华北地区潜流人工湿地运行方案探讨_赵振国

２０１１年１０月灌溉排水学报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＩｒｒｉｇａｔｉｏｎａｎｄＤｒａｉｎａｇｅ第３０卷第５期文章编号：１６７２－３３１７（２０１１）０５－００８２－０５华北地区潜流人工湿地运行方案探讨＊赵振国，刘丽，徐建新，杨书勤（华北水利水电学院，郑州４５００１１）摘要：通过３年的植物试验、覆盖度试验、水力负荷试验、水力停留时间试验，基于层次分析法确定各水质指标值所占权重，对华北地区潜流人工湿地系统运行方案进行了研究，以期最大限度获得潜流人工湿地生态系统水质净化能力，实现湿地生态系统的可持续利用。得出常温运行期、低温运行期和过渡期的较优方案，可供中国北方地区潜流人工湿地设计时参考。关键词：潜流人工湿地；运行方案；层次分析法；水力负荷中图分类号：Ｘ１７１文献标志码：Ａ人工湿地是利用自然生态系统中的物理、化学和生物的三重作用包括沉淀、吸附、过滤、分解、离子交换、硝化和反硝化、生命代谢活动的转化和细菌、真菌的异化等来实现对污水的净化，因此，人工湿地的净化效果受环境温度、植物品种、水力负荷以及水力停留时间等影响较大。大部分污染物在前三级已经净化完毕，二级植物碎石床以下芦苇等生长情况明显不及一级植物碎石床，未发挥应有的作用，说明潜流人工湿地具有进一步净化水质的潜力。因此，有关湿地的不同植物综合净化效果、各种湿地运行参数的精确调控和相关的管理等方面有待于进一步探索。根据这些重要的影响因素，结合研究区（官厅水库黑土洼人工湿地）的气候情况，有针对性地开展潜流人工湿地不同植物、不同覆盖度、不同水力负荷以及不同水力停留时间试验，通过不同因素的组合，优选华北地区潜流人工湿地的运行方案，对中国北方地区的湿地运行与管理具有重要的参考价值。１研究区概况官厅水库黑土洼湿地系统示范工程为中国与德国合作项目，为永定河流域水生态环境综合治理关键技术研究与示范的关键工程之一。该水库入库污染为主要污染源，占入库污水总量的９２％，针对此现状，研究利用生态湿地水质净化技术，在入库口遏制入库污染，以达到改善水库水质、回复其水源地功能的目标。整个湿地系统主要由河流引水口、稳定塘、潜流人工湿地和面流人工湿地组成。整个湿地系统设计处理能力为４ｍ３／ｓ，潜流人工湿地深度处理能力为０．４～０．６ｍ３／ｓ。潜流人工湿地位于月亮岛南侧水库滩地上，通过围堤与水库隔离，面积７．３ｈｍ２，分为４个区即Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区、Ⅳ区，其中Ⅳ区为德方设计，其余为中方设计，本研究在中方设计的区域（Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区）进行。每个区内以湿地单元为最小单位，各湿地单元并联（Ⅳ区可并联也可串联）运行，每个单元里面分别有４～５个梯级的处理池，分别为挺水植物塘、一级植物碎石床、水生生物塘、二级植物碎石床和砂滤池，由管道或布水暗渠统一布水，经湿地单元处理后由埋于围堤底部的暗管外排，并利用堤外滩地形成退水塘，湿地出水经退水塘入库。人工湿地平面布置见图１，中方潜流人工湿地典型单元纵剖面图见图２。２８＊收稿日期：２０１１－０８－１５基金项目：中国水利水电科学研究院开放基金（ＩＷＨＲＫＦ２０１０１３）作者简介：赵振国（１９７８－），男，辽宁辽阳人。讲师，博士研究生，主要从事灌区水资源与水环境方面的研究。DOI:10.13522/j.cnki.ggps.2011.05.004图１人工湿地平面布置图２中方潜流人工湿地典型单元纵剖面２试验设计采用室外试验在真实的自然环境中进行，尽可能保证同一边界条件，试验设计如下。植物试验：通过２００４－２００７年将近４年的运行，人工潜流湿地已形成比较稳定的生物群落，需要调整的只是水生生物塘的浮水植物，原因是浮水植物生长于南方，对于北方气候的适应性需要进一步研究。设计在Ⅰ区的水生生物塘Ⅰ－Ａ－３、Ⅰ－Ｂ－３、Ⅰ－Ｃ－３种植水葫芦、大薸、水鳖，种植覆盖度１００％，水力负荷均采取现有的经验水力负荷调控方法，经验水力负荷调控方法是将近４年运行过程中摸索的初步规律，即４—５月植物生长初期，水力负荷控制在０．３ｍ／ｄ左右，６—１０月根据水量情况可调高水力负荷，１１月至次年４月适当调低水力负荷。覆盖度试验：水生生物塘在湿地整个系统中的作用是水体净化和复氧，复氧作用与植物的覆盖程度相关，所以设计同一植物不同覆盖度净化效果对比试验是必要的。设计在Ⅱ区的水生生物塘Ⅱ－Ａ－３、Ⅱ－Ｂ－３、Ⅱ－Ｃ－３和Ⅲ区的水生生物塘Ⅲ－Ａ－３、Ⅲ－Ｂ－３、Ⅲ－Ｃ－３依次种植水葫芦、大薸、水鳖，种植覆盖度按各种植物生长最佳的覆盖度８０％、６０％投放（此方面研究没有人做过，选择８０％、６０％是综合考虑各方面因素。覆盖度降低一部分后，复氧能力就增强很多；但是覆盖度也不能下降太少，否则由于植物的生长状况有差异，使比较也失去意义）。在运行过程中，根据植物的生长状况，每月末进行清理，保持覆盖度为８０％、６０％，水力负荷的调控均采取现有的经验水力负荷调控