河道潛流濕地建設(shè)探析
——以遵化市沙河水平口引灤水源地保護(hù)工程為例

□王婧雅

沙河發(fā)源于興隆大青山東側(cè)，經(jīng)長(zhǎng)城口山楂峪入遵化市，于大埝莊南納北嶺河、紀(jì)各莊南納魏進(jìn)河，集于水平口，出水平口經(jīng)平安城西南流，于薊縣蒼山莊東與東來(lái)的黎河匯合后西流入于橋水庫(kù)。于橋水庫(kù)是引灤入津工程的調(diào)蓄水庫(kù)，流入于橋水庫(kù)的沙河，受沿線尾礦砂和城鄉(xiāng)污水的影響，水環(huán)境質(zhì)量逐年下降。通過(guò)在遵化市沙河水平口建設(shè)潛流濕地，保護(hù)引灤入津水源地上游水質(zhì)，改善和提高水環(huán)境承載力。

1.工程簡(jiǎn)介

沙河日常基流主要是遵化市國(guó)禎污水處理有限公司處理后的中水排放，國(guó)禎污水處理有限公司建設(shè)規(guī)模為污水處理2×4萬(wàn)m3/d，中水4萬(wàn)m3/d。2015年日實(shí)際日排放總量達(dá)到4.08萬(wàn)t。同時(shí)每年還有近60萬(wàn)m3污水進(jìn)入沙河。根據(jù)遵化市城區(qū)排水情況，潛流濕地設(shè)計(jì)規(guī)模為5萬(wàn)m3/d，采用垂直流型人工濕地。

2.潛流濕地設(shè)計(jì)

2.1 工藝流程設(shè)計(jì)

遵化市污水處理廠出水達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)入沙河，經(jīng)沿程約10km水體自凈及南閣老灣橋至紀(jì)各莊橡膠壩段河道表流濕地凈化后，再由潛流濕地引水管引至人工濕地配水渠，進(jìn)入垂直流型人工濕地，經(jīng)人工濕地進(jìn)一步凈化后排放入受納水體。

根據(jù)《河北省水功能區(qū)劃》的分級(jí)與分類，沙河屬3級(jí)區(qū)北三河山區(qū)范圍，沙河源頭至水平口段為沙河唐山農(nóng)業(yè)用水區(qū)，水質(zhì)目標(biāo)為Ⅳ類，各項(xiàng)指標(biāo)均應(yīng)滿足地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅳ類的要求。設(shè)計(jì)進(jìn)出水主要水質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表1。

2.2潛流人工濕地設(shè)計(jì)參數(shù)

表1 濕地設(shè)計(jì)進(jìn)出水主要指標(biāo)

表2 人工濕地系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)表

表3 有機(jī)根脈介質(zhì)配比表

表4 混合介質(zhì)配比表

潛流人工濕地功能重點(diǎn)在于降低污染物濃度，確保出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。潛流濕地系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)根據(jù)環(huán)境保護(hù)部《人工濕地污水處理工程技術(shù)規(guī)范》HJ-2005-2010要求計(jì)算。潛流濕地系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)和水力負(fù)荷見(jiàn)表2。

2.2.1 濕地總面積（A）

A=0.0365×Q/k×ln(C0-C*)/(C1-C*)，分別以COD，TN和TP進(jìn)行計(jì)算，取三者最大值，

Q：設(shè)計(jì)進(jìn)水量；

K：一級(jí)反應(yīng)速率常數(shù)；

C0：進(jìn)水污染物濃度；

C1：出水污染物濃度；

C*：環(huán)境本底值。

2.2.2 水力停留時(shí)間（t）

t=V*e/Q

V：?jiǎn)卧獫竦赜行莘e；

e：濕地基質(zhì)空隙率。

2.2.3 表面有機(jī)負(fù)荷（qos）

qos=Q*（C0-C1)/A；

2.2.4 表面水力負(fù)荷（qhs）

qhs=Q/A。

2.3 潛流濕地及生態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.3.1 布水、集水系統(tǒng)

人工濕地采用垂直流形式，主配水渠和3條分配水渠控制整個(gè)濕地范圍，由3條分配水渠向濕地內(nèi)布置DN500配水管，配水管上等距設(shè)置DN200布水管分布于濕地中，布水管間距10m，對(duì)人工濕地進(jìn)行均勻布水，濕地末端底層分布DN300集水管，集水管單根長(zhǎng)50m，間距20～35m。集水管出水由閥門井控制，溢流出水，水位可調(diào)節(jié)，溢流管DN300。濕地范圍內(nèi)沿布水管設(shè)置通氣孔，通氣孔管采用DN100。人工濕地所用管材均為PVC-U管。

