)普陀區(qū)，是上海首個(gè)集環(huán)保教育、規(guī)劃展示、休閑為一體的大型親水公園。夢(mèng)清園生態(tài)凈化工程從蘇州河上游方向取水，采取人工濕地＋水生植物塘組合工藝進(jìn)行凈化。出水部分用于園區(qū)水景、綠化灌溉、地下設(shè)施的沖洗等，其余再回流入蘇州河。

1 水體生態(tài)凈化技術(shù)
　　水體生態(tài)凈化技術(shù)因其投資省、能耗和運(yùn)行費(fèi)用低、建設(shè)周期短、生態(tài)環(huán)境效益高、處理效果好等特點(diǎn)被許多國家所青睞，在發(fā)達(dá)國家常被優(yōu)先采用。該技術(shù)是以生態(tài)學(xué)和環(huán)境學(xué)理論為基礎(chǔ)，研究污水輸入水生生態(tài)系統(tǒng)后，其各組分通過富集擴(kuò)散、合成與分解、拮抗與協(xié)同等多種過程降解污染物的規(guī)律所形成的技術(shù)體系。其由人工濕地、土地處理、生態(tài)塘、水生養(yǎng)殖等技術(shù)單元組成。

2 工程概況
　　 該工程占地3550m2，日處理規(guī)模達(dá)1000m3。主要處理設(shè)施為蘆葦濕地、伊樂藻塘、曝氣區(qū)、苦草塘、空中水渠、清漪湖等。間歇式進(jìn)水，白天進(jìn)水10h，夜間不進(jìn)水。
2.1 原水水質(zhì)
　　 上海市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心在蘇州河昌化路橋斷面監(jiān)測(cè)得出的夢(mèng)清園原水主要水質(zhì)指標(biāo)如表1所示。

表1 夢(mèng)清園原水水質(zhì)指標(biāo)

pH DO CODcr BOD5 氨氮 總磷 總氮 7.69 2.54 47.5 9.37 8.24 0.68 9.55

2.2 設(shè)計(jì)要求
　　 根據(jù)國家863項(xiàng)目要求，凈化系統(tǒng)出水水質(zhì)指標(biāo)CODcr、BOD5和DO須達(dá)到地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3838-2002)IV類，即CODcr≤30mg/L，BOD5≤6mg/L，DO≥3mg/L；NH3-N達(dá)到V類，即NH3-N≤2mg/L。
2.3 工藝流程
　　工藝流程如下圖所示。

