北關(guān)人工濕地運(yùn)行效果分析

劉澤娟 楊子超 吉利娜

(北京市北運(yùn)河管理處，北京 101100)

人工濕地是人工設(shè)計(jì)與建造的由飽和基質(zhì)、挺水植物與沉水植物、動(dòng)物和水體組成的復(fù)合體[1]，在污水處理、污染物控制和改善環(huán)境方面已經(jīng)得到普遍重視和應(yīng)用[2]。這種技術(shù)與傳統(tǒng)污水生化處理技術(shù)相比，具有建設(shè)成本與運(yùn)行成本低、處理效果好、兼有生態(tài)修復(fù)功能與營造生態(tài)景觀等特點(diǎn)[3]。北關(guān)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(tài)、水環(huán)境改善提供了技術(shù)支撐。

1 概 況

北關(guān)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(guān)分洪樞紐改建工程的一部分。經(jīng)過十多年的運(yùn)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(huì)向社會(huì)披露，將在通州建設(shè)北京市行政副中心，水生態(tài)、水環(huán)境的改善對行政副中心的建設(shè)意義重大，但水環(huán)境的治理、生態(tài)文明的建設(shè)任重而道遠(yuǎn)。北關(guān)人工濕地所處地理位置優(yōu)越，隨著行政副中心的建設(shè)，將來交通發(fā)達(dá)，人流量巨大，在此處建設(shè)一處河水水質(zhì)凈化示范工程，有利于濕地技術(shù)的宣傳，為民眾參觀游覽提供美好的體驗(yàn)，有利于引導(dǎo)民眾保護(hù)濕地，珍愛水資源，自覺參與到水生態(tài)、水環(huán)境保護(hù)工作中，同時(shí)為副中心水生態(tài)、水環(huán)境的改善提供參考。

2019年對原北關(guān)人工濕地進(jìn)行了改造，改造后的北關(guān)人工濕地是集水質(zhì)凈化、生態(tài)環(huán)境改善、景觀提升、教學(xué)科研于一體的多功能濕地。據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，北運(yùn)河連通渠中除河道水外，還有周邊散排生活污水，遇有點(diǎn)源污染物排放時(shí)，河道污染物含量接近低濃度生活污水，水質(zhì)情況見表1。改建后要求潛流濕地出水主要指標(biāo)達(dá)到地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)，具體參數(shù)見表2。

表1 濕地進(jìn)水水質(zhì)情況

表2 潛流濕地出水水質(zhì)情況

2 主要工藝

北關(guān)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(qiáng)濕地凈化效果，降低污染負(fù)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(dá)到去除污染物的目的。北關(guān)人工濕地表流濕地通過適量植物群落調(diào)整，在表流濕地內(nèi)構(gòu)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(qiáng)表流濕地的凈化效果，降低后續(xù)潛流濕地的污染負(fù)荷。

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

北關(guān)人工濕地處理水量5000m3/d，占地面積為16450m2。其中，表流濕地3450m2，進(jìn)水量為5000m3/d；潛流濕地4585m2，處理水量2000m3/d；出水展示池共3750m2，進(jìn)水量為5000m3/d；高校試驗(yàn)區(qū)220 m2，生態(tài)排水渠1465 m2，邊坡及綠化面積2980 m2。另在北運(yùn)河連通渠邊坡水域區(qū)建設(shè)提升泵站1座，設(shè)計(jì)沉沙措施和排沙設(shè)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(guān)人工濕地工藝流程

