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重損害，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)轉機的階段性成果。為了鞏固一期工程的整治成果，進一步恢復蘇州河的生態(tài)功能，2003年起上海市政府又實施了蘇州河環(huán)境綜合整治二期工程。夢清園生態(tài)凈化工程就是二期工程的重要組成部分。
　　夢清園位于上海中心城區(qū)普陀區(qū)，是上海首個集環(huán)保教育、規(guī)劃展示、休閑為一體的大型親水公園。夢清園生態(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行凈化。出水部分用于園區(qū)水景、綠化灌溉、地下設施的沖洗等，其余再回流入蘇州河。

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

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

表1 夢清園原水水質(zhì)指標

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 設計要求
　　 根據(jù)國家863項目要求，凈化系統(tǒng)出水水質(zhì)指標CODcr、BOD5和DO須達到地表水環(huán)境質(zhì)量標準(GB3838-2002)IV類，即CODcr≤30mg/L，BOD5≤6mg/L，DO≥3mg/L；NH3-N達到V類，即NH3-N≤2mg/L。
2.3 工藝流程
　　工藝流程如下圖所示。

3 主要單元技術分析
3.1 蘆葦濕地
　　人工濕地對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、化學和生物的共同作用來實現(xiàn)對污染物的截留、吸收、轉化或分解。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(潛流)，或在床體表面流動(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€獨特的動植物生態(tài)環(huán)境，對污水進行處理。其顯著特點是對有機污染物和SS具有較強的降解能力。污水中的不溶性有機物通過濕地的沉淀、過濾作用，可以很快地被截留進而被微生物利用；而可溶性有機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。這種處理技術的出水質(zhì)量好，可以結合景觀設計進行景觀水處理，在附近種植觀賞植物如美人蕉等，增強景區(qū)美感。其造價及運行費遠低于常規(guī)處理技術。
　　夢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細砂層、100mm碎石層、素土夯實層、自然土層。蘇州河水經(jīng)過細格柵前處理，去除了漂浮物和大顆粒的懸浮物，再進入一級曝氣區(qū)，區(qū)內(nèi)布設多根曝氣管，使溶解氧增加了40％～60％。一級曝氣區(qū)的出水經(jīng)過布水管道均勻進入濕地，另在一級曝氣區(qū)出水口設一直徑300mm的PV管作為超越管，可使出水不進入濕地直接進入伊樂藻塘，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)點的生態(tài)凈化技術。穩(wěn)定塘是通過菌藻共生系統(tǒng)對污水進行生態(tài)處理的工程設施。其按凈化機理可分為好氧塘、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，進行水產(chǎn)和水禽養(yǎng)殖。在太陽能的推動下，通過系統(tǒng)中多條食物鏈的物質(zhì)和能量轉化、傳遞，將污水中的污染物進行降解和轉化，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)水生動物，可有效抑制塘內(nèi)藻類生長，除去水中的有機物及營養(yǎng)物質(zhì)，還可利用收獲的作物獲得一定的經(jīng)濟效益。
　　夢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構近似，不同的是土壤底泥層厚400mm，設計停留時間為41.91h。其與人工濕地交界處設堆石跌式溢流，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。空氣由一回轉式鼓風機提供，風機風量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，水生動物魚、蚌、螺螄、河硯、蛙等。繁雜多樣的物種形成強大的生物鏈，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，設計停留時間為16.9h。塘底結構與伊樂藻塘相同。塘內(nèi)物種以沉水植物苦草為主，種植面積達845m2，還包括少量菹草、狐尾藻、金魚藻等，數(shù)量取決于種群競爭。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?？嗖萏僚c伊樂藻塘交界進水處設有堆石跌式溢流?？嗖莘N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水簾洞景觀，由空中水渠再次吸進大量氧氣，對水質(zhì)進行二次物理凈化，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月試運行。從2004年12月初起至2005年4月底已進行為期五月跨覆晚秋、冬、春的監(jiān)測評估。自蘇州河水經(jīng)細格柵預處理后進入系統(tǒng)入水口起至清漪湖出水口(系統(tǒng)最終出水口)布設11個采樣點，蘆葦濕地、二級曝氣區(qū)、伊樂藻塘、苦草塘出水斷面左右有明顯水流處布設一個點，進水、一級曝氣區(qū)、清漪湖出水各布設一個點。采樣和分析方法參照國家標準方法。據(jù)五個月監(jiān)測均值(表2)來看，各項指標呈逐級有規(guī)律下降趨勢，出水達到或接近設計要求，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)測期間水溫為6～24℃，pH平均為7.6，出水DO達到地表水環(huán)境質(zhì)量標準(GB3838-2002)Ⅰ類，TP達到V類，CODcr達到IV類，BOD5接近IV類、NH3－N 接近V類。系統(tǒng)對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。有機污染物的去除主要依靠微生物的代謝、吸附沉淀作用，兩級人工曝氣大大強化了系統(tǒng)的溶解氧水平，加上植物光合作用，整個系統(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有機污染物的降解。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)對氨氮的的去除率達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，但同時又抑制了厭氧條件下的反硝化作用，導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。總之，各污染物的去除是系統(tǒng)綜合作用能力的反應，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 夢清園生態(tài)凈化系統(tǒng)監(jiān)測均值

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 設計要求 ≤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，從高等水生植物群落到低等藻類，從水生動物到微生物，層次迭落，相互依存，組建了健康的食物鏈，實現(xiàn)了物流、能流的循環(huán)，達到了污染物質(zhì)的去除目的，具有顯著的生態(tài)效應。
4.2 社會效益
　　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，蘊含多項先進的環(huán)境科學技術，如曝氣、清潔能源的使用等，增加了夢清園的科學與文化內(nèi)涵，可使游人在娛樂中收獲科學知識；展示了生態(tài)系統(tǒng)的植物、魚類、蛙類、蚌類等多種野生動植物及其隨季節(jié)變化的群落演替，增強了游人對生態(tài)環(huán)境知識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，進而節(jié)約用水。
4.3 經(jīng)濟效益
　　生態(tài)凈化的土建施工比較簡單，且正常情況下耗能不大，工程造價為195.94萬元，運行管理費用主要由電費1.5萬元/年和設備維護費2.8萬元/年組成。因此，其造價和運行費用遠比傳統(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同為居住環(huán)境品質(zhì)的重要指標。生態(tài)系統(tǒng)的建立吸引了眾多購房者選擇在夢清園附近定居，帶動了附近房地產(chǎn)價格的大幅度提升，從而進一步推動了房地產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為城市經(jīng)濟發(fā)展和地區(qū)的繁榮提供了有利條件。
5 小結
　　夢清園生態(tài)凈化工程高度實現(xiàn)了自然和人的和諧統(tǒng)一，在“以人為本”的基礎上，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。

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