費(fèi)縣許家崖水庫垂直潛流人工濕地設(shè)計(jì)分析

王子琪

（臨沂市水利勘測設(shè)計(jì)院，山東 臨沂 276000）

許家崖水庫位于淮河流域沂河水系祊河支流溫涼河中游，橫臥官山—鱉子山之間，是一座以防洪、灌溉、發(fā)電、供水、水產(chǎn)養(yǎng)殖為主的大型水庫。許家崖水庫為費(fèi)縣飲用水水源保護(hù)區(qū)，2010年被臨沂市政府劃為臨沂市備用飲用水水源地，每年向費(fèi)縣縣城供水750萬m3。保障水源地水環(huán)境質(zhì)量、確保供水安全是關(guān)系到臨沂市國計(jì)民生的重要舉措，也是保障費(fèi)縣供水安全的必然要求。為保障許家崖水庫飲用水水源地水質(zhì)達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類以上，農(nóng)村污水先經(jīng)過生態(tài)排水溝匯集到人工濕地進(jìn)行污水處理，確保有效地去除污水中的氮、磷、有機(jī)物、懸浮物等后集中進(jìn)入水庫。

1 人工濕地類型及影響因素

1.1 人工濕地的分類

1）表流型人工濕地。污水在表流型人工濕地表面呈推流式前進(jìn)，在前進(jìn)過程中與填料、植物及生物膜接觸，通過系列反應(yīng)來凈化污水。表流型人工濕地不僅占地面積較大、難以充分發(fā)揮植物根系以及填料的作用，而且較易滋生蚊蠅、產(chǎn)生刺鼻氣體。

2）潛流型人工濕地。潛流型人工濕地中的污水在濕地床內(nèi)部流動(dòng)，流經(jīng)填料、植物及生物膜后得以凈化。潛流型人工濕地不易受到氣候環(huán)境影響且較為衛(wèi)生，所以被廣泛應(yīng)用。潛流型人工濕地又可分為水平潛流人工濕地和垂直潛流人工濕地。

3）本項(xiàng)目人工濕地類型的選擇。許家崖水庫位于我國北方地區(qū)，冬季氣候較為寒冷，而且附近村莊密集、游客流動(dòng)性強(qiáng)。考慮到垂直潛流人工濕地受氣候影響較小，冬季不易結(jié)冰、占地面積小、較為衛(wèi)生以及凈水效果好等因素，最后選擇其來對(duì)入庫水進(jìn)行進(jìn)一步的凈化。

1.2 影響因素

濕地的植物種類、填料類型、塘床體結(jié)構(gòu)、溫度、水力負(fù)荷、停留時(shí)間等都是影響垂直潛流人工濕地水體凈化效果的因素,其中主要的影響因素分別是植物、填料和微生物。

1）水生植物。濕地系統(tǒng)中，水生植物在降解有害物質(zhì)和凈化水質(zhì)方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，而且他還具有獨(dú)特的景觀效果和一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。（1）吸收、集富作用。水中的磷、氨等可作為營養(yǎng)物質(zhì)被植物吸收同化用于自身生長。重金屬、磷酸鹽、硝酸鹽以及銨鹽等都可以通過植物根、莖、葉的富集作用被吸收，然后經(jīng)過被收割而從水中去除。（2）沉降、過濾作用。水生植物可以通過減緩下層水體中營養(yǎng)物的溶出速度來進(jìn)行截污。挺水植物可以通過有效降低水體表面風(fēng)速來控制水速，這樣不僅可以降低水體渾濁度，還能沉積水中飄浮物。（3）生化作用。氧氣可以由水生植物被輸送到植物各處，并通過植物根系被釋放出來以促進(jìn)水底基層土壤好氧區(qū)和厭氧區(qū)的形成。這一區(qū)域活躍的微生物促進(jìn)了對(duì)污水中磷、氮的吸收，最終通過定期收割植物和更換填料將污染物從濕地系統(tǒng)中去除[1]。（4）抑制藻類生長。在光照和養(yǎng)分的需求上，浮游藻類和水生植物是競爭關(guān)系。但是，水生植物可以通過遮擋射入水中的光線來抑制藻類的生長。

2）填料。常用的人工濕地填料有礫石、陶粒、活性炭、土壤、鋼渣、煤渣、沸石等。近些年隨著技術(shù)的不斷成熟，海綿鐵、果殼、聚丙烯材料、陶瓷球等新型材料也逐漸投入使用。填料是微生物附著的載體，其表面通過微生物形成的生物膜可以吸附以及同化、異化有機(jī)質(zhì)。填料中的放線菌、真菌、細(xì)菌等微生物還可以對(duì)污染物進(jìn)行降解、轉(zhuǎn)化[2]。

