人工構筑濕地在河道整治工程中的應用

安智偉

（河北省水利水電勘測設計研究院，天津300250）

河道整治是按照河道演變規(guī)律，因勢利導，調整、穩(wěn)定河道主流位置，改善水流、泥沙運動和河床沖淤部位，以適應防洪、航運、供水、排水等國民經濟建設要求的工程措施。在具體工程中有修建堤防、堤防邊坡防護、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)及水質的問題，然而由于人口增長及工業(yè)發(fā)展，河流生態(tài)及水質大都遭到了破壞。本文主要說明利用污水處理技術中的人工構筑濕地系統(tǒng)改善及治理河道的生態(tài)及水質的問題。

1 人工構筑濕地簡介

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

人工濕地與傳統(tǒng)污水處理工藝相比有以下優(yōu)點：①需要的構筑物和設備較少，基建投資和運行費用較低；②處理工藝有效可靠，不僅能去除常規(guī)污染物，而且對營養(yǎng)物質等具有明顯的處理效果；③易于維護管理；④對水力負荷和污染物負荷的波動具有較強的耐受能力；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，為野生動植物提供良好生境，可把廢水治理與野生動植物園建設結合起來，提高環(huán)境資源與旅游資源價值等［2］。

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

人工構筑濕地在北方的河道整治中應用還較少，在河道整治工程中，由于河道較長，存在濕地占地面積較大的問題；河道整治完后，仍要長期使用，因此植物在其兩三個生長季完成后，會形成生態(tài)景觀，也為野生動植物提供棲息場所，對于整個河道的生態(tài)恢復起到了非常重要的作用。

2 人工構筑濕地原理

人工構筑濕地系統(tǒng)去除污染物的作用機理如表1。

表1 濕地系統(tǒng)去除污染物的作用機理［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。廢水流經時，填料及根系能夠阻擋截留廢水中懸浮顆粒，不溶性有機顆粒被根區(qū)微生物分解成小顆粒可溶性有機物，有機物作為微生物新陳代謝過程中的電子供體，參與微生物活動各個過程從而得以去除。植物根區(qū)會產生根區(qū)效應，幫助地基質層產生好氧、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、微生物作為營養(yǎng)物質直接吸收（-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物污染從系統(tǒng)中移除。

3 人工構筑濕地類型及植物

根據(jù)水流方式，人工構筑濕地可以分為3種類型。

3.1 自由表面流人工濕地（FWS）

污水在基質表層流動，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，氧氣傳質效率高，這些特點使其對污染物的去除效果較好，且自由表面流人工濕地造價低，操作運行簡單，成熟期短（3個月）。但這種類型的人工濕地占地面積大，水力負荷率較小，而且系統(tǒng)容易受到氣候影響，夏季易生蚊蠅，會散發(fā)臭氣。

表面流人工構筑濕地示意圖如圖1。

圖1 表面流人工構筑濕地

3.2 水平潛流人工濕地（SFS）

污水從濕地一端進入濕地，在基質中水平流動，能充分利用基質和植物根系的節(jié)流作用。水平潛流人工濕地對污水凈化效果好，而且很少有臭氣和蚊蠅現(xiàn)象。這種濕地運行管理相對復雜，投資相對較高，基質易堵塞。

水平潛流人工構筑濕地示意圖如圖2。

圖2 水平潛流人工構筑濕地

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層的下方，正常情況下進水相對均勻，而當處理水質懸浮物濃度高時，進水管容易發(fā)生堵塞，甚至基質發(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。垂直潛流人工構筑濕地示意圖如圖3。

圖3 垂直潛流人工構筑濕地

由此可知，表面流人工構筑濕地比較適合河道治理中應用。

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)測定，其最大輸氧速度可達28.5g/（m2·d），而且，其除磷能力也強。

蘆葦是優(yōu)良造紙及器具加工原料，蘆根還是中藥，具有較好的經濟價值。蘆葦?shù)姆N植應選擇適合當?shù)厣L的優(yōu)良品種，保留兩個完整根節(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，收割時將成熟的蘆葦連同吸收的營養(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，有吸收、凈化河水污染物的作用，收割時保留的蘆葦茬在20～30cm，便于冬季運行時支撐冰面，也有利于春季發(fā)芽生長。

運行初期，易發(fā)生植物病蟲害，應采取相應防治措施。蘆葦需要的土壤質地為黏土—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。

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

4 人工構筑濕地在河道治理中的應用

現(xiàn)在很多河道中的水質都很差，水質參數(shù)達不到GB3838—2002《地表水環(huán)境質量標準》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重，河道底部淤積，坑洼不平，河道內有亂采亂挖的現(xiàn)象?，F(xiàn)有很多河道整治工程針對河道現(xiàn)有外貌及防洪標準進行了整治，采取的工程有修建堤防、堤防邊坡的漿砌石防護、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，但河道的水質經過工程措施后，仍達不到Ⅴ類功能區(qū)的要求。

在河道整治中加入人工構筑濕地系統(tǒng)，完成其生長季后，對緩沖暴雨徑流水量、調節(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)一些河道人工構筑濕地的數(shù)據(jù)，統(tǒng)計出人工構筑濕地的水力負荷在0.45～0.95m3/m2·d時，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隨著進水濃度的上升，去除效率下降；CODCr、SS、BOD5隨著進水濃度的上升，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，高水力負荷運行，會降低污染物的去除效率，如果河道較長時，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荷，又可對整條河流的生態(tài)恢復起到重要作用。

表2 不同濃度污染物對應去除效率［1］

［1］張萍，和麗萍.污染負荷對人工濕地污染處理效果的影響［J］.環(huán)境科學導刊，2013，32（1）：8-12.

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

［3］沈建，唐大為，李心亮.注冊環(huán)保工程師專業(yè)考試復習教材［M］.北京：中國環(huán)境科學出版社，2007.

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

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

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