付云峰

馬頰河無棣段人工濕地水質(zhì)凈化工程建設(shè)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(zhì)為劣Ⅴ類，流域生態(tài)環(huán)境嚴(yán)重惡化，工農(nóng)業(yè)用水匱乏，制約了區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展，影響了群眾生產(chǎn)生活。根據(jù)當(dāng)?shù)氐乩項(xiàng)l件，通過分析實(shí)施人工濕地水質(zhì)凈化工程的必要性和可行性，提出了在馬頰河右岸建設(shè)人工濕地系統(tǒng)的建議。該工程實(shí)施后，對(duì)流域生態(tài)環(huán)境修復(fù)將發(fā)揮積極作用，可有效緩解當(dāng)?shù)赜盟o張現(xiàn)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(zhèn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)廢水、生活污水和被農(nóng)藥化肥污染了的地表水大量排入使馬頰河的水體嚴(yán)重污染，河道受損，其自凈能力幾乎喪失，流域生態(tài)系統(tǒng)遭受到破壞，河水污染也造成了地下水的嚴(yán)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(dǎo)致流速變緩、過流斷面加寬，污染最重，為劣Ⅴ類水質(zhì)，水生態(tài)環(huán)境嚴(yán)重惡化，造成工農(nóng)業(yè)用水匱乏，制約了地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，影響了群眾生產(chǎn)生活，馬頰河水污染防治已刻不容緩。

人工濕地水質(zhì)凈化工程具有建設(shè)投入少、見效快、水質(zhì)凈化效果顯著等優(yōu)點(diǎn)，建成后可有效降解水污染物、減輕水體富營(yíng)養(yǎng)化程度，改善河道水質(zhì)，確保水質(zhì)長(zhǎng)期穩(wěn)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(fā)源于河南省濮陽縣澶州坡，流經(jīng)河南、河北、山東3省19個(gè)縣（市、區(qū)），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(zhǎng)443 km，自德州市慶云縣入濱州市無棣縣境，境內(nèi)長(zhǎng)43.4 km，寬141～178 m，最大水深7 m，設(shè)計(jì)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(diào)蓄水工程各1座。

1.2河水資源利用現(xiàn)狀

據(jù)1956—2004年泄水資料統(tǒng)計(jì)，馬頰河（無棣段）年均泄水量2.11億m3，年調(diào)節(jié)蓄水6 800萬m3。因?yàn)橥撕Ｖ?，流域?nèi)無地下淡水資源可供利用，各需水企事業(yè)單位均從馬頰河取水，魯北企業(yè)集團(tuán)和沿河農(nóng)、林、牧、漁、養(yǎng)殖各業(yè)年取水超過5 000萬m3。

1.3水污染嚴(yán)重

近10余年來，沿河地區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)迅猛，城鎮(zhèn)化速度加快，尾閭無棣段承接上游污染客水，境內(nèi)工業(yè)廢水和生活污水大量泄入，加之農(nóng)業(yè)生產(chǎn)施用化肥和農(nóng)藥量巨大，河水受到嚴(yán)重污染。經(jīng)監(jiān)測(cè)，2011 年1—11月馬頰河（無棣段）勝利橋斷面水質(zhì)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(zhì)

2　建設(shè)人工濕地水質(zhì)凈化工程的必要性分析

2.1實(shí)施海河流域水污染防治規(guī)劃的需要

《海河流域水污染防治“十二五”規(guī)劃編制大綱》（2010年11月）要求，海河流域的水污染防治堅(jiān)持以科學(xué)發(fā)展觀為指導(dǎo)，以讓江河湖泊休養(yǎng)生息為理念，以維護(hù)流域水環(huán)境安全為目標(biāo)，以保障飲用水安全、城市水環(huán)境改善和跨界協(xié)同治理為重點(diǎn)，依托防治工程改善重點(diǎn)水體水質(zhì)，努力減少劣V類斷面比例，集中解決流域內(nèi)突出的水環(huán)境問題，為海河流域2020年全面建成小康社會(huì)提供水安全保障。馬頰河是海河流域水污染重點(diǎn)整治河道。因此，有必要建設(shè)人工濕地水質(zhì)凈化工程，對(duì)污染河水進(jìn)行深度處理，有效改善水質(zhì)，提升水環(huán)境質(zhì)量，減輕渤海污染壓力，助推環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)圈良性、健康、可持續(xù)發(fā)展。

