北关人工湿地运行效果分析

刘泽娟 杨子超 吉利娜

(北京市北运河管理处，北京 101100)

人工湿地是人工设计与建造的由饱和基质、挺水植物与沉水植物、动物和水体组成的复合体[1]，在污水处理、污染物控制和改善环境方面已经得到普遍重视和应用[2]。这种技术与传统污水生化处理技术相比，具有建设成本与运行成本低、处理效果好、兼有生态修复功能与营造生态景观等特点[3]。北关人工湿地作为处理河道污染水体的示范工程，为北京城市副中心水生态、水环境改善提供了技术支撑。

1 概 况

北关人工湿地位于北京城市副中心五河交汇处，始建于2008年，是北关分洪枢纽改建工程的一部分。经过十多年的运行，湿地已基本失去净水功能。2015年中共北京市委十一届七次全会向社会披露，将在通州建设北京市行政副中心，水生态、水环境的改善对行政副中心的建设意义重大，但水环境的治理、生态文明的建设任重而道远。北关人工湿地所处地理位置优越，随着行政副中心的建设，将来交通发达，人流量巨大，在此处建设一处河水水质净化示范工程，有利于湿地技术的宣传，为民众参观游览提供美好的体验，有利于引导民众保护湿地，珍爱水资源，自觉参与到水生态、水环境保护工作中，同时为副中心水生态、水环境的改善提供参考。

2019年对原北关人工湿地进行了改造，改造后的北关人工湿地是集水质净化、生态环境改善、景观提升、教学科研于一体的多功能湿地。据现场调查，北运河连通渠中除河道水外，还有周边散排生活污水，遇有点源污染物排放时，河道污染物含量接近低浓度生活污水，水质情况见表1。改建后要求潜流湿地出水主要指标达到地表水Ⅳ类标准，具体参数见表2。

表1 湿地进水水质情况

表2 潜流湿地出水水质情况

2 主要工艺

北关人工湿地主体工艺采用“表流湿地+潜流湿地”组合工艺以加强湿地净化效果，降低污染负荷。表流湿地水力路径以地表推流为主，在处理过程中主要通过植物茎叶的拦截、土壤的吸附过滤及附着在水中植物上的微生物来达到去除污染物的目的。北关人工湿地表流湿地通过适量植物群落调整，在表流湿地内构建“水下森林”，水深较浅处种植挺水植物，水深较深处配置苦草、狐尾藻等沉水植物，以加强表流湿地的净化效果，降低后续潜流湿地的污染负荷。

潜流湿地作为北关人工湿地的主要水质净化单元，采用垂直潜流湿地，污水自底部进入潜流湿地，均匀地流过湿地内部的生态填料后，自顶部排出潜流湿地。污水在湿地床体的内部流动，充分利用生态填料表面生长的生物膜、丰富的植物根系及表层土和生态填料截流等作用，以提高其处理效果和处理能力。

北关人工湿地处理水量5000m3/d，占地面积为16450m2。其中，表流湿地3450m2，进水量为5000m3/d；潜流湿地4585m2，处理水量2000m3/d；出水展示池共3750m2，进水量为5000m3/d；高校试验区220 m2，生态排水渠1465 m2，边坡及绿化面积2980 m2。另在北运河连通渠边坡水域区建设提升泵站1座，设计沉沙措施和排沙设备，防止泵站的淤堵，提升水量5000m3/d。工艺流程见图1。

图1 北关人工湿地工艺流程

3 运行管理

3.1 水域保洁

对表流湿地区域、出水展示区、生态边沟水体等地水域边缘杂草、废弃物、漂浮垃圾进行清除，保证水面清洁美观、水环境良好、水域畅通。

3.2 植物管理

湿地植物是污染净化的重要承担者，同时可以为动物提供栖息地，还可以增加湿地的观赏性。 湿地植物管理主要是维护人工湿地处理系统中种植的植物群落，主要管理内容有：ⓐ除杂草，避免杂草疯长，影响湿地植物生长；ⓑ及时修剪枯黄、枯死和倒伏植株，维持景观效果；ⓒ病虫害防治：采用生物防治措施和物理防治措施进行病虫害防治，加强病虫检查，发现病虫害及时采取扑灭措施；ⓓ浇水：对于湿地岸坡植物，根据土壤的干湿情况适时浇水，满足植物生长需求；ⓔ补植与分载：在发现死亡缺株时，要及时补植，在植株比较拥挤时，要及时进行分栽；ⓕ植物收割：沉水植物在植物生长茂盛、成熟后应对植物进行及时收割，挺水植物、潜流湿地上的植物、岸坡植物通常在初春进行收割，以防枯死植物分解释放污染物质。潜流湿地上植物、岸坡植物通常初春进行收割，一方面可以为动物提供过冬场所，有利于保护生物多样性；另一方面，枯死的植物在冬季覆盖在潜流湿地上起到保暖作用，促进湿地发挥效益。

3.3 设施维护

对湿地配套设施、设备等进行日常巡检、定期维护和应急检修，保证设施、设备的稳定和安全运行。主要包括提升泵站、管理园路、过滤器、下沉式管理平台、溢流堰、潜流湿地出水堰等的维护。

3.4 防堵塞措施

为防止湿地淤堵，在提升泵出水管末端设过滤器。同时，在潜流湿地进水前端分水井内设置过滤填料。潜流湿地为上向流垂直潜流湿地，在布水管的主、支管末端设清淤管口，便于后期反冲洗清淤。一般情况下，潜流湿地进水前端分水井内过滤填料每季度需要清洗一次，潜流湿地布水管道每年清理一次，当河道水质较差时，根据潜流湿地出水情况，适当增加清淤次数。北关分洪枢纽在北运河防洪工作中起着重要作用，北关人工湿地的水源取自温榆河、运潮减河、小中河、通惠河、北运河五河交汇北关分洪枢纽连通渠处，在行洪期间，河道易有漂浮物、水体浑浊等问题，需及时关闭水泵，防止大量悬浮物进入湿地，造成湿地淤堵。

