馬頰河無棣段人工濕地水質凈化工程建設研究

付云峰

馬頰河無棣段人工濕地水質凈化工程建設研究

付云峰

（濱州市海河管理局，山東濱州256616）

馬頰河尾閭無棣段水質為劣Ⅴ類，流域生態環境嚴重惡化，工農業用水匱乏，制約了區域經濟發展，影響了群眾生產生活。根據當地地理條件，通過分析實施人工濕地水質凈化工程的必要性和可行性，提出了在馬頰河右岸建設人工濕地系統的建議。該工程實施后，對流域生態環境修復將發揮積極作用，可有效緩解當地用水緊張現狀。

馬頰河；人工濕地；污水處理；無棣段

近年來，隨著馬頰河流域城鎮經濟的發展，工業廢水、生活污水和被農藥化肥污染了的地表水大量排入使馬頰河的水體嚴重污染，河道受損，其自凈能力幾乎喪失，流域生態系統遭受到破壞，河水污染也造成了地下水的嚴重污染。馬頰河尾閭無棣段承接大量上游污染客水，加之海水頂托作用導致流速變緩、過流斷面加寬，污染最重，為劣Ⅴ類水質，水生態環境嚴重惡化，造成工農業用水匱乏，制約了地區經濟發展，影響了群眾生產生活，馬頰河水污染防治已刻不容緩。

人工濕地水質凈化工程具有建設投入少、見效快、水質凈化效果顯著等優點，建成后可有效降解水污染物、減輕水體富營養化程度，改善河道水質，確保水質長期穩定，是馬頰河（無棣段）治理河水污染的首選措施。

1　馬頰河（無棣段）水污染狀況

1.1馬頰河（無棣段）概況

馬頰河為古傳禹疏九河之一，發源于河南省濮陽縣澶州坡，流經河南、河北、山東3省19個縣（市、區），在山東省無棣縣東北匯德惠新河至老沙頭入海。干流自金堤閘至匯合口全長443 km，自德州市慶云縣入濱州市無棣縣境，境內長43.4 km，寬141～178 m，最大水深7 m，設計最大排澇流量678 m3/s，最大泄洪流量1 030 m3/s，有馬村攔河閘和黃瓜嶺橡膠壩調蓄水工程各1座。

1.2河水資源利用現狀

據1956—2004年泄水資料統計，馬頰河（無棣段）年均泄水量2.11億m3，年調節蓄水6 800萬m3。因為退海之地，流域內無地下淡水資源可供利用，各需水企事業單位均從馬頰河取水，魯北企業集團和沿河農、林、牧、漁、養殖各業年取水超過5 000萬m3。

1.3水污染嚴重

近10余年來，沿河地區經濟建設迅猛，城鎮化速度加快，尾閭無棣段承接上游污染客水，境內工業廢水和生活污水大量泄入，加之農業生產施用化肥和農藥量巨大，河水受到嚴重污染。經監測，2011 年1—11月馬頰河（無棣段）勝利橋斷面水質為劣V類，主要污染物為COD，詳見表1。

表1　馬頰河（無棣段）2011年1—11月水質

2　建設人工濕地水質凈化工程的必要性分析

2.1實施海河流域水污染防治規劃的需要

《海河流域水污染防治“十二五”規劃編制大綱》（2010年11月）要求，海河流域的水污染防治堅持以科學發展觀為指導，以讓江河湖泊休養生息為理念，以維護流域水環境安全為目標，以保障飲用水安全、城市水環境改善和跨界協同治理為重點，依托防治工程改善重點水體水質，努力減少劣V類斷面比例，集中解決流域內突出的水環境問題，為海河流域2020年全面建成小康社會提供水安全保障。馬頰河是海河流域水污染重點整治河道。因此，有必要建設人工濕地水質凈化工程，對污染河水進行深度處理，有效改善水質，提升水環境質量，減輕渤海污染壓力，助推環渤海經濟圈良性、健康、可持續發展。

2.2實施濱州市環境保護“十二五”規劃的需要

馬頰河（無棣段）為山東省濱州市所轄，《濱州市環境保護“十二五”規劃》（2012年2月）以實現COD、氨氮排放13.0％和15.3％為目標，要求嚴格控制工業廢水污染物排放的增長，同時加快重點流域水環境綜合整治，開展環湖、沿河、沿海大生態帶建設，力爭在國控省控的8條河流、11個監測斷面全面消除劣V類水體，實現重點流域控制斷面水質達標率達到95％。在馬頰河流域建設人工濕地水質凈化工程，是濱州市環境保護“十二五”規劃的要求，工程實施后年可消減COD排放量115.6 t、氨氮排放量11.58 t，使馬頰河水質及沿岸地下水水質得到有效改善。

