人工湿地对景观水域处理效果研究

（山西省水利水电科学研究院 山西太原 030002）

湿地被称为地球之肾[1-2]，在大自然中占据着重要地位，人工湿地（constructed wetlands）是由天然湿地发展而来，通过模拟天然湿地的结构与功能，根据需要选择有利地形地貌，建造的一种天然湿地模拟综合生态系统[3-4]，相比较传统的污水处理系统人工湿地具有节约建设成本、原理简单、易施工、绿化效果好等优点。1953年凯茜·赛德尔最早提出人工湿地概念，到20世纪60年代人工湿地得到充实与发展，70年代前联邦德国首次建立人工湿地系统，此时这项技术引起很多发达国家的瞩目。到90年代后人工湿地被广泛运用到发达国家的污水处理系统中。截至目前美国、英国等发达国家已有2万余座人工湿地污水处理系统。人工湿地污水处理系统于80年代引入中国，相较发达国家起步晚，但发展较快，目前，我国南方及东北地区已经建造了大面积的人工湿地[5-8]。人工湿地污水处理理念引入中国后结合中国地质环境在1987年建立了第一所芦苇湿地处理系统。未来的几十年人工湿地污水处理系统结合中国特色得到了长足的发展，相比较传统的污水处理系统，人工湿地污水处理系统是一个可循环的生态系统，运用水生植物的特点对污水进行降解，转换氧气增加水体活性，系统运行成本低、维护操作简单、同时对景观水附近的环境也有一定的保护作用。

目前，人工湿地污水处理系统在小城镇污水处理、农村生活污水处理、富营养化景观水体修复、农业面源污染控制、城市公园设计等方面已得到了广泛的应用。人工湿地的设计要点之一是根据当地地质条件和气候情况选择合适的湿地植物，湿地植物应具有较强的适应力和一定的耐污染能力[9]，对污水中的重金属和N、P等污染物应有较强的代谢能力，最好具有一定的经济价值，如芦苇可以用于编织、造纸等，间接提高当地的经济效益。近年来人工湿地设计研究虽然发展迅速，但仍需进一步探索，以适应更高的湿地建设要求。

本文就某一城市人工湿地污水处理系统对景观水处理的效果进行深入研究，对污水处理的效果进行评估。

1 研究区概况

研究区为某市一五星级酒店的景观水域，包含1个水深2.8 m的中心湖体和3条中间深度约2 m的支流河道，景观水域面积约2.8万m2，总水量约4.5万m3。河道水质为Ⅴ类。为解决景观水域缺少补给水、补给水水质差及流动性差的严峻问题，将该地区的市政河道作为景观水域的补给水源。当景观水域的实际水位低于设计水位时，市政河道河水流入景观水域中进行补给，直至达到设计水位。降雨时景观水域四周的道路雨水经过管道收集后直接排入到景观水域中，当水量超过设计水位时多余景观水流进市政河道内。而且预计在景观水域周边建设2.5万m2的绿化植物，用抽水泵抽取景观水浇灌。

景观水不同于河流，水体流动性小，当夏季来临时水体极易发生富营养化造成藻类大面积繁殖，进而影响水质，因此该景观水域建设时采用人工湿地污水处理系统，以期改善景观水域的水质。

2 湿地设计及景观布设

在道路雨水管道流入景观水域的排水口周围采用人工湿地净水系统对雨水进行净化处理，综合运用挺水植物、沉水植物、浮水植物、浮叶植物等多种水生植物，在道路出水口内侧种植密集的挺水植物，如芦竹、香蒲、蒲苇、水烛等，挺水植物长势较高，可以遮挡水面上的阳光进而减少景观水域内藻类的光合作用，植物生长过程中与水中的藻类争夺N、P等营养物质，可进一步抑制水域内藻类生长。在挺水植物的外围加种一圈浮叶植物，如睡莲、泉生眼子菜、菱角等，浮叶植物一般常进行无氧呼吸，代谢时产生醇类，并能从景观水域中吸收重金属，改善水域的富营养化（图1）。

