中圖分類號(hào)：X703.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

ApplicationofArtificialWetlandsinTreatmentof Organic MatterPolluted WaterBodiesin Watersheds

Zhong Qijun ^1，2 ，Zhou Zeyou’，Liu Chaoxiang3，Xu Xiang’， Jiang Lin ^1，2 （1.Fujian Environmental Protection Design Institute Co.，Ltd.，F(xiàn)uzhou 350012，China; 2.Fujian Minhuan Aquatic Ecological Technology Co.，Ltd.，F(xiàn)uzhou 350025，China； 3.School of Environmental and Safety Engineering，F(xiàn)uzhou University，F(xiàn)uzhou 3501O8，China）

Abstract：InodertomproveteitegrityustainabilityndodivesityftehaelossteinCaniBasinadatet rallandscapeandhdroilicspace，teapplicationofostrucedwetlandintetreatmentofoanicmaterutedwaterbodishe basinwasstudied.ThoughtheimplementationoftheconstructedwetlandprojectinCEDRiverBasin，aterqualityindexmeasureent， nutrientstatusindexasesent，poltionidexmetodnderetdseusedtoevaatetetreametctofconstrcdeland onorganicmaterpollutedwaterbodies.Theresultsshowtattheconstructedwetlandhassignificantlyreducedtheconcentrationfotal phosphorus and chemical oxygen demand，among which total phosphorus has decreased by 58.9% ，ammonia nitrogen has decreased by 82.3% ，and chemical oxygen demand has decreased by 43.5% ．After 2O days，the purification effect is stable.This study not only validatesthehigheficiencyofonstructedwetlandinwaterpolutioncontrol，utalsoprovidesafasibleshemeforsimilarwateio ment control.

KeyWords：constructed wetland；organic materpolution；waterbody treatment；waterqualityassessment；governance strategy

前言

隨著城市的快速發(fā)展，全球范圍內(nèi)的水體污染問題日益嚴(yán)重。特別是工業(yè)活動(dòng)集中的地區(qū)，由于長(zhǎng)期排放含有大量有機(jī)質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)鹽的廢水，導(dǎo)致水體遭受嚴(yán)重污染，生態(tài)系統(tǒng)受到破壞，水質(zhì)惡化，嚴(yán)重影響了人類健康和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)性[1]。流域水體污染具有來源廣泛、途徑復(fù)雜、影響深遠(yuǎn)等特點(diǎn)。污染物不僅包括工業(yè)排放的有機(jī)污染物，還包括農(nóng)業(yè)面源污染中的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)鹽，這些污染物通過地表徑流和地下滲透進(jìn)入水體，造成水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化，引發(fā)水華等生態(tài)問題[2-3]。在此背景下，人工濕地因其在水質(zhì)凈化、生態(tài)修復(fù)和景觀美化方面的卓越表現(xiàn)而受到廣泛關(guān)注[4]。人工濕地模擬自然濕地的生態(tài)系統(tǒng)，通過植物、微生物以及基質(zhì)的協(xié)同作用，有效去除水體中的有機(jī)物、氮、磷等污染物，同時(shí)為野生動(dòng)植物提供棲息地，具有較高的環(huán)境和社會(huì)效益。研究以產(chǎn)溪流域?yàn)檠芯繉?duì)象，探討人工濕地系統(tǒng)在治理流域有機(jī)質(zhì)污染水體中的應(yīng)用效果。通過實(shí)地調(diào)查和科學(xué)實(shí)驗(yàn)，評(píng)估人工濕地對(duì)水質(zhì)的改善效果，并分析在水環(huán)境治理中的潛力和價(jià)值。研究的創(chuàng)新點(diǎn)在于綜合運(yùn)用多種水質(zhì)評(píng)價(jià)方法，如營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)、污染指數(shù)法等，全面評(píng)估人工濕地的治理效果，并提出針對(duì)性的治理策略。

