马颊河无棣段人工湿地水质净化工程建设研究

付云峰

马颊河无棣段人工湿地水质净化工程建设研究

付云峰

（滨州市海河管理局，山东滨州256616）

马颊河尾闾无棣段水质为劣Ⅴ类，流域生态环境严重恶化，工农业用水匮乏，制约了区域经济发展，影响了群众生产生活。根据当地地理条件，通过分析实施人工湿地水质净化工程的必要性和可行性，提出了在马颊河右岸建设人工湿地系统的建议。该工程实施后，对流域生态环境修复将发挥积极作用，可有效缓解当地用水紧张现状。

马颊河；人工湿地；污水处理；无棣段

近年来，随着马颊河流域城镇经济的发展，工业废水、生活污水和被农药化肥污染了的地表水大量排入使马颊河的水体严重污染，河道受损，其自净能力几乎丧失，流域生态系统遭受到破坏，河水污染也造成了地下水的严重污染。马颊河尾闾无棣段承接大量上游污染客水，加之海水顶托作用导致流速变缓、过流断面加宽，污染最重，为劣Ⅴ类水质，水生态环境严重恶化，造成工农业用水匮乏，制约了地区经济发展，影响了群众生产生活，马颊河水污染防治已刻不容缓。

人工湿地水质净化工程具有建设投入少、见效快、水质净化效果显著等优点，建成后可有效降解水污染物、减轻水体富营养化程度，改善河道水质，确保水质长期稳定，是马颊河（无棣段）治理河水污染的首选措施。

1　马颊河（无棣段）水污染状况

1.1马颊河（无棣段）概况

马颊河为古传禹疏九河之一，发源于河南省濮阳县澶州坡，流经河南、河北、山东3省19个县（市、区），在山东省无棣县东北汇德惠新河至老沙头入海。干流自金堤闸至汇合口全长443 km，自德州市庆云县入滨州市无棣县境，境内长43.4 km，宽141～178 m，最大水深7 m，设计最大排涝流量678 m3/s，最大泄洪流量1 030 m3/s，有马村拦河闸和黄瓜岭橡胶坝调蓄水工程各1座。

1.2河水资源利用现状

据1956—2004年泄水资料统计，马颊河（无棣段）年均泄水量2.11亿m3，年调节蓄水6 800万m3。因为退海之地，流域内无地下淡水资源可供利用，各需水企事业单位均从马颊河取水，鲁北企业集团和沿河农、林、牧、渔、养殖各业年取水超过5 000万m3。

1.3水污染严重

近10余年来，沿河地区经济建设迅猛，城镇化速度加快，尾闾无棣段承接上游污染客水，境内工业废水和生活污水大量泄入，加之农业生产施用化肥和农药量巨大，河水受到严重污染。经监测，2011 年1—11月马颊河（无棣段）胜利桥断面水质为劣V类，主要污染物为COD，详见表1。

表1　马颊河（无棣段）2011年1—11月水质

2　建设人工湿地水质净化工程的必要性分析

2.1实施海河流域水污染防治规划的需要

《海河流域水污染防治“十二五”规划编制大纲》（2010年11月）要求，海河流域的水污染防治坚持以科学发展观为指导，以让江河湖泊休养生息为理念，以维护流域水环境安全为目标，以保障饮用水安全、城市水环境改善和跨界协同治理为重点，依托防治工程改善重点水体水质，努力减少劣V类断面比例，集中解决流域内突出的水环境问题，为海河流域2020年全面建成小康社会提供水安全保障。马颊河是海河流域水污染重点整治河道。因此，有必要建设人工湿地水质净化工程，对污染河水进行深度处理，有效改善水质，提升水环境质量，减轻渤海污染压力，助推环渤海经济圈良性、健康、可持续发展。

2.2实施滨州市环境保护“十二五”规划的需要

马颊河（无棣段）为山东省滨州市所辖，《滨州市环境保护“十二五”规划》（2012年2月）以实现COD、氨氮排放13.0％和15.3％为目标，要求严格控制工业废水污染物排放的增长，同时加快重点流域水环境综合整治，开展环湖、沿河、沿海大生态带建设，力争在国控省控的8条河流、11个监测断面全面消除劣V类水体，实现重点流域控制断面水质达标率达到95％。在马颊河流域建设人工湿地水质净化工程，是滨州市环境保护“十二五”规划的要求，工程实施后年可消减COD排放量115.6 t、氨氮排放量11.58 t，使马颊河水质及沿岸地下水水质得到有效改善。

