浅谈潜流人工湿地的设计与施工

王建设 董淑珍 王晨龙

一、引言

人工湿地是运用生态学原理，人为地控制植物、基质、微生物以及水力学条件等影响净化效果的因子，从而实现污染物的去除，并能在实际工程中加以推广应用的一种水体生态修复技术，其作用机理包括吸附、滞留、过滤、氧化还原、沉淀、微生物分解、转化、植物遮蔽、残留物积累、蒸腾水分和养分吸收及各类生物的作用。

人工湿地特别适合处理景观用水区附近的污水，为水体提供洁净的水源。本文以临沂大学城污水处理厂尾水人工湿地深度净化及资源综合利用工程为例，通过对该工程潜流人工湿地的设计与施工的阐述，以期对潜流人工湿地系统进一步推广应用提供参考依据。

二、工程设计

1.潜流人工湿地特点及工艺比选

潜流人工湿地根据水体在基质填料间流动方式不同分为水平潜流人工湿地（HFCW）和垂直潜流人工湿地（VFCW）。

（1）水平潜流的布水和水流方式是水体从床体一端以水平流方式从填充基质表面以下流向出水端，主要通过介质拦截过滤、植物根系及填料表面生物膜的降解以及植物吸收等作用实现污水净化。其特点在于水力负荷高，对 SS、BOD5、CODCr和重金属等污染物去除效果好，具由一定的保温效果，投资和运行成本高于表流、低于垂直潜流，适宜在北方地区建设运行。

（2）垂直潜流人工湿地（VFCW）的布水方式是污水垂直向通过人工湿地床体基质层，可分为下行垂直潜流和上行垂直潜流两种形式。其特点是具有较高的输氧能力，去污能力较强；但其SS去除能力较差、易堵塞，布水管道多、建设投资较高，控制相对复杂；不适宜在北方寒冷的冬季运行，较适宜于我国南方地区采用。

（3）复合流潜流人工湿地的工艺布水方式和水流方式是水体在人工湿地床体内以水平流与上升垂直流相结合的水力流态，从床体一端经填充基质流向出水端，主要通过基质拦截过滤、植物根系和基质表面生物膜的生物降解、植物吸收等作用，以及导淤层的倒膜清淤，并配套一定的暖季运行模式和冷季保温越冬运行模式，实现对污水的高效净化与全年稳定运行。其优势特点在于水力负荷和污染负荷高、保温效果好、防堵塞、管理方便，适宜在北方地区建设运行，所以本项目选择复合流潜流人工湿地工艺。

2.潜流湿地单元设计

工程复合流潜流人工湿地设计建设有效面积为3.87hm2，建设占地面积为4.20hm2，设计分为56个单元。共分四个区，潜流湿地一区，该区建设面积1.25hm2，有效面积1.15hm2，设计分为18个单元；潜流湿地二区，该区建设面积1.60hm2，有效面积1.47hm2，设计分为19个单元；潜流湿地三区，该区建设面积0.58hm2，有效面积0.54hm2，设计分为7个单元；潜流湿地四区，该区建设面积0.77hm2，有效面积0.72hm2，设计分为12单元。潜流湿地一区、二区、三区、四区采取并联方式布设，可有效保证湿地正常运行和日常维护检修。

系统单元的深度是潜流人工湿地污水处理设计、运行和维护的重要参数。根据《人工湿地污水处理工程技术规范》（HJ2005-2010）通常潜流人工湿地的深度宜为0.4～1.6m，结合北方人工湿地污水处理技术建设运行经验及该项目土壤标准冻结深度，同时降低建设成本，本项目单元设计深度为1.2m。

3.填料设计

潜流湿地单元墙深度1.4m，填料及种植层为1.2m。由防渗膜、填料层、湿地植物、集配水系统及导膜管构成。自下而上各层填料分布：夯实三合土、夯实黏土、土工膜、粗砂层、填料层、粗砂级配填装、种植土。潜流人工湿地基质层分布结构见表1。

4.单元墙体设计

潜流人工湿地外墙为370mm砖墙，内部分隔墙为240mm砖墙，砖墙为MU20烧结普通砖、M10水泥砂浆砌筑，墙体外表面及顶面涂防水砂浆。

5.集水渠、配水渠设计

湿地集水渠及配水渠由两道墙体组成，集水渠宽800mm，渠底为200mm厚钢筋混凝土底板，底板下设100mm厚C15素混凝土垫层。渠道墙体每隔4m距离设置一道支撑梁，支撑梁两侧设有构造柱，支撑梁为预制，构造柱为现浇。渠顶铺设预制钢筋混凝土盖板。沿渠道长度方向间隔30m设置一道伸缩缝，防止墙体过长产生裂缝。