2.2實(shí)施濱州市環(huán)境保護(hù)“十二五”規(guī)劃的需要

馬頰河（無棣段）為山東省濱州市所轄，《濱州市環(huán)境保護(hù)“十二五”規(guī)劃》（2012年2月）以實(shí)現(xiàn)COD、氨氮排放13.0％和15.3％為目標(biāo)，要求嚴(yán)格控制工業(yè)廢水污染物排放的增長(zhǎng)，同時(shí)加快重點(diǎn)流域水環(huán)境綜合整治，開展環(huán)湖、沿河、沿海大生態(tài)帶建設(shè)，力爭(zhēng)在國(guó)控省控的8條河流、11個(gè)監(jiān)測(cè)斷面全面消除劣V類水體，實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)流域控制斷面水質(zhì)達(dá)標(biāo)率達(dá)到95％。在馬頰河流域建設(shè)人工濕地水質(zhì)凈化工程，是濱州市環(huán)境保護(hù)“十二五”規(guī)劃的要求，工程實(shí)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(zhì)及沿岸地下水水質(zhì)得到有效改善。

2.3促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的需要

近幾年，無棣縣相繼出臺(tái)了加快工業(yè)園區(qū)及產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展的文件，在審批、土地使用、水資源、稅收等方面實(shí)施了優(yōu)惠政策，為加快工業(yè)發(fā)展?fàn)I造了良好的環(huán)境，建成四大工業(yè)園區(qū)，形成了循環(huán)經(jīng)濟(jì)、精細(xì)化工、海洋化工和船舶制造等產(chǎn)業(yè)集群，三岳化工和天鵬汽配等4個(gè)過100億的工業(yè)項(xiàng)目、正海科技和匯成化工等5個(gè)過10億元的工業(yè)項(xiàng)目、33個(gè)過1億元的工業(yè)項(xiàng)目相繼落戶，鄉(xiāng)鎮(zhèn)園區(qū)建設(shè)也不斷壯大，民營(yíng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)一步加快，年增加值達(dá)95億元。這些工業(yè)企業(yè)，不少是以優(yōu)質(zhì)的水資源為支撐，而無棣屬水資源匱乏地區(qū)。因此，建設(shè)馬頰河人工濕地水質(zhì)凈化工程，可以增加水資源可利用量，提高水資源質(zhì)量，是滿足當(dāng)?shù)匦杷F(xiàn)狀、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的需要。

2.4改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境、緩解水資源匱乏的需要

無棣縣位于渤海之濱，水資源嚴(yán)重匱乏，當(dāng)?shù)啬昕衫盟Y源量?jī)H4 308.17萬m3，而年需水量達(dá)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(cè)滲500～800 m，導(dǎo)致地下水污染，嚴(yán)重影響了沿岸生態(tài)環(huán)境。因地理位置等原因引黃河水等客水補(bǔ)充困難，缺水狀況更加嚴(yán)重，當(dāng)?shù)卣腿罕娖惹幸蟛扇∮行Т胧└纳岂R頰河水質(zhì)，修復(fù)沿河生態(tài)環(huán)境，增加水資源可利用量，滿足人畜飲水和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求。因此，建設(shè)馬頰河人工濕地水質(zhì)凈化工程是改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境、緩解水資源匱乏的需要。

3　建設(shè)人工濕地水質(zhì)凈化工程的可行性分析

3.1人工濕地水質(zhì)凈化技術(shù)的特點(diǎn)

