北關人工濕地運行效果分析

劉澤娟 楊子超 吉利娜

(北京市北運河管理處，北京 101100)

人工濕地是人工設計與建造的由飽和基質、挺水植物與沉水植物、動物和水體組成的復合體[1]，在污水處理、污染物控制和改善環境方面已經得到普遍重視和應用[2]。這種技術與傳統污水生化處理技術相比，具有建設成本與運行成本低、處理效果好、兼有生態修復功能與營造生態景觀等特點[3]。北關人工濕地作為處理河道污染水體的示范工程，為北京城市副中心水生態、水環境改善提供了技術支撐。

1 概 況

北關人工濕地位于北京城市副中心五河交匯處，始建于2008年，是北關分洪樞紐改建工程的一部分。經過十多年的運行，濕地已基本失去凈水功能。2015年中共北京市委十一屆七次全會向社會披露，將在通州建設北京市行政副中心，水生態、水環境的改善對行政副中心的建設意義重大，但水環境的治理、生態文明的建設任重而道遠。北關人工濕地所處地理位置優越，隨著行政副中心的建設，將來交通發達，人流量巨大，在此處建設一處河水水質凈化示范工程，有利于濕地技術的宣傳，為民眾參觀游覽提供美好的體驗，有利于引導民眾保護濕地，珍愛水資源，自覺參與到水生態、水環境保護工作中，同時為副中心水生態、水環境的改善提供參考。

2019年對原北關人工濕地進行了改造，改造后的北關人工濕地是集水質凈化、生態環境改善、景觀提升、教學科研于一體的多功能濕地。據現場調查，北運河連通渠中除河道水外，還有周邊散排生活污水，遇有點源污染物排放時，河道污染物含量接近低濃度生活污水，水質情況見表1。改建后要求潛流濕地出水主要指標達到地表水Ⅳ類標準，具體參數見表2。

表1 濕地進水水質情況

表2 潛流濕地出水水質情況

2 主要工藝

北關人工濕地主體工藝采用“表流濕地+潛流濕地”組合工藝以加強濕地凈化效果，降低污染負荷。表流濕地水力路徑以地表推流為主，在處理過程中主要通過植物莖葉的攔截、土壤的吸附過濾及附著在水中植物上的微生物來達到去除污染物的目的。北關人工濕地表流濕地通過適量植物群落調整，在表流濕地內構建“水下森林”，水深較淺處種植挺水植物，水深較深處配置苦草、狐尾藻等沉水植物，以加強表流濕地的凈化效果，降低后續潛流濕地的污染負荷。

潛流濕地作為北關人工濕地的主要水質凈化單元，采用垂直潛流濕地，污水自底部進入潛流濕地，均勻地流過濕地內部的生態填料后，自頂部排出潛流濕地。污水在濕地床體的內部流動，充分利用生態填料表面生長的生物膜、豐富的植物根系及表層土和生態填料截流等作用，以提高其處理效果和處理能力。

北關人工濕地處理水量5000m3/d，占地面積為16450m2。其中，表流濕地3450m2，進水量為5000m3/d；潛流濕地4585m2，處理水量2000m3/d；出水展示池共3750m2，進水量為5000m3/d；高校試驗區220 m2，生態排水渠1465 m2，邊坡及綠化面積2980 m2。另在北運河連通渠邊坡水域區建設提升泵站1座，設計沉沙措施和排沙設備，防止泵站的淤堵，提升水量5000m3/d。工藝流程見圖1。

圖1 北關人工濕地工藝流程

3 運行管理

3.1 水域保潔

對表流濕地區域、出水展示區、生態邊溝水體等地水域邊緣雜草、廢棄物、漂浮垃圾進行清除，保證水面清潔美觀、水環境良好、水域暢通。

3.2 植物管理

濕地植物是污染凈化的重要承擔者，同時可以為動物提供棲息地，還可以增加濕地的觀賞性。 濕地植物管理主要是維護人工濕地處理系統中種植的植物群落，主要管理內容有：?除雜草，避免雜草瘋長，影響濕地植物生長；?及時修剪枯黃、枯死和倒伏植株，維持景觀效果；?病蟲害防治：采用生物防治措施和物理防治措施進行病蟲害防治，加強病蟲檢查，發現病蟲害及時采取撲滅措施；?澆水：對于濕地岸坡植物，根據土壤的干濕情況適時澆水，滿足植物生長需求；?補植與分載：在發現死亡缺株時，要及時補植，在植株比較擁擠時，要及時進行分栽；?植物收割：沉水植物在植物生長茂盛、成熟后應對植物進行及時收割，挺水植物、潛流濕地上的植物、岸坡植物通常在初春進行收割，以防枯死植物分解釋放污染物質。潛流濕地上植物、岸坡植物通常初春進行收割，一方面可以為動物提供過冬場所，有利于保護生物多樣性；另一方面，枯死的植物在冬季覆蓋在潛流濕地上起到保暖作用，促進濕地發揮效益。

3.3 設施維護

對濕地配套設施、設備等進行日常巡檢、定期維護和應急檢修，保證設施、設備的穩定和安全運行。主要包括提升泵站、管理園路、過濾器、下沉式管理平臺、溢流堰、潛流濕地出水堰等的維護。

3.4 防堵塞措施

為防止濕地淤堵，在提升泵出水管末端設過濾器。同時，在潛流濕地進水前端分水井內設置過濾填料。潛流濕地為上向流垂直潛流濕地，在布水管的主、支管末端設清淤管口，便于后期反沖洗清淤。一般情況下，潛流濕地進水前端分水井內過濾填料每季度需要清洗一次，潛流濕地布水管道每年清理一次，當河道水質較差時，根據潛流濕地出水情況，適當增加清淤次數。北關分洪樞紐在北運河防洪工作中起著重要作用，北關人工濕地的水源取自溫榆河、運潮減河、小中河、通惠河、北運河五河交匯北關分洪樞紐連通渠處，在行洪期間，河道易有漂浮物、水體渾濁等問題，需及時關閉水泵，防止大量懸浮物進入濕地，造成濕地淤堵。

