博斯騰湖西岸表面流人工濕地強(qiáng)化處理措施研究

喬 瀘，迪麗努爾·阿吉，2*，李平平，鄧占海，王光明

(1.新疆師范大學(xué)地理科學(xué)與旅游學(xué)院，新疆烏魯木齊 830054; 2.新疆干旱區(qū)湖泊環(huán)境與資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆烏魯木齊 830054;3.博湖縣金海育葦有限責(zé)任公司，新疆博湖 841400;4.新疆博湖縣環(huán)境保護(hù)局，新疆博湖 841400)

?

博斯騰湖西岸表面流人工濕地強(qiáng)化處理措施研究

喬 瀘1，迪麗努爾·阿吉1，2*，李平平1，鄧占海3，王光明4

(1.新疆師范大學(xué)地理科學(xué)與旅游學(xué)院，新疆烏魯木齊 830054; 2.新疆干旱區(qū)湖泊環(huán)境與資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆烏魯木齊 830054;3.博湖縣金海育葦有限責(zé)任公司，新疆博湖 841400;4.新疆博湖縣環(huán)境保護(hù)局，新疆博湖 841400)

在對博斯騰湖西岸表面流人工濕地的設(shè)計(jì)和運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)地調(diào)查的基礎(chǔ)上，對人工濕地進(jìn)水的水質(zhì)特點(diǎn)及人工濕地運(yùn)行過程中存在的問題進(jìn)行分析，最后對人工濕地的強(qiáng)化處理措施進(jìn)行總結(jié)。

博斯騰湖；表面流人工濕地；強(qiáng)化處理

人工濕地是20世紀(jì)60年代興起的一種生態(tài)的污水處理技術(shù)，其污水處理是通過植物吸收、微生物降解、基質(zhì)吸附及其之間的相互作用共同完成的；按其布水方式的不同可分為表面流人工濕地、潛流人工濕地和垂直流人工濕地。表面流人工濕地由于其具有建設(shè)成本低、運(yùn)行維護(hù)簡單、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)已被廣泛應(yīng)用于生活污水、工業(yè)廢水等的處理[1-4]，其也被認(rèn)為是處理農(nóng)業(yè)面源污染最有效且可行的工程措施[5]。我國對人工濕地的大規(guī)模研究始于20世紀(jì)80年代，目前其也被廣泛應(yīng)用于多種污水的處理，但由于其起步較晚，在實(shí)際應(yīng)用過程中仍存在一些問題[1-3]?；诖耍P者在對博斯騰湖西岸表面流人工濕地進(jìn)行實(shí)地調(diào)查和試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，總結(jié)前人研究成果，針對博斯騰湖西岸表面流人工濕地存在的問題提出強(qiáng)化處理措施，以期為博斯騰湖流域水污染的治理提供科學(xué)依據(jù)。

1 博斯騰湖西岸表面流人工濕地概況

博斯騰湖西岸表面流人工濕地(以下簡稱人工濕地)位于博斯騰湖大湖西岸落霞灣地區(qū)，面積2 255 hm2。工程因地制宜，將人工濕地分為3級，12個(gè)處理單元，第1級共有5個(gè)處理單元(圖1中A1～A5)，面積904 hm2；第2級共有3個(gè)處理單元(圖1中B1～B3)，面積684 hm2；第3級共有4個(gè)處理單元(圖1中C1～C4)，面積667 hm2。人工濕地的進(jìn)水來自東風(fēng)干排、東大罕干排和哈拉因干排。如圖1所示，進(jìn)水依次經(jīng)過第1、第2和第3級人工濕地的各處理單元，最后排入湖濱濕地。人工濕地植物為蘆葦，基質(zhì)為當(dāng)?shù)赝寥溃νＡ魰r(shí)間84 d，平均水深30～50 cm。每年4—10月為人工濕地運(yùn)行期，11月—翌年3月為人工濕地的維護(hù)期。

注：A1～A5面積分別為109、124、88、86、497 hm2；B1～B3面積分別為164、174、346 hm2；C1～C4面積分別為200、200、127、140 hm2。Note：A1-A5 area 109，124，88，86，497 hm2; B1-B3 area 164，174，346 hm2; C1-C4 area 200，200，127，140 hm2.圖1 人工濕地工藝流程Fig.1 Technological process of constructed wetland

2 人工濕地進(jìn)水水質(zhì)特點(diǎn)

表1 人工濕地進(jìn)水特征統(tǒng)計(jì)