人工濕地水質(zhì)凈化技術(shù)是由人工建造和控制運(yùn)行的與沼澤地類似的地面，將污水、污泥有控制地投配到經(jīng)人工建造的濕地上，污水與污泥在沿一定方向流動(dòng)的過程中，主要利用土壤、人工介質(zhì)、植物、微生物的物理、化學(xué)、生物三重協(xié)同作用，對(duì)污水、污泥進(jìn)行處理的一種技術(shù)。人工濕地是一個(gè)綜合的生態(tài)系統(tǒng)，它應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)中物種共生、物質(zhì)循環(huán)再生原理和結(jié)構(gòu)與功能協(xié)調(diào)原則，在促進(jìn)廢水中污染物質(zhì)良性循環(huán)的前提下，充分發(fā)揮資源的生產(chǎn)潛力，防止環(huán)境的再污染，獲得污水處理與資源優(yōu)化的最佳效益。其可以有效凈化水質(zhì)、綠化土地、改善區(qū)域氣候、促進(jìn)生態(tài)環(huán)境改善，具有低投入、高效率、低運(yùn)行費(fèi)用、后期維護(hù)簡(jiǎn)便的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。

3.2人工濕地水質(zhì)凈化技術(shù)已經(jīng)成熟

人工濕地水質(zhì)凈化技術(shù)是一種比較先進(jìn)的、可有效處理污染水體的工藝。早在20世紀(jì)70年代，美國(guó)、澳大利亞、荷蘭、丹麥、英國(guó)、日本等國(guó)家即開始利用天然濕地、沼澤地實(shí)施水質(zhì)凈化的嘗試；80年代后期，人工建造的濕地水質(zhì)凈化處理系統(tǒng)發(fā)展成為濕地污水處理工程的主要方式。經(jīng)過幾十年的研究和實(shí)驗(yàn)，人工濕地水質(zhì)凈化處理技術(shù)已經(jīng)成熟，英國(guó)、加拿大、美國(guó)、墨西哥等國(guó)家已經(jīng)建設(shè)了許多人工濕地處理設(shè)施。我國(guó)從“七五”期間開始人工濕地水質(zhì)凈化工程方面的研究，最早于1988年實(shí)施了北京昌平人工濕地水質(zhì)凈化工程。1990年，國(guó)家環(huán)保局華南環(huán)境科學(xué)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(jié)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(huán)保科研所建立了11個(gè)試驗(yàn)單元，專題進(jìn)行蘆葦濕地對(duì)城市污水的處理研究，結(jié)果表明，經(jīng)人工濕地凈化的水質(zhì)達(dá)到二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，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(shè)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(zhì)COD≤30 mg/L、氨氮≤2.0 mg/L，效果顯著，完全滿足工農(nóng)業(yè)用水及地下水源補(bǔ)充要求。

3.3馬頰河（無棣段）自然地理?xiàng)l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(dá)11.4萬hm2、占全縣土地面積的57.7％。流域內(nèi)地勢(shì)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?xiàng)l件適合建設(shè)人工濕地水質(zhì)凈化工程，且能大大節(jié)約工程投資及后期維護(hù)成本。

3.4引、蓄、灌水利設(shè)施齊全

馬頰河（無棣段）右岸、碣石山水庫西側(cè)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(diào)節(jié)水量3 000萬m3），灌溉渠系密布，引、蓄、灌水利設(shè)施齊全。馬頰河污水經(jīng)過人工濕地處理水質(zhì)監(jiān)測(cè)合格后，大部分蓄入碣石山水庫，向周邊工、農(nóng)各業(yè)供水；一部分可通過田間渠系用于農(nóng)田灌溉，大水漫灌壓堿改良當(dāng)?shù)佧}堿地；或蓄入洼地補(bǔ)充地下水源，減輕海水入侵等。

4　人工濕地水質(zhì)凈化工程方案選擇

4.1工程選址及現(xiàn)場(chǎng)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(jié)合流域發(fā)展規(guī)劃，兼顧到人工濕地水質(zhì)凈化工程的代表性和推廣性，工程項(xiàng)目宜選定在馬頰河右岸、碣石山水庫西側(cè)，該區(qū)域非基本農(nóng)田，鹽堿化較重、撂荒多年，現(xiàn)為大片蘆葦?shù)?，適宜濕地建設(shè)，可節(jié)約工程初期資金投入。工程初步規(guī)劃占地40 hm2，由提水泵站、生態(tài)滯留塘、表面流濕地系統(tǒng)、生態(tài)穩(wěn)定塘及水質(zhì)監(jiān)測(cè)設(shè)施等組成，其中生態(tài)滯留塘占地4 hm2、表面流濕地占地32 hm2、生態(tài)穩(wěn)定塘占地4 hm2。

