摘要：人工濕地作為一種新型的生態(tài)凈化技術，正得到廣泛應用和持續(xù)發(fā)展。以江蘇省宿遷市沭陽縣某生態(tài)濕地項目為例，深入分析設計、建設和運行過程中存在的重難點，并提出合理對策，使生態(tài)系統(tǒng)自身功能和潛力得以最大限度地發(fā)揮，也為同類型人工濕地的建設運營管理提供有價值的參考。

關鍵詞：人工濕地；填料；水生植物；冬季運行

引言

人工濕地主要通過模擬自然濕地的結構與功能，利用人工介質、植物和微生物的物理、化學、生物三重協(xié)同作用，構建有機生態(tài)系統(tǒng)，實現(xiàn)對污水有機物、氮、磷等污染物的高效處理。作為一種新型的生態(tài)凈化技術，人工濕地由于具有抗沖擊力強、出水水質好、操作簡單、運行費用低廉等優(yōu)點，正得到廣泛應用和持續(xù)發(fā)展。而人工濕地的處理效果受多種因素影響，如設計工藝、植物種類、氣候條件和污水特性等，在實際應用中需結合具體情況進行優(yōu)化和調整，最大限度地發(fā)揮生態(tài)系統(tǒng)自身功能和潛力[1]。

江蘇省宿遷市沭陽縣某生態(tài)濕地項目采用設計牽頭的EPC模式，以水質提升為主要目標，構建多層次景觀效果，打造了具備休閑娛樂功能的生態(tài)濕地公園。本文以該項目為例，重點對設計、建設和運行過程中的實際重難點進行分析，提出合理對策，為類似的人工濕地建設運營管理提供有價值的參考。

1項目概述

1.1 總體概況

該項目建設人工濕地處理沭陽縣2座生活污水處理廠（城東污水處理廠和城南污水處理廠）共計12萬m3/d的尾水。處理后，8.4萬m3/d

尾水排入新沂河北偏泓水體，控制COD和氨氮排放濃度分別低于40.5mg/L和2.0mg/L；剩余3.6萬m3/d尾水作為周邊河道生態(tài)補水、企業(yè)回用或城市雜用水，按照《地表水環(huán)境質量標準》（GB 3838-2002）準IV類要求，控制COD、氨氮和總磷排放濃度分別低于30.0mg/L、1.5mg/L和0.3mg/L。主要建設潮汐流濕地、水平潛流濕地、表流濕地、水上棧道、親水平臺、景觀綠化和配套附屬設施等，在有效處理污水的同時，開放式空間滿足周邊居民休憩娛樂的公園屬性需求。

1.2 工藝流程

結合該項目濕地建設需求，綜合考慮水質處理要求、景觀效果、建設費用及后期管護等因素，項目組采用“水平潛流/潮汐流濕地+表流濕地”為主的組合工藝對尾水進行深度凈化，具體工藝流程如圖1所示。

水平潛流濕地占地面積44900m2，分隔為22個并聯(lián)運行的獨立單元，每個單元前端設置獨立閥門，單元內設置1.4m填料層強化微生物處理效果，填料層上方種植水生植物，末端采用水位調節(jié)堰，控制間歇進水和連續(xù)出水。潮汐流濕地面積20400m2，分隔為14個并聯(lián)運行的獨立單元，每個單元前端設置獨立閥門，單元內設置1.3m填料層強化微生物處理效果，填料層上方種植水生植物，末端采用脈沖排水器，控制連續(xù)進水和間歇出水。表流濕地中的1#表流濕地面積43600m2，2#表流濕地面積18400m2，底部、護坡均采用粘土壓實防滲，平均水深約1.4m，以沉水植物、浮水植物和挺水植物為基礎，構建豐富的濕地植物群落，投放底棲動物和魚蝦等水生動物，形成食物鏈與食物網，模擬自然濕地生態(tài)系統(tǒng)。

2填料種類及粒徑選擇

填料作為人工濕地的核心部分，為微生物提供附著環(huán)境，具有吸附、降解等水質凈化作用，是確保人工濕地污染物去除功能和長效穩(wěn)定運行的關鍵。不同種類濕地填料為植物和微生物提供的生存環(huán)境不同，對污染物的處理效果差異較大。同時，如何選擇填料的粒徑和級配，也是人工濕地設計的核心問題之一。粒徑較小的填料水流通過性差，易發(fā)生堵塞；粒徑較大的填料會降低水力停留時間，影響凈化效果，因此需在保證凈化效果和防止堵塞之間選擇一個最佳平衡點[2]。

項目組主要按照4個原則選擇填料，即①孔隙率高，吸附污染物能力強；②化學性質穩(wěn)定，不會析出有毒有害物質損害微生物與植物生長；③密度小，且有一定的機械強度；④價格低、易獲取。