3 人工濕地存在的問題

3.1 進(jìn)水濃度過高 由表1可以看出，人工濕地的進(jìn)水中主要污染物濃度均已達(dá)到或超過Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)，礦化度也較高，屬于咸水，人工濕地作為一種生態(tài)系統(tǒng)，其對進(jìn)水中污染物濃度的承受能力有限，過高的進(jìn)水濃度可能對人工濕地植物和微生物造成傷害，從而影響人工濕地對污水的處理效果。

3.2 處理單元面積過大 表面流人工濕地的濕地床長度一般為20～50 m[1]，按長寬比為1∶1計(jì)算，其最大面積為2 500 m2，在博斯騰湖西岸表面流人工濕地中，最小的處理單元面積為86 hm2，最大的處理單元面積達(dá)497 hm2，面積顯然過大。處理單元面積過大不利于人工濕地的管理和維護(hù)，同時(shí)也容易產(chǎn)生死水現(xiàn)象，使人工濕地不能得到充分利用，降低了人工濕地對污水的處理效果。

3.3 水力停留時(shí)間過長 博斯騰湖表面流人工濕地的設(shè)計(jì)水力停留時(shí)間為84 d，在人工濕地中，污水在進(jìn)入人工濕地前3 d污染物特別是有機(jī)污染物濃度下降明顯，3 d之后污染物濃度下降緩慢[8-9]。水力停留時(shí)間過長會(huì)導(dǎo)致人工濕地不能得到充分利用，同時(shí)過長的水力停留時(shí)間也可能使基質(zhì)吸附的污染物被釋放到水中，從而造成出水水質(zhì)下降。

3.4 缺乏水質(zhì)監(jiān)測 在人工濕地運(yùn)行過程中，水質(zhì)監(jiān)測是保證人工濕地正常運(yùn)行的重要措施，該研究的調(diào)查結(jié)果顯示，博斯騰湖西岸表面流人工濕地運(yùn)行過程中并未進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測，這將對人工濕地的運(yùn)行造成影響，同時(shí)出水水質(zhì)也難以保障。

3.5 冬季污水無法處理 博斯騰湖位于我國西北內(nèi)陸地區(qū)，該地區(qū)冬季氣溫較低，而表面流人工濕地水體與空氣直接接觸，強(qiáng)烈響應(yīng)氣溫變化，進(jìn)入冬季后，人工濕地將由于氣溫低結(jié)冰而無法運(yùn)行，因此博斯騰湖西岸表面流人工濕地的運(yùn)行期為4—10月，11月—翌年3月人工濕地停止運(yùn)行進(jìn)入維護(hù)期，此時(shí)各排渠的排水無法處理，將會(huì)被直接排入博斯騰湖。

4 人工濕地的強(qiáng)化處理措施

4.1 增加預(yù)處理設(shè)施 針對博斯騰湖西岸表面流人工濕地進(jìn)水濃度大的特點(diǎn)，應(yīng)在人工濕地進(jìn)水口處設(shè)置初沉池和厭氧塘等預(yù)處理設(shè)施以降低進(jìn)水濃度，確保人工濕地的正常運(yùn)行，同時(shí)應(yīng)在進(jìn)水礦化度較高的季節(jié)在人工濕地前端埋設(shè)纖維束，使鹽分在纖維束上結(jié)晶，該措施可有效降低進(jìn)水礦化度[10]。

4.2 縮小單元面積，增加單元數(shù)量 縮小人工濕地各處理單元的面積，同時(shí)縮短水力停留時(shí)間，避免因單元面積過大和水力停留時(shí)間過長造成死水和出水水質(zhì)下降，同時(shí)應(yīng)增加串聯(lián)單元的數(shù)量，使整個(gè)人工濕地的水力停留時(shí)間保持在原有的84 d左右，從而保證鹽分的充分去除。

4.3 改良人工濕地基質(zhì)，強(qiáng)化對TP的去除 人工濕地進(jìn)水中TP的濃度較高，已遠(yuǎn)超出Ⅴ類水的標(biāo)準(zhǔn)，而表面流人工濕地對磷的去除效果普遍較差，因此，人工濕地需對進(jìn)水中的TP進(jìn)行強(qiáng)化處理。人工濕地對磷的去除主要依靠基質(zhì)吸附。有研究表明，在人工濕地中使用鈣、鐵、鋁含量較高的基質(zhì)對磷進(jìn)行去除，其去除效果優(yōu)于普通基質(zhì)，沙子、石灰石、鈣硅石、沸石、白云石、浮石、爐渣、礦渣等被認(rèn)為是人工濕地除磷的良好基質(zhì)材料[1，11]，因此建議在人工濕地基質(zhì)中添加爐渣、沙子等對基質(zhì)進(jìn)行改良，同時(shí)適當(dāng)投放石灰石可提高對水中TP的去除效果。

