徐小乐,夏 强，杨世翎

(湖北省生态环境科学研究院(省生态环境工程评估中心)，湖北 武汉 430072)

1 引言

涑水河是黄河的一级支流，也是流入伍姓湖的主要河流，流域范围包括闻喜县、夏县、盐湖区、临猗县、永济市，干流总长约200.55 km，属北方间歇季节河流，非汛期成为沿线污水处理厂尾水排放的河道，目前涑水河水质为劣Ⅴ类，水域功能受到威胁并影响黄河水质，近年来虽经过对上游的污染整治，使涑水河水质有明显改观，但并没有根治对黄河和伍姓湖水环境的污染威胁[1～4]。采用生态型污水处理技术——人工湿地处理涑水河河水，具有处理效果稳定、氮磷污染物去除能力强、建设费用低、运行维护方便和运维费用低以及对负荷变化适应能力强等特点[5～8]。

2 工程概况

伍姓湖入湖口水生态治理人工湿地位于永济市伍姓湖东侧的入湖口，环湖路与干古路之间的盐碱滩地(图1)。工程占地约170亩，设计进水量为2万m3/d，设计进水水质主要指标为CODCr≤100 mg/L、BOD5≤15 mg/L、NH3-N≤4.0 mg/L、TP≤0.7 mg/L、SS≤80 mg/L，经人工湿地系统处理后出水主要指标达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅳ类标准(即CODCr≤30 mg/L、BOD5≤6 mg/L、NH3-N≤1.5 mg/L、TP≤0.3 mg/L)，工程从2019年2月份开工建设，2019年12月份完工。

图1 平面布置

3 工艺流程

根据涑水河的水质情况及建设地点的土地利用情况，综合考虑技术的生态安全性、效果持久性、经济可行性和自然生态性，对常用的水质净化工艺比选分析后，本项目采用“预处理工程(格栅渠、沉砂池)+两级表面流人工湿地+垂直潜流人工湿地”的主体工艺路线[9]。为避免对涑水河安全行洪及周边农田排碱造成影响，进行了项目现场高程的详细论证，本人工湿地系统进水采用提升的进水方式。

4 工程设计

4.1 格栅渠

格栅渠位于工艺流程的最前端，去除进入湿地系统的生活垃圾、农作物秸杆，以免影响后续工艺的正常运行。新建格栅渠尺寸为L×B×H=15.5 m×4.8 m×3.8 m，分三格运行，渠内设置粗、细格栅及检修闸门等设施。

4.2 沉砂池

新建沉砂池尺寸为L×B×H =41 m×17.2 m×2.5 m，平均水深为1.6 m，停留时间HRT为1.35 h，钢混结构。沉砂池清泥频率为4次/a，每次清理时间为3 d，冬季可适当减少排泥频率，直接采用虹吸式清淤平台，配备渣浆泵清泥，清理出来的污泥存放在储泥浓缩池，后续进行机械脱水。

图2 工艺流程

4.3 提升泵房

本工程运行采用提升方式，综合考虑沉砂池前提升和后提升的优缺点后，选择在沉砂池后提升更利于湿地进水。新建提升泵房尺寸为L×B×H=10.84 m×6.6 m×4.5 m，有效水深1.4 m，停留时间HRT为7.2 min，配备潜污泵3台(2用1备)及超声波液位计。

4.4 两级表面流人工湿地

两级表面流人工湿地根据功能分为一级和二级两部分[10]，具体如下。

(1)一级表面流人工湿地。主要目的是对沉砂池出水进行预处理，主要削减SS负荷，降低垂直潜流湿地的堵塞风险，同时配套设置立体生态浮床，削减COD、BOD、NH3-N、TP等主要污染物。一级表面流湿地面积10987 m2，墙体为钢砼结构，池底结构形式为“防渗膜+30 cm回填土+30 cm片石(砂浆勾缝)”，池深2.35 m，平均水深2.0 m，四周设置不锈钢栏杆。

(2)二级表面流人工湿地。主要目的是对预处理后的河水进行调节水质和进一步削减CODCr、BOD5、NH3-N、TP等主要污染物。二级表面流湿地面积26441 m2，采用廊道式，中间浆砌石隔墙长度为320 m，边坡采用连锁砖生态护坡(边坡比为1∶2)，湿地池底及边坡铺设防渗膜，池深2.0 m，平均水深1.5 m。配套种植挺水、沉水植物、浮叶等水生植物，以适宜当地生长的物种为主，其中沉水植物以苦草、眼子菜、黑藻为主[11]。

