复合生态湿地对水库水质影响的研究

谢东辉，房淑莹，陈丹丹

(1.宁波原水集团有限公司皎口水库分公司，浙江 宁波 315000；2.宁波市水库管理中心，浙江 宁波 315000)

宁波市皎口水库每天可向毛家坪水厂直供50万t优质原水，解决了宁波中心城区1/3的用水需求。近年来，随着上游流域内竹笋、食品加工业和高度集约化种植农业发展，污染物排入水库总量也随之增加。水库水体总氮常年维持在1.81～2.68 mg/L之间，多数月份均在2.3 mg/L以上，总磷在0.03 mg/L左右，特别是小皎溪入库口水质指标均高于水库平均水平。从保障宁波市居民供水安全角度考虑，皎口水库在水库上游建设了皎口水库复合生态湿地工程(见图1)，湿地工程共分为二期。

1 皎口水库复合生态湿地工程(一期)效果及存在问题

皎口水库复合生态湿地工程(一期)位于小皎溪流域入库口，于2010-05-30日开工，2011年6月完工，由水杉涵养林滤地系统、多级强化生物膜系统、营养盐集约式植物资源化系统、高效自净水生态系统、复合生态滤地系统5个子系统镶嵌成13个分系统构成，分布种植的水生植物有再力花、钱币草、水生美人蕉、茭草等，这些水生植物包括搭配的一共有20多种，它们的最大功能就是净化水中的有害物质，可以对水质进行14道净化。湿地内还设置竹制八角组合浮岛群7座，通过两个不同方向的来水降低流速，形成迴旋水流，对污染物质进行高效吸附，去除植物残体，实现水体快速净化。水力停留时间为20 h左右，日处理水量最大可达6万t。

图1 皎口水库复合生态湿地工程位置图

1.1 皎口水库复合生态湿地工程(一期)效果

皎口水库复合生态湿地工程(一期)自建成运行以来，对湿地运行效果进行监测，通过对湿地1整年的监测数据进行分析，结果表明生态湿地(一期)总体上对来水的总氮脱除效率为10.0%～74.6%，年平均为39.3%，效果最差的是1月份，对总氮的脱除效率为10.0%，效果最好的是9月份，对总氮的脱除效率为74.6%，总氮的脱除效率呈现出明显的季节性差异，其中在7～11月脱除效果最佳，最高脱氮效率为74.6%，平均达56.8%，特别是在8～10月之间，脱除效果更好，湿地(一期)出水水质总氮指标也达到地表水Ⅱ或Ⅲ类标准；对总磷脱除效率为11.8%～37.8%，年度平均为28.6%。由于来水的总磷浓度较低，一般均在地表Ⅱ到Ⅲ类之间，湿地(一期)对总磷脱除效率较为稳定，一般均在20%以上，而且对总磷的脱出效率基本不受季节性变化影响。湿地(一期)对总氮、总磷的削减效果见图2和图3。

图2 皎口水库生态湿地工程(一期)总氮月度去除效果图

1.2 皎口水库复合生态湿地工程(一期)存在的问题

皎口水库复合生态湿地工程(一期)运行以来，不仅对湿地水处理效果进行定期监测分析，而且对湿地的运行环境及影响运行效果进行分析[1]。依据掌握的监测和巡查情况，影响皎口复合生态湿地(一期)运行效果的主要因素集中在上游贝母地和竹林水土流失的输入。针对上游农田径流对湿地(一期)影响进行研究分析，设置了进入湿地(一期)的上游农田径流取样点。分析结果表明，上游农田径流水体中的总氮在4.53～20.96 mg/L，平均为9.90 mg/L，比湿地(一期)进水口水质平均总氮(2.15 mg/L)高4.6倍，农田径流进入湿地(一期)的水体中总氮最高值比湿地(一期)进水口水质总氮平均值高9.75倍；而进入湿地(一期)的农田径流水体总磷含量在0.016～0.719 mg/L，平均为0.20 mg/L，比湿地(一期)进水口水质平均总磷(0.04 mg/L)高5.0倍。由此可见，上游农田径流是湿地(一期)脱氮除磷的重要对象。

2 皎口水库复合生态湿地工程(二期)的效果分析

为改善一期湿地周边面貌，调整山坡地农业产业结构，大幅消除原种植区域面源污染，准确反映湿地一期的运行效果，进一步提升生态湿地的综合效益，建设了皎口水库复合生态湿地工程(二期)。皎口水库复合生态湿地工程(二期)总建设面积约13.0万m2，于2016年1月开工，2016年7月完工。湿地二期由山坡面贝母地改造和涵养林深度净化两个部分组成，包括重力流引配水系统，乔灌草截污净化系统，高效自净水生态系统，碎石床快渗系统，营养盐集约式资源化系统及相关配套工程[2-3]，主要工艺布置图见图4。湿地二期净化的水进入湿地一期，与湿地一期的水一起进入皎口水库。

自皎口水库复合生态湿地工程整体运行以来，对水库水质进行监测，通过对湿地(二期)建成前后数据进行分析，结果表明在湿地(二期)建成后皎口水库复合生态湿地在一期脱氮效果的基础上对来水的总氮脱除效率为3.4%～66.0%，年平均减少率为21.7%，对总氮的脱除效果最好的为12月份，减少了66.0%，总氮的脱除效率呈现出明显的季节性差异，其中在春天和冬天(1～4月，10～12月)脱除效果最佳。湿地(二期)建成后皎口水库复合生态湿地在一期脱磷效果的基础上对总磷脱除效率为17.9%～37.0%，年度平均减少率为28.5%，湿地对总磷脱除效率较为稳定，一般均在20%以上，而且对总磷的脱出效率基本不受季节性变化影响。而贝母因种植特性，其施肥季在冬季，通过对山坡面贝母地的改造，经过水质监测分析发现，冬季的总氮减少率最高，进一步说明了皎口水库复合生态湿地工程(二期)建设的必要性，湿地(二期)对减少面源污染，准确反映湿地的整体运行效果有重要的意义[4-5]。湿地(二期)建成前后对总氮、总磷的削减效果见图5和图6。

图4 湿地二期主要工艺布置图

图5 皎口水库生态湿地工程(二期)建成前后总氮月度去除效果对比图

图6 皎口水库生态湿地工程(二期)建成前后总磷月度去除效果对比图

3 结 语

皎口水库复合生态湿地工程是建立在示范工程和深度研究的基础上，具有低成本运行，管理简便，处理效果高，对环境友好，风险系数低，实现可持续发展的特点，是比较适合我国还处在发展中国家的国情的工艺技术体系。皎口水库复合生态湿地工程整体运行以来，不仅能够有效脱氮除磷，抑制藻类生长，而且通过植物-微生物协同作用能够消除村落与农业面源污水带来的农药、抗生素等微量持久有机污染物，还能够减少自来水制备过程中氯耗和矾耗，提供健康的饮用水。