人工濕地在大塘港水環境整治中的應用

金德鋼，孫 堯，龔安國

(寧波市水利水電規劃設計研究院，浙江 寧波 315192)

大塘港水庫地處海濱城市浙江省象山縣中南部，屬于典型的堵港河道型水庫。目前功能定位為以灌溉為主，兼顧工業、生活用水，結合防洪排澇、淡水養殖等綜合利用的攔海蓄淡中型水利工程，2005年被浙江省人民政府劃定為飲用水水源一、二級保護區[1]。然而，隨著大塘港流域經濟社會的快速發展，工業、農村生活、畜禽養殖和農業面源等各種污染源不斷進入水庫，超過了生態系統的自凈能力，造成水質惡化。根據象山縣環保局2009—2011年對大塘港的水質監測結果，大塘港綜合水質評價為Ⅴ類標準，其中：高錳酸鹽指數為Ⅳ類，生化需氧量為Ⅴ類，總磷為劣Ⅴ類，總氮為劣Ⅴ類，氨氮Ⅲ類，氰化物、氟化物、六價鉻均為Ⅱ類，鋅、鉛為Ⅰ類。大塘港水質呈中度富營養化，具體表現為總氮、總磷重度富營養化，高錳酸鹽指數、葉綠素為輕度富營養化。

近幾年，針對主要污染源已經陸續開展了農村生活污水處理、農村生活垃圾太陽能處理、噴滴灌節水灌溉、減控施肥技術推廣、畜禽廢棄物沼液化處理等各種污染控制和治理措施，效果已初步顯現。然而由于流域內人口數量多、污染強度大，以及一些污染控制和治理措施后期監督管理缺失，庫區水質并未明顯改善，水環境保護和治理工作急需加強。本研究結合大塘港水環境保護與治理示范項目的實施，分析人工濕地生態系統建設的方案及其對于減緩大塘港污染程度的作用。

1 工程概況

大塘港水庫位于象山縣西南部，系堵港蓄淡工程，屬三門灣內港岳井洋支流，南北呈“之”字形，全長21 km，主要由曉塘九龍江、定塘長塘河、中婁河和新橋七里塘河匯集而成，庫區位于定塘、曉塘、石浦、新橋4鄉鎮及寧海隔洋塘境內。

大塘港水庫集雨面積134 km2，其中山區面積40 km2、平原面積94 km2，總庫容4 675萬m3；正常水位1.55 m，正常庫容3 135萬m3；梅汛期水位0.85 m，相應庫容2 420萬m3；臺汛期水位0.25 m，相應庫容2 010萬m3；港道寬度250～300 m，水域面積4.79 km2。水庫設計洪水標準為10年一遇，是一座以灌溉為主，兼顧防洪、排澇、淡水養殖等綜合利用的攔海蓄淡中型水利工程，主要承擔新橋、定塘、曉塘、石浦4個鄉鎮的農田灌溉任務，灌溉面積0.627萬hm2，年灌溉水量1 500萬m3，受益人口10萬人[2]。

大塘港水環境保護與治理示范項目一期以濕地建設、抗風浪水生植物修復帶與漂浮水生植物修復帶建設為主，主要包括：①生物復合型人工濕地一處，包括調節池和一、二、三級人工濕地，占地面積3 650 m2；②庫區抗風浪水生植物修復帶4處，合計面積20 000 m2，其中在水文站附近沿岸段及支流匯合處建設示范面積17 500 m2。

大塘港流域在污染源頭控制方面已經陸續開展了各項污染控制和治理措施，效果初步顯現。希望通過本項目的示范推廣，建設河庫岸生態緩沖帶、庫區水生植物修復帶、生物復合型人工濕地等，綜合應用多種生物凈化技術實現大塘港水庫的水質保護和修復，對提高象山縣淡水資源利用率，實現社會經濟又好又快地科學發展起到推動作用。

2 方案設計

2.1 位置選擇

本項目為大塘港水環境保護與治理示范項目，為充分發揮項目示范作用，項目選址按以下原則：在大塘港水庫入庫重點污染河流的前置區、重點污染源區段、堤防防污截污，生物復合型人工濕地選擇在雙連峙河流入庫前置區，庫區抗風浪水生植物修復帶選擇在大塘港水文監測站下游靜水區、兩側庫岸和重點污染河流入庫沿岸。