图1 人工湿地技术处理景观水域的工程平面图

为解决景观水体补给水缺乏、补给水质差、流动性差等严重问题，本区市政河流作为景观水体补给源。当景观水的实际水位低于设计水位时，市政河水流入景观水供给，直至达到设计水位。景观水体周围的道路雨水通过管道收集后直接排入景观水体。当水位超过设计水位时，多余的景观水流入市政河流。三条支流河道分别位于中心湖体的正北方、正西方和东北方，因为建设时中心湖体面积较大，人工湖水域流动性差，且补给水源——市政河道水质较差且富营养化，夏季来临时很容发生藻类的爆发性繁殖。故在支流河道采用潜流湿地技术处理循环水和补充水以防止藻类暴发，在中心湖旁的3条支流河道周围浅水区分别建设一块潜流湿地，对经支流河道流入中心湖体的雨水进行净化处理。在中心湖体设置3个取水口，直接利用湖水灌溉周围植物，同时亦可增加水体流动性（图1）。3个湿地排水口设在支流河道的源头。雨水进入支流河道后进行循环的同时，流入到人工湿地的雨水也进行净化处理，再通过支流河道流入到中心湖中。潜流湿地均由两部分组成，以亲水的水表绿化植物作为上层，下层用砂石颗粒物填充。潜流湿地A种植香根草，潜流湿地B种植黄菖蒲，潜流湿地C种植美人蕉，三种植物均为挺水植物，根系较发达，能够深入到湿地的砂石土壤中，对富营养化的水质有很强的净化作用，营造一个可持续的生态系统。同时这些植物外形美观，可兼顾景观需求。

A、B、C三块潜流湿地平均面积为720 m2，采用间断型运行方式，当连续运行12 h/d时潜流湿地设计最大流量为24 m3/h，当连续运行14 h/d时潜流湿地设计最大流量为38 m3/h，潜流湿地A、B、C的运行数据如表1所示。

表1 潜流人工湿地设计数据

3 运行效果分析

研究区景观水域的人工湿地系统建设周期历时5个月，于2015年11建成。中心湖和支流河道水源主要来源于雨水和附近市政河道的补给，在景观水域蓄水量达到设计水平并运行50天后，对景观水域水质情况进行检测，如表2所示。

表2 景观水域首次运行50天水质情况

根据表2水质的测量情况可以看出，景观水域初次运用人工湿地系统进行景观水净化后，除总磷TP浓度略偏高外，其余指标均达到Ⅳ类水质标准。经分析，总磷TP超标的原因是市政河道的总磷含量较高，短时间景观水域内的总磷量代谢不彻底。

在2016年2月—2018年12月共3年期间，不定期对该景观水域进行水质监测（表3），并对水域内植物生长情况进行调查。调查发现，该景观水域近几年从未发生藻类疯长的现象，即使是在夏季多雨期支流河道内也未发现藻类疯长情况。水域内水体清澈，经粗略测量，除雨季外，春夏季景观水域能见度可达65 cm以上，在冬季时景观水域能见度可达1.5 m以上。而邻市的某河道河水富营养化严重，夏季藻类植物疯长，水体浑浊，气味难闻。从表3可以看出该景观水域的各项指标均达到Ⅳ级水质标准。人工湿地系统在景观水域水质处理时也形成了可循环的生态系统，达到了物种共生的功能，即使景观水域水位降低，需要补给附近市政河道水体时，人工湿地也会迅速降低总磷量，净化水质，避免水源再次污染。

表3 景观水域的水质监测数据

人工湿地植物生长茂盛。图2为2018年夏季香根草的长势图片，经人工测量，香根草根系长度平均达到40 cm以上，周围植株平均高度也有160 cm左右。

图2 潜流湿地的香根草生长状况

4 结论

本文介绍了某市一景观水域配套人工湿地污水处理系统的设计和实施，并对运行效果进行了监测和分析，深入研究并评估了人工湿地对V类水质景观水的处理效果，取得如下结论:

1）景观水域初次运用人工湿地系统进行景观水净化后，除总磷TP浓度略偏高外，其余指标均达到了Ⅳ类水质标准，效果理想。

2）人工湿地系统应用于景观水域水质净化时也形成了可循环的生态系统，达到了物种共生的功能，即使景观水域水位降低，需要补给附近市政河道水体时，人工湿地也会迅速净化水质降低总磷量，避免水源再次污染。