4 运行效果

4.1 净化效果

选择湿地进水口、表流湿地出水展示区和潜流湿地展示区作为取样点，定期进行水质监测，监测硝酸盐(以氮计)、化学需氧量、总磷 、总氮、氨氮 、悬浮物和叶绿素等指标。其中，通过表流湿地后，氨氮 、叶绿素a最大去除率在90%以上，总氮最大去除率在60%以上，化学需氧量、总磷最大去除率在50%以上，硝酸盐最大去除率在40%以上；通过潜流湿地后总氮、氨氮 、硝酸盐、叶绿素a最大去除率在90%以上，化学需氧量、总磷最大去除率在70%以上。水质各类指标最大去除率见表3。

表3 水质各类指标最大去除率

4.2 环境改善

北关人工湿地以再力花、黄菖蒲、荷花、睡莲、狐尾藻等作为湿地植物，搭配本土乔木、灌木、地被植物，呈现自然、生态的庭院式湿地公园，改善了北京城市副中心的局部环境，为人们提供了一处环境优美的游览场所。同时，湿地对河道水质的净化，一定程度上改善了北运河河道水质，提升了河道自身的净化能力，在一定程度上减轻了北运河流域环境容量的压力。

4.3 科普功能

北关人工湿地通过表流湿地系统、潜流湿地系统、生态边坡应用、多层次植物搭配、多重生境营造，以及重点高校与科研单位在总磷总氮等污染物的高效去除、“水下森林”生态系统的构建等最新技术研发成果及中试研究等，为人们科普了人工湿地净水原理、展示生态效应，引导公众了解湿地、保护湿地、珍惜水资源、爱护水生态环境，并积极参与生态环境改善工作。

5 存在问题

5.1 处理效果波动较大

通过分析多次监测结果可发现，湿地处理效果波动较大。主要原因为：ⓐ湿地处理效果与进水水质有很大关系，经过3个三年治污行动、城市副中心“16+2+6”水环境治理、清四乱等措施，北运河水质在不断提升，2020年北关拦河闸断面年平均水质达到地表水Ⅳ类标准，进水水质即为湿地设计出水效果；ⓑ湿地污染物来源除进水中所含污染物外，还有腐烂的植物根系和未及时清理的脱落枝叶、填料和植物根系上附着的老化生物膜，当温度下降、微生物活性降低时，有时会出现湿地出水有机物浓度略高于进水的情况。

5.2 水生植物管理需要加强

水生植物是湿地的重要组成部分，可直接吸收利用污水中可以利用的营养物质、吸附及富集重金属等，从而达到净化水质的作用。植物生长的好坏关系着湿地运行效果，表流湿地挺水植物荷花、浮叶植物睡莲生长繁殖过快，水域被大面积覆盖，破坏整体景观，阻挡阳光进入，影响沉水植物生长,不利于沉水植物发挥水体净化作用。沉水植物不仅自身具有净化改善生境作用，而且可以促进水体中生物和非生物悬浮物质的沉淀。在表流湿地科学配置黑藻、苦草等沉水植物，构建“水下森林”，发挥沉水植物作用，但在实际运行管理过程中生长情况并不乐观，水生植物管理仍需加强。

5.3 存在堵塞现象

潜流湿地主管及潜流湿地支管存在堵塞现象。水流带入的泥沙、藻类等悬浮物淤积堵塞了湿地管道，影响了正常进出水，降低了湿地的处理能力，使水体流动缓慢，为藻类生长提供了有利条件，使潜流湿地展示区藻密度比表流湿地展示区高，透明度低，感官效果有差距。

6 建 议

6.1 稳定处理效果

进一步优化湿地植物的种类、密度、生长因素、收割频率等，提高运行效果的稳定性。增强湿地生物多样性，促进湿地生态系统不断完善。总结河道水质变化规律，探索间歇式运行方案，在水质较好的情况下，关闭水泵，停止进水。

6.2 提高管理水平

加强管理人员业务培训，充分学习湿地管理的先进经验，提升湿地运行管理水平；加强水生植物养护学习，进一步精细化管理，加强繁殖过快水生植物的修剪，同时优化沉水植物生长因素，降低水位，促进水生植物生长繁殖；动态调整潜流湿地管道清淤频率，防止堵塞。

6.3 控制藻类繁殖

坚持用生态的办法解决生态问题的理念，以自然修复为主，减少过多人工干预，因地制宜地开展生态建设。利用沉水植物和藻类形成营养竞争关系，大幅度降低水体富营养化程度，有效抑制藻类生长，在出水展示区种植优势种沉水植物，在保证水质达标的前提下提高水体透明度。进行增殖放流，投放鲢、鳙等滤食性鱼类，通过鱼类滤食水体中的浮游动植物，控制蓝藻等有害藻类的过度繁殖，提升水体透明度，提高水体感官效果。

7 结 语

北京城市副中心正在大力发展建设中，北关人工湿地对北京城市副中心水生态水环境改善有着积极的作用。要不断凝练运行管理经验，践行用生态的办法解决生态的问题理念，优化湿地植物管养方式，探索水泵运行、湿地管道清理模式，不断提升人员能力、精细化管理水平，促使水生植物适当生长繁殖，稳定湿地处理效果，减少管道堵塞，促进湿地效益进一步提升。