1基于人工濕地系統(tǒng)的滬溪流域有機(jī)質(zhì)污染治理

1.1滬溪流域人工濕地工程概況

產(chǎn)溪流域人工濕地工程是一項(xiàng)綜合性的水生態(tài)環(huán)境修復(fù)項(xiàng)目，通過人工濕地建設(shè)等，對(duì)產(chǎn)溪主干流龍津橋至尾厝斷面的水體進(jìn)行凈化處理，以恢復(fù)河流的生態(tài)結(jié)構(gòu)和功能。工程區(qū)選定在鏟溪主干流龍津橋至尾厝斷面，特別是鏟溪流域及污水處理廠尾水排放口至龍門橋段?？紤]到該區(qū)域地形、地勢(shì)條件以及現(xiàn)有土地利用情況，人工濕地的建設(shè)將遵循以下原則：符合區(qū)域總體規(guī)劃，減少征地、拆遷及移民等工程移民征地費(fèi)用，以及降低工程實(shí)施難度。人工濕地的凈化機(jī)理依賴于物理、化學(xué)和生物三重協(xié)同作用，通過過濾、截流懸浮物，化學(xué)沉淀、吸附、離子交換、拮抗和氧化還原反應(yīng)，以及微生物和水生動(dòng)物的生物降解活動(dòng)，有效去除污水中的有機(jī)物、氨氮和總磷。污染源主要來源于滬溪河道內(nèi)受污染的水體，尤其是丁溪、纓溪、城后溪等支流匯入口處的城鎮(zhèn)區(qū)域。這些區(qū)域人口密集，河道水深達(dá)2～3來，存在溶解氧不足和水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化問題。本項(xiàng)目通過建設(shè)人工濕地，將受污染的水體引入濕地系統(tǒng)進(jìn)行處理，以期達(dá)到地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。在人工濕地的設(shè)計(jì)中，特別考慮了水流動(dòng)態(tài)和水質(zhì)特性，采用了包括沉砂塘、生態(tài)塘、水平潛流人工濕地和出水穩(wěn)定塘在內(nèi)的多種工藝單元，以適應(yīng)不同的水質(zhì)凈化需求，并確保濕地系統(tǒng)的有效運(yùn)行和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。通過精心規(guī)劃的生態(tài)引水堰、沉砂塘、生態(tài)塘和人工濕地床等結(jié)構(gòu)，配合本土水生植物的種植，項(xiàng)目不僅提升了水質(zhì)，還增強(qiáng)了生物多樣性，同時(shí)融入了休閑和游憩設(shè)施，以實(shí)現(xiàn)生態(tài)效益和社會(huì)效益的雙重目標(biāo)。

1.2滬溪流域水質(zhì)評(píng)價(jià)

鏟溪流域面臨著嚴(yán)重的有機(jī)質(zhì)污染問題，流域內(nèi)的工業(yè)活動(dòng)和人口密集區(qū)域產(chǎn)生的廢水未經(jīng)處理或處理不充分，直接或間接排入河流，導(dǎo)致水質(zhì)惡化，生態(tài)系統(tǒng)退化。此外，流域地形復(fù)雜，水文條件多變，給水體污染治理帶來了更大的挑戰(zhàn)。在鏟溪流域的穩(wěn)定沉積階段，水質(zhì)采樣點(diǎn)的布置遵循HJ/T91-2002標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)規(guī)定。水樣的收集與保管過程均嚴(yán)格遵守水體樣本的保管與處理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進(jìn)行，確保采樣過程的安全性、科學(xué)性和效率[5-6]。具體實(shí)驗(yàn)指標(biāo)測(cè)定見表1。

為了分析隨后的生態(tài)修復(fù)措施對(duì)地表水質(zhì)量的具體影響，首先，研究將每個(gè)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的實(shí)測(cè)濃度與相應(yīng)的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對(duì)比。通過比較這些濃度值與標(biāo)準(zhǔn)值的比例，可以判斷水質(zhì)是否滿足特定的功能要求。如果監(jiān)測(cè)到的濃度低于或等于設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值，水質(zhì)就被認(rèn)為是符合要求的；反之，如果濃度超出標(biāo)準(zhǔn)值，則水質(zhì)不符合要求[7]。具體計(jì)算見式（1）。

