淺談潛流人工濕地的設(shè)計與施工

王建設(shè) 董淑珍 王晨龍

一、引言

人工濕地是運用生態(tài)學(xué)原理，人為地控制植物、基質(zhì)、微生物以及水力學(xué)條件等影響凈化效果的因子，從而實現(xiàn)污染物的去除，并能在實際工程中加以推廣應(yīng)用的一種水體生態(tài)修復(fù)技術(shù)，其作用機理包括吸附、滯留、過濾、氧化還原、沉淀、微生物分解、轉(zhuǎn)化、植物遮蔽、殘留物積累、蒸騰水分和養(yǎng)分吸收及各類生物的作用。

人工濕地特別適合處理景觀用水區(qū)附近的污水，為水體提供潔凈的水源。本文以臨沂大學(xué)城污水處理廠尾水人工濕地深度凈化及資源綜合利用工程為例，通過對該工程潛流人工濕地的設(shè)計與施工的闡述，以期對潛流人工濕地系統(tǒng)進(jìn)一步推廣應(yīng)用提供參考依據(jù)。

二、工程設(shè)計

1.潛流人工濕地特點及工藝比選

潛流人工濕地根據(jù)水體在基質(zhì)填料間流動方式不同分為水平潛流人工濕地（HFCW）和垂直潛流人工濕地（VFCW）。

（1）水平潛流的布水和水流方式是水體從床體一端以水平流方式從填充基質(zhì)表面以下流向出水端，主要通過介質(zhì)攔截過濾、植物根系及填料表面生物膜的降解以及植物吸收等作用實現(xiàn)污水凈化。其特點在于水力負(fù)荷高，對 SS、BOD5、CODCr和重金屬等污染物去除效果好，具由一定的保溫效果，投資和運行成本高于表流、低于垂直潛流，適宜在北方地區(qū)建設(shè)運行。

（2）垂直潛流人工濕地（VFCW）的布水方式是污水垂直向通過人工濕地床體基質(zhì)層，可分為下行垂直潛流和上行垂直潛流兩種形式。其特點是具有較高的輸氧能力，去污能力較強；但其SS去除能力較差、易堵塞，布水管道多、建設(shè)投資較高，控制相對復(fù)雜；不適宜在北方寒冷的冬季運行，較適宜于我國南方地區(qū)采用。

（3）復(fù)合流潛流人工濕地的工藝布水方式和水流方式是水體在人工濕地床體內(nèi)以水平流與上升垂直流相結(jié)合的水力流態(tài)，從床體一端經(jīng)填充基質(zhì)流向出水端，主要通過基質(zhì)攔截過濾、植物根系和基質(zhì)表面生物膜的生物降解、植物吸收等作用，以及導(dǎo)淤層的倒膜清淤，并配套一定的暖季運行模式和冷季保溫越冬運行模式，實現(xiàn)對污水的高效凈化與全年穩(wěn)定運行。其優(yōu)勢特點在于水力負(fù)荷和污染負(fù)荷高、保溫效果好、防堵塞、管理方便，適宜在北方地區(qū)建設(shè)運行，所以本項目選擇復(fù)合流潛流人工濕地工藝。

2.潛流濕地單元設(shè)計

工程復(fù)合流潛流人工濕地設(shè)計建設(shè)有效面積為3.87hm2，建設(shè)占地面積為4.20hm2，設(shè)計分為56個單元。共分四個區(qū)，潛流濕地一區(qū)，該區(qū)建設(shè)面積1.25hm2，有效面積1.15hm2，設(shè)計分為18個單元；潛流濕地二區(qū)，該區(qū)建設(shè)面積1.60hm2，有效面積1.47hm2，設(shè)計分為19個單元；潛流濕地三區(qū)，該區(qū)建設(shè)面積0.58hm2，有效面積0.54hm2，設(shè)計分為7個單元；潛流濕地四區(qū)，該區(qū)建設(shè)面積0.77hm2，有效面積0.72hm2，設(shè)計分為12單元。潛流濕地一區(qū)、二區(qū)、三區(qū)、四區(qū)采取并聯(lián)方式布設(shè)，可有效保證濕地正常運行和日常維護檢修。

