高河水库上游人工湿地净化工程设计

李莉 段志强 白娟

摘要    兴建高河水库上游人工湿地工程的主要是为了净化高河水库入库水质，提高高河水库供水水质安全性，使高河水库水质满足地表饮用水Ⅲ类标准。本文进行了表面人工湿地设计方面的探讨，采用表面湿地系统中的物理、化学和生物作用的优化组合对入库前的河水净化处理，分析了人工湿地工程处理效果，以期为人工湿地工程的建设提供参考。

关键词    人工湿地;工程设计;污水净化;高河水库

中图分类号    X703.1        文献标识码    A

高河水库的兴建主要是为了调蓄南四湖上级湖引湖水量，解决调水与居民生活用水之间的时空分配矛盾，提高城乡居民生活用水保证程度，解决金乡县城区、西南、东南部居民饮水安全问题。高河水库调蓄水量主要是解决金乡县鱼山镇、鸡黍镇、马庙镇、金乡镇、王丕镇、高河乡、兴隆乡等7个乡镇居民生活用水的问题。工程建成后，在保证率90%的情况下，高河水库年供水1 349.0万m3，缓解了金乡县的居民生活供水危机，解决了金乡县中南部居民饮水安全问题，改善了目前仅靠地下水水源供水而出现的供水能力不足、地下水环境不断恶化及水质不良等现象，保证了该地区社会经济的可持续发展。

近年来，由于金乡县东沟河主要污染源是生活污水、大量农药残留和面源污染排入东沟河中，河水受到了一定程度的污染，流域生态系统受到一定破坏。因此，东沟河污染河水入高河水库前有待提高入库水质。高河水库上游人工生态湿地水质净化处理工程旨在保护高河水库供水安全，降低水库上游河道污染，满足入库水质要求，使之达到地表Ⅲ类水标准，确保高河水库的供水安全。

1    处理规模及进水水质

高河水库水源为南四湖上级湖湖水，水库从东沟河取水，充库时间为7月16日至12月31日，共169 d，充库流量为1.04 m/s，年入库水量为1 518.0万m3。根据山东省水环境监测中心济宁中心对东沟河入高河郎庄桥处的水质监测报告可知，湿地工程的进水水质具体指标如表1所示。根据高河水库供水水质要求，确定了该工程处理出水的水质目标。湿地工程处理出水执行《地表水环境 质量标准》（GB 3838—2002）Ⅲ类标准要求，相应的出水水质控制指标见表1。

根据《人工湿地污水处理工程技术规范》（HJ 2005—2010），表面流湿地设计主要参数为水力停留时间4～8 d;BOD5负荷15～50 kg/（hm2·d）;水力负荷<0.1 m3/（m2·d）。结合本工程现状情况，确定本工程表面流湿地设计面积为49.32 hm2。根据有关公式计算，本工程水力停留时间4.1 d，BOD5负荷21.9 kg/（hm2·d），水力负荷为0.1 m3/（m2·d），满足工程设计参数要求。

2    人工湿地工程设计工艺

2.1    平面设计

基于技术稳定、经济可行、管理简便的设计原则[1-2]，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[3-4]，确定本工程采用人工湿地工艺对污染河水进行处理。考虑湿地工程的代表性和推广性，初步选定在在高河水库的上游建一座人工湿地净化工程。在1#引水涵闸的出口处建一座沉淀池，沉淀池起到沉淀和调节水流流态的作用。通过开挖主渠道、北支渠道、南支1#渠道和南支2#渠道，对流入湿地的水进行引流。河道走向蜿蜒曲折，坡降较缓（1/4 000），河道两侧设有34.0 m高程的淺水区，湿地整体布局的设计有利于湿地净化水质，充分发挥湿地的净化功能[5]，湿地的整体布局见图1。

渠道内拟建设湿地工程，工艺方案为沉淀池+河道走廊湿地+浅水湿地+生态护坡组合工艺。在主渠道和北支渠道下游渠道内建2个挡水坎，改变渠道水位较低时，渠道水流流态，主渠道坎挡水高20 cm，支渠道坎挡水高10 cm。在南支1#渠道和南支2#渠道出口处河渠底内建一挡水坎，坎挡水高10 cm，挡水坎底宽0.3 m、高0.4 m，采用现浇混凝土。水质经过湿地系统净化处理后进入高河水库。

2.2    高程设计

表面湿地的入口处建1座沉淀池，起到沉淀和调节水流流态的作用，沉淀池底高程为30.5 m，池出口处高程为32.5 m。为了适应高河水库水位变化，设计主渠道底宽50 m，渠道底起始高程为32.5 m，渠道走向蜿蜒曲折，坡降较缓（1/4 000），有利于水质湿地净化。设计边坡为1∶5，根据高河水库最高蓄水位35.0 m，河道设计水位34.0 m，因而确定渠道两侧滩地高程34.0 m。北支渠道底宽5 m，渠道底高程高程为32.5 m，渠道走向蜿蜒曲折，坡降较缓（1/4 000），设计边坡1∶5，同主渠道确定滩地高程缘由相同，两侧滩地高程34.0 m，有利于净化水质，充分发挥湿地的净化功能;南支1#渠底宽5 m，渠道起始底高程32.5 m，坡降较缓（1/4 000），设计边坡1∶5，与主渠道确定滩地高程缘由相同，两侧滩地高程34.0 m;南支2#渠底底宽5 m，渠道起始高程比主主渠道交汇处的高程低10 cm，坡降较缓（1/4 000），设计边坡1∶5，同理，两侧滩地高程确定为34.0 m。在主渠道、北至渠道、南支1#渠道和南支2#渠道，每隔30～50 m设置20 cm的挡水坎，用来调节水流流态，避免出现死水区和短流区现象，湿地处理单元的长宽比控制在3～5∶1。

3    人工湿地工程处理效果

本工程通过植物、介质表面微生物的共同作用达到净化水质的目的，处理效果如下：CODCr去除负荷1.8 g/（m2·d）、BOD5去除负荷0.24 g/（m2·d）、NH3-N去除负荷0.037 g/（m2·d）、TN去除负荷0.204 g/（m2·d）、TP去除负荷0.016 g/（m2·d）。

4    参考文献

[1] 黄锦楼，陈琴，许连煌.人工湿地在应用中存在的问题及解决措施[J].环境科学，2013，34（1）：401-408.

[2] 曹笑笑，吕宪国，张仲胜，等.人工湿地设计研究进展[J].湿地科学，2013，11（1）：121-128.

[3] 冯晶.ABR-人工湿地分散处理乡村生活污水的控制因子的强化研究[D].北京：北京林业大学，2014.

[4] 傅长锋，李大鸣，白玲.东北屯人工湿地污水处理系统的设计与应用[J].湿地科学，2012，10（2）：149-155.

[5] 李小艳，丁爱中，郑蕾，等.1990—2015年人工湿地在我国污水治理中的应用分析[J].环境工程，2018，36（4）：11-17.