3 運(yùn)行管理

3.1 水域保潔

對表流濕地區(qū)域、出水展示區(qū)、生態(tài)邊溝水體等地水域邊緣雜草、廢棄物、漂浮垃圾進(jìn)行清除，保證水面清潔美觀、水環(huán)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(dān)者，同時(shí)可以為動(dòng)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(hù)人工濕地處理系統(tǒng)中種植的植物群落，主要管理內(nèi)容有：?除雜草，避免雜草瘋長，影響濕地植物生長；?及時(shí)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(jìn)行病蟲害防治，加強(qiáng)病蟲檢查，發(fā)現(xiàn)病蟲害及時(shí)采取撲滅措施；?澆水：對于濕地岸坡植物，根據(jù)土壤的干濕情況適時(shí)澆水，滿足植物生長需求；?補(bǔ)植與分載：在發(fā)現(xiàn)死亡缺株時(shí)，要及時(shí)補(bǔ)植，在植株比較擁擠時(shí)，要及時(shí)進(jìn)行分栽；?植物收割：沉水植物在植物生長茂盛、成熟后應(yīng)對植物進(jìn)行及時(shí)收割，挺水植物、潛流濕地上的植物、岸坡植物通常在初春進(jìn)行收割，以防枯死植物分解釋放污染物質(zhì)。潛流濕地上植物、岸坡植物通常初春進(jìn)行收割，一方面可以為動(dòng)物提供過冬場所，有利于保護(hù)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(jìn)濕地發(fā)揮效益。

3.3 設(shè)施維護(hù)

對濕地配套設(shè)施、設(shè)備等進(jìn)行日常巡檢、定期維護(hù)和應(yīng)急檢修，保證設(shè)施、設(shè)備的穩(wěn)定和安全運(yùn)行。主要包括提升泵站、管理園路、過濾器、下沉式管理平臺(tái)、溢流堰、潛流濕地出水堰等的維護(hù)。

3.4 防堵塞措施

為防止?jié)竦赜俣?，在提升泵出水管末端設(shè)過濾器。同時(shí)，在潛流濕地進(jìn)水前端分水井內(nèi)設(shè)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(shè)清淤管口，便于后期反沖洗清淤。一般情況下，潛流濕地進(jìn)水前端分水井內(nèi)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(dāng)河道水質(zhì)較差時(shí)，根據(jù)潛流濕地出水情況，適當(dāng)增加清淤次數(shù)。北關(guān)分洪樞紐在北運(yùn)河防洪工作中起著重要作用，北關(guān)人工濕地的水源取自溫榆河、運(yùn)潮減河、小中河、通惠河、北運(yùn)河五河交匯北關(guān)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(shí)關(guān)閉水泵，防止大量懸浮物進(jìn)入濕地，造成濕地淤堵。

4 運(yùn)行效果

4.1 凈化效果

選擇濕地進(jìn)水口、表流濕地出水展示區(qū)和潛流濕地展示區(qū)作為取樣點(diǎn)，定期進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測，監(jiān)測硝酸鹽(以氮計(jì))、化學(xué)需氧量、總磷 、總氮、氨氮 、懸浮物和葉綠素等指標(biāo)。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(xué)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(xué)需氧量、總磷最大去除率在70%以上。水質(zhì)各類指標(biāo)最大去除率見表3。

表3 水質(zhì)各類指標(biāo)最大去除率

4.2 環(huán)境改善

北關(guān)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(xiàn)自然、生態(tài)的庭院式濕地公園，改善了北京城市副中心的局部環(huán)境，為人們提供了一處環(huán)境優(yōu)美的游覽場所。同時(shí)，濕地對河道水質(zhì)的凈化，一定程度上改善了北運(yùn)河河道水質(zhì)，提升了河道自身的凈化能力，在一定程度上減輕了北運(yùn)河流域環(huán)境容量的壓力。

4.3 科普功能

北關(guān)人工濕地通過表流濕地系統(tǒng)、潛流濕地系統(tǒng)、生態(tài)邊坡應(yīng)用、多層次植物搭配、多重生境營造，以及重點(diǎn)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(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建等最新技術(shù)研發(fā)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(tài)效應(yīng)，引導(dǎo)公眾了解濕地、保護(hù)濕地、珍惜水資源、愛護(hù)水生態(tài)環(huán)境，并積極參與生態(tài)環(huán)境改善工作。