人工濕地常見填料性能對比如表1所示。

該項目人工濕地的主要目標是去除氨氮，而火山巖和沸石對于氨氮具有良好的吸附、富集能力，且吸附速率較快、吸附容量較高。結合上述比選原則，項目濕地主填料采用火山巖，排水層、覆蓋層均選用機械強度較大的礫石。又對火山巖填料進行粒徑方面的調研與試驗后，選用8～16mm粒徑火山巖，在濕地單元格內沿水流方向從大到小均勻鋪設。

3濕地植物配置優(yōu)化

植物既是人工濕地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，又是濕地系統(tǒng)發(fā)揮污水凈化功能的重要工具之一，還是濕地生態(tài)景觀效果的直接體現(xiàn)。在濕地凈化水體過程中，植物的主要作用可歸納為3條，即①直接吸收利用污水中的氮磷等營養(yǎng)物質，去除固體懸浮物；②水下根、莖形成的巨大表面積為微生物提供了附著環(huán)境，同時植物根系通氣組織釋放的氧氣大大提高了微生物活性；③具備作為城市景觀的美學價值[3]。

部分濕地公園在建設期間，因過分追求景觀效果，而大量引入外來物種，卻忽視了地域氣候條件，忽視了植物與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調性，從而對濕地環(huán)境造成了一定的不良影響。項目組充分研究了多個人工濕地案例，明確了濕地植物配置的3條原則，即①充分挖掘本土植物品種，搭配濕地植物，發(fā)揮各自的生態(tài)適應性優(yōu)勢，同時用好可供鳥類食用的漿果類樹種，起到筑巢引鳳的效果，形成群落結構完整的生態(tài)系統(tǒng)；②充分考慮植物的固土護坡功能，構建喬木-灌木-地被的多樣化植物組合，點綴季節(jié)性景觀植物，多層次豐富視覺空間體驗；③水生植物以水質凈化效果好的物種為主體，考慮冬季低溫影響，形成沉水植物-浮水植物-挺水植物的搭配模式，為魚類提供豐富多樣的棲息環(huán)境。

該項目采用的陸生植物中，濕地類樹種包括水杉、池杉、濕地松等，搭配本地苗木烏桕、無患子、天目瓊花、海桐球等，并移栽櫸樹、石榴、枇杷等掛果時間長的漿果類植物；地被植物主要為黃花酢漿草、白車軸草和二月蘭等，以籽播形式種植節(jié)約造價。水生植物中，沉水植物主要選用金魚藻、馬來眼子菜、苦草等；浮水植物以睡蓮、菱角、荇菜等為主；挺水植物選取當?shù)爻Ｒ姷奶J葦和香蒲，結合栽種黃花鳶尾、水蔥、美人蕉、千屈菜等凈化能力較強、景觀效果較好的品種。

4填料施工難點與對策

4.1 填料質量把控

嚴格把控填料品質是確保濕地穩(wěn)定運行的重要措施。該項目水平潛流濕地、潮汐流濕地所需火山巖填料達6萬m3，一般供應商無法滿足供貨要求，需在山東、內蒙古等火山巖原產地直購?；鹕綆r填料疏松多孔、硬度較小，長距離、長時間運輸中的震動、擠壓、摩擦會導致其外層破碎而形成大量碎渣，下落粘附在下層的火山巖顆粒表面。另外，火山巖進場之后的二次轉運往往會摻雜泥土、灰塵，回填后易堵塞管道排水孔，導致系統(tǒng)過水不暢，久而久之會影響整個項目的運行。

為解決火山巖原材料問題，項目組要求物資部派人員赴火山巖廠家進行源頭把控，清洗分選并經初步驗收后方可發(fā)貨；火山巖運輸?shù)綀鰰r，按批次進行機械性能和含泥量檢測，合格后方可用于濕地工程；在火山巖回填鋪設前須進行二次清洗，降低填料粘附的雜質；濕地現(xiàn)場填料堆場地面提前硬化，進出口通道滿鋪土工布和鋼板，避免鏟車將火山巖與泥土一同鏟出。具體流程為料場供料→清洗分選→運輸?shù)綀觥盍蠙z測→二次清洗→回填鋪設。

4.2 填料鋪設施工方式優(yōu)化

該項目中水平潛流濕地、潮汐流濕地單元格平均面積約2000m3，由于單元格內設有布水管道和防滲膜，使得火山巖回填鋪設時施工難度極大。人工攤鋪效率低下，無法保障施工進度；機械作業(yè)又易碾碎、壓實單元格內填料，導致其過水性能變差，或導致濕地下方管道系統(tǒng)、防滲系統(tǒng)結構破損。

針對上述難點，項目組不斷優(yōu)化施工方案，制定作業(yè)規(guī)范。①濕地填料回填鋪設作業(yè)中，在各單元格內設置平行于隔墻的礫石臨時便道，并在礫石上方鋪設鋼板使受力均勻；②便道僅允許通行小型機械，避免因壓力過大而損壞防滲系統(tǒng)，填料先由小型機械運輸并堆放于便道兩側，再由人工分別進行攤鋪；③隨著鋪設作業(yè)不斷推進，待單元格整體標高提升后，可對礫石便道進行加高，1次不超過40cm；④單元格中的礫石便道在填料回填結束后用長臂挖機進行整體挖除，再回填火山巖填料。