3 主要單元技術(shù)分析
3.1 蘆葦濕地
　　人工濕地對(duì)污水的凈化原理是利用自然生態(tài)系統(tǒng)中植物、微生物、基質(zhì)的物理、化學(xué)和生物的共同作用來實(shí)現(xiàn)對(duì)污染物的截留、吸收、轉(zhuǎn)化或分解。在一定長寬比及底面有坡度的洼地中，由土壤和填料混合組成填料床，污水可以在床體的填料縫隙中曲折地流動(dòng)(潛流)，或在床體表面流動(dòng)(自由表面流)。在床體的表面種植具有處理性能好、成活率高的植物如蘆葦?shù)龋纬梢粋€(gè)獨(dú)特的動(dòng)植物生態(tài)環(huán)境，對(duì)污水進(jìn)行處理。其顯著特點(diǎn)是對(duì)有機(jī)污染物和SS具有較強(qiáng)的降解能力。污水中的不溶性有機(jī)物通過濕地的沉淀、過濾作用，可以很快地被截留進(jìn)而被微生物利用；而可溶性有機(jī)物則可通過植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代謝降解過程被分解去除。這種處理技術(shù)的出水質(zhì)量好，可以結(jié)合景觀設(shè)計(jì)進(jìn)行景觀水處理，在附近種植觀賞植物如美人蕉等，增強(qiáng)景區(qū)美感。其造價(jià)及運(yùn)行費(fèi)遠(yuǎn)低于常規(guī)處理技術(shù)。
　　夢(mèng)清園采用蘆葦自由表面流濕地。濕地水面面積800m2，水深0.8m。填料床分五層，自上而下為供蘆葦扎根的900mm厚土壤底泥層、膨潤土膜隔水層、50mm細(xì)砂層、100mm碎石層、素土夯實(shí)層、自然土層。蘇州河水經(jīng)過細(xì)格柵前處理，去除了漂浮物和大顆粒的懸浮物，再進(jìn)入一級(jí)曝氣區(qū)，區(qū)內(nèi)布設(shè)多根曝氣管，使溶解氧增加了40％～60％。一級(jí)曝氣區(qū)的出水經(jīng)過布水管道均勻進(jìn)入濕地，另在一級(jí)曝氣區(qū)出水口設(shè)一直徑300mm的PV管作為超越管，可使出水不進(jìn)入濕地直接進(jìn)入伊樂藻塘，以保證濕地定期晾曬和蘆葦種割之需。
3.2 伊樂藻塘
　　水生植物塘是兼有穩(wěn)定塘和水生養(yǎng)殖優(yōu)點(diǎn)的生態(tài)凈化技術(shù)。穩(wěn)定塘是通過菌藻共生系統(tǒng)對(duì)污水進(jìn)行生態(tài)處理的工程設(shè)施。其按凈化機(jī)理可分為好氧塘、厭氧塘、兼性塘、曝氣塘和綜合生物塘等。不同類型的塘串聯(lián)組成的塘系統(tǒng)，往往具有更好的處理能力。水生養(yǎng)殖是以太陽能為初始能源，通過在污水生態(tài)系統(tǒng)中種植水生作物，進(jìn)行水產(chǎn)和水禽養(yǎng)殖。在太陽能的推動(dòng)下，通過系統(tǒng)中多條食物鏈的物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化、傳遞，將污水中的污染物進(jìn)行降解和轉(zhuǎn)化，最后不僅去除了污染物，而且還以水生作物和凈化水作為資源回收，使污水處理與利用結(jié)合起來。在水生植物塘中種植水生植物如浮葉植物睡蓮、挺水植物荷花等或放養(yǎng)水生動(dòng)物，可有效抑制塘內(nèi)藻類生長，除去水中的有機(jī)物及營養(yǎng)物質(zhì)，還可利用收獲的作物獲得一定的經(jīng)濟(jì)效益。
　　夢(mèng)清園伊樂藻塘水面面積1905m2，水深1.1m，塘底與蘆葦濕地填料床結(jié)構(gòu)近似，不同的是土壤底泥層厚400mm，設(shè)計(jì)停留時(shí)間為41.91h。其與人工濕地交界處設(shè)堆石跌式溢流，起布水、自然曝氣、控制水位的作用。塘前端有175m2的狹長型曝氣帶，由礫石層和兩根平行曝氣管組成?？諝庥梢换剞D(zhuǎn)式鼓風(fēng)機(jī)提供，風(fēng)機(jī)風(fēng)量2.82～2.5m3/min，功率4kW，壓力0.1～0.5kgf/cm2?？諝鈴牡[石間隙中溢出，主要起進(jìn)一步增加溶解氧和吹脫VOC的作用。塘中央安放環(huán)形曝氣管，利用太陽能和風(fēng)能工作，起到清潔能源示范的作用。橫跨塘為一折橋，供行人走路，安放了顯示儀、控制設(shè)備等。塘左端并聯(lián)有小塊水蔥床、菖蒲床和睡蓮塘，與伊樂藻塘成為一體，起美觀和改善水質(zhì)的作用。塘內(nèi)物種以沉水植物伊樂藻為主，種植面積達(dá)1310m2，其它物種包括挺水植物荷花、水蔥、菖蒲、水燭、千屈菜等，沉水植物菹草、金魚藻、馬來眼子菜等，浮葉植物睡蓮，水生動(dòng)物魚、蚌、螺螄、河硯、蛙等。繁雜多樣的物種形成強(qiáng)大的生物鏈，可有效改善水體水質(zhì)。
3.3 苦草塘
　　苦草塘起進(jìn)一步凈化水質(zhì)，穩(wěn)定出水的作用。塘水面面積845m2，水深1.0m，設(shè)計(jì)停留時(shí)間為16.9h。塘底結(jié)構(gòu)與伊樂藻塘相同。塘內(nèi)物種以沉水植物苦草為主，種植面積達(dá)845m2，還包括少量菹草、狐尾藻、金魚藻等，數(shù)量取決于種群競(jìng)爭。塘內(nèi)還生存著大量的底棲生物，如魚類，這些物種均有改善水質(zhì)的作用。苦草塘與伊樂藻塘交界進(jìn)水處設(shè)有堆石跌式溢流。苦草種植密度為種量0.1～0.2g/m2，在4月播種，曬種一天，浸泡五天。將種子用半干半濕細(xì)泥土拌均灑播，播種水位保持在10cm左右。通過泵壓作用，苦草塘出水被提升形成一個(gè)水簾洞景觀，由空中水渠再次吸進(jìn)大量氧氣，對(duì)水質(zhì)進(jìn)行二次物理凈化，最后出水再流向清漪湖，通過水生植物、魚類等動(dòng)物、微生物等共同作用完成最后一次生態(tài)凈化。