4.4 加強(qiáng)水質(zhì)監(jiān)測 人工濕地進(jìn)水濃度對人工濕地污水處理效果影響較大，博斯騰湖西岸表面流人工濕地進(jìn)水濃度波動(dòng)較大，在人工濕地運(yùn)行過程中應(yīng)加強(qiáng)對水質(zhì)的監(jiān)測，保證人工濕地對污水的處理效果，同時(shí)由于人工濕地進(jìn)水中硫酸鹽的濃度較大，在人工濕地對硫酸鹽的去除過程中會(huì)產(chǎn)生大量硫化氫(H2S)氣體，這可能會(huì)造成人工濕地水中H2S濃度過高。H2S濃度過高會(huì)對植物造成傷害，從而影響人工濕地對污水的處理效果，因此在人工濕地運(yùn)行過程中也應(yīng)加強(qiáng)對H2S的監(jiān)測。

4.5 增設(shè)潛流人工濕地 表面流人工濕地的特點(diǎn)使其在北方的冬季難以運(yùn)行，但潛流人工濕地在增加保溫措施之后在北方冬季也可正常運(yùn)行[12]，因此可在已有的表面流人工濕地旁增設(shè)潛流人工濕地，以解決冬季排渠污水的處理問題。

[1] 王世和.人工濕地污水處理理論與技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2007：1-183.

[2] 尹軍，崔玉波.人工濕地污水處理技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006：5-10.

[3] 李娟，張龍莊，段亮，等.人工濕地廢水處理技術(shù)的研究現(xiàn)狀及展望[J].南方農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2011，42(1)：69-73.

[4] 張清.人工濕地的構(gòu)建與應(yīng)用[J].濕地科學(xué)，2011，9(4)：373-379.

[5] 曹笑笑，呂憲國，張仲勝，等.人工濕地設(shè)計(jì)研究進(jìn)展[J].濕地科學(xué)，2013，11(1)：121-126.[6] 中國環(huán)境科學(xué)研究院.地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：GB3838—2002[S].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2002.

[7] 中國地質(zhì)調(diào)查局.水文地質(zhì)手冊[M].2版.北京：地質(zhì)出版社，2012：102.

[8] 熊家晴，楊洋，鄭于聰，等.表面流人工濕地對高含量有機(jī)污染河水的去除效果研究[J].水處理技術(shù)，2013，39(7)：69-72.

[9] 何蓉，周琪，張軍.表面流人工濕地處理生活污水的研究[J].生態(tài)環(huán)境，2004，13(2)：180-181.

[10] 陳明輝.人工濕地系統(tǒng)氯離子分布特征及其綜合生態(tài)效益研究[D].長春：吉林大學(xué)，2012：40.

[11] 夏宏生，湯兵.人工濕地除磷技術(shù)[J].四川環(huán)境，2005，24(1)：83-86，123.

[12] 朱林，劉建衛(wèi)，孫宏偉，等.寒冷地區(qū)污水深度處理的人工濕地設(shè)計(jì)[J].水電能源科學(xué)，2013，31(12)：195-197，232.

Study on Surface Flow Constructed Wetland Strengthening Treatment at West Bank of Bosten Lake

QIAO Lu1, DILINUER· Aji1,2*, LI Ping-ping1et al

(1. School of Geographic Science and Tourism, Xinjiang Normal University, Urumqi, Xinjiang 830054; 2. Xinjiang Laboratory of Lake Environment and Resources in Arid Zone, Urumqi, Xinjiang 830054)

Based on field investigation of design and operation of surface flow constructed wetland at west bank of Bosten Lake, water quality characteristics of inlet and existing problems in operation of constructed wetland were analyzed, strengthening treatment measures were summarized at last.

Bosten Lake; Surface flow constructed wetland; Strengthening treatment

新疆維吾爾自治區(qū)科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(201533111)。

喬瀘(1989-)，男，河南鞏義人，碩士研究生，研究方向：自然資源開發(fā)與規(guī)劃。*通訊作者，教授，博士，從事干旱區(qū)濕地水文研究。

2016-08-26

S 181.3

A

0517-6611(2016)29-0039-02