5蟲害、水華問題與對策

5.1 蟲害問題與對策

該項目濕地栽種水生植物時，部分福壽螺或卵塊隨著水生植物的移栽，由原生長地移至人工濕地中。2023年7月底，由于濕地中水生動物種群還不完善，缺乏天敵，導致福壽螺大量繁殖爆發(fā)，隨處可見橙紅色螺卵。各種水生植物是福壽螺的主要危害對象，福壽螺咬食植物嫩葉，嚴重威脅植物生長，福壽螺蟲害嚴重時還可造成植物群落結構特征改變，物種多樣性降低，甚至導致水生態(tài)系統(tǒng)功能退化。

經研究后，項目組采用物理防治與化學防治結合的方式控制福壽螺繁殖。福壽螺一般產卵于岸邊植物基部、景觀石等水面上方可附著處，卵粒易被發(fā)現(xiàn)，可采取人工摘除卵塊的方式物理清除，并配制滅螺藥劑進行化學消殺。由于藥物在發(fā)揮效力的同時也具有一定毒副作用，會對水生植物、動物的生存環(huán)境產生一定影響，因此應聘請專業(yè)機構進行配置與指導。

5.2 水華問題與對策

藻類是濕地生態(tài)系統(tǒng)中的重要生產者，主要包括藍藻、綠藻、硅藻、金藻和裸藻等。由于水體中的營養(yǎng)物質含量升高，會引發(fā)藻類的迅速繁殖，使得濕地水質惡化、水體缺氧，造成魚蝦、水生植物等的死亡。另外，一些有毒藻類的大量繁殖，還會釋放大量的毒素，威脅濕地生態(tài)安全。

為應對濕地藻類過度繁殖問題，表流濕地中的藻類應及時組織打撈，短期內快速去除，避免因濕地溶解氧下降而導致的動物與植物死亡；潮汐流濕地和水平潛流濕地可通過人工調控將水位降至填料層之下，如此一來，藻類被留存于填料表面，可利用強陽光照射讓填料表層溫度升高，使得藻類死亡，而水生植物由于個體大、抗沖擊性強，且根系深埋在填料中，因此所受影響較小。另外，研究表明沉水植物可通過競爭吸收氮、磷等營養(yǎng)物質，較好地限制藻類生長，因此在設計中可考慮多選用沉水植物以預防藻類爆發(fā)。

6冬季運營難點與對策

6.1 運營難點

人工濕地中的植物和微生物對溫度尤為敏感，植物生長和微生物活性在冬季會大大減緩，直接影響人工濕地的處理效果。研究表明，當水溫低于10℃時人工濕地的處理效率明顯下降，4℃以下時濕地中的硝化作用趨于停止[4]。因此，如何有效提高冬季處理效率，是項目組研究的重點。

6.2 應對措施

結合實際經驗，項目組提出綜合調整濕地冬季運行方式，通過增加曝氣、保溫隔離、割除水生植物等人工干預措施來增強濕地在冬季的運行效率。①整個濕地系統(tǒng)在冬季保持中低水位運行，適當延長曝氣時間，維持穩(wěn)定的進水流量，盡量避免濕地在凌晨低溫時段處于落干狀態(tài)。②將潛流濕地水位提升5～10cm，待人工濕地表層結冰后，再降回至常規(guī)水位，利用表面冰層實現(xiàn)對人工濕地的保溫作用；重要植物和重點區(qū)域可覆蓋PVC地膜以保護根圍結構免于冰凍，地膜覆蓋操作較為簡單，需要注意的是來年須妥善清理，避免造成白色污染。③進入冬季后要及時清理殘枝敗葉，割除濕地水生植物莖葉，收割時可保留20～30cm直立殘莖以支持冰層，同時利于春季發(fā)芽生長。

結語

江蘇省宿遷市沭陽縣某生態(tài)濕地項目通過“水平潛流濕地/潮汐流濕地+表流濕地”為主的組合工藝，對12萬m3/d的污水處理廠尾水進行深度凈化，實現(xiàn)了區(qū)域水環(huán)境提升的重要目標；開放式景觀濕地公園的設計，實現(xiàn)了環(huán)境效益、經濟效益和社會效益多贏。該項目為如何應對設計、建設和運維過程中的重難點，如何充分發(fā)揮人工濕地自然性、生態(tài)性和多樣性的特色提供了參考思路。

參考文獻

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[3] VYMAZAL J，衛(wèi)婷，趙亞乾，等.細數(shù)植物在人工濕地污水處理中的作用[J].中國給水排水，2021，37（02）：25-30.

[4]黃錦樓，陳琴，許連煌.人工濕地在應用中存在的問題及解決措施[J].環(huán)境科學，2013，34（01）：401-408.

作者簡介

楊力愷（1993—），男，漢族，江蘇靖江人，工程師，注冊一級建造師，注冊咨詢（投資）工程師，碩士，主要研究方向為流域水環(huán)境治理。

加工編輯：王玥

收稿日期：2024-04-16