4 系統(tǒng)的效益分析
4.1 環(huán)境生態(tài)效益
　　該示范工程于2004年7月試運(yùn)行。從2004年12月初起至2005年4月底已進(jìn)行為期五月跨覆晚秋、冬、春的監(jiān)測(cè)評(píng)估。自蘇州河水經(jīng)細(xì)格柵預(yù)處理后進(jìn)入系統(tǒng)入水口起至清漪湖出水口(系統(tǒng)最終出水口)布設(shè)11個(gè)采樣點(diǎn)，蘆葦濕地、二級(jí)曝氣區(qū)、伊樂藻塘、苦草塘出水?dāng)嗝孀笥矣忻黠@水流處布設(shè)一個(gè)點(diǎn)，進(jìn)水、一級(jí)曝氣區(qū)、清漪湖出水各布設(shè)一個(gè)點(diǎn)。采樣和分析方法參照國家標(biāo)準(zhǔn)方法。據(jù)五個(gè)月監(jiān)測(cè)均值(表2)來看，各項(xiàng)指標(biāo)呈逐級(jí)有規(guī)律下降趨勢(shì)，出水達(dá)到或接近設(shè)計(jì)要求，取得了較好的處理效果，但系統(tǒng)還存在一定程度的不穩(wěn)定性。監(jiān)測(cè)期間水溫為6～24℃，pH平均為7.6，出水DO達(dá)到地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3838-2002)Ⅰ類，TP達(dá)到V類，CODcr達(dá)到IV類，BOD5接近IV類、NH3－N 接近V類。系統(tǒng)對(duì)SS的去除效率最高，且不受氣溫的影響。由于密集型的蘆葦桿可有效減緩水流，增強(qiáng)了SS的自然沉降效果，所以蘆葦濕地去除了絕大部分SS。有機(jī)污染物的去除主要依靠微生物的代謝、吸附沉淀作用，兩級(jí)人工曝氣大大強(qiáng)化了系統(tǒng)的溶解氧水平，加上植物光合作用，整個(gè)系統(tǒng)的溶解氧濃度維持在6mg/L以上，系統(tǒng)有充足的溶解氧保證好氧微生物對(duì)有機(jī)污染物的降解。系統(tǒng)中氮的去除主要通過微生物的硝化和反硝化、水生植物吸收以及氮的揮發(fā)等途徑。系統(tǒng)對(duì)氨氮的的去除率達(dá)74%，但總氮的去除率只有26%。這說明由于曝氣使系統(tǒng)溶解氧大幅度增加，提高了微生物的硝化作用，但同時(shí)又抑制了厭氧條件下的反硝化作用，導(dǎo)致了總氮的去除效果不明顯。磷的去除可通過微生物分解、植物吸收及吸附沉淀等途徑。在該系統(tǒng)中，磷和SS的去除呈現(xiàn)一定的相關(guān)性，它們都是在蘆葦濕地中去除量最大，磷主要靠吸附沉淀去除?？傊魑廴疚锏娜コ窍到y(tǒng)綜合作用能力的反應(yīng)，只有人為地不斷優(yōu)化條件，才能取得良好的環(huán)境效益。

