人工構(gòu)筑濕地在河道整治工程中的應(yīng)用

安智偉

（河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，天津300250）

河道整治是按照河道演變規(guī)律，因勢(shì)利導(dǎo)，調(diào)整、穩(wěn)定河道主流位置，改善水流、泥沙運(yùn)動(dòng)和河床沖淤部位，以適應(yīng)防洪、航運(yùn)、供水、排水等國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)要求的工程措施。在具體工程中有修建堤防、堤防邊坡防護(hù)、河道清淤等。在現(xiàn)狀的河道整治工程中大多注重的是防洪、供水、排水要求，很少涉及到河道生態(tài)及水質(zhì)的問題，然而由于人口增長(zhǎng)及工業(yè)發(fā)展，河流生態(tài)及水質(zhì)大都遭到了破壞。本文主要說明利用污水處理技術(shù)中的人工構(gòu)筑濕地系統(tǒng)改善及治理河道的生態(tài)及水質(zhì)的問題。

1 人工構(gòu)筑濕地簡(jiǎn)介

污水人工濕地凈化工程于20世紀(jì)70年代逐漸趨向成熟并在實(shí)際中普遍應(yīng)用。人工濕地法（在歐洲稱為根區(qū)法）相對(duì)于其他生物處理污水系統(tǒng)有明顯的優(yōu)點(diǎn)。

人工濕地與傳統(tǒng)污水處理工藝相比有以下優(yōu)點(diǎn)：①需要的構(gòu)筑物和設(shè)備較少，基建投資和運(yùn)行費(fèi)用較低；②處理工藝有效可靠，不僅能去除常規(guī)污染物，而且對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等具有明顯的處理效果；③易于維護(hù)管理；④對(duì)水力負(fù)荷和污染物負(fù)荷的波動(dòng)具有較強(qiáng)的耐受能力；⑤既能凈化污染物，更能美化景觀，增添綠色觀瞻，形成良好生態(tài)環(huán)境，為野生動(dòng)植物提供良好生境，可把廢水治理與野生動(dòng)植物園建設(shè)結(jié)合起來，提高環(huán)境資源與旅游資源價(jià)值等［2］。

與常規(guī)污水處理系統(tǒng)相比，存在以下缺點(diǎn)：①占地面積較大；②需要經(jīng)過兩三個(gè)植物生長(zhǎng)季節(jié)，形成穩(wěn)定的植物和微生物系統(tǒng)后才能達(dá)到設(shè)計(jì)處理要求［2］。

人工構(gòu)筑濕地在北方的河道整治中應(yīng)用還較少，在河道整治工程中，由于河道較長(zhǎng)，存在濕地占地面積較大的問題；河道整治完后，仍要長(zhǎng)期使用，因此植物在其兩三個(gè)生長(zhǎng)季完成后，會(huì)形成生態(tài)景觀，也為野生動(dòng)植物提供棲息場(chǎng)所，對(duì)于整個(gè)河道的生態(tài)恢復(fù)起到了非常重要的作用。

2 人工構(gòu)筑濕地原理

人工構(gòu)筑濕地系統(tǒng)去除污染物的作用機(jī)理如表1。

表1 濕地系統(tǒng)去除污染物的作用機(jī)理［3］

在成熟的人工濕地系統(tǒng)中，填料表面和植物根系附近存在大量微生物，并形成了生物膜。廢水流經(jīng)時(shí)，填料及根系能夠阻擋截留廢水中懸浮顆粒，不溶性有機(jī)顆粒被根區(qū)微生物分解成小顆粒可溶性有機(jī)物，有機(jī)物作為微生物新陳代謝過程中的電子供體，參與微生物活動(dòng)各個(gè)過程從而得以去除。植物根區(qū)會(huì)產(chǎn)生根區(qū)效應(yīng)，幫助地基質(zhì)層產(chǎn)生好氧、缺氧及厭氧環(huán)境并交替出現(xiàn)，這樣就使廢水中的氮磷不僅能被植物、微生物作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)直接吸收（-N可以通過植物的揮發(fā)去除），而且也可以通過硝化、反硝化作用及微生物對(duì)磷的積累作用從廢水中去除，最終通過更換濕地填料和收割植物使有機(jī)物污染從系統(tǒng)中移除。

3 人工構(gòu)筑濕地類型及植物

根據(jù)水流方式，人工構(gòu)筑濕地可以分為3種類型。

3.1 自由表面流人工濕地（FWS）

污水在基質(zhì)表層流動(dòng)，水層較淺，一般為0.1～0.6 m。自由表面流人工濕地中污水與空氣接觸面積大，氧氣傳質(zhì)效率高，這些特點(diǎn)使其對(duì)污染物的去除效果較好，且自由表面流人工濕地造價(jià)低，操作運(yùn)行簡(jiǎn)單，成熟期短（3個(gè)月）。但這種類型的人工濕地占地面積大，水力負(fù)荷率較小，而且系統(tǒng)容易受到氣候影響，夏季易生蚊蠅，會(huì)散發(fā)臭氣。

表面流人工構(gòu)筑濕地示意圖如圖1。

圖1 表面流人工構(gòu)筑濕地

3.2 水平潛流人工濕地（SFS）

污水從濕地一端進(jìn)入濕地，在基質(zhì)中水平流動(dòng)，能充分利用基質(zhì)和植物根系的節(jié)流作用。水平潛流人工濕地對(duì)污水凈化效果好，而且很少有臭氣和蚊蠅現(xiàn)象。這種濕地運(yùn)行管理相對(duì)復(fù)雜，投資相對(duì)較高，基質(zhì)易堵塞。