式（1）中， P_j 表示水質(zhì)指標(biāo)值， C_i 表示第 i 類指標(biāo)實(shí)測(cè)濃度值， S_ij 表示 j 類標(biāo)準(zhǔn)下第 i 類指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值。其次，利用內(nèi)梅羅污染指數(shù)法，能夠量化水體的污染程度[8]。具體見式（2）。

式（2）中， 表示所有監(jiān)測(cè)的水質(zhì)參數(shù)的環(huán)境質(zhì)量指數(shù)的平均值， F_max 表示在所有水質(zhì)參數(shù)的環(huán)境質(zhì)量指數(shù)中的最大值， F 表示所有水質(zhì)參數(shù)的環(huán)境質(zhì)量指數(shù)， c_i 表示在特定監(jiān)測(cè)點(diǎn)的樣本中，第 χ_i 個(gè)水質(zhì)參數(shù)的實(shí)際測(cè)量濃度， s_ij 表示在第 j 類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)下，第 i 個(gè)水質(zhì)參數(shù)應(yīng)遵守的限值， ?_?p_j 表示第 j 類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)下，根據(jù)內(nèi)梅羅污染指數(shù)法計(jì)算得出的綜合評(píng)價(jià)值。最后，使用綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)，該指數(shù)能夠衡量水體的營(yíng)養(yǎng)水平，從而評(píng)估生態(tài)健康狀況[9。具體計(jì)算見式（3）。

式（3）中， ）表示綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)，用于評(píng)估水體中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的總體水平和潛在的富營(yíng)養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)。 W_j 表示第 j 種指標(biāo)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的權(quán)重，它反映了在綜合評(píng)估中，該特定營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)對(duì)整體營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的貢獻(xiàn)度或重要性。 TLI（j） 表示針對(duì)第j種參數(shù)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)，用于衡量單個(gè)營(yíng)養(yǎng)參數(shù)對(duì)水體營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)的影響。通過這些方法的綜合應(yīng)用，能夠全面評(píng)估生態(tài)修復(fù)措施對(duì)地表水質(zhì)量的影響。

1.3基于人工濕地的產(chǎn)溪流域有機(jī)質(zhì)污染水體治理

對(duì)流域的水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)是進(jìn)行水質(zhì)治理的前提。通過評(píng)價(jià)，可以了解當(dāng)前水質(zhì)狀況，識(shí)別主要污染指標(biāo)，為后續(xù)的治理措施提供依據(jù)。水生態(tài)環(huán)境修復(fù)是一種生態(tài)保護(hù)策略，它在尊重生態(tài)系統(tǒng)自身恢復(fù)力的基礎(chǔ)上，綜合運(yùn)用工程方法，促進(jìn)河流生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)至更接近自然的狀態(tài)，保持生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，確保長(zhǎng)期穩(wěn)定和可持續(xù)性。人工濕地是指模擬自然濕地結(jié)構(gòu)和功能的綜合生態(tài)系統(tǒng)，通過物理、化學(xué)和生物等協(xié)同作用實(shí)現(xiàn)水質(zhì)凈化和生態(tài)提質(zhì)，在改善區(qū)域水生態(tài)環(huán)境、保障水安全、促進(jìn)水資源循環(huán)利用方面發(fā)揮著重要作用。人造濕地環(huán)境具有明顯的分解有機(jī)污染物的能力，有助于清潔水體。在這些生態(tài)系統(tǒng)中，某些有機(jī)污染物作為植物生長(zhǎng)所需的養(yǎng)分，能夠被植物直接吸收。對(duì)于不易溶于水的有機(jī)污染物，在缺氧的環(huán)境中，它們會(huì)被濕地內(nèi)的微生物所分解。并通過生物吸附和代謝過程，幫助溶解水中的有機(jī)物質(zhì)。