4 運行效果

4.1 凈化效果

選擇濕地進水口、表流濕地出水展示區和潛流濕地展示區作為取樣點，定期進行水質監測，監測硝酸鹽(以氮計)、化學需氧量、總磷 、總氮、氨氮 、懸浮物和葉綠素等指標。其中，通過表流濕地后，氨氮 、葉綠素a最大去除率在90%以上，總氮最大去除率在60%以上，化學需氧量、總磷最大去除率在50%以上，硝酸鹽最大去除率在40%以上；通過潛流濕地后總氮、氨氮 、硝酸鹽、葉綠素a最大去除率在90%以上，化學需氧量、總磷最大去除率在70%以上。水質各類指標最大去除率見表3。

表3 水質各類指標最大去除率

4.2 環境改善

北關人工濕地以再力花、黃菖蒲、荷花、睡蓮、狐尾藻等作為濕地植物，搭配本土喬木、灌木、地被植物，呈現自然、生態的庭院式濕地公園，改善了北京城市副中心的局部環境，為人們提供了一處環境優美的游覽場所。同時，濕地對河道水質的凈化，一定程度上改善了北運河河道水質，提升了河道自身的凈化能力，在一定程度上減輕了北運河流域環境容量的壓力。

4.3 科普功能

北關人工濕地通過表流濕地系統、潛流濕地系統、生態邊坡應用、多層次植物搭配、多重生境營造，以及重點高校與科研單位在總磷總氮等污染物的高效去除、“水下森林”生態系統的構建等最新技術研發成果及中試研究等，為人們科普了人工濕地凈水原理、展示生態效應，引導公眾了解濕地、保護濕地、珍惜水資源、愛護水生態環境，并積極參與生態環境改善工作。

5 存在問題

5.1 處理效果波動較大

通過分析多次監測結果可發現，濕地處理效果波動較大。主要原因為：?濕地處理效果與進水水質有很大關系，經過3個三年治污行動、城市副中心“16+2+6”水環境治理、清四亂等措施，北運河水質在不斷提升，2020年北關攔河閘斷面年平均水質達到地表水Ⅳ類標準，進水水質即為濕地設計出水效果；?濕地污染物來源除進水中所含污染物外，還有腐爛的植物根系和未及時清理的脫落枝葉、填料和植物根系上附著的老化生物膜，當溫度下降、微生物活性降低時，有時會出現濕地出水有機物濃度略高于進水的情況。

5.2 水生植物管理需要加強

水生植物是濕地的重要組成部分，可直接吸收利用污水中可以利用的營養物質、吸附及富集重金屬等，從而達到凈化水質的作用。植物生長的好壞關系著濕地運行效果，表流濕地挺水植物荷花、浮葉植物睡蓮生長繁殖過快，水域被大面積覆蓋，破壞整體景觀，阻擋陽光進入，影響沉水植物生長,不利于沉水植物發揮水體凈化作用。沉水植物不僅自身具有凈化改善生境作用，而且可以促進水體中生物和非生物懸浮物質的沉淀。在表流濕地科學配置黑藻、苦草等沉水植物，構建“水下森林”，發揮沉水植物作用，但在實際運行管理過程中生長情況并不樂觀，水生植物管理仍需加強。

5.3 存在堵塞現象

潛流濕地主管及潛流濕地支管存在堵塞現象。水流帶入的泥沙、藻類等懸浮物淤積堵塞了濕地管道，影響了正常進出水，降低了濕地的處理能力，使水體流動緩慢，為藻類生長提供了有利條件，使潛流濕地展示區藻密度比表流濕地展示區高，透明度低，感官效果有差距。

6 建 議

6.1 穩定處理效果

進一步優化濕地植物的種類、密度、生長因素、收割頻率等，提高運行效果的穩定性。增強濕地生物多樣性，促進濕地生態系統不斷完善。總結河道水質變化規律，探索間歇式運行方案，在水質較好的情況下，關閉水泵，停止進水。

6.2 提高管理水平

加強管理人員業務培訓，充分學習濕地管理的先進經驗，提升濕地運行管理水平；加強水生植物養護學習，進一步精細化管理，加強繁殖過快水生植物的修剪，同時優化沉水植物生長因素，降低水位，促進水生植物生長繁殖；動態調整潛流濕地管道清淤頻率，防止堵塞。

6.3 控制藻類繁殖

堅持用生態的辦法解決生態問題的理念，以自然修復為主，減少過多人工干預，因地制宜地開展生態建設。利用沉水植物和藻類形成營養競爭關系，大幅度降低水體富營養化程度，有效抑制藻類生長，在出水展示區種植優勢種沉水植物，在保證水質達標的前提下提高水體透明度。進行增殖放流，投放鰱、鳙等濾食性魚類，通過魚類濾食水體中的浮游動植物，控制藍藻等有害藻類的過度繁殖，提升水體透明度，提高水體感官效果。

7 結 語

北京城市副中心正在大力發展建設中，北關人工濕地對北京城市副中心水生態水環境改善有著積極的作用。要不斷凝練運行管理經驗，踐行用生態的辦法解決生態的問題理念，優化濕地植物管養方式，探索水泵運行、濕地管道清理模式，不斷提升人員能力、精細化管理水平，促使水生植物適當生長繁殖，穩定濕地處理效果，減少管道堵塞，促進濕地效益進一步提升。