2.3促進當地經濟社會可持續發展的需要

近幾年，無棣縣相繼出臺了加快工業園區及產業集群發展的文件，在審批、土地使用、水資源、稅收等方面實施了優惠政策，為加快工業發展營造了良好的環境，建成四大工業園區，形成了循環經濟、精細化工、海洋化工和船舶制造等產業集群，三岳化工和天鵬汽配等4個過100億的工業項目、正海科技和匯成化工等5個過10億元的工業項目、33個過1億元的工業項目相繼落戶，鄉鎮園區建設也不斷壯大，民營經濟發展進一步加快，年增加值達95億元。這些工業企業，不少是以優質的水資源為支撐，而無棣屬水資源匱乏地區。因此，建設馬頰河人工濕地水質凈化工程，可以增加水資源可利用量，提高水資源質量，是滿足當地需水現狀、促進經濟社會可持續發展的需要。

2.4改善當地生態環境、緩解水資源匱乏的需要

無棣縣位于渤海之濱，水資源嚴重匱乏，當地年可利用水資源量僅4 308.17萬m3，而年需水量達25 635.3萬m3，缺水21 327.13萬m3，水資源供需矛盾突出。馬頰河流域位于無棣縣最北部，河水常年為劣V類水，氣味刺鼻，可向兩岸側滲500～800 m，導致地下水污染，嚴重影響了沿岸生態環境。因地理位置等原因引黃河水等客水補充困難，缺水狀況更加嚴重，當地政府和群眾迫切要求采取有效措施改善馬頰河水質，修復沿河生態環境，增加水資源可利用量，滿足人畜飲水和工農業生產需求。因此，建設馬頰河人工濕地水質凈化工程是改善當地生態環境、緩解水資源匱乏的需要。

3　建設人工濕地水質凈化工程的可行性分析

3.1人工濕地水質凈化技術的特點

人工濕地水質凈化技術是由人工建造和控制運行的與沼澤地類似的地面，將污水、污泥有控制地投配到經人工建造的濕地上，污水與污泥在沿一定方向流動的過程中，主要利用土壤、人工介質、植物、微生物的物理、化學、生物三重協同作用，對污水、污泥進行處理的一種技術。人工濕地是一個綜合的生態系統，它應用生態系統中物種共生、物質循環再生原理和結構與功能協調原則，在促進廢水中污染物質良性循環的前提下，充分發揮資源的生產潛力，防止環境的再污染，獲得污水處理與資源優化的最佳效益。其可以有效凈化水質、綠化土地、改善區域氣候、促進生態環境改善，具有低投入、高效率、低運行費用、后期維護簡便的技術優點。

3.2人工濕地水質凈化技術已經成熟

人工濕地水質凈化技術是一種比較先進的、可有效處理污染水體的工藝。早在20世紀70年代，美國、澳大利亞、荷蘭、丹麥、英國、日本等國家即開始利用天然濕地、沼澤地實施水質凈化的嘗試；80年代后期，人工建造的濕地水質凈化處理系統發展成為濕地污水處理工程的主要方式。經過幾十年的研究和實驗，人工濕地水質凈化處理技術已經成熟，英國、加拿大、美國、墨西哥等國家已經建設了許多人工濕地處理設施。我國從“七五”期間開始人工濕地水質凈化工程方面的研究，最早于1988年實施了北京昌平人工濕地水質凈化工程。1990年，國家環保局華南環境科學研究所在深圳建造了占地8 400 m2的人工濕地污水處理示范工程，日處理污水3 100 m3，結果表明，BOD去除率為90％，COD去除率為80.47％，SS去除率為93％。同年，天津環保科研所建立了11個試驗單元，專題進行蘆葦濕地對城市污水的處理研究，結果表明，經人工濕地凈化的水質達到二級排放標準，且有較高的脫氮除磷效果。2005年，山東省在南四湖新薛河建設了占地33 hm2的人工濕地污水處理工程，日最大處理污水能力8 000 m3，處理后的水質COD≤30 mg/L、氨氮≤2.0 mg/L，效果顯著，完全滿足工農業用水及地下水源補充要求。

3.3馬頰河（無棣段）自然地理條件適用

馬頰河（無棣段）為黃河沖積而成的退海之地，坡地、洼地、海灘地相間，其中洼地面積達11.4萬hm2、占全縣土地面積的57.7％。流域內地勢低洼，地面高程2.0～7.0 m，大部分洼地常年積水不宜耕種，撂荒多年，蘆葦、香蒲等水生植物叢生，自然地理條件適合建設人工濕地水質凈化工程，且能大大節約工程投資及后期維護成本。

3.4引、蓄、灌水利設施齊全

馬頰河（無棣段）右岸、碣石山水庫西側有大片洼地，該洼地北距馬頰河4 km，附近引水工程有王家閘、王家溝、賈家引水渠，蓄水工程有碣石山水庫（占地70 hm2，庫容1 310萬m3，年調節水量3 000萬m3），灌溉渠系密布，引、蓄、灌水利設施齊全。馬頰河污水經過人工濕地處理水質監測合格后，大部分蓄入碣石山水庫，向周邊工、農各業供水；一部分可通過田間渠系用于農田灌溉，大水漫灌壓堿改良當地鹽堿地；或蓄入洼地補充地下水源，減輕海水入侵等。