2.2 生物復合型人工濕地方案設計

2.2.1 人工濕地運行流程

生物復合型人工濕地是利用物理曝氣設備、生物膜、生物凈水基質、生物凈水劑和多種水生植物對污水進行綜合處理的。上游的農村生活污水和養豬場混合廢水，通過河道直接進入調節池，廢水在調節池內初步預處理后，用提升泵間歇性進入一級濕地入口。一級濕地分為4小塊，依次通過后進入二級濕地，二級濕地分為3小塊，依次通過后進入三級濕地，三級濕地處理后外排。遇到特大暴雨時，為保障行洪排澇，水流從調節池匯合后，直接經三級濕地外排。

水流動力：調節池到一級濕地用水泵提升，一級、二級、三級濕地之間依靠地形自然流動，同時在排放口設置截污簾，以防暴雨時溢流污染物擴散。

2.2.2 人工濕地工作原理

粗格柵：去除養豬場出口的漂浮性物質，需定期清理。

調節池部分：“生物膜+增氧曝氣”處理工藝，利用生物膜吸附微生物和水體微生物的降解作用達到污染物降解目的，調節池底泥需定期清理。調節池內設置2個1.5 kW/h的推流式曝氣機和3個2 m×4 m的碳素纖維生物膜浮床。

一、二級濕地：表面流人工濕地，水深10～15 cm，利用水生植物的吸收作用以及根系微生物的降解作用達到污染物降解目的。

三級濕地：相當于氧化塘，水深0.5～1.0 m，利用水生植物的吸收作用以及植物根系和水體內的微生物的降解作用達到污染物降解目的。

2.2.3 人工濕地設計

(1)調節池。調節池內采用“生物膜+增氧曝氣”生物強化處理法，根據國內外人工濕地對總磷的表面負荷，取其去除率為0.02 g/(m3·d)計算，則濕地系統的設計水量為0.16萬m3，曝氣、凈水時間取4 h，采用145 m3/h提升泵，工作時間2 h，調節池容積選用相當于4 h污水預處理水量，取調節池底高程-0.90 m，水位0.60 m，考慮污水來水時間因素，取調節池平面大小為150 m2，調節高度取1.5 m，則調節池總深3.0 m。調節池采用50 cm厚干砌石擋墻護坡。調節池布局見圖1。

(2)一、二級人工濕地。采用表面流濕地，通過攔截、吸附、微生物分解及植物吸收等功能，實現有機物降解和氮磷的去除。為了強化濕地對氮磷污染物的去除效果，在濕地中設置填料帶，以增加濕地中的生物量，同時提高景觀效果，并可與濕地內部的通道結合起來，實現多種功能。表面流濕地設計平均水深 0.10～0.15 m，停留時間約為16 h，當處理水量為0.5萬m3/d時，占地面積2 500 m2。引種應堅持本地物種優先的原則，同時兼顧濕生喬木的經濟價值。因此，將濕地劃分為二級，其中：一級濕地1 100 m2，種植挺水植物，品種包括鳶尾、美人蕉、黃菖蒲、再力花、水蔥等常綠和落葉品種；二級濕地面積1 400 m2，采用“水生植物+生物填料”的框架結構，上部種植水生植物，下部設置生物填料，以充分發揮脫氮除磷功效。濕地采用獨立單元建造，坡度2‰。單元周邊采用土堰隔離，土堰頂寬 1 m，高出濕地地面0.9 m，可用于行人通行，便于濕地植物收割和運輸。

圖1 調節池布局

(3)三級人工濕地。采用氧化塘處理法，種植睡蓮、香蒲等浮水植物和高稈挺水植物，設計面積1 000 m2。

2.3 庫區抗風浪水生植物修復帶、生態緩沖帶、漂浮水生植物修復帶方案設計

2.3.1 生態浮島

庫區抗風浪水生植物修復帶是一種新型的水庫水質原位修復方法——生態浮島技術，是將植物種植于浮于水面的床體上，利用植物根系吸收水體中的污染物質，同時植物根系上附著的微生物可降解水體中的污染物，從而有效進行水體修復的技術。生態浮島由若干生態浮床單體結構組成，具體設計見圖2。

