霍 然

（沈阳沈北水务有限公司，沈阳 110164）

我国的人工湿地技术应用起源于20世纪80年代末，近年来得到了迅猛发展，不仅在南方各省有较多的应用，在北方也有一些应用实例。但是，我国国土辽阔、气候多样、污水成分复杂、地形地势迥异，给人工湿地技术的应用带来很大的难度。总结各种具体情形下应用人工湿地的案例，可以为工程设计、运行管理积累经验，减少设计和管理的盲目性。本文以辽宁省沈阳市辉山河污水生态处理工程项目为例，对潜流人工湿地在北方地区污水处理中的应用进行了探讨。

1 项目总体设计

1.1 项目概况

辉山河污水生态处理厂坐落于沈阳市辉山开发区，为满足生活、教育及行政中心不断增长的污水处理需求，于2005年实施并于次年竣工。收集的污水主要涉及居民小区、大中专院校及政府单位，汇水面积约24 km2。辉山河污水生态处理厂设计处理污水量5000 t/d，采用生化处理与人工湿地相结合的生态处理技术进行处理。处理后的出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B排放标准。为了满足本地区污水排放标准提标的要求，该厂于2017年关停，经过市政污水管线改造，汇水区域内的污水汇入蒲河北污水处理厂进行集中处理。其工艺流程如图1所示。

1.2 平面布置及尺寸参数

图1 污水处理工艺流程

该项目位于辉山河南岸，分为预处理和人工湿地两部分，各构筑物按工艺流程，自西向东布置，采用全地下结构。

预处理部分包括格栅、泵房、生化池、沉淀池及中间水池。泵房内设细格栅一道，栅距5 mm，为自动旋转式；泵池尺寸5.0 m×5.6 m×3.4 m，设流量75 m3/h、扬程10 m的提升泵三台；生化池采用普通曝气池结构，尺寸29.3 m×9.9 m×5.0 m，分两组，每组分为三个格，池内添加30%容积的圆柱形填料；竖流沉淀池共两座，每座沉淀池直径8 m，深9 m；中间水池尺寸3.0 m×4.5 m×4.15m，设潜污泵三台，流量100 m3/h，扬程10 m。污水经过预处理后，由中间水池提升至人工湿地进行进一步处理。

人工湿地有效面积为3780 m2，总占地面积为4162 m2，采用水平潜流湿地。由6个构筑单元组成，每个单元尺寸为21 m×30 m。湿地由砖混结构外墙、防渗膜、级配填料、集配水系统、倒膜管及湿地植物构成。湿地填料厚度自下而上分别为：大头石（80～120 mm）厚度500 mm，1.3石（10～30 mm）厚度200 mm，豆石（5～10 mm）厚度100 mm，粗砂厚度100 mm及种植土厚度200 mm，地表种植芦苇。每个构筑单元南侧设置配水穿孔管，埋深0.5 m。北侧设置集水管和集水暗渠，集水管埋深0.9 m。

2 运行效果

为了评估辉山河污水生态处理厂的运行效果，笔者将2012-2016年的运行数据进行了统计和分析。

表1 2012-2016年辉山河污水生态处理厂进出水水质及污染物去除率

由表1可见，辉山河污水生态处理厂对污水中的CODCr、悬浮物、氨氮及总磷均有较好的去除效率，处理后的出水符合《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B排放标准，达到了原设计要求。此外，潜流人工湿地对污水中的CODCr、悬浮物、氨氮去除率波动较大，7-9月污染物的去除效率高，11月至次年4月去除效率较低，该现象呈现周期性变化，经分析，潜流人工湿地的污染物去除效率与气候温度、植物生长状态关系密切。此外，运营管理水平也会对潜流人工湿地的污染物去除效率产生较大影响。

3 存在问题及解决措施

3.1 冬季低温条件下，人工潜流湿地处理效果较差

人工湿地处理污水的原理主要为基质的吸附、过滤、植物的吸收利用及微生物联合作用的结果。湿地中的植物和微生物对温度非常敏感，北方地区季节温差大，冬季低温对人工湿地去除污染物有明显影响。有研究表明，水温低于10℃时，人工湿地的处理效率会明显下降，在4℃以下时湿地中的硝化作用停止。在出水水质指标中，NH3-N、CODCr的去除率随季节变化波动最大，在冬季下降较为明显[1]。辉山河生态污水处理厂运行数据也反映出同一规律。