4　人工濕地水質凈化工程方案選擇

4.1工程選址及現場布置

綜合考察馬頰河（無棣段）右岸的洼地情況、河渠情況、土地利用情況、水資源情況，結合流域發展規劃，兼顧到人工濕地水質凈化工程的代表性和推廣性，工程項目宜選定在馬頰河右岸、碣石山水庫西側，該區域非基本農田，鹽堿化較重、撂荒多年，現為大片蘆葦地，適宜濕地建設，可節約工程初期資金投入。工程初步規劃占地40 hm2，由提水泵站、生態滯留塘、表面流濕地系統、生態穩定塘及水質監測設施等組成，其中生態滯留塘占地4 hm2、表面流濕地占地32 hm2、生態穩定塘占地4 hm2。

4.2工藝方案

基于技術穩定、經濟可行、管理簡便的原則，綜合考慮水質凈化與生態保護相協調、環境效益與經濟效益并重、工程建設與產業結構調整相統一，馬頰河（無棣段）人工濕地水質凈化工程的工藝方案為生態滯留塘、表面流濕地系統和生態穩定塘的綜合工藝，工藝流程為：馬頰河污水→生態滯留塘→表面流濕地→生態穩定塘→處理合格中水→碣石山水庫（或用于灌溉、補充地下水源），即利用馬頰河右岸現有的引、排水系統，開啟王家閘，將河水引入王家溝，然后輸入大慶溝，在碣石山水庫西側新建提水泵站1座，提河水進入人工濕地水質凈化工程區，進行水量和水質調節及預處理后進入濕地水質處理系統，水體在流動過程中，經過植物、微生物、土壤和人工介質的物理、化學、生物三重協同作用，通過吸附、滯留、過濾、氧化還原、沉淀、微生物分解、轉化，實現水質的深度處理，最后將處理后監測合格的中水輸出。

4.3植物配置

為保證水質凈化質量，根據因地制宜、經濟效益、生物多樣性和景觀協調的原則，在項目區設置不同濕地分區，選擇蘆葦、香蒲作為挺水植物先鋒物種，選擇金魚藻、苦草等作為沉水植物先鋒物種。蘆葦抗逆性強，具有很強的凈化能力和耐污、耐堿、耐有機負荷性，可吸附多種有機物、無機物，廢水中的污染物通過蘆葦根莖、微生物分子吸收及土壤固化等作用，在土壤—植物系統中自然完成一系列物理、化學和生態凈化過程，并使之在凈化的同時將污水所含的水肥資源供給蘆葦生長。蘆葦的蒸騰系數為637～826，1 t蘆葦每年可向空氣中釋放700 m3左右水蒸氣，能較好地調節小氣候，維持生態平衡。據實地調查，項目區內蘆葦資源豐富，可優先大量選用。

5　效益分析

5.1水污染治理效益

工程建成運行后，可有效消減污染河水的有害物質，年可消減COD總量115.8 t、氨氮總量11.58 t，可使馬頰河河水由劣V類水質達到V類水質，即COD≤40 mg/L、氨氮≤2.0 mg/L，逐步修復受損河道的生態環境。

5.2環境效益

工程建成后，可使馬頰河（無棣段）攔蓄的6 800 萬m3河水水質得到根本改善，項目區周邊居民生產生活環境也得到提高。同時，還將起到涵養水源、調節水量、補充地下水、改善小氣候的作用，促進區域環境的良性可持續發展。

5.3生態景觀效益

工程建成后，可以為諸多生物提供適宜的生長環境，增加生物的多樣性、生態系統的穩定性，維持自然平衡。項目區種植大量的蘆葦、香蒲、蓮、金魚藻等濕地植物，圍堰、道路兩旁種植大量喬木、灌木，使河流、濕地顯現優美的景觀效果，葦影婆娑的蘆葦蕩、清脆嫩綠的水蓮、魚蝦戲水的圖景，將使馬頰河（無棣段）變成令人賞心悅目的水利景觀帶。

5.4社會與經濟效益

工程建成后，河水由劣V類提升到V類，年可改善6 800萬m3河水的水質，促進更多的環境優先型工業企業項目在馬頰河流域安家落戶和現代化農業的發展；大面積種植的蘆葦、香蒲具有較高的經濟價值，年可增收20萬～30萬元；人工濕地工程處理達標后的尾水可作為灌溉和回用水源，緩解當地水資源危機。同時，該工程作為一個示范項目，具有較高的實用性和推廣價值，可以為生態環境修復和水污染防治提供積極探索。

X522；TV213.4

A

1004-7328（2016）04-0021-04

10.3969/j.issn.1004-7328.2016.04.006

2016—04—18

付云峰（1979—），男，工程師，主要從事水利工程建設管理、水生態研究工作。