上海化学工业园——不仅仅是一个自然处理系统

　　背景

　　上海化学工业园(SCIP)位于上海东南部的杭州湾沿岸，占地29.4 平方公里，由十多座现代石化设施组成。园区的管理者——上海化学工业园管理委员会邀请易道为其设计一个废水处理系统，净化工业园区内循环利用的工业废水，以及排入杭州湾的工业废水。 

　　易道为该项目设计的自然废水处理系统（NTS）占地30 公顷，可以日处置超过22000 立方米的部分处理过的工业废水。由于该地区废水的属性十分独特，这就需要非常严谨精确的工程手段来提高水质，而易道的总体规划——一个涵盖多重功能设施的处理湿地——将是中国同类项目中的先行者。

　　由SCIP 园区废水处理厂(WWTP)处理过的废水直接排入杭州湾。易道、SCIP 和业主都认为：包含人工湿地的NTS 可以更彻底有效地处理废水，经处理的废水可以作为当地水景和水道的清洁水源，并有可能被循环利用于园区中各种工业流程，从而进一步改善杭州湾的海岸生态。 

　　SCIP 项目是至今为止中国最具雄心的工业废水自然处理设施之一，SCIP NTS 将给类似工业项目树立一个榜样，同时，该项目也反映出，在中国，环境改善再次成为热点问题。 

　　目标

　　项目的一个主要目标是改善工业废水处理厂（WWTP）流出水质，达到国家地表水质四级标准，使之符合对地下水和土壤要求的标准；另一个目标是预防处理系统中的毒性物质。易道除了把改善水质作为该项目的首要任务，又通过麾下景观设计师和生态学家的合作，为园区增添了别样的美感，并引入野生动植物栖息地，今后，处理系统将不但是SCIP 雇员、研究学者和游客的娱乐佳所，也会成为上海地区学术团体的湿地研究中心。

　　挑战和现状

　　要实现这个愿景和相应的目标，就需要可以解决与当地情况和流出水质相关的许多问题和挑战的切实可行的方案。 

　　监测结果显示，园区的现有废水中，盐度为15 g/L。氨（NH3）、生物需氧量（COD） 和硝酸盐（NO3-）的水平较高，但生化需氧量（BOD）和总磷则处于较低水平。盐度问题会影响NTS 中的植被类型，而其他成分会影响处理程序的设计。

　　WWTP 有现成的控制机制来降低生物处理过程中接触到毒性物质的可能性，而且，现在废水里的有毒化合物（例如金属化合物和有机化合物）的水平也非常低。然而，这并不代表将来这些情况不会恶化，设计中必须融合进许多结构上的、以及具有监控性和规划性的元素来确保环境及生态的安全。 

　　设计的取舍

　　许多待选废水处理方案纷纷出炉，并根据可行性、成本和环境风险进行了排序。最后选出的方案反映了易道、上海同济大学和加州大学伯克利分校的工程学和生态学专家的一致意见。最终设计的组合采取了一个用以去除氨的滴滤池，接COD降解池和面积22 公顷的自由表面流湿地。 

　　处理系统各组成部分：环境解决方案的剖析

　　NTS 的三个主要组成部分是：

　　滴滤池 

　　废水通过四个滴滤塔进入系统，每个塔高4.52 米，直径15 米，并被填满了塑胶物料。废水通过每个滴滤塔上方的分布系统注入，并滴流过过滤媒介，在这个过程中除去氨。

　　COD 降解池 

　　废水离开滴滤池，就进入两个平行的COD 降解池单元，每个单元面积约7300 平方米。废水大概在这些砂砾衬垫的浅降解池里停留3-4 个小时，白天接受自然紫外线的照射以及池内藻类的曝气作用。由于COD 很难降解，易道的设计目的是让COD 在进入自由表面流湿地之前，先暴露在一个强烈的、氧化的环境中。 

　　自由表面流湿地(FSW) 