2.3促进当地经济社会可持续发展的需要

近几年，无棣县相继出台了加快工业园区及产业集群发展的文件，在审批、土地使用、水资源、税收等方面实施了优惠政策，为加快工业发展营造了良好的环境，建成四大工业园区，形成了循环经济、精细化工、海洋化工和船舶制造等产业集群，三岳化工和天鹏汽配等4个过100亿的工业项目、正海科技和汇成化工等5个过10亿元的工业项目、33个过1亿元的工业项目相继落户，乡镇园区建设也不断壮大，民营经济发展进一步加快，年增加值达95亿元。这些工业企业，不少是以优质的水资源为支撑，而无棣属水资源匮乏地区。因此，建设马颊河人工湿地水质净化工程，可以增加水资源可利用量，提高水资源质量，是满足当地需水现状、促进经济社会可持续发展的需要。

2.4改善当地生态环境、缓解水资源匮乏的需要

无棣县位于渤海之滨，水资源严重匮乏，当地年可利用水资源量仅4 308.17万m3，而年需水量达25 635.3万m3，缺水21 327.13万m3，水资源供需矛盾突出。马颊河流域位于无棣县最北部，河水常年为劣V类水，气味刺鼻，可向两岸侧渗500～800 m，导致地下水污染，严重影响了沿岸生态环境。因地理位置等原因引黄河水等客水补充困难，缺水状况更加严重，当地政府和群众迫切要求采取有效措施改善马颊河水质，修复沿河生态环境，增加水资源可利用量，满足人畜饮水和工农业生产需求。因此，建设马颊河人工湿地水质净化工程是改善当地生态环境、缓解水资源匮乏的需要。

3　建设人工湿地水质净化工程的可行性分析

3.1人工湿地水质净化技术的特点

人工湿地水质净化技术是由人工建造和控制运行的与沼泽地类似的地面，将污水、污泥有控制地投配到经人工建造的湿地上，污水与污泥在沿一定方向流动的过程中，主要利用土壤、人工介质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用，对污水、污泥进行处理的一种技术。人工湿地是一个综合的生态系统，它应用生态系统中物种共生、物质循环再生原理和结构与功能协调原则，在促进废水中污染物质良性循环的前提下，充分发挥资源的生产潜力，防止环境的再污染，获得污水处理与资源优化的最佳效益。其可以有效净化水质、绿化土地、改善区域气候、促进生态环境改善，具有低投入、高效率、低运行费用、后期维护简便的技术优点。

3.2人工湿地水质净化技术已经成熟

人工湿地水质净化技术是一种比较先进的、可有效处理污染水体的工艺。早在20世纪70年代，美国、澳大利亚、荷兰、丹麦、英国、日本等国家即开始利用天然湿地、沼泽地实施水质净化的尝试；80年代后期，人工建造的湿地水质净化处理系统发展成为湿地污水处理工程的主要方式。经过几十年的研究和实验，人工湿地水质净化处理技术已经成熟，英国、加拿大、美国、墨西哥等国家已经建设了许多人工湿地处理设施。我国从“七五”期间开始人工湿地水质净化工程方面的研究，最早于1988年实施了北京昌平人工湿地水质净化工程。1990年，国家环保局华南环境科学研究所在深圳建造了占地8 400 m2的人工湿地污水处理示范工程，日处理污水3 100 m3，结果表明，BOD去除率为90％，COD去除率为80.47％，SS去除率为93％。同年，天津环保科研所建立了11个试验单元，专题进行芦苇湿地对城市污水的处理研究，结果表明，经人工湿地净化的水质达到二级排放标准，且有较高的脱氮除磷效果。2005年，山东省在南四湖新薛河建设了占地33 hm2的人工湿地污水处理工程，日最大处理污水能力8 000 m3，处理后的水质COD≤30 mg/L、氨氮≤2.0 mg/L，效果显著，完全满足工农业用水及地下水源补充要求。

3.3马颊河（无棣段）自然地理条件适用

马颊河（无棣段）为黄河冲积而成的退海之地，坡地、洼地、海滩地相间，其中洼地面积达11.4万hm2、占全县土地面积的57.7％。流域内地势低洼，地面高程2.0～7.0 m，大部分洼地常年积水不宜耕种，撂荒多年，芦苇、香蒲等水生植物丛生，自然地理条件适合建设人工湿地水质净化工程，且能大大节约工程投资及后期维护成本。

3.4引、蓄、灌水利设施齐全

马颊河（无棣段）右岸、碣石山水库西侧有大片洼地，该洼地北距马颊河4 km，附近引水工程有王家闸、王家沟、贾家引水渠，蓄水工程有碣石山水库（占地70 hm2，库容1 310万m3，年调节水量3 000万m3），灌溉渠系密布，引、蓄、灌水利设施齐全。马颊河污水经过人工湿地处理水质监测合格后，大部分蓄入碣石山水库，向周边工、农各业供水；一部分可通过田间渠系用于农田灌溉，大水漫灌压碱改良当地盐碱地；或蓄入洼地补充地下水源，减轻海水入侵等。

