石曉燕

（忻州市水利工程建筑公司，山西 忻州 034000）

人工濕地被譽(yù)為“城市的肺”，對(duì)改善水環(huán)境、優(yōu)化水生態(tài)、提高空氣濕度與含氧量、治理生態(tài)環(huán)境等具有重要作用。人工濕地是一種人工建造的生態(tài)系統(tǒng)，可通過(guò)吸附、化學(xué)分解以及生物分解等作用，治理河水中的污染物，提升河水水質(zhì)[1-3]。人工濕地治理水污染效果好、造價(jià)低，在城市河道綜合治理工程中得到了廣泛的應(yīng)用與推廣[4-6]。

1 工程概況

山西省孝義市勝溪湖濕地公園占地面積230 hm2，位于呂梁山脈東麓、勝溪湖水庫(kù)上游，地勢(shì)落差大；濕地公園地處黃土高原，土質(zhì)松軟，地表徑流侵蝕現(xiàn)象嚴(yán)重；上游眾多的工業(yè)企業(yè)加重了現(xiàn)狀污染。水環(huán)境及水生態(tài)存在的問(wèn)題有：水量不足、水流不暢、水污染嚴(yán)重，尤其是工業(yè)廢水污染對(duì)水環(huán)境影響最大。

2 孝義河水體污染分析

2.1 潛在污染源分析

河道現(xiàn)狀污染源主要有直排污水、支流轉(zhuǎn)輸污水、污水廠尾水、地表徑流污染、水面干濕沉降污染等。

直排污水/支流轉(zhuǎn)輸污水。直排污水包括生活、工業(yè)污水，污染物濃度高，是最主要的污染來(lái)源，年直排量 401.5 萬(wàn) m3。

污水廠尾水污染。污水處理廠尾水達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)后就近排入水體，出水水質(zhì)仍屬于地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的劣Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，也會(huì)給河道帶來(lái)一定的污染負(fù)荷沖擊，年排入量730萬(wàn)m3。

地表徑流污染物。規(guī)劃區(qū)域內(nèi)部分雨水管網(wǎng)、雨污合流管線就近排入水體，將向水體帶入大量污染物，年流入量687萬(wàn)m3。

水面干濕沉降污染。水面干濕沉降，將空氣中的污染物帶入水體形成污染，受降雨、空氣質(zhì)量等因素的影響較大。

截污管道工程實(shí)施后，直排污水、支流轉(zhuǎn)輸污水基本得到控制，僅在雨季有溢流污水進(jìn)入河道，岸線綠化修復(fù)也將對(duì)地面徑流污染起到一定的削減作用。污水廠尾水通過(guò)濕地強(qiáng)化處理，達(dá)到地表水環(huán)境Ⅳ類質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)后排放。

2.2 水體污染現(xiàn)狀

孝河河水主要靠雨水補(bǔ)充，水環(huán)境質(zhì)量惡化，孝河污水主要來(lái)源為生活和工業(yè)直排污水、大氣降水、降水地表徑流以及污水廠尾水均屬劣Ⅴ類水體。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研情況，孝河河道主要污染物指標(biāo)有COD、BOD、氨氮和TP，詳見(jiàn)表1。

3 人工濕地應(yīng)用

3.1 人工濕地類型

人工濕地處理系統(tǒng)可以分為三種類型：表面流人工濕地、水平潛流人工濕地、垂直水流人工濕地。在此三種工藝類型的基礎(chǔ)上還衍生出其他的類型，如復(fù)合垂直流人工濕地、立式人工濕地等。

3.2 人工濕地類型比選

表面流人工濕地，是指污水在基質(zhì)表層流動(dòng)，一般水深小于4 m、流速低；水流為水平流流態(tài)，該類型濕地一般設(shè)置有基質(zhì)材料，以供水生植物生長(zhǎng)。該類型人工濕地的主要優(yōu)點(diǎn)是投資低、維護(hù)簡(jiǎn)便，對(duì)土地質(zhì)量要求低，可生長(zhǎng)多種類型的植物，水力負(fù)荷較低。缺點(diǎn)是占地面積大，不能適應(yīng)寒冷氣候，不能充分發(fā)揮基質(zhì)和植物的降解作用，適合處理簡(jiǎn)單的污水，如農(nóng)村生活、養(yǎng)殖污水等。

潛流人工濕地，是指污水在填料床的表面下流動(dòng)。主體需要分層填筑，填料復(fù)雜，可充分發(fā)揮植物、微生物、基質(zhì)的耦合作用。該類型人工濕地的主要優(yōu)點(diǎn)是除污效果好，保溫、衛(wèi)生條件好，可處理二級(jí)城市污水、垃圾滲濾液等，受氣候局限較小。局限性是投資高，水力負(fù)荷較高，一般適合挺水植物生長(zhǎng)。