表2 夢(mèng)清園生態(tài)凈化系統(tǒng)監(jiān)測(cè)均值

NH3—N
(mg/L) TN
(mg/L) TP
(mg/L) 透明度
(cm) SS
(mg/L) DO
(mg/L) BOD5
(mg/L) CODcr
(mg/L) 系統(tǒng)入水 8.45 11.31 0.667 16.7 160.5 3.28 9.7 35.9 一級(jí)曝氣 7.62 10.46 0.579 19 129 6.76 8.02 30.4 蘆葦濕地 7.24 10.37 0.472 34.8 25.1 7.48 7.54 28.2 二級(jí)曝氣 6.69 10.16 0.487 49.1 20.1 8.87 7.7 27.2 伊樂藻塘 5.92 9.87 0.479 53.9 14.5 8.86 7.05 26.1 苦草塘 4.9 9.46 0.438 67.1 10.6 9.63 7.54 26.6 系統(tǒng)出水 2.23 8.35 0.379 77.9 7.8 9.2 7.43 27 設(shè)計(jì)要求 ≤2.0 - - - - ≥5 ≤6 ≤30

　　此外，生態(tài)凈化系統(tǒng)與常規(guī)處理系統(tǒng)的主要差別是具有生物種群多樣性的特點(diǎn)，從高等水生植物群落到低等藻類，從水生動(dòng)物到微生物，層次迭落，相互依存，組建了健康的食物鏈，實(shí)現(xiàn)了物流、能流的循環(huán)，達(dá)到了污染物質(zhì)的去除目的，具有顯著的生態(tài)效應(yīng)。
4.2 社會(huì)效益
　　以蘆葦濕地＋水生植物塘系統(tǒng)處理污水的生態(tài)過程為載體，蘊(yùn)含多項(xiàng)先進(jìn)的環(huán)境科學(xué)技術(shù)，如曝氣、清潔能源的使用等，增加了夢(mèng)清園的科學(xué)與文化內(nèi)涵，可使游人在娛樂中收獲科學(xué)知識(shí)；展示了生態(tài)系統(tǒng)的植物、魚類、蛙類、蚌類等多種野生動(dòng)植物及其隨季節(jié)變化的群落演替，增強(qiáng)了游人對(duì)生態(tài)環(huán)境知識(shí)及物種多樣性的了解；展示了污水變清及處理后水繼續(xù)回用資源化的過程，使游人懂得愛水惜水，進(jìn)而節(jié)約用水。
4.3 經(jīng)濟(jì)效益
　　生態(tài)凈化的土建施工比較簡單，且正常情況下耗能不大，工程造價(jià)為195.94萬元，運(yùn)行管理費(fèi)用主要由電費(fèi)1.5萬元/年和設(shè)備維護(hù)費(fèi)2.8萬元/年組成。因此，其造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用遠(yuǎn)比傳統(tǒng)物理、生物處理工藝低，約為傳統(tǒng)工藝的1/10～1/5。此外，生態(tài)凈化系統(tǒng)還可以收獲水生作物，獲取一部分額外利潤，進(jìn)一步降低處理成本。
　　在世界各國，水景主題公園已被購房者認(rèn)同為居住環(huán)境品質(zhì)的重要指標(biāo)。生態(tài)系統(tǒng)的建立吸引了眾多購房者選擇在夢(mèng)清園附近定居，帶動(dòng)了附近房地產(chǎn)價(jià)格的大幅度提升，從而進(jìn)一步推動(dòng)了房地產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展和地區(qū)的繁榮提供了有利條件。
5 小結(jié)
　　夢(mèng)清園生態(tài)凈化工程高度實(shí)現(xiàn)了自然和人的和諧統(tǒng)一，在“以人為本”的基礎(chǔ)上，利用了自然條件和人工手段創(chuàng)造有利于污水凈化、人民健康生活的生態(tài)凈化系統(tǒng)，不僅改善了蘇州河兩岸的環(huán)境，展示和總結(jié)了蘇州河的整治效果，而且還通過科普演示提高了廣大市民的環(huán)保意識(shí)。

Technical Design and Study on Eco-puri?cation of Shanghai Meng Qing Garden
JI Bing1, ZHANG Ming-xu2, SUN Cong-jun3, CHEN Man-man3
(1.School of Environmental Science and Engineering, Donghua University, Shanghai 200051;2.Shanghai Environmental Monitoring Centre Shanghai 200030;3.Shanghai Academy of Environmental Sciences, Shanghai 200233, China)

Abstract: An assembled technology of man-made wetland and hydrophyte pool is applied in the construction of Meng Qing Garden. The project constructs one set of complex eco-system in purifying the river water of Su Zhou River. It shows evident results and meanwhile good economic and social bene?ts are attained.
Keywords: Su Zhou River; eco-puri?cation; Meng Qing Garden