方翠

（水利部山西水利水電勘測設計研究院，山西太原030024）

0 引言

汾水千里古韻長，河澤三晉豐饒鄉(xiāng)。歷史上的汾河水量充沛、水質(zhì)清純。直到上世紀50年代，依然是“汾河流水嘩啦啦”。但是，近幾十年來，由于河道淤積堵塞和亂采濫挖，大量污水、廢水未經(jīng)處理即排入汾河，使汾河流域生態(tài)環(huán)境日趨惡化，嚴重影響到流域的生態(tài)環(huán)境。尤其是隨著流域內(nèi)人口持續(xù)增長，煤炭等礦產(chǎn)資源的過度開采和水資源開采量的加大，汾河流域水土流失、植被破壞更加嚴重，變成了“雨季過洪水、旱季沒流水、平時是污水”的病態(tài)河流，成為經(jīng)濟社會發(fā)展嚴重的制約因素。

因此，汾河人工濕地建設的主要任務就是通過流域生態(tài)的治理修復與保護，修復河道自然形態(tài)，改善河道生態(tài)環(huán)境，促使適宜淺水生物生存的濕地基本得到修復和改善，對河道水質(zhì)部分進行凈化處理，形成自然生態(tài)的良性循環(huán)。同時通過植物的種植，改善汾河河道的生態(tài)環(huán)境和景觀效果，給當?shù)鼐用駝?chuàng)造出一隅天藍、地綠、水清、景美的生產(chǎn)、生活環(huán)境。

1 汾河流域現(xiàn)狀

1.1 入河廢污水及污染物量

在入河排污口調(diào)查資料統(tǒng)計中，汾河中下游干流廢污水入河量達33 300.9萬m3/a。

太原市污廢水入河量最大達19 567萬m3/a，占廢污水總量的58.8%，COD入河量達29 573.8 t/a，氨氮達6 441.9 t/a，分別占入河污染物總量的59.3%、71.4%。

據(jù)2006年山西省水資源公報，汾河干流評價河長277.5 km，全部為超III類污染河長，其中嚴重污染超Ⅴ類水河長占81.8%。

1.2 洪水標準

根據(jù)《汾河流域河道整治初步設計》，河道主槽寬度設計為100～200 m，滿足流量300 m3/s的行洪要求。人工濕地布置在主槽左側(cè)，當洪水流量超過300 m3/s時，可以漫入濕地，洪水退后進行局部的清理及整修。

2 人工濕地應用于汾河灘地的必要性

2.1 保護自然河流生態(tài)的迫切需要

汾河是貫穿我省最主要的一條河流，它與生長、棲息的生物種群構(gòu)成了獨特的生態(tài)系統(tǒng)，生態(tài)資源和自然資源極為豐富，對發(fā)展農(nóng)業(yè)有很大的潛能。而近年來人為地對汾河的污染，水生態(tài)系統(tǒng)和水環(huán)境受到了嚴重的破壞。汾河人工濕地的建設將對保護自然河流生態(tài)具有重要的意義。

2.2 提高居民生活水平和生活質(zhì)量的需要

從“以人為本”、“人水和諧”的科學發(fā)展治水理念出發(fā)，只有徹底改善汾河的水質(zhì)，才能根治惡劣的生存環(huán)境，改善局部的小氣候，真正地打造一個天藍、水清、地綠、景美、人和自然協(xié)調(diào)發(fā)展，宜商、宜居、宜工的休閑旅游帶，提高當?shù)鼐用竦纳钏胶蜕钯|(zhì)量。

2.3 合理利用污水資源的需要

通過污水濕地處理后中水作為景觀用水，一方面改變了當?shù)氐臍夂?、景觀，另一方面利用濕地對上游污水的凈化處理，改善汾河水質(zhì)，從根本上解決對黃河的污染問題。

3 人工濕地的規(guī)模

在汾河中下游較寬闊的河灘上修建人工濕地，凈化水質(zhì)。根據(jù)河道地形共修建河道人工濕地21處，總面積630.4萬m2，其中灘涂濕地面積為313.3萬m2，河槽濕地面積295萬m2，大堤外濕地面積16.8萬m2，穩(wěn)定塘面積5.3萬m2，共處理污水119 030 m3/d（即1.38 m3/s），可以局部改善河道水質(zhì)。

根據(jù)山西省水利廳和山西省環(huán)境保護局頒布的《山西省地表水域環(huán)境管理區(qū)域方案》，汾河中下游段，即南內(nèi)環(huán)橋以下河段，除南關(guān)—甘亭水質(zhì)目標為Ⅴ類，站里—入黃口水質(zhì)目標為環(huán)監(jiān)Ⅰ類外，其余河段水質(zhì)目標為環(huán)監(jiān)Ⅱ類，具體指標見表1。

表1 濕地設計進水、出水指標設計值

隨著社會的發(fā)展，工程區(qū)內(nèi)及其上游汾河流域污水處理廠的大量增加，且促進污水處理運行相關(guān)政策的出臺，以及從沁河和黃河調(diào)水增加河道基流等方面的影響，河道內(nèi)污水的多項指標將會有較大的降低，人工濕地處理出水的水質(zhì)將會得到較大的改善，特別是冬季，可保證濕地全年出水水質(zhì)達到設計指標。