4.5 垂直潜流人工湿地

垂直潜流人工湿地主要功能是去除水中氮、磷等污染物，使河水净化并达标排放。垂直潜流湿地占地面积69亩，湿地净面积44939 m2，分为两个潜流湿地区域并联运行，其中：一区垂直潜流湿地面积为33321 m2，共13个单元；二区垂直潜流湿地面积为11618 m2，共5个单元。表面水力负荷为0.45 m3/(m2·d)，有效停留时间为1.11 d。

垂直潜流湿地系统包括配水系统、湿地床层、湿地植物、集水系统等，污水经配水渠 → 配水主管 → 配水支管的布水系统向湿地单元均匀布水[12]，经湿地区域处理后，由末端集水管排至收水渠内，最后排至展示池。

(1)配水系统。新建配水渠深2.00 m(含盖板)，渠宽1.50 m，总长度735 m，断面为矩形，采用钢砼结构，进水渠前端配置不锈钢粗细筛网各1套，每套尺寸为2.0 m×1.5 m，孔径分别为8 mm、3 mm。配水主管连接进水渠，配水主管DN200 mm，布水支管DN100 mm，各单元人工湿地主水管按其总水量负荷合理配置，主管间距20～30 m、布水支管间距5 m。

(2)湿地床层构成。床层深1.3 m，由3层不同粒径级配的石灰石碎石填料层构成，从上至下填层的粒径级配及厚度依次为：第一层厚度400 mm，碎石粒径8～12 mm；第二层厚度500 mm，碎石粒径15～30 mm；第三层厚度400 mm，碎石粒径30～60 mm[13～15]。

(3)湿地植物。湿地种植植物以芦苇、香蒲(抗盐碱)为主，搭配种植黄花鸢尾，营造景观效果。

(4)集水系统。湿地的收水管道连接出水渠，收水管管径DN300 mm，配放空阀。收水渠采用钢砼结构，断面为矩形，渠深1.95 m(含盖板)，渠净宽1.00 m，湿地两侧收水，总收水渠长度为1130 m。

(5)防渗设计。湿地区域防渗采用1 mm厚的HDPE膜(两布一膜)进行防渗。

4.6 展示池

展示池位于湿地西北角环湖路拱形桥旁，具有湿地出水展示、提升景观效果等功能，提高人工湿地观赏性能，展示池的出水排至涑水河下游。出水展示池面积约1058 m2，边坡采用生态驳岸，边坡比为1∶2，水陆交接处点缀景观石。

5 主要技术经济指标

该工程总投资为5469.11万元，其中直接工程费用为4802.34万元。运行维护费用主要由电费(提升能耗)、人工费、湿地植物处置费等组成，总费用为120.36万元/a，水量按2万m3/d计算，单位水量运维成本为0.16元/m3。

6 结果及分析

该项目于2019年12月份完成湿地工程施工，试运行半年后对湿地工程的进、出水口进行水质监测，项目运行水质稳定，2020年6月份、8月份、10月份及2021年1月份、3月份、5月份湿地工程的进、出水口检测水质数据如表1所示。

表1 工程完成后进、出水水质

根据检测数据发现：COD指标从 50～70 mg/L 降低到 15～20 mg/L； NH3-N 指标从 0.50～2.0 mg/L 降低到 0.50 mg/L以下；TP 指标从0.05～0.60 mg/L 降低到 0.05 mg/L以下，显示湿地系统对COD、NH3-N、TP等污染物有着良好的处理效果，湿地的出水水质达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ类标准，满足设计出水水质达地表水Ⅳ类标准要求，本湿地项目的进水水质优于设计进水水质(主要是2019年后运城市对涑水河沿线加大截污整治，杜绝直排入河情况)，进水口的NH3-N、TP指标已经达到或接近地表水Ⅲ类标准，处于较低浓度状态，湿地系统对NH3-N、TP指标的去除率分别可到达为40%～80%、45%以上，为类似河湖中低浓度的NH3-N、TP在人工湿地系统中的削减工程提供一定参考。

7 结论与讨论

(1)采用“预处理工程(格栅渠、沉砂池)+两级表面流人工湿地+垂直潜流人工湿地”工艺处理涑水河水体，具有处理效果稳定、运行维护方便、景观效果良好等优点。

(2)本湿地工程总投资为5469.11 万元，运维成本为0.16元/m3，比传统的污水处理工艺的造价和运行成本低，且运维管理方便。

(3)湿地系统对COD、NH3-N、TP 去除效果稳定，湿地的出水水质稳定达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅳ标准要求；在进水浓度低时，出水指标可以达到地表水Ⅲ类标准。

(4)我国河道污染问题还较为严重，本项目采用的湿地工艺处理微污染河水，可以对其他类似河流、湖泊的污染治理提供借鉴和参考。