在人工構(gòu)建的濕地生態(tài)中，植物的根系統(tǒng)能夠創(chuàng)造出富含氧氣的局部區(qū)域，這有助于微生物進(jìn)行氧化作用，而反氧化則在植物根部以外的缺氧區(qū)域進(jìn)行。無機(jī)磷是植物生長(zhǎng)的必需營(yíng)養(yǎng)元素，植物可以直接吸收利用。同時(shí)，微生物也可以通過吸收磷的細(xì)菌來去除水中的磷。此外，人工濕地還具有富集重金屬的能力，植物通過根部吸收和接觸作用，能夠從基質(zhì)中吸收重金屬離子，實(shí)現(xiàn)凈化效果。人造濕地的底層結(jié)構(gòu)由多層碎石、火山巖石和沸石等材料組成，當(dāng)水流經(jīng)過這些材料時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)自然的氧氣補(bǔ)給。這些材料的多孔性質(zhì)還能創(chuàng)造出地下潛流和交錯(cuò)流動(dòng)，進(jìn)一步增強(qiáng)了氧氣的補(bǔ)給過程，為植被和微生物的生長(zhǎng)創(chuàng)造了適宜的環(huán)境。此外，底層材料通過沉降、篩選、黏附和分解等機(jī)制，高效清除水體中的氮質(zhì)和磷質(zhì)等雜質(zhì)。在設(shè)計(jì)人造濕地的規(guī)模之際，基于關(guān)鍵污染指標(biāo)來確定適宜的濕地面積。計(jì)算過程中，選擇不同污染物負(fù)荷條件下得出的最大濕地面積值，并確保滿足水流在濕地中的停留時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。具體見式（4）。

A=Q（S₀-S₁）/N_A

式（4）中，A表示人工濕地的總面積， Q 表示每天需要處理的水量， S₀ 表示進(jìn)入濕地系統(tǒng)之前的水體中污染物的濃度， S₁ 表示經(jīng)過濕地處理后的水體中污染物的濃度， .N_A 表示污染物的面積負(fù)荷。綜上所述，研究構(gòu)建了一個(gè)完整的人工濕地鏟溪流域治理系統(tǒng)。首先，在上游設(shè)置攔截設(shè)施去除大顆粒雜質(zhì)，隨后處理區(qū)攔截上游水流，并通過過濾和預(yù)氧化過程進(jìn)行初步凈化，該區(qū)域利用直立植物群落和碎石層過濾系統(tǒng)，有效去除 N 和 P ，提升水質(zhì)與景觀。水下植物區(qū)進(jìn)一步強(qiáng)化凈化 N 和 P ，提高河流的自我凈化能力。泛濫平原借助植物與石塊協(xié)同作用，捕捉懸浮顆粒，減緩水流，過濾污染物，兼具生態(tài)與美學(xué)價(jià)值。為確保系統(tǒng)高效運(yùn)行，建立了運(yùn)行管理制度，定期進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)、生態(tài)評(píng)估及系統(tǒng)清理維護(hù)。同時(shí)，通過調(diào)整植物配置和運(yùn)行參數(shù)，保持生態(tài)系統(tǒng)的平衡與健康。此外，加強(qiáng)公眾教育與宣傳，提高環(huán)保意識(shí)，共同維護(hù)這一生態(tài)治理成果。這一系列措施旨在全面改善流域水質(zhì)，促進(jìn)生態(tài)恢復(fù)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

2基于人工濕地的滬溪流域有機(jī)質(zhì)污染治 理效果評(píng)估

研究對(duì)滬溪流域的A、B區(qū)域進(jìn)行了深入的營(yíng)養(yǎng)水平評(píng)估。通過分析各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水質(zhì)數(shù)據(jù)，能夠評(píng)估這些水體的營(yíng)養(yǎng)水平。根據(jù)各項(xiàng)營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)的分析結(jié)果，對(duì)每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水體營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)進(jìn)行了分類，從而確定了它們是否存在富營(yíng)養(yǎng)化的問題。具體的分類結(jié)果和相關(guān)數(shù)據(jù)見表2。

