運用人工濕地技術輔助涼水河(開發區段)水體自凈

摘要:重點介紹了涼水河水體現狀，人工濕地污水凈化技術與發展，并提出了人工濕地在涼水河工程中的應用。

關鍵詞:人工濕地;運用;涼水河;水體自凈

中圖分類號:F293文獻標志碼:A文章編號:1673-291X(2010)30-0153-03

一、涼水河水體現狀

涼水河是北京市城區中的一條重要河道之一，它發源于石景山，流經豐臺、海淀、朝陽、大興、通州6個區，全長68公里，流域面積630平方公里，擔負著分洪和排污的重要“職責”。在過去幾十年中，由于污水源源不斷的排入，導致該河水體出現“二降”(水體自凈能力下降、水質下降)、“二變”(變黑、變臭)、“一重”(富營養化嚴重)。最近幾年，北京市加大了對涼水河的治理力度，2002年“啟動涼水河綜合整治工程”被列為當年北京市在直接關系群眾生活方面擬辦的60件重要實事之一。目前，涼水河大部分河道綜合整治工作正在進行中，按照北京市的總體規劃，2012年前完成對涼水河的治理工作。期間，該河流經亦莊經濟開發區段部分一期工程已經實施完成，二期工程正在緊張施工中。

亦莊經濟開發區是北京市唯一的國家級經濟技術開發區，在一期用地15平方公里開發完畢后，項目土地開發已經擴展到涼水河附近。該河流經開發區全長9.8公里，由于上游河道正在治理過程中，本段河水依然水質較差，水體發黑且散發臭氣，嚴重影響到開發區投資環境。為了盡快改善水體狀況，在涼水河河道綜合整治工程中，通過“二個運用”(一是運用生態河岸護砌，逐漸修復河道的生態系統，以提高河水的自凈能力;二是運用人工濕地技術加快河水凈化速度)，從而實現“兩個改善”(改善河水水質、改善投資環境)。

二、人工濕地污水凈化技術

(一)人工濕地的定義

人工濕地系以人工建造和監督控制的、與沼澤地相類似的地面，通過自然生態系統中的物理、化學和生物三者協同作用以達到對污水的凈化。此種濕地系統是在一定長寬比及底面坡度的洼地中，由土壤和填料混合組成填料床，廢水在床體的填料縫隙或在床體表面流動，并在床體表面種植具有處理性能好、成活率高、抗水性強、生長周期長、美觀及具有經濟價值的水生植物，形成一個獨特的動、植物生態系統，對廢水進行處理[1]。

人工濕地污水處理技術(CW-Constructed Wetland)是一種人工將污水有控制地投入到種有水生植物的土地上，通過過濾、吸附、沉淀、離子交換、植物吸收和微生物分解等來實現水質凈化的生物處理技術。

人工濕地去除的污染物范圍廣泛，包括N，P，SS，有機物，微量元素，病原體等。有關研究結果表明，在進水濃度較低的條件下，人工濕地對BOD5的去除率可達85%～95%，COD(化學需氧量)去除率可達80%以上，處理出水中BOD5的濃度在10mg/l左右，SS小于20mg/l。

廢水中大部分有機物作為異樣微生物的有機養分，最終被轉化為微生物體及CO2，H2O。人工濕地面積可視情況而言，可在市郊結合部，也可在污水處理廠出水的附近建造。一般來講，人工濕地有兩種類型:一是預處理型，即在那些目前還不具備建造污水處理廠的城鄉結合部建造人工濕地，將生活污水排入，利用所種植物對其進行處理，然后再排入自然水系，保護水體;二是加強型，在污水處理廠附近建造人工濕地，將污水處理廠處理過的水引入，再經過人工濕地的加強處理，提高其水質，然后排入自然水系，作為其補充水資源再利用。

(二)人工濕地的分類

人們通常按濕地植物形式將人工濕地分為三大類:第一類，浮生植物系統，其浮水植物主要應用于吸附N 、P和提高傳統穩定塘效率;第二類，挺水植物系統，目前一般所指人工濕地系統大都是指挺水植物系統，挺水植物系統根據水流形式可建成自由表面流、潛流和豎流三大子系統;第三類，沉水植物系統，沉水植物系統還處于實驗室階段，其主要應用領域在于初級處理和二級處理后的精處理[2]。