2.3.2 人工濕地基質(zhì)

人工濕地床體設(shè)計(jì)總平均有效深度1.5m，基質(zhì)選用有機(jī)根脈介質(zhì)、有機(jī)礦物質(zhì)等濾料分層分段按比例混合鋪設(shè)，床體設(shè)計(jì)坡度4‰。有機(jī)根脈介質(zhì)配比見(jiàn)表3，混合介質(zhì)配比見(jiàn)表4。

2.3.3 人工濕地防滲系統(tǒng)

濕地處理池在現(xiàn)狀土上挖掘，夯實(shí)底部和邊坡素土，底部和邊坡之上是兩布一膜的HDPE復(fù)合土工膜，規(guī)范施工作業(yè)使接縫拼接緊密，防止污水滲漏，保護(hù)地下水。

2.3.4 植物凈化系統(tǒng)

水生植物是人工濕地凈化系統(tǒng)中最明顯的生物特征，是人工濕地的主要組成部分，并且在其中發(fā)揮著重要作用。植物根系提供釋氧表面，利于生物和化學(xué)轉(zhuǎn)化，根系釋氧和為微生物提供棲息空間是濕地植物的主要功能。通過(guò)根系的生長(zhǎng)、死亡和代謝來(lái)維持床體較好的水力傳導(dǎo)性，腐爛的根葉為反硝化細(xì)菌提供了必要的炭源。

3.濕地運(yùn)行中的問(wèn)題及對(duì)策

3.1 生物入侵問(wèn)題

濕地系統(tǒng)可能面臨生物入侵問(wèn)題，外來(lái)物種如果生存和繁殖能力強(qiáng)，會(huì)壓制和排擠本地物種，形成優(yōu)勢(shì)種群。生物入侵的控制和根除可以采用機(jī)械防止，最簡(jiǎn)單的就是人工消除，實(shí)施前要進(jìn)行全面評(píng)估。

3.2 冬季運(yùn)行問(wèn)題

項(xiàng)目所在地冬季氣溫過(guò)低，會(huì)導(dǎo)致濕地系統(tǒng)植物枯萎消減，水生植物進(jìn)入休眠期?？紤]到冬季運(yùn)行問(wèn)題，濕地表面設(shè)計(jì)有一層保溫層，采用根脈有機(jī)介質(zhì)，濕地系統(tǒng)微生物的活性并沒(méi)有下降，處理效果也沒(méi)有下降，因?yàn)槲鬯幚韽S的出水在冬季溫度可達(dá)15℃，微生物一般在6℃～15℃其活性是穩(wěn)定的。另外，植物枯葉的保溫作用，植物莖稈支撐冰層的作用，使?jié)竦乇砻嫘纬伞氨w”，“冰蓋”下根脈介質(zhì)不凍結(jié)的自然環(huán)境，使人工濕地系統(tǒng)正常運(yùn)行。

3.3 運(yùn)行維護(hù)措施

人工濕地凈化系統(tǒng)的啟動(dòng)一般要經(jīng)歷兩個(gè)階段，系統(tǒng)調(diào)試、植物復(fù)活及根系發(fā)展的不穩(wěn)定階段和植物生長(zhǎng)成熟、處理效果好的穩(wěn)定成熟階段。在啟動(dòng)階段，植物栽種后急需充水。初期將水位控制在地面下25mm左右處。按設(shè)計(jì)流量運(yùn)行3個(gè)月后，將水位降低至距床底0.2m處，以促進(jìn)植物根系向深部發(fā)展。待根系深度到床底后，再將水位調(diào)節(jié)至地表下0.2m處開(kāi)始正常運(yùn)行。新建濕地系統(tǒng)其土建工程和植物工程完成投入運(yùn)行以后，其處理效果在短時(shí)期內(nèi)通常無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)要求，主要因?yàn)槠渲参锵到y(tǒng)生長(zhǎng)并不會(huì)完善，微生物系統(tǒng)還比較脆弱，因此必須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行很好的運(yùn)行維護(hù)工作，維護(hù)期為1～2年?！?/p>