系統(tǒng)單元的深度是潛流人工濕地污水處理設(shè)計、運行和維護的重要參數(shù)。根據(jù)《人工濕地污水處理工程技術(shù)規(guī)范》（HJ2005-2010）通常潛流人工濕地的深度宜為0.4～1.6m，結(jié)合北方人工濕地污水處理技術(shù)建設(shè)運行經(jīng)驗及該項目土壤標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)深度，同時降低建設(shè)成本，本項目單元設(shè)計深度為1.2m。

3.填料設(shè)計

潛流濕地單元墻深度1.4m，填料及種植層為1.2m。由防滲膜、填料層、濕地植物、集配水系統(tǒng)及導(dǎo)膜管構(gòu)成。自下而上各層填料分布：夯實三合土、夯實黏土、土工膜、粗砂層、填料層、粗砂級配填裝、種植土。潛流人工濕地基質(zhì)層分布結(jié)構(gòu)見表1。

4.單元墻體設(shè)計

潛流人工濕地外墻為370mm磚墻，內(nèi)部分隔墻為240mm磚墻，磚墻為MU20燒結(jié)普通磚、M10水泥砂漿砌筑，墻體外表面及頂面涂防水砂漿。

5.集水渠、配水渠設(shè)計

濕地集水渠及配水渠由兩道墻體組成，集水渠寬800mm，渠底為200mm厚鋼筋混凝土底板，底板下設(shè)100mm厚C15素混凝土墊層。渠道墻體每隔4m距離設(shè)置一道支撐梁，支撐梁兩側(cè)設(shè)有構(gòu)造柱，支撐梁為預(yù)制，構(gòu)造柱為現(xiàn)澆。渠頂鋪設(shè)預(yù)制鋼筋混凝土蓋板。沿渠道長度方向間隔30m設(shè)置一道伸縮縫，防止墻體過長產(chǎn)生裂縫。

所有穿墻管的防水均采用12mm厚U-PVC板，雙向擠壓土工膜防滲。每個DN80的配水管上面均有閥門控制，通過觀察出水口流量，可以微調(diào)進(jìn)入每個濕地單元的閥門，控制進(jìn)入每個濕地單元的進(jìn)水流量。

三、工程施工控制

潛流濕地施工工藝：土方開挖→配水渠、集水渠和隔墻施工→水位調(diào)節(jié)井→退水管施工→填料施工。

1.土方開挖

工程構(gòu)筑物基礎(chǔ)坐落在原狀密實土層上，水位調(diào)節(jié)井、配水渠基礎(chǔ)承載壓強不小于80kPa，進(jìn)水調(diào)節(jié)池、轉(zhuǎn)折井和集水渠要求為120kPa。土方開挖過程中預(yù)留20cm人工清底。

2.基底處理

基底進(jìn)行準(zhǔn)確整平后，一定要仔細(xì)檢查平整度和密實度，保證不能有鼓包和洼坑，而且也不能有泥和存水、樹根、石塊等雜物，否則將會嚴(yán)重影響土工膜的防滲效果。

3.復(fù)合土工膜鋪設(shè)

（1）復(fù)合土工膜生產(chǎn)廠家確定后，由工程參建方進(jìn)行廠家考查確定材料質(zhì)量及供應(yīng)情況。材料進(jìn)場時廠家應(yīng)提供產(chǎn)品合格證、質(zhì)量保證書和檢驗報告，由監(jiān)理單位見證取樣送具有相應(yīng)資質(zhì)的試驗單位進(jìn)行抽檢合格后方可用于施工。

