人工湿地在水生态恢复中的应用

石晓燕

（忻州市水利工程建筑公司，山西 忻州 034000）

人工湿地被誉为“城市的肺”，对改善水环境、优化水生态、提高空气湿度与含氧量、治理生态环境等具有重要作用。人工湿地是一种人工建造的生态系统，可通过吸附、化学分解以及生物分解等作用，治理河水中的污染物，提升河水水质[1-3]。人工湿地治理水污染效果好、造价低，在城市河道综合治理工程中得到了广泛的应用与推广[4-6]。

1 工程概况

山西省孝义市胜溪湖湿地公园占地面积230 hm2，位于吕梁山脉东麓、胜溪湖水库上游，地势落差大；湿地公园地处黄土高原，土质松软，地表径流侵蚀现象严重；上游众多的工业企业加重了现状污染。水环境及水生态存在的问题有：水量不足、水流不畅、水污染严重，尤其是工业废水污染对水环境影响最大。

2 孝义河水体污染分析

2.1 潜在污染源分析

河道现状污染源主要有直排污水、支流转输污水、污水厂尾水、地表径流污染、水面干湿沉降污染等。

直排污水/支流转输污水。直排污水包括生活、工业污水，污染物浓度高，是最主要的污染来源，年直排量 401.5 万 m3。

污水厂尾水污染。污水处理厂尾水达到一级A标准后就近排入水体，出水水质仍属于地表水环境质量标准的劣Ⅴ类水质标准，也会给河道带来一定的污染负荷冲击，年排入量730万m3。

地表径流污染物。规划区域内部分雨水管网、雨污合流管线就近排入水体，将向水体带入大量污染物，年流入量687万m3。

水面干湿沉降污染。水面干湿沉降，将空气中的污染物带入水体形成污染，受降雨、空气质量等因素的影响较大。

截污管道工程实施后，直排污水、支流转输污水基本得到控制，仅在雨季有溢流污水进入河道，岸线绿化修复也将对地面径流污染起到一定的削减作用。污水厂尾水通过湿地强化处理，达到地表水环境Ⅳ类质量标准后排放。

2.2 水体污染现状

孝河河水主要靠雨水补充，水环境质量恶化，孝河污水主要来源为生活和工业直排污水、大气降水、降水地表径流以及污水厂尾水均属劣Ⅴ类水体。根据现场调研情况，孝河河道主要污染物指标有COD、BOD、氨氮和TP，详见表1。

3 人工湿地应用

3.1 人工湿地类型

人工湿地处理系统可以分为三种类型：表面流人工湿地、水平潜流人工湿地、垂直水流人工湿地。在此三种工艺类型的基础上还衍生出其他的类型，如复合垂直流人工湿地、立式人工湿地等。

3.2 人工湿地类型比选

表面流人工湿地，是指污水在基质表层流动，一般水深小于4 m、流速低；水流为水平流流态，该类型湿地一般设置有基质材料，以供水生植物生长。该类型人工湿地的主要优点是投资低、维护简便，对土地质量要求低，可生长多种类型的植物，水力负荷较低。缺点是占地面积大，不能适应寒冷气候，不能充分发挥基质和植物的降解作用，适合处理简单的污水，如农村生活、养殖污水等。

潜流人工湿地，是指污水在填料床的表面下流动。主体需要分层填筑，填料复杂，可充分发挥植物、微生物、基质的耦合作用。该类型人工湿地的主要优点是除污效果好，保温、卫生条件好，可处理二级城市污水、垃圾渗滤液等，受气候局限较小。局限性是投资高，水力负荷较高，一般适合挺水植物生长。

垂直流人工湿地，是指污水流向与湿地基质垂直，一般垂直流湿地表层采用砂层，具有良好的渗透性，能传输大气中的氧气。其主要优点是去污力强，占地少，充分发挥了基质和植物的降解作用，可对城市污水进行深层次的处理，针对氨氮含量较大的污水处理效果较好，受气候影响较小。主要缺陷是处理有机物效果差，维护难度高，工程投资大，一般适合挺水植物生长，水力负荷较高。

综合对比三种人工湿地污水处理方案的主要技术指标，考虑污水处理效率、低温运行效果、河道行洪条件和运行管理方便，最终确定以水平潜流人工湿地作为本项目人工湿地生态修复技术的核心工艺。

表1 河道现状污染物指标一览表

3.3 人工湿地工程

3.3.1 湿地面积计算

孝河人工湿地处理系统，主要处理对象为污水处理厂中的污水，共设2处人工湿地，处理规模为1 400 t/d。各污水处理厂排污量和污染物情况见表2。

孝河规划水质标准为地表水环境质量Ⅳ类水，人工湿地面积计算见表3。

3.3.2 湿地单元分区

按照总体设计要求，为避免单个湿地单元面积过大，造成水力条件较差，湿地处理效率低，在胜溪湖湿地公园水平潜流人工湿地设计中进行了分格处理，通过分区可以控制湿地进出水均匀。根据现状条件，人工湿地纵向长度约15～20 m，宽度为30～60 m，单元长宽比为 2∶1～3∶1，面积需控制在 3 000 m2以内。

池体分为进水区、处理区和出水区。自上而下为覆盖层、滤料层和防渗层，池体总深度为1.30 m，填充填料，并种植植物。池底坡度1%，以利于池体排水。

通过将大面积人工湿地分割为若干个小湿地单元，才能具有良好的水力条件和处理效果，根据下式计算人工湿地污水处理系统的长度：

式中：As——人工湿地表面积，m2；

W——湿地宽度，m。

水平潜流人工湿地单体为长方形，湿地单体长度设计约为30 m，单体宽度约为10 m，长宽比为3∶1，基本符合设计要求，单个人工湿地单元面积为300 m2。

表2 污水处理厂污染物指标一览表

表3 水平潜流人工湿地面积计算表

3.3.3 湿地池体深度

水平潜流人工湿地池体总深度为1 500 mm，其中内部基质填料深度1 200 mm，自上而下依次为超高、基质层和防渗层，其中人工湿地墙体超高（人工湿地表面至墙顶）为200mm；基质层总深度1200mm（其中粗砂200mm，细卵石200mm，中粗卵石300 mm，粗卵石500 mm）；防渗层位于基质层以下，厚度不小于400 mm，采用黏土夯实防渗。

采用混凝土墙分隔，墙面高出人工湿地表面300 mm，冬季时将水位提高到填料层以上约20 cm，当形成一层约10～20 cm的冰盖后，重新将进水水位降低至填料内部。对分隔墙体必须经常维护、保养与维修，避免不同人工湿地单元的污水混流，造成布水不均，影响最终污水处理效果。

4 结论

工程实施后，直排污水、支流转输污水基本得到控制，岸线绿化修复对地面径流污染起到了很好的净化作用，污水厂尾水通过湿地强化处理后，达到了地表水环境质量Ⅳ类标准，提升了河水水质，孝河水环境得到了较好的治理。工程的实施使胜溪湖湿地公园成了集区域水利、城市湿地、生态文化、民俗景点于一体的主题湿地公园，取得了良好的生态社会效益。