4　人工湿地水质净化工程方案选择

4.1工程选址及现场布置

综合考察马颊河（无棣段）右岸的洼地情况、河渠情况、土地利用情况、水资源情况，结合流域发展规划，兼顾到人工湿地水质净化工程的代表性和推广性，工程项目宜选定在马颊河右岸、碣石山水库西侧，该区域非基本农田，盐碱化较重、撂荒多年，现为大片芦苇地，适宜湿地建设，可节约工程初期资金投入。工程初步规划占地40 hm2，由提水泵站、生态滞留塘、表面流湿地系统、生态稳定塘及水质监测设施等组成，其中生态滞留塘占地4 hm2、表面流湿地占地32 hm2、生态稳定塘占地4 hm2。

4.2工艺方案

基于技术稳定、经济可行、管理简便的原则，综合考虑水质净化与生态保护相协调、环境效益与经济效益并重、工程建设与产业结构调整相统一，马颊河（无棣段）人工湿地水质净化工程的工艺方案为生态滞留塘、表面流湿地系统和生态稳定塘的综合工艺，工艺流程为：马颊河污水→生态滞留塘→表面流湿地→生态稳定塘→处理合格中水→碣石山水库（或用于灌溉、补充地下水源），即利用马颊河右岸现有的引、排水系统，开启王家闸，将河水引入王家沟，然后输入大庆沟，在碣石山水库西侧新建提水泵站1座，提河水进入人工湿地水质净化工程区，进行水量和水质调节及预处理后进入湿地水质处理系统，水体在流动过程中，经过植物、微生物、土壤和人工介质的物理、化学、生物三重协同作用，通过吸附、滞留、过滤、氧化还原、沉淀、微生物分解、转化，实现水质的深度处理，最后将处理后监测合格的中水输出。

4.3植物配置

为保证水质净化质量，根据因地制宜、经济效益、生物多样性和景观协调的原则，在项目区设置不同湿地分区，选择芦苇、香蒲作为挺水植物先锋物种，选择金鱼藻、苦草等作为沉水植物先锋物种。芦苇抗逆性强，具有很强的净化能力和耐污、耐碱、耐有机负荷性，可吸附多种有机物、无机物，废水中的污染物通过芦苇根茎、微生物分子吸收及土壤固化等作用，在土壤—植物系统中自然完成一系列物理、化学和生态净化过程，并使之在净化的同时将污水所含的水肥资源供给芦苇生长。芦苇的蒸腾系数为637～826，1 t芦苇每年可向空气中释放700 m3左右水蒸气，能较好地调节小气候，维持生态平衡。据实地调查，项目区内芦苇资源丰富，可优先大量选用。

5　效益分析

5.1水污染治理效益

工程建成运行后，可有效消减污染河水的有害物质，年可消减COD总量115.8 t、氨氮总量11.58 t，可使马颊河河水由劣V类水质达到V类水质，即COD≤40 mg/L、氨氮≤2.0 mg/L，逐步修复受损河道的生态环境。

5.2环境效益

工程建成后，可使马颊河（无棣段）拦蓄的6 800 万m3河水水质得到根本改善，项目区周边居民生产生活环境也得到提高。同时，还将起到涵养水源、调节水量、补充地下水、改善小气候的作用，促进区域环境的良性可持续发展。

5.3生态景观效益

工程建成后，可以为诸多生物提供适宜的生长环境，增加生物的多样性、生态系统的稳定性，维持自然平衡。项目区种植大量的芦苇、香蒲、莲、金鱼藻等湿地植物，围堰、道路两旁种植大量乔木、灌木，使河流、湿地显现优美的景观效果，苇影婆娑的芦苇荡、清脆嫩绿的水莲、鱼虾戏水的图景，将使马颊河（无棣段）变成令人赏心悦目的水利景观带。

5.4社会与经济效益

工程建成后，河水由劣V类提升到V类，年可改善6 800万m3河水的水质，促进更多的环境优先型工业企业项目在马颊河流域安家落户和现代化农业的发展；大面积种植的芦苇、香蒲具有较高的经济价值，年可增收20万～30万元；人工湿地工程处理达标后的尾水可作为灌溉和回用水源，缓解当地水资源危机。同时，该工程作为一个示范项目，具有较高的实用性和推广价值，可以为生态环境修复和水污染防治提供积极探索。

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，工程师，主要从事水利工程建设管理、水生态研究工作。