(1)生態浮床設計。典型的濕式有框浮床包括4 個部分：浮床的框體、浮床床體、浮床基質、浮床植物。①浮床框體。浮床框體要求堅固、耐用、抗風浪，目前一般用PVC 管、不銹鋼管、木材、毛竹等作為框架。本項目浮床框體采用PVC管，該管無毒無污染，持久耐用，價格便宜，重量輕，能承受一定沖擊力。②浮床床體。浮床床體是栽種植物的支撐物，同時是整個浮床浮力的主要提供者。本項目使用的是聚苯乙烯泡沫板，這種材料具有成本低廉、浮力強大、性能穩定的特點，而且原材料來源充裕、不污染水質、材料本身無毒疏水，方便設計和施工，重復利用率相對較高。③浮床基質。浮床基質用于固定植物植株，同時要能保證植物根系生長所需的水分、氧氣條件及能作為肥料載體，因此基質材料必須具有彈性足、固定力強、吸附水分養分能力強、不腐爛、不污染水體、能重復利用等特點，而且必須具有較好的蓄肥、保肥、供肥能力，能保證植物直立與正常生長。本項目使用的浮床基質為海綿。④浮床植物。植物是浮床凈化水體的主體，需要滿足以下要求：適宜當地氣候、水質條件，成活率高，優先選擇本地種；根系發達、根莖繁殖能力強；植物生長快、生物量大；植株優美，具有一定的觀賞性；具有一定的經濟價值。本項目使用的浮床植物有水生美人蕉、香根草、香蒲、菖蒲、石菖蒲、水浮蓮、鳳眼蓮等。

圖2 生態浮島設計示意

(2)生態浮島工程量。生態浮島在治理區域分片布置，根據治理區水域面積的大小而定。生態浮島工程建設在大塘港水文監測站下游的靜水區，示范面積500 m2。為起到凈化水體改善水質的作用，本工程共設置1個生態浮島，由80座生態浮床組成。單座生態浮床工程量見表1。

表1 單座生態浮島工程量

2.3.2 生態緩沖帶

生態緩沖帶在大塘港水庫庫岸及其支流沿岸的淺水區內(常水位0.5 m之內)實施，通過種植高稈挺水植物達到固定河岸和凈化水質的雙重目的，同時連片的植物種植帶具有較好的生態景觀效果。目前初步選定的挺水植物包括再力花、美人蕉(高)、千屈菜、水蔥、海壽花等，近期示范河岸總長度1 000 m，寬度2～3 m，示范面積2 000 m2，種植植物20 000株。

2.3.3 漂浮水生植物修復帶

漂浮水生植物是指根系無需扎根于土壤中生長的水生植物。這類水生植物生物量增長較快，水質修復效果較好，但需進行定期維護。本次設計在大塘港水庫沿岸和支流匯合處構建漂浮水生植物修復帶。工程將通過打樁固定的方式構建沿岸水生植物圍養區，水生植物初步選擇水葫蘆和大聚藻兩種，將在離岸內部種植水葫蘆，離岸外部種植大聚藻(蔓生性生長，不易擴散)，兩種水生植物的組合種植可解決內部水葫蘆的侵略性擴散。本次在水文站附近沿岸段技術示范1 500 m，寬度6～8 m，示范面積約7 500 m2；在支流匯合處選擇示范10 000 m2。

3 效果初步分析

3.1 人工濕地處理效果

3.1.1 污染源強度

人工濕地試點主要針對目前以養豬為主業的雙連峙村，目前該村人口700人，雙連峙養豬場規模為8 000頭，污水產量及污染物總量見表2。

表2 項目區污水排放情況

3.1.2 處理效果

表面流濕地設計平均水深0.10～0.15 m，停留時間約為16 h，處理水量為0.5萬m3/d，設計濕地面積3 500 m2，能夠滿足雙連峙村整體發展需求。在正常運行情況下，生物復合型人工濕地各部分的處理率能達到表3效果。

表3 生物復合型人工濕地處理率

3.2 水生植物修復帶處理效果

示范區基本形成了健康良性水生態系統，水體透明度由修復前的小于15 cm達到50～80 cm，多種污染物指標都顯著下降，水質凈化效果良好，與示范區外的主體水質形成鮮明對比。示范區的總氮、 總磷的含量明顯低于庫區，總氮、總磷濃度預計可降至庫區的20%左右；葉綠素a的含量預計可降至庫區的1/8。

4 結 語

人工濕地系統是一個完整的生態系統，它形成了內部的良好循環并具有較好的經濟效益和生態效益，是正在不斷得到研究應用和發展的污水處理實用新技術，也是未來處理平原水庫和湖泊水污染的一項重要設施。人工濕地系統具有投資費用低、運行管理維護簡便等特點，在湖庫周邊農村污水處理的實際應用中顯示出了很好的經濟可行性。

水生植物修復帶是一種采用植物措施自然修復江河湖庫水污染的治理方式，也是一種濕地處理方式，同樣具有投入低、效果明顯的特點，目前在國內湖泊水污染治理中應用較多，在平原水庫中應用尚處于試驗階段，預計未來推廣前景較為廣闊。

[參考文獻]

[1] 寧波市象山縣大塘港綜合整治與保護規劃[R].寧波:寧波市水利水電規劃設計研究院,2012:10.

[2] 龔安國,金德鋼.大塘港水庫水環境綜合治理研究[J].浙江水利科技,2013(1):22-24.