垂直流人工濕地，是指污水流向與濕地基質(zhì)垂直，一般垂直流濕地表層采用砂層，具有良好的滲透性，能傳輸大氣中的氧氣。其主要優(yōu)點(diǎn)是去污力強(qiáng)，占地少，充分發(fā)揮了基質(zhì)和植物的降解作用，可對(duì)城市污水進(jìn)行深層次的處理，針對(duì)氨氮含量較大的污水處理效果較好，受氣候影響較小。主要缺陷是處理有機(jī)物效果差，維護(hù)難度高，工程投資大，一般適合挺水植物生長(zhǎng)，水力負(fù)荷較高。

綜合對(duì)比三種人工濕地污水處理方案的主要技術(shù)指標(biāo)，考慮污水處理效率、低溫運(yùn)行效果、河道行洪條件和運(yùn)行管理方便，最終確定以水平潛流人工濕地作為本項(xiàng)目人工濕地生態(tài)修復(fù)技術(shù)的核心工藝。

表1 河道現(xiàn)狀污染物指標(biāo)一覽表

3.3 人工濕地工程

3.3.1 濕地面積計(jì)算

孝河人工濕地處理系統(tǒng)，主要處理對(duì)象為污水處理廠中的污水，共設(shè)2處人工濕地，處理規(guī)模為1 400 t/d。各污水處理廠排污量和污染物情況見(jiàn)表2。

孝河規(guī)劃水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅳ類水，人工濕地面積計(jì)算見(jiàn)表3。

3.3.2 濕地單元分區(qū)

按照總體設(shè)計(jì)要求，為避免單個(gè)濕地單元面積過(guò)大，造成水力條件較差，濕地處理效率低，在勝溪湖濕地公園水平潛流人工濕地設(shè)計(jì)中進(jìn)行了分格處理，通過(guò)分區(qū)可以控制濕地進(jìn)出水均勻。根據(jù)現(xiàn)狀條件，人工濕地縱向長(zhǎng)度約15～20 m，寬度為30～60 m，單元長(zhǎng)寬比為 2∶1～3∶1，面積需控制在 3 000 m2以內(nèi)。

池體分為進(jìn)水區(qū)、處理區(qū)和出水區(qū)。自上而下為覆蓋層、濾料層和防滲層，池體總深度為1.30 m，填充填料，并種植植物。池底坡度1%，以利于池體排水。

通過(guò)將大面積人工濕地分割為若干個(gè)小濕地單元，才能具有良好的水力條件和處理效果，根據(jù)下式計(jì)算人工濕地污水處理系統(tǒng)的長(zhǎng)度：

式中：As——人工濕地表面積，m2；

W——濕地寬度，m。

水平潛流人工濕地單體為長(zhǎng)方形，濕地單體長(zhǎng)度設(shè)計(jì)約為30 m，單體寬度約為10 m，長(zhǎng)寬比為3∶1，基本符合設(shè)計(jì)要求，單個(gè)人工濕地單元面積為300 m2。

表2 污水處理廠污染物指標(biāo)一覽表

表3 水平潛流人工濕地面積計(jì)算表

3.3.3 濕地池體深度

水平潛流人工濕地池體總深度為1 500 mm，其中內(nèi)部基質(zhì)填料深度1 200 mm，自上而下依次為超高、基質(zhì)層和防滲層，其中人工濕地墻體超高（人工濕地表面至墻頂）為200mm；基質(zhì)層總深度1200mm（其中粗砂200mm，細(xì)卵石200mm，中粗卵石300 mm，粗卵石500 mm）；防滲層位于基質(zhì)層以下，厚度不小于400 mm，采用黏土夯實(shí)防滲。

采用混凝土墻分隔，墻面高出人工濕地表面300 mm，冬季時(shí)將水位提高到填料層以上約20 cm，當(dāng)形成一層約10～20 cm的冰蓋后，重新將進(jìn)水水位降低至填料內(nèi)部。對(duì)分隔墻體必須經(jīng)常維護(hù)、保養(yǎng)與維修，避免不同人工濕地單元的污水混流，造成布水不均，影響最終污水處理效果。

4 結(jié)論

工程實(shí)施后，直排污水、支流轉(zhuǎn)輸污水基本得到控制，岸線綠化修復(fù)對(duì)地面徑流污染起到了很好的凈化作用，污水廠尾水通過(guò)濕地強(qiáng)化處理后，達(dá)到了地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)，提升了河水水質(zhì)，孝河水環(huán)境得到了較好的治理。工程的實(shí)施使勝溪湖濕地公園成了集區(qū)域水利、城市濕地、生態(tài)文化、民俗景點(diǎn)于一體的主題濕地公園，取得了良好的生態(tài)社會(huì)效益。