3）微生物。污水中的大部分有機(jī)污染物都能通過微生物的系列作用得到降解同化而變成其細(xì)胞的一部分。例如，好氧微生物通過呼吸作用可以將廢水中的大部分有機(jī)物分解成二氧化碳和水、厭氧微生物可以將有機(jī)物質(zhì)分解成甲烷、硝化細(xì)菌將銨鹽硝化、反硝化細(xì)菌將硝態(tài)氮還原成氮?dú)獾萚3]。

2 垂直潛流人工濕地設(shè)計(jì)分析

許家崖水庫垂直潛流人工濕地主要由五部分組成，自上而下依次是：蓄水層、植物、樹皮覆蓋層、種植土層、人工填料層，如圖1所示。

圖1 許家崖水庫垂直潛流人工濕地剖面圖

2.1 蓄水層

蓄水層為污水提供暫時(shí)沉淀懸浮物的空間。根據(jù)當(dāng)?shù)亟涤晏匦?、水生植物生長條件和周邊地形等因素確定蓄水層高度約為100～300 mm厚。

2.2 植物

挺水植物是水生植物中生物量大、生長快、根系較發(fā)達(dá)且便于收割的植物。通過現(xiàn)場考察發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目區(qū)內(nèi)有長勢良好的蘆葦、香蒲和千屈菜這三種挺水植物，將他們作為本次植物配置的主要部分，不僅能夠確保植物對(duì)環(huán)境有良好的適應(yīng)性、維護(hù)原有的生態(tài)平衡，還能節(jié)約成本。在確保人工濕地污水凈化效果的同時(shí)，還要兼顧生態(tài)景觀的美學(xué)要求。綜合考慮植物的色彩、花期、體量等，通過巧妙搭配來營造豐富的立面層次。

蘆葦?shù)姆纸鈨艋芰洼斞跄芰^強(qiáng),可高效處理水中的硫化物和酚等,還能有效抑制藻類生長[4]。香蒲可以吸收污水中的氮、磷用于自身生長,也可以有效解決水體富營養(yǎng)化、重金屬污染等問題。千屈菜有粗壯的根莖，長勢受環(huán)境影響小，種植一次可多年收獲。

2.3 樹皮覆蓋層

樹皮覆蓋層不僅可以抵抗雨水的侵蝕、避免表層土壤板結(jié)，還能營造微生物環(huán)境以促進(jìn)有機(jī)物的降解，樹皮覆蓋層的厚度約為50 mm。

2.4 種植土層

種植土層發(fā)揮著較好的吸附和過濾作用，為植物根系吸附以及微生物降解金屬離子、碳營養(yǎng)物和其他污染物營造了一個(gè)優(yōu)良場所。

2.5 人工填料層

根據(jù)經(jīng)濟(jì)條件和填料特性的要求，選擇直徑小于50 mm的礫石作為本次人工濕地的填料。人工填料層的厚度約為300 mm。為了防止土壤顆粒進(jìn)入填料層，在填料層與種植土層之間鋪設(shè)土工布。在礫石層中埋有直徑200 mm的鋼筋混凝土管，經(jīng)過滲濾的污水由鋼筋混凝土管統(tǒng)一匯集后進(jìn)入入庫水系統(tǒng)。

2.6 格賓網(wǎng)石籠邊界

利用廢舊石材作為內(nèi)部填充物的格賓網(wǎng)石籠既經(jīng)濟(jì)又環(huán)保，而且石籠的縫隙還能初步過濾進(jìn)入濕地的污水。此外，土壤雜質(zhì)堆積在石縫里可自然生長植物，呈現(xiàn)良好的景觀效果。為了促進(jìn)功能與美觀的結(jié)合，故將石籠的剖面設(shè)計(jì)為梯形，以呈現(xiàn)平滑自然的濕地邊界效果。石籠的坡度設(shè)計(jì)為40°來平緩連接濕地底部的微地形。在每個(gè)垂直潛流人工濕地入水口底部鋪設(shè)卵石，以削弱雨水沖擊力，預(yù)防水土流失。

3 結(jié)語

通過建設(shè)垂直潛流人工濕地來進(jìn)一步凈化入庫水，許家崖水庫的入庫水質(zhì)得到了大幅度的提升。在環(huán)保部門的水質(zhì)檢測中，許家崖水庫水質(zhì)基本達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)，日供水量達(dá)5萬t。湖光山色，游客絡(luò)繹不絕，垂直潛流人工濕地也成為許家崖水庫最具特色的景點(diǎn)之一，游客們?cè)跉g樂暢游的同時(shí)潛移默化地增長了相關(guān)的環(huán)保知識(shí)。

濕地工程運(yùn)行后創(chuàng)造了巨大的社會(huì)效益，不僅確保了居民的飲水安全、提高了農(nóng)副產(chǎn)品的質(zhì)量，同時(shí)也美化了村莊環(huán)境，使整體生態(tài)環(huán)境步入良性循環(huán)的軌道。最后，本項(xiàng)目的順利實(shí)施將也為我國北方地區(qū)類似水庫水環(huán)境治理提供相關(guān)參照模式。