4 人工濕地的處理工藝

近30余年來，國外日益重視濕地對污水的凈化作用，把人工濕地作為廉價、低能耗和有效處理污水的方法在歐美已得到證實，并在工程應用中取得了巨大成功。

七五、八五期間，我國也組織了城市污水濕地處理技術(shù)的攻關(guān)專題研究，在研究了多種工藝方法的凈化功能和工藝參數(shù)的基礎上，建立了不同規(guī)模的示范工程，研究表明，蘆葦濕地系統(tǒng)不僅對污水中有機污染有很好的凈化效率，而且對N、P等營養(yǎng)物和某些重金屬也有較高的去除，是一項投資少、見效快、運行費用低、操作簡便的城市污水（二級處理水）處理與利用的有效途徑。

濕地常用工藝類型有表流濕地和潛流濕地兩種。目前，表流濕地工藝廣泛應用于城市二級處理水深度凈化。因此本工程采用潛流濕地和表流濕地相結(jié)合的處理工藝。

4.1 影響本處理工藝運行的因素分析

1）寒冷冬季對處理效果的影響

由于蘆葦濕地法是一種生態(tài)工程的方法，系統(tǒng)對污染物的去除受溫度影響明顯。由于冬季氣溫下降，系統(tǒng)內(nèi)微生物活力下降，蘆葦收割后不再吸收養(yǎng)分，污染物去除效果降低，出水水質(zhì)將受一定影響。解決這一問題的方法就是減少污水入汾河灘地的比例，適當降低濕地的水力負荷和污染物負荷量，延長濕地污水的停留時間。

2）冬季運行條件需要人工調(diào)節(jié)

冬季處理工程需要實施冰下運行，因此根據(jù)氣溫、水溫和地溫的變化判斷形成冰蓋的時間，在冰凍即將來臨前一周迅速提高單元內(nèi)水位（采用單元末端出水口控制閘來調(diào)節(jié)），待冰蓋形成后，再打開出水口閘門，讓污水自流，由于有葦茬支撐，所形成冰蓋一般不會塌陷。

3）蘆葦收割

蘆葦為季節(jié)性植物，每年秋季地上部分枯死，若不收割，蘆葦將分解并釋放有機物和營養(yǎng)物，導致處理率下降，為了有效地去除營養(yǎng)物，需要對蘆葦收割，同時對收割的蘆葦進行綜合利用，可獲得一定的經(jīng)濟價值。由于污水會對蘆葦收割造成不便，這樣可通過交替布水方式解決，待收割完畢后繼續(xù)投配。

4.2 工藝流程

汾河里的污水經(jīng)攔污柵攔截后，由污水泵提升進入穩(wěn)定塘，沉淀處理后經(jīng)提水泵房管道配送至潛表混合流濕地或表流濕地，處理完成后水流匯入汾河河道內(nèi)。具體流程見圖1。

圖1 濕地處理工藝流程圖

5 工程的創(chuàng)新點

與傳統(tǒng)的污水處理工藝相比較，人工濕地污水處理系統(tǒng)具有建設費用小、運行費用低、管理維修方便、處理效果穩(wěn)定可靠、抗沖擊負荷能力強等優(yōu)點。

一般人工濕地分布在經(jīng)濟較發(fā)達地區(qū)或?qū)ｉT實驗區(qū)，受其它因素（如投資、水源、經(jīng)驗、技術(shù)）影響較小。而本次工程與其它同類工程相比有很大不同，不同點及創(chuàng)新點在于：

1）采用潛表流混合濕地技術(shù)

污水人工濕地處理技術(shù)作為一項新興技術(shù)在我國剛開始投入工程實踐。人工濕地是一個具有污水處理功能的獨特的生態(tài)系統(tǒng)，具有強大的生態(tài)修復功能，增加氧氣、凈化空氣、消除城市熱島效應、光污染和吸收噪聲等。

為了節(jié)省工程占地、工程投資和達到處理效果，本工程創(chuàng)新地采用了潛表流混合濕地技術(shù)。混合濕地總占地55.5 hm2，其中潛流濕地為12.83 hm2，每個單元尺寸為150 m×42.2 m；潛流濕地處理完的水經(jīng)過表流濕地處理，處理面積為35.43 hm2。處理能力為0.28 m3/s，出水水質(zhì)能滿足汾河功能區(qū)劃要求。

2）處理工藝獨特

本工程與傳統(tǒng)的污水處理廠處理污水不同，而是采用潛表流混合濕地和表流濕地相結(jié)合的處理工藝，濕地里種植對于北方地區(qū)處理效果比較好的植物：有蘆葦和香蒲等。蘆葦為季節(jié)性植物，每年秋季需要對蘆葦收割，同時對收割的蘆葦進行綜合利用，可獲得一定的經(jīng)濟價值。

本處理工藝不僅投資省、運行費低、操作簡便，而且出水水質(zhì)能滿足汾河功能區(qū)劃要求，工程的實施將對汾河水質(zhì)保護、生態(tài)環(huán)境改善起到非常積極的推動作用。

3）采用分段均勻布水方式

為了避免一段布水所帶來的局部負荷過高問題，本工程設計在保證不損失過多水頭的前提下將采用分段均勻布水，分段布水在一定程度上保證了污染物負荷的均勻性。

4）充分利用河灘地

本工程最大的特點就是充分利用了河灘地，但通過對本工程的技術(shù)、經(jīng)濟和現(xiàn)場條件等多方面的綜合分析，認為汾河灘地已具備了實施濕地處理的條件。

因此，本工程人工濕地的實施不僅能夠改善汾河流域的生態(tài)環(huán)境，同時樹立了人工濕地的樣板，也為山西省生態(tài)環(huán)境修復的進一步推廣打下了堅實的基礎，具有很好的示范推廣作用。