表2中，區(qū)域A的水質(zhì)營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)分布在44至48的范圍內(nèi)，顯示出該區(qū)域的水質(zhì)總體上保持在良好水平。具體來看，區(qū)域A的總磷濃度在 0.08mg/L 至 0.12mg/L 之間，氨氮含量濃度在 1.19mg/L 至 2.84mg/L 之間，而重鉻酸鉀指數(shù)濃度則在 21mg/L 至 26mg/L 之間。這些指標(biāo)表明區(qū)域A的水體營(yíng)養(yǎng)水平適中，未出現(xiàn)明顯的富營(yíng)養(yǎng)化跡象。另一方面，區(qū)域B的水質(zhì)營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)較高，分布在64至69的范圍內(nèi)，表明該區(qū)域的水質(zhì)已經(jīng)達(dá)到了中度富營(yíng)養(yǎng)化的水平。區(qū)域B的總磷濃度在 0.62mg/L 至 0.69mg/L 之間，氨氮含量濃度在 1.57mg/L 至 2.59mg/L 之間，重鉻酸鉀指數(shù)濃度在 18mg/L 至 26mg/L 之間。特別是總磷和氨氮含量的濃度較高，這可能是導(dǎo)致區(qū)域B水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化的主要原因。研究進(jìn)一步對(duì)人工濕地系統(tǒng)的污染物凈化效果進(jìn)行分析，具體見圖1。

圖1（a）中，建立人工濕地之后，進(jìn)水總磷濃度在 0.21mg/L～0.35mg/L 區(qū)間，出口總磷濃度在0.01mg/L～0.15mg/L 區(qū)間。說明人工濕地通過內(nèi)部的物理、化學(xué)和生物過程，如植物吸收、微生物代謝、沉降、吸附等，能夠?qū)⑺械目偭诐舛却蠓冉档?，從而有效凈化水質(zhì)。圖1（b）中，進(jìn)水重鉻酸鉀指數(shù)濃度在 18mg/L～28mg/L 區(qū)間，出口重鉻酸鉀指數(shù)濃度在 8mg/L～15mg/L 區(qū)間，說明人工濕地系統(tǒng)對(duì)重鉻酸鉀指數(shù)具有較好的去除效果，能夠有效降低水體中的化學(xué)需氧量，提升水質(zhì)，滿足環(huán)境水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。研究進(jìn)一步對(duì)人工濕地系統(tǒng)的綜合凈化效果進(jìn)行分析，具體見圖2。

從圖2中可以看出，在第10天之后人工濕地系統(tǒng)的綜合凈化效果顯著提升，并在20天后達(dá)到穩(wěn)定。人工濕地系統(tǒng)治理后總磷的綜合凈化效果達(dá)到了58.9% ，氨氮含量的綜合凈化效果達(dá)到了 82.3% ，重鉻酸鉀指數(shù)的綜合凈化效果達(dá)到了 43.5% ，說明人工濕地系統(tǒng)治理水中污染物的效果明顯，可以大力推廣。

3結(jié)論

研究通過對(duì)滬溪流域區(qū)域A和區(qū)域B的實(shí)地調(diào)查和水質(zhì)分析，以明確人工濕地系統(tǒng)在流域有機(jī)質(zhì)污染水體治理中的有效性。人工濕地建立后，進(jìn)水的重鉻酸鉀指數(shù)濃度在 18mg/L 至 28mg/L 的區(qū)間，而出口的重鉻酸鉀指數(shù)濃度顯著降低至 8mg/L 至 15mg/L 的區(qū)間。說明人工濕地系統(tǒng)有效地去除了水中的有機(jī)污染物，對(duì)重鉻酸鉀指數(shù)有較好的去除效果。這表明人工濕地是一種有效的水質(zhì)凈化方法，尤其適用于處理富含有機(jī)物的污水。治理后總磷的綜合凈化效果為 58.9% ，氨氮含量的綜合凈化效果為 82.3% ，重鉻酸鉀指數(shù)的綜合凈化效果為43.5% 。這些數(shù)據(jù)表明人工濕地系統(tǒng)在去除水中污染物方面具有明顯效果，是一種有效的水質(zhì)凈化方法。人工濕地系統(tǒng)的構(gòu)建和運(yùn)行還需要考慮優(yōu)化植物選擇、基質(zhì)配置和水力停留時(shí)間等因素，以提高治理效率和生態(tài)效益。

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