（2）鋪設(shè)應(yīng)在干燥溫和天氣進(jìn)行，為了便于拼接防止應(yīng)力集中，復(fù)合土工膜鋪設(shè)采用波浪形松馳方式富余度約為1.5%，攤開后及時拉平拉開，要求無突起褶皺，施工人員應(yīng)穿平底布鞋或軟膠鞋，嚴(yán)禁穿釘鞋，以免踩壞土工膜，施工時如發(fā)現(xiàn)土工膜損壞應(yīng)及時修補。

（3）復(fù)合土工膜焊接質(zhì)量的好壞是施工成敗的關(guān)鍵，所以務(wù)必要做好土工膜的焊接確保焊接質(zhì)量。土工膜焊接由生產(chǎn)廠家派專業(yè)技術(shù)人員到現(xiàn)場操作指導(dǎo)培訓(xùn)，并采用土工膜專用焊接設(shè)備進(jìn)行。本工程土工膜焊接采用 ZPR-210V 型熱合土工膜焊接機。

（4）焊接前必須清除膜面上所有的砂子、泥土等臟物保證膜面干凈，正式焊接前根據(jù)施工氣溫進(jìn)行試焊確定行走速度和施焊溫度，一般掌握行走速度1.5～2.5m/s，施焊溫度為220℃～300℃。焊縫兩條每條寬10mm，兩條焊縫間留有10mm的空腔，用此空腔檢查其焊縫質(zhì)量。

4.濕地管道鋪設(shè)

（1）管材。潛流人工濕地選用管材為PVC和PE兩種材質(zhì)，集水管、配水管、倒膜管為PVC，主進(jìn)水管為PE管。進(jìn)場時經(jīng)抽檢合格后方可使用。

表1 潛流人工濕地基質(zhì)層分布結(jié)構(gòu)表

（2）管道安裝的允許偏差和檢驗方法嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，標(biāo)高必須嚴(yán)格按照規(guī)范和施工圖技術(shù)要求，確保管道在使用過程中不會出現(xiàn)下撕下?lián)犀F(xiàn)象。底部集水管鋪設(shè)時確保無異物進(jìn)入管道，填埋前用無紡布覆蓋保護，填埋時撤去無紡布，并在管周圍做好反濾層保護，確保施工中無細(xì)砂直接進(jìn)入管道，粒料回填完成后及時封蓋保護管口。管道鋪設(shè)及填埋后嚴(yán)禁機械碾壓，避免破損和翹曲。

（3）管道安裝完畢后，應(yīng)根據(jù)《給水排水管道工程施工及驗收規(guī)范》（GB50268-2008）的要求進(jìn)行閉水試驗。

5.濾料回填施工

（1）濾料分為粗砂、碎石、火山巖三種，粒徑須滿足設(shè)計要求，超粒徑比例不得超過5%，粒徑含泥量不大于3%，碎石含碳酸鈣不小于40%，火山巖內(nèi)外平均孔隙率在40%左右，對水的阻力小，同類濾料相比，所需數(shù)量少。

（2）每個單元池體濾料回填施工時，先進(jìn)行底層驗收，高程達(dá)到設(shè)計要求方可回填。裝填后每層高程誤差應(yīng)控制在±5cm以內(nèi)。

（3）濕地粒料回填時應(yīng)注意管道安全，避免管道損壞及細(xì)料從花管孔隙或管口進(jìn)入管內(nèi)。運料斗內(nèi)的剩余粉末不準(zhǔn)倒入濕地床內(nèi)。

（4）濾料回填施工采用后退法施工，避免對內(nèi)部結(jié)構(gòu)及回填部分過度碾壓。

四、結(jié)語

臨沂大學(xué)城污水處理廠尾水人工濕地深度凈化及資源利用工程是臨沂市中心城區(qū)水環(huán)境綜合整治工程的一個子項目，工程采用EPC總承包模式承建，目前工程已通過環(huán)保驗收，濕地出水水質(zhì)達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)，滿足設(shè)計要求■