三、人工濕地污水凈化技術的發展

濕地因在抵御洪水調節徑流、改善氣候、控制污染、美化環境和維護區域生態平衡等方面具有非常重要的作用，被譽為“自然之腎”。

20世紀50年代，人們開始利用濕地進行污水凈化處理，其方法是通過物理、化學和生物三個方面的作用對污水進行處理。由于濕地植物對生物作用的影響較大，所以利用天然濕地處理污水有一定的局限性。為了有選擇性地處理某種含有特定物質的污水，人們于20世紀70年代后期，開始研究可以控制和管理的人造濕地系統。

經過幾十年的發展與創新，人工濕地已經成為一種污水處理的“三新”(新發現、新技術、新創造)的創新成果。人工濕地發展的初始階段，由于對人工濕地的認識和開發不夠，其僅作為污水處理廠和河道之間的緩沖帶而存在。一方面調節污水處理廠排水水量，另一方面進一步提高排水水質。隨著時代的發展，人們對人工濕地研究也取得了較大的進步，從而提高了對人工濕地功能定位的認識。目前人工濕地污水處理技術主要用于以下四個方面:一是把污水廠出水引入人工天然濕地進行處置;二是利用人工濕地輔助河道等天然濕地進行生態修復凈化水質;三是利用人工濕地直接進行污水處理;四是住宅小區、工業廠區等景觀工程[3]。

四、選題的必要性與重要性

(一)必要性

目前，國內沒有合適的人工濕地技術可以大規模運用于輔助河流水體自凈，所以只能靠傳統的治理辦法，比如截污、清淤、引江水稀釋、消毒、絮凝等等，其投資周期很長，投入資金巨大，而且無法解決根本問題。國外現在一般都采用生態修復法來調節。

(二)重要性

2010年2月2日是第14個“世界濕地日”，今年世界濕地日的主題是“濕地、生物多樣性與氣候變化”。濕地同森林和海洋一樣作為全球重要的生命支持系統之一，被譽為“地球之腎”，與人類的生存、繁衍、發展息息相關，在維護生態平衡和生物多樣性、促進經濟社會可持續發展發揮著不可替代的重要作用。北京濕地作為首都北京的重要生態系統，承載著水源涵養、蓄洪防旱、凈化水質、區域氣候調節、生物多樣維護等多種生態服務功能，是改善和維護首都生態環境、保護生物多樣性的重要保障，是北京市可持續發展的重要基礎。保護與恢復好濕地對維護首都生態安全、建設“綠色北京”，提高首都生態文明水平具有十分重要的意義。

五、人工濕地在涼水河工程中的應用

(一)涼水河污染源分析

涼水河流域亦莊經濟開發段的污染源主要來自三種途徑:一是上游及支流污染水體流入;二是本段污水處理廠二次處理后的排入;三是生活垃圾。

(二)涼水河水體污染物成分分析

2000年，亦莊經濟開發區對涼水河流域進行了水質監測其結果(見表1)，并對結果進行分析。結論為現況水質常年為劣V類水體，主要水質指標均嚴重超標(見表2)。

(三)涼水河人工濕地設計與運用

涼水河(開發區段)人工濕地建設的主要目的是為了改善河水水質、改善開發區的投資環境。為此，在人工濕地的設計理念上應滿足三個層次的需求，分別是基層需求，中間層需求和外層需求?；鶎有枨鬄檩o助涼水河水體凈化，在濕地建成二至三個欲行周期后使該段涼水河水體還清;中間層需求為濕地建成后應與周邊環境相融合，起到美化環境的作用;外層需求是具有休閑娛樂的功能。

1.基層需求設計與運用。首先在宏觀上將整套涼水河濕地系統劃分為三個區，再根據各個區的定位功能將建立各區的模型(見下頁圖)。

調蓄區:用于提升本站將涼水河下游河水提升至上游，經過格柵過濾后進入配水池。

功能區:由兩塊潛流濕地串聯組成，主要去除懸浮物、有機物、磷以及分解有機氮之目的。懸浮物的去除依賴基質縫隙過濾;污水中的不溶性有機物經過濕地的沉淀、過濾，可以很快被截留下來，并被微生物利用，可溶性有機物則通過植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代謝降解過程而被分解除去。無機磷在植物的吸收和同化作用下，被合成為ATP、DNA和RNA等有機成分。有機氮被微生物分解成氨態氮(無機氮)，而無機氮作為植物生長過程中不可或缺少的物質可以直接被植物吸收。