　　FSW 总面积为22 公顷，包括18.57 公顷湿地和3.45 公顷的开放水域。FSW 分为两个平行的处理系统（A 和B）, 每个系统又分为五个湿地单位。水流控制闸可让每个湿地单位独立运行，以便维护工作的进行。每个单位中淹没的堤岸可以调节整个湿地的水流及水量分配。这些堤岸还可以分隔不同的湿地植被，以减轻湿地建设过程中的除草工作。共有19 个河堰调节不同单位间的水流。 根据运行需要，湿地单元水深在0.5-0.9 米之间变化。

　　除了最后的两个单元，整个湿地采用不渗透的高密度聚乙烯(HPDE)材料作为衬垫，防止对地下水的渗透。 

　　与自然环境互动式的美学设计

　　在这些不可或缺的组成部分之外，易道还规划了许多娱乐功能和野生动植物的设施和结构。面积450 平米的游客中心，包括一间会议室、一间教室、大型观景窗和一个小的观景码头。中心地区附近环境将被设计为拥有各式植物和栖息地的植物湿地。 

　　植物湿地中有一个由开放式砂砾层形成的湖心小岛栖息地，人们可以从远处观赏岛上的鸟类。一条580 米长的蜿蜒的厚木板散步道从游客中心穿过整个植物湿地。

　　游客从园区南端进入，由两公里长的维修用道路可直达游客中心。通道中段的道岔是一条小径的入口，通向观鸟塔，从这里能够鸟瞰池塘和小岛栖息地。

　　易道也在园区的南入口附近规划了七个研究湿地单元。通过检测程序和适应性管理，这些设施可以监测特定要素（例如重金属、COD 和有机物）的去除率，提供改善未来湿地效能的方法。 

　　种植

　　易道在选择SCIP FSW 的植物种类时，所用的标准主要考虑以下几个因素，分别是：耐盐程度；在湿地中的污水处理性能；在水位受控制的水体中生长的能力。

　　采用以上标准，同时也考虑到美观，易道在地区和本地的物种中选择，为核心处理地区选择了四种主要湿地植物，并为植物湿地选择了额外的25 种植物。 

　　废水处理模型 

　　易道的NTS 综合水文、热传递和污染物质去除参数。易道进而为该系统设计了水质运用模型，以确定处理能力和预期出水质量。 

　　在这些模型的共同作用下，一系列的问题包括测量降雨量、土壤水分蒸发蒸腾损失总量、通过日光辐射配平能量的获得和损失、热传递以及蒸发等等都能得以解决。这些模型也为风速、湿度、周围空气温度和其他环境建立了参数。而且，这些模型系统通过平衡冬夏水温使湿地避免出现极端状况。研究者也可借助这些模型对目标污染物质进行污染物质精确去除率的测量。 

　　运作和监控计划

　　易道开发的严格的营运和监测计划可以确保自然处理系统的长期功能和健康。这个计划将对湿地的化学、物理和生物等方面，以及这些湿地处理污水的成效进行广泛的监测。 

　　通过采用一个具有分析和提高处理能力的灵活的管理框架，该适应性监测和维护计划能排除湿地毒性的风险，排除污染物质在土壤和地下水中聚集的危险，并最优化水质处理能力。 

　　工业和环境的里程碑

　　易道在系统地改善水质的同时，又利用其多融合学科的优势，计划把这个湿地发展成一个优美的自然环境，能适合野生动植物的生长，同时又吸引游人。针对该处理系统的愿景是要使SCIP 成为工作人员和游客的休闲娱乐佳所，同时，也成为大上海地区学术团体的湿地研究中心。 

　　SCIP NTS 不只是易道设计的首个同类项目，对整个中国来说,它同样以先锋的姿态引领着创造自然废水处理系统的新浪潮。在这样成功的蓝图和总体规划的基础上，该项目于2006 年中旬开始施工。