所有穿墙管的防水均采用12mm厚U-PVC板，双向挤压土工膜防渗。每个DN80的配水管上面均有阀门控制，通过观察出水口流量，可以微调进入每个湿地单元的阀门，控制进入每个湿地单元的进水流量。

三、工程施工控制

潜流湿地施工工艺：土方开挖→配水渠、集水渠和隔墙施工→水位调节井→退水管施工→填料施工。

1.土方开挖

工程构筑物基础坐落在原状密实土层上，水位调节井、配水渠基础承载压强不小于80kPa，进水调节池、转折井和集水渠要求为120kPa。土方开挖过程中预留20cm人工清底。

2.基底处理

基底进行准确整平后，一定要仔细检查平整度和密实度，保证不能有鼓包和洼坑，而且也不能有泥和存水、树根、石块等杂物，否则将会严重影响土工膜的防渗效果。

3.复合土工膜铺设

（1）复合土工膜生产厂家确定后，由工程参建方进行厂家考查确定材料质量及供应情况。材料进场时厂家应提供产品合格证、质量保证书和检验报告，由监理单位见证取样送具有相应资质的试验单位进行抽检合格后方可用于施工。

（2）铺设应在干燥温和天气进行，为了便于拼接防止应力集中，复合土工膜铺设采用波浪形松驰方式富余度约为1.5%，摊开后及时拉平拉开，要求无突起褶皱，施工人员应穿平底布鞋或软胶鞋，严禁穿钉鞋，以免踩坏土工膜，施工时如发现土工膜损坏应及时修补。

（3）复合土工膜焊接质量的好坏是施工成败的关键，所以务必要做好土工膜的焊接确保焊接质量。土工膜焊接由生产厂家派专业技术人员到现场操作指导培训，并采用土工膜专用焊接设备进行。本工程土工膜焊接采用 ZPR-210V 型热合土工膜焊接机。

（4）焊接前必须清除膜面上所有的砂子、泥土等脏物保证膜面干净，正式焊接前根据施工气温进行试焊确定行走速度和施焊温度，一般掌握行走速度1.5～2.5m/s，施焊温度为220℃～300℃。焊缝两条每条宽10mm，两条焊缝间留有10mm的空腔，用此空腔检查其焊缝质量。

4.湿地管道铺设

（1）管材。潜流人工湿地选用管材为PVC和PE两种材质，集水管、配水管、倒膜管为PVC，主进水管为PE管。进场时经抽检合格后方可使用。

表1 潜流人工湿地基质层分布结构表

（2）管道安装的允许偏差和检验方法严格按标准执行，标高必须严格按照规范和施工图技术要求，确保管道在使用过程中不会出现下撕下挠现象。底部集水管铺设时确保无异物进入管道，填埋前用无纺布覆盖保护，填埋时撤去无纺布，并在管周围做好反滤层保护，确保施工中无细砂直接进入管道，粒料回填完成后及时封盖保护管口。管道铺设及填埋后严禁机械碾压，避免破损和翘曲。

（3）管道安装完毕后，应根据《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB50268-2008）的要求进行闭水试验。

5.滤料回填施工

（1）滤料分为粗砂、碎石、火山岩三种，粒径须满足设计要求，超粒径比例不得超过5%，粒径含泥量不大于3%，碎石含碳酸钙不小于40%，火山岩内外平均孔隙率在40%左右，对水的阻力小，同类滤料相比，所需数量少。

（2）每个单元池体滤料回填施工时，先进行底层验收，高程达到设计要求方可回填。装填后每层高程误差应控制在±5cm以内。

（3）湿地粒料回填时应注意管道安全，避免管道损坏及细料从花管孔隙或管口进入管内。运料斗内的剩余粉末不准倒入湿地床内。

（4）滤料回填施工采用后退法施工，避免对内部结构及回填部分过度碾压。

四、结语

临沂大学城污水处理厂尾水人工湿地深度净化及资源利用工程是临沂市中心城区水环境综合整治工程的一个子项目，工程采用EPC总承包模式承建，目前工程已通过环保验收，湿地出水水质达到《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）Ⅳ标准，满足设计要求■