水平潛流人工構(gòu)筑濕地示意圖如圖2。

圖2 水平潛流人工構(gòu)筑濕地

3.3 垂直潛流人工濕地（VF）

垂直潛流人工濕地可分為上行流、下行流和潮汐流。垂直潛流的配水管均勻布置于濕地床的上方或基質(zhì)層的下方，正常情況下進(jìn)水相對(duì)均勻，而當(dāng)處理水質(zhì)懸浮物濃度高時(shí)，進(jìn)水管容易發(fā)生堵塞，甚至基質(zhì)發(fā)生堵塞。垂直潛流人工濕地的消化能力比水平潛流高，更適用于處理-N含量高的廢水。垂直潛流人工構(gòu)筑濕地示意圖如圖3。

圖3 垂直潛流人工構(gòu)筑濕地

由此可知，表面流人工構(gòu)筑濕地比較適合河道治理中應(yīng)用。

人工濕地處理的植物有藨草（燈芯草）、蘆葦、香蒲等，一般多選擇蘆葦作為種植植物，據(jù)測(cè)定，其最大輸氧速度可達(dá)28.5g/（m2·d），而且，其除磷能力也強(qiáng)。

蘆葦是優(yōu)良造紙及器具加工原料，蘆根還是中藥，具有較好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。蘆葦?shù)姆N植應(yīng)選擇適合當(dāng)?shù)厣L(zhǎng)的優(yōu)良品種，保留兩個(gè)完整根節(jié)為一段，間隔2m種植，種植季節(jié)通常選擇在清明前后。蘆葦每年收割一次，收割時(shí)將成熟的蘆葦連同吸收的營(yíng)養(yǎng)物和其他成分從濕地中移出，能促使蘆葦生根和維持下年度生長(zhǎng)，有吸收、凈化河水污染物的作用，收割時(shí)保留的蘆葦茬在20～30cm，便于冬季運(yùn)行時(shí)支撐冰面，也有利于春季發(fā)芽生長(zhǎng)。

運(yùn)行初期，易發(fā)生植物病蟲害，應(yīng)采取相應(yīng)防治措施。蘆葦需要的土壤質(zhì)地為黏土—壤土，土壤滲透率以0.025～0.35cm/h為宜，pH為6.5～8.0，Cl－濃度小于1%，濃度小于2%，K/Ca臨界值宜大于0.029×103。

種植基質(zhì)由土壤和比表面積大、空隙率高、有一定機(jī)械強(qiáng)度和生化穩(wěn)定的基質(zhì)組成，常用的基質(zhì)有煤渣、鵝軟石、沙粒等。

4 人工構(gòu)筑濕地在河道治理中的應(yīng)用

現(xiàn)在很多河道中的水質(zhì)都很差，水質(zhì)參數(shù)達(dá)不到GB3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中Ⅴ類功能區(qū)的要求。河道整體環(huán)境較差，河道兩岸堤防破壞嚴(yán)重，河道底部淤積，坑洼不平，河道內(nèi)有亂采亂挖的現(xiàn)象。現(xiàn)有很多河道整治工程針對(duì)河道現(xiàn)有外貌及防洪標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了整治，采取的工程有修建堤防、堤防邊坡的漿砌石防護(hù)、河道底部清淤等。這些工程措施使河道的外貌及防洪得到了整治，但河道的水質(zhì)經(jīng)過工程措施后，仍達(dá)不到Ⅴ類功能區(qū)的要求。

在河道整治中加入人工構(gòu)筑濕地系統(tǒng)，完成其生長(zhǎng)季后，對(duì)緩沖暴雨徑流水量、調(diào)節(jié)氣候和提供生物棲息地、降解多種污染物具有重要作用。

根據(jù)一些河道人工構(gòu)筑濕地的數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)出人工構(gòu)筑濕地的水力負(fù)荷在0.45～0.95m3/m2·d時(shí)，各污染物不同濃度下的去除效率如表2。

由表2數(shù)據(jù)可知，TN、NH3-N、TP隨著進(jìn)水濃度的上升，去除效率下降；CODCr、SS、BOD5隨著進(jìn)水濃度的上升，去除效率上升。

一般河流流量比較大，人工濕地需要的面積就較大，高水力負(fù)荷運(yùn)行，會(huì)降低污染物的去除效率，如果河道較長(zhǎng)時(shí)，可采取節(jié)斷式種植人工濕地，即可利用河道本身的自凈作用降低人工濕地污染物負(fù)荷，又可對(duì)整條河流的生態(tài)恢復(fù)起到重要作用。

表2 不同濃度污染物對(duì)應(yīng)去除效率［1］

［1］張萍，和麗萍.污染負(fù)荷對(duì)人工濕地污染處理效果的影響［J］.環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊，2013，32（1）：8-12.

［2］張婉如，郭乃鋒，王蔚霞.三廢處理工程技術(shù)手冊(cè)［K］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000.

［3］沈建，唐大為，李心亮.注冊(cè)環(huán)保工程師專業(yè)考試復(fù)習(xí)教材［M］.北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2007.

［4］王鳳香，王曉昌，鄭于聰，等.不同潛流人工濕地對(duì)河流污染物的去除功效研究［J］.水處理技術(shù)，2014，39（4）：108-115.

［5］熊家晴，楊洋，鄭于聰，等.表面流人工濕地對(duì)高含量有機(jī)污染河水的去除效果研究［J］.水處理技術(shù)，2013，39（7）：69-72.

［6］楊洋.人工濕地去除污染河水有機(jī)物的研究［D］.西安：西安建筑科技大學(xué)，2013.