水質穩定區:由池塘濕地和表面流濕地串聯組成。本區域的主要作用是對功能區出水進行沉淀和分解有機氮處理，以調節整個濕地系統的出水水質，保證水質的穩定性。通過在池塘中安裝曝氣機提高池塘上層水體溶解氧的含量。池塘上層水體為好氧區，中層水體為兼氧區，下層水體為艷陽區。氨態氮通過好氧微生物的硝化作用轉化成硝酸，而硝酸在通過厭氧微生物反硝化作用將硝酸轉化為氮氣。池塘出水經過表流濕地進行水質調節最終回灌入本段涼水河中。

2.中層需求設計與運用。本次設計的人工濕地是涼水河(開發區段)河道整治工程的一部分。從工程建設的角度講，濕地與涼水河生態河岸護砌是一個有機整體，并形成“二個過度”:一是兩者通過種植的植物(蘆葦)形成自然過度;二是整個工程通過綠化帶與周圍景觀形成自然過度。

3.外層需求設計與運用。人工濕地內設廊道、休憩平臺和座椅。未來幾年河水還清后，濕地可作為公園向公眾開放，屆時建成一個自然風光和良好環境的人工濕地，將為人們提供一個休閑娛樂的良好場所。

(四)涼水河人工濕地的生態功能

1.水文功能。在蓄水、調節徑流、減緩水流風浪侵蝕、保護堤岸、防風、補給或排出地下水以及沉淀物節流等方面將發揮其人工濕地的生態作用。

2.生態功能。在維持食物鏈、重要物種棲息地、保持小氣候、區域生態環境變化的緩沖場區等建立生態系統可持續性和食物鏈維持能力等方面將發揮其人工濕地的生態作用。

3.消除和轉化污染物。濕地有助于減緩水流速度，當含有毒物和雜質(農藥、生活污水和工業排放物)的流水經過濕地時，由于流速減慢，有利于有毒物質和雜質的沉淀和排除。此外，一些濕地植物像蘆葦、水浮蓮等能有效吸收有毒物質、凈化水質。

4.提供可利用的資源。濕地可向人類提供食、用等多種多樣的產物，包括木材、藥材、動物皮革、肉蛋、魚蝦、牧草、水果、蘆葦等，還可向人類提供水電、泥炭等多種能源。

六、結束語

運用人工濕地技術輔助涼水河(開發區段)水體自凈，對涼水河河道整治將極大的改善水體質量和開發區的投資環境，從而提高開發區經濟的國際競爭力。本次人工濕地設計是涼水河河道整治工程的重要部分之一，人工濕地的運行效果將直接影響工程目標的實現。人工濕地是設計的自然環境，實現生態功能要靠人們的管理和維護，特別是濕地建成后的頭幾個運行周期內，保證濕地的正常運行才能使其發揮設計與運用功效。要求管理人員應定期收割蘆葦，定期觀測水質，對濕地發生情況作記錄并及時與設計溝通對存在的問題進行調整，以保證涼水河水體還清目標的實現。

參考文獻:

[1]人工濕地的類型與工藝流程[EB/OL].綠色環保網，http://www.ijnhb.com.

[2]Hans Brix.Use of constructed wetland in water pollution control :historical development，present stat us，and future perspectives[J]. Wat .Sci .Tech .，1994，30 (8) : 209 - 223.

[3]徐暢，唐小囡.人工濕地污水處理技術及其發展現狀[J].中國水利水電市場，2008，(4).

The Use of Artificial Wetland Technical Assistance Liangshuihe (BDA) Water Purification

JIANG Lin-lin，WU Pei-qi

(1.Beijing University of Chemical Technology，Beijing 102200，China;

2.Tongzhou District of Beijing Municipal City Appearance Management Committee，Beijing 101100，China)

Abstrcat: This paper focuses on the status of Liangshuihe water，constructed wetlands wastewater treatment technology and development，and proposed wetland in Liangshuihe engineering.

Key words: wetlands;application;liangshuihe;self-purification[責任編輯 吳迪]