5 存在問題

5.1 處理效果波動(dòng)較大

通過分析多次監(jiān)測結(jié)果可發(fā)現(xiàn)，濕地處理效果波動(dòng)較大。主要原因?yàn)椋?濕地處理效果與進(jìn)水水質(zhì)有很大關(guān)系，經(jīng)過3個(gè)三年治污行動(dòng)、城市副中心“16+2+6”水環(huán)境治理、清四亂等措施，北運(yùn)河水質(zhì)在不斷提升，2020年北關(guān)攔河閘斷面年平均水質(zhì)達(dá)到地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)水水質(zhì)即為濕地設(shè)計(jì)出水效果；?濕地污染物來源除進(jìn)水中所含污染物外，還有腐爛的植物根系和未及時(shí)清理的脫落枝葉、填料和植物根系上附著的老化生物膜，當(dāng)溫度下降、微生物活性降低時(shí)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)濕地出水有機(jī)物濃度略高于進(jìn)水的情況。

5.2 水生植物管理需要加強(qiáng)

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(yǎng)物質(zhì)、吸附及富集重金屬等，從而達(dá)到凈化水質(zhì)的作用。植物生長的好壞關(guān)系著濕地運(yùn)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(jìn)入，影響沉水植物生長,不利于沉水植物發(fā)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(jìn)水體中生物和非生物懸浮物質(zhì)的沉淀。在表流濕地科學(xué)配置黑藻、苦草等沉水植物，構(gòu)建“水下森林”，發(fā)揮沉水植物作用，但在實(shí)際運(yùn)行管理過程中生長情況并不樂觀，水生植物管理仍需加強(qiáng)。

5.3 存在堵塞現(xiàn)象

潛流濕地主管及潛流濕地支管存在堵塞現(xiàn)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(jìn)出水，降低了濕地的處理能力，使水體流動(dòng)緩慢，為藻類生長提供了有利條件，使?jié)摿鳚竦卣故緟^(qū)藻密度比表流濕地展示區(qū)高，透明度低，感官效果有差距。

6 建 議

6.1 穩(wěn)定處理效果

進(jìn)一步優(yōu)化濕地植物的種類、密度、生長因素、收割頻率等，提高運(yùn)行效果的穩(wěn)定性。增強(qiáng)濕地生物多樣性，促進(jìn)濕地生態(tài)系統(tǒng)不斷完善?？偨Y(jié)河道水質(zhì)變化規(guī)律，探索間歇式運(yùn)行方案，在水質(zhì)較好的情況下，關(guān)閉水泵，停止進(jìn)水。

6.2 提高管理水平

加強(qiáng)管理人員業(yè)務(wù)培訓(xùn)，充分學(xué)習(xí)濕地管理的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，提升濕地運(yùn)行管理水平；加強(qiáng)水生植物養(yǎng)護(hù)學(xué)習(xí)，進(jìn)一步精細(xì)化管理，加強(qiáng)繁殖過快水生植物的修剪，同時(shí)優(yōu)化沉水植物生長因素，降低水位，促進(jìn)水生植物生長繁殖；動(dòng)態(tài)調(diào)整潛流濕地管道清淤頻率，防止堵塞。

6.3 控制藻類繁殖

堅(jiān)持用生態(tài)的辦法解決生態(tài)問題的理念，以自然修復(fù)為主，減少過多人工干預(yù)，因地制宜地開展生態(tài)建設(shè)。利用沉水植物和藻類形成營養(yǎng)競爭關(guān)系，大幅度降低水體富營養(yǎng)化程度，有效抑制藻類生長，在出水展示區(qū)種植優(yōu)勢種沉水植物，在保證水質(zhì)達(dá)標(biāo)的前提下提高水體透明度。進(jìn)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(dòng)植物，控制藍(lán)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(jié) 語

北京城市副中心正在大力發(fā)展建設(shè)中，北關(guān)人工濕地對北京城市副中心水生態(tài)水環(huán)境改善有著積極的作用。要不斷凝練運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，踐行用生態(tài)的辦法解決生態(tài)的問題理念，優(yōu)化濕地植物管養(yǎng)方式，探索水泵運(yùn)行、濕地管道清理模式，不斷提升人員能力、精細(xì)化管理水平，促使水生植物適當(dāng)生長繁殖，穩(wěn)定濕地處理效果，減少管道堵塞，促進(jìn)濕地效益進(jìn)一步提升。