辉山河污水生态处理厂为了保证人工湿地的冬季运行效果，从第二年冬季开始采取措施，一方面增加预处理部分的曝气量，提高水中溶解氧浓度，为人工湿地创造有氧环境。另一方面采取了保温措施，减轻低温对湿地系统的不利影响。保温措施主要有植物覆盖、地膜覆盖等。植物覆盖操作简单，直接利用湿地内种植的芦苇，秋季收割后原地倒伏覆盖。植物覆盖通气又具有一定的保温作用，可有效避免地表冰冻，保护植物根部。辉山河污水生态处理厂采取该方法后，效果良好，但是由于开春后未及时将覆盖芦苇清除，经过雪水浸淋植物腐烂，增加了清理的难度。第二年尝试地膜覆盖，将芦苇收割清走后对湿地表面人工铺设PVC薄膜，用砖石压实。由于芦苇根部锐利，地膜容易刺破，地膜完好率很差，开春后，覆盖的地膜需要人工清理且无法再次利用，成本很高。有很多研究将以上两种方法或几种方法结合使用，如采取植物和塑料薄膜双层覆盖、调节湿地水位形成空气层加冰层等措施，效果很理想[2]。但是受到湿地设计结构、运营成本等因素的制约，其在本项目中未采用。

3.2 人工湿地基质易堵塞

辉山河污水生态处理厂运行三年后，潜流人工湿地6个构筑单元中有2个单元逐渐出现积水并有漫流的趋势。湿地不同深度取样，发现湿地地表以下0.5 m处石层已经被黑色淤泥堵塞。预处理不到位使大量不溶性有机物进入湿地，在基质内截留、沉积。针对这个问题，该厂对预处理工艺进行了完善，加强竖流沉淀池的排泥和浮渣清理。同时调整了湿地的配水策略，采用停床休作与轮作的方式，6个构筑单元运行4个单元，停用2个单元，一个月为一周期。一方面可以使大气中的氧进入湿地内部，促进好氧微生物活性，加快降解基质中累积的有机物，另一方面基质中微生物因会逐渐进入內源呼吸期，消耗自身，同时好氧与厌氧环境有利于氮磷的去除。停床休作与轮作操作维持了一年，该配水策略有效地延缓了堵塞的趋势。此外，大量研究表明，更换基质可有效恢复人工湿地功能，但是面临工程量大、费用高的问题[3]。考虑到潜流湿地基质堵塞主要集中在配水区附近，因此，该厂采取了局部更换湿地基质，取得了较好的效果。

3.3 运维管理不足。

人工湿地为人造系统，生态系统单一，容易受到其他植物竞争影响，辉山河污水生态处理厂在运行初期，野草竞争生长，造成人工湿地内芦苇成活率很低，芦苇补种率达到30%。此外，每年秋季植被的枯枝落叶大量落入湿地内，外加芦苇未及时收割清理，植物凋落和死亡后，在长时间浸泡之下植物机体内的氮、磷及有机物又重新释放，导致人工湿地在运行一段时间后污水处理效率下降。为防止杂草大量生长，人工湿地在春季采取淹水措施，对杂草进行手工清理，促进芦苇建立生长优势。其次，人工湿地作物在秋季定期收割移除，及时清理残留植物，减少有机物及氮、磷在人工湿地的富集。

3.4 提标改造困难。

辉山河污水生态处理厂作为2005年建设的老厂，按照原设计无法达到一级A排放标准。随着城镇发展，厂界外已被市政道路、居民区环绕。用地紧张，升级改造困难且不经济，只能通过改造市政排水管线，将本地区污水汇入符合排放标准的污水处理厂进行集中处理。

4 结论

辉山河污水生态处理厂的运行数据反映出潜流人工湿地对CODCr、悬浮物、氨氮及总磷具有较好的去除效果。从运行经验来看，人工湿地处理技术对气候、植物生长、地理位置、养护管理等条件要求较高。该技术在北方地区的应用，需要重点考虑北方气候的特点，采取相应的防寒防冻措施，科学管理，精心养护，确保运营稳定性。由于潜流人工湿地占地面积大，因此该技术更适合中小城镇污水的集中处理。