4.2工藝方案

基于技術(shù)穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)可行、管理簡(jiǎn)便的原則，綜合考慮水質(zhì)凈化與生態(tài)保護(hù)相協(xié)調(diào)、環(huán)境效益與經(jīng)濟(jì)效益并重、工程建設(shè)與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整相統(tǒng)一，馬頰河（無棣段）人工濕地水質(zhì)凈化工程的工藝方案為生態(tài)滯留塘、表面流濕地系統(tǒng)和生態(tài)穩(wěn)定塘的綜合工藝，工藝流程為：馬頰河污水→生態(tài)滯留塘→表面流濕地→生態(tài)穩(wěn)定塘→處理合格中水→碣石山水庫（或用于灌溉、補(bǔ)充地下水源），即利用馬頰河右岸現(xiàn)有的引、排水系統(tǒng)，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(cè)新建提水泵站1座，提河水進(jìn)入人工濕地水質(zhì)凈化工程區(qū)，進(jìn)行水量和水質(zhì)調(diào)節(jié)及預(yù)處理后進(jìn)入濕地水質(zhì)處理系統(tǒng)，水體在流動(dòng)過程中，經(jīng)過植物、微生物、土壤和人工介質(zhì)的物理、化學(xué)、生物三重協(xié)同作用，通過吸附、滯留、過濾、氧化還原、沉淀、微生物分解、轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)的深度處理，最后將處理后監(jiān)測(cè)合格的中水輸出。

4.3植物配置

為保證水質(zhì)凈化質(zhì)量，根據(jù)因地制宜、經(jīng)濟(jì)效益、生物多樣性和景觀協(xié)調(diào)的原則，在項(xiàng)目區(qū)設(shè)置不同濕地分區(qū)，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(qiáng)，具有很強(qiáng)的凈化能力和耐污、耐堿、耐有機(jī)負(fù)荷性，可吸附多種有機(jī)物、無機(jī)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(tǒng)中自然完成一系列物理、化學(xué)和生態(tài)凈化過程，并使之在凈化的同時(shí)將污水所含的水肥資源供給蘆葦生長(zhǎng)。蘆葦?shù)恼趄v系數(shù)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(diào)節(jié)小氣候，維持生態(tài)平衡。據(jù)實(shí)地調(diào)查，項(xiàng)目區(qū)內(nèi)蘆葦資源豐富，可優(yōu)先大量選用。

5　效益分析

5.1水污染治理效益

工程建成運(yùn)行后，可有效消減污染河水的有害物質(zhì)，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(zhì)達(dá)到V類水質(zhì)，即COD≤40 mg/L、氨氮≤2.0 mg/L，逐步修復(fù)受損河道的生態(tài)環(huán)境。

5.2環(huán)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(zhì)得到根本改善，項(xiàng)目區(qū)周邊居民生產(chǎn)生活環(huán)境也得到提高。同時(shí)，還將起到涵養(yǎng)水源、調(diào)節(jié)水量、補(bǔ)充地下水、改善小氣候的作用，促進(jìn)區(qū)域環(huán)境的良性可持續(xù)發(fā)展。

5.3生態(tài)景觀效益

工程建成后，可以為諸多生物提供適宜的生長(zhǎng)環(huán)境，增加生物的多樣性、生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，維持自然平衡。項(xiàng)目區(qū)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(xiàn)優(yōu)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(huì)與經(jīng)濟(jì)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(zhì)，促進(jìn)更多的環(huán)境優(yōu)先型工業(yè)企業(yè)項(xiàng)目在馬頰河流域安家落戶和現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的發(fā)展；大面積種植的蘆葦、香蒲具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，年可增收20萬～30萬元；人工濕地工程處理達(dá)標(biāo)后的尾水可作為灌溉和回用水源，緩解當(dāng)?shù)厮Y源危機(jī)。同時(shí)，該工程作為一個(gè)示范項(xiàng)目，具有較高的實(shí)用性和推廣價(jià)值，可以為生態(tài)環(huán)境修復(fù)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(shè)管理、水生態(tài)研究工作。