河道潜流湿地建设探析——以遵化市沙河水平口引滦水源地保护工程为例

□王婧雅

沙河发源于兴隆大青山东侧，经长城口山楂峪入遵化市，于大埝庄南纳北岭河、纪各庄南纳魏进河，集于水平口，出水平口经平安城西南流，于蓟县苍山庄东与东来的黎河汇合后西流入于桥水库。于桥水库是引滦入津工程的调蓄水库，流入于桥水库的沙河，受沿线尾矿砂和城乡污水的影响，水环境质量逐年下降。通过在遵化市沙河水平口建设潜流湿地，保护引滦入津水源地上游水质，改善和提高水环境承载力。

1.工程简介

沙河日常基流主要是遵化市国祯污水处理有限公司处理后的中水排放，国祯污水处理有限公司建设规模为污水处理2×4万m3/d，中水4万m3/d。2015年日实际日排放总量达到4.08万t。同时每年还有近60万m3污水进入沙河。根据遵化市城区排水情况，潜流湿地设计规模为5万m3/d，采用垂直流型人工湿地。

2.潜流湿地设计

2.1 工艺流程设计

遵化市污水处理厂出水达到一级A标准进入沙河，经沿程约10km水体自净及南阁老湾桥至纪各庄橡胶坝段河道表流湿地净化后，再由潜流湿地引水管引至人工湿地配水渠，进入垂直流型人工湿地，经人工湿地进一步净化后排放入受纳水体。

根据《河北省水功能区划》的分级与分类，沙河属3级区北三河山区范围，沙河源头至水平口段为沙河唐山农业用水区，水质目标为Ⅳ类，各项指标均应满足地表水环境质量标准Ⅳ类的要求。设计进出水主要水质指标见表1。

2.2潜流人工湿地设计参数

表1 湿地设计进出水主要指标

表2 人工湿地系统设计参数表

表3 有机根脉介质配比表

表4 混合介质配比表

潜流人工湿地功能重点在于降低污染物浓度，确保出水稳定达标。潜流湿地系统设计参数根据环境保护部《人工湿地污水处理工程技术规范》HJ-2005-2010要求计算。潜流湿地系统设计参数和水力负荷见表2。

2.2.1 湿地总面积（A）

A=0.0365×Q/k×ln(C0-C*)/(C1-C*)，分别以COD，TN和TP进行计算，取三者最大值，

Q：设计进水量；

K：一级反应速率常数；

C0：进水污染物浓度；

C1：出水污染物浓度；

C*：环境本底值。

2.2.2 水力停留时间（t）

t=V*e/Q

V：单元湿地有效容积；

e：湿地基质空隙率。

2.2.3 表面有机负荷（qos）

qos=Q*（C0-C1)/A；

2.2.4 表面水力负荷（qhs）

qhs=Q/A。

2.3 潜流湿地及生态系统设计

2.3.1 布水、集水系统

人工湿地采用垂直流形式，主配水渠和3条分配水渠控制整个湿地范围，由3条分配水渠向湿地内布置DN500配水管，配水管上等距设置DN200布水管分布于湿地中，布水管间距10m，对人工湿地进行均匀布水，湿地末端底层分布DN300集水管，集水管单根长50m，间距20～35m。集水管出水由阀门井控制，溢流出水，水位可调节，溢流管DN300。湿地范围内沿布水管设置通气孔，通气孔管采用DN100。人工湿地所用管材均为PVC-U管。

2.3.2 人工湿地基质

人工湿地床体设计总平均有效深度1.5m，基质选用有机根脉介质、有机矿物质等滤料分层分段按比例混合铺设，床体设计坡度4‰。有机根脉介质配比见表3，混合介质配比见表4。

2.3.3 人工湿地防渗系统

湿地处理池在现状土上挖掘，夯实底部和边坡素土，底部和边坡之上是两布一膜的HDPE复合土工膜，规范施工作业使接缝拼接紧密，防止污水渗漏，保护地下水。

2.3.4 植物净化系统

水生植物是人工湿地净化系统中最明显的生物特征，是人工湿地的主要组成部分，并且在其中发挥着重要作用。植物根系提供释氧表面，利于生物和化学转化，根系释氧和为微生物提供栖息空间是湿地植物的主要功能。通过根系的生长、死亡和代谢来维持床体较好的水力传导性，腐烂的根叶为反硝化细菌提供了必要的炭源。

3.湿地运行中的问题及对策

3.1 生物入侵问题

湿地系统可能面临生物入侵问题，外来物种如果生存和繁殖能力强，会压制和排挤本地物种，形成优势种群。生物入侵的控制和根除可以采用机械防止，最简单的就是人工消除，实施前要进行全面评估。

3.2 冬季运行问题

项目所在地冬季气温过低，会导致湿地系统植物枯萎消减，水生植物进入休眠期。考虑到冬季运行问题，湿地表面设计有一层保温层，采用根脉有机介质，湿地系统微生物的活性并没有下降，处理效果也没有下降，因为污水处理厂的出水在冬季温度可达15℃，微生物一般在6℃～15℃其活性是稳定的。另外，植物枯叶的保温作用，植物茎秆支撑冰层的作用，使湿地表面形成“冰盖”，“冰盖”下根脉介质不冻结的自然环境，使人工湿地系统正常运行。

3.3 运行维护措施

人工湿地净化系统的启动一般要经历两个阶段，系统调试、植物复活及根系发展的不稳定阶段和植物生长成熟、处理效果好的稳定成熟阶段。在启动阶段，植物栽种后急需充水。初期将水位控制在地面下25mm左右处。按设计流量运行3个月后，将水位降低至距床底0.2m处，以促进植物根系向深部发展。待根系深度到床底后，再将水位调节至地表下0.2m处开始正常运行。新建湿地系统其土建工程和植物工程完成投入运行以后，其处理效果在短时期内通常无法达到设计要求，主要因为其植物系统生长并不会完善，微生物系统还比较脆弱，因此必须对系统进行很好的运行维护工作，维护期为1～2年。□