官厅水库人工湿地系统水质净化效果研究（袁博宇,李运来,李长利）

摘要：对官厅水库黑土洼人工湿地系统入水、出水主要污染物去除率进行了初步分析, 对湿地系统在官厅水库水质净化及水环境改善效果进行评估。试验证明, 潜流人工湿地受气候影响相对较小。系统的进水口和出水口采取一定的保温措施, 在寒冷的冬季, 潜流人工湿地在冰层的覆盖下可以正常运行。

关键词：官厅水库 人工湿地 水质分析

中图分类号TV697.2+9 文献标识码A 文章编号1673- 4637( 2007) 02- 0031- 03

官厅水库自建成运行以来, 为促进首都及下游地区城市发展和经济建设做出了巨大贡献。随着上游地区工农业生产的发展, 官厅水库污染日益严重, 1997年被迫退出了城市生活饮用水体系。

中德合作官厅水库流域水生态综合治理示范工程是由原北京市水利局与德国勃兰登堡洲政府合作, 借鉴德国在水生态修复方面的先进、成熟技术, 结合官厅水库流域实际, 通过试验与示范工程研究解决流域污染治理中存在的关键技术难题, 为全面实施官厅水库流域水体修复工程提供重要技术支撑的一项示范工程。黑土洼生态湿地系统示范工程位于官厅水库永定河入库口附近, 是中德合作官厅水库流域水环境治理技术示范工程最主要的单项工程。

1 人工湿地系统概况

黑土洼生态湿地工程充分利用黑土洼沟的有利地形, 运用生态工程原理, 采用无污染、效率高的人工湿地技术来处理受污染的永定河入库水体。本示范工程的主要目的是探索在北方低温地区建设人工湿地系统以处理河道微污染水体的关键技术, 同时, 该工程肩负着最大限度地处理永定河直接进入官厅水库的受污染水体、削减入库污染物总量的工程任务。

湿地系统由黑土洼稳定塘和人工湿地2 部分组成。永定河经永定河引水暗涵进入黑土洼稳定塘, 经初步净化后, 一部分水直接入库, 另一部分再经湿地引水暗涵进入人工湿地进行深度处理, 其出水可达Ⅲ～Ⅴ类地表水标准。该系统年处理能力达0.9 亿m3。工程于2003 年9 月开工建设, 2004 年4 月完工。黑土洼人工湿地系统示范工程总平面布置见图1。

1.1 稳定塘

经过无数次的勘察、比选, 专家认为, 黑土洼沟可以作为理想的湿地沉沙池和氧化塘, 是官厅水库天然的前置库。根据黑土洼沟区域地形、地貌、运行水位条件, 并充分利用现有的天然水面和砂石坝, 辅助以加固溢流坝、软坝等人工强化措施, 当蓄水位达到476 m 时, 水面面积为84 万m2, 库容264 万m3, 形成稳定塘。通过按照高程在稳定塘周边分别设置乔木带、灌木带、挺水植物带、沉水植物群落。用隔膜将稳定塘沿纵向分隔为3 个功能区: 沉沙区、浮水植物区、厌氧净化区。永定河的来水经过引水工程进入稳定塘后滞留一段时间, 在沉沙区进行初步沉淀; 水流在进入浮水植物区、厌氧区后, 水中的生物链抑制藻类生长, 水生动植物和微生物直接从水中吸收和降解氮、磷等有机物, 降低水库的富营养化指标, 大部分悬浮物将在这一区域消失, 水质得到净化。达到沉砂和初步净化永定河高浓度来水的目的, 处理受污染水量4.0 m3 / s。

1.2 人工湿地

一期工程建设围堤1 007 m, 堤顶高程478 m。形成7.33 hm2 人工湿地, 进一步处理经过稳定塘处理的水, 处理水量0.2 ～0.6 m3 / s 。

示范工程湿地系统以湿地单位为最小单位, 其中,中方试验区( Ⅰ区) 各湿地单元并联, 由2 排布水暗渠统一布水; 德方试验区( Ⅳ区) 各湿地单元既可并联也可串联, 由管道统一布水。各湿地单元处理后的尾水由退水明渠集水并经埋于围堤底部的暗管外排进入堤外水塘, 再经由纵向明渠排入官厅水库。

中方试验区( Ⅰ区) 共设6 个试验单元, 各单元的工艺流程基本相同, 均是水流由布水暗渠依次进入挺水植物塘、一级植物碎石床、水生生物塘、二级植物碎石床、砂滤池共5 级处理单元, 最后排入退水管。湿地单元面积30 m×125 m, 设计处理水量1 728 m3 / d( 0.02 m3 / s) , 面积水力负荷0.58 m3 / (m2 d) , 水力停留时间约34 h; 设计最大面积水力负荷1.02m3 / (m2 d) ,水力停留时间约19 h。实际运行表明, 5 至12 月可用最大水力负荷运行, 冬末春初可用设计水力负荷运行。

2 结果与讨论

2.1 人工湿地对CODMn 和BOD5 的去除效果CODMn 和BOD5 的处理效果明显, CODMn 由八号桥和引水口的劣Ⅴ 类在出水口和退水塘达到Ⅲ 类。BOD5 从八号桥和引水口的劣Ⅴ类在退水塘改善为Ⅳ类。如图2及表2所示。

从八号桥到永定河引水口, CODMn 和BOD5 的自然消解率春季分别为24.3 %、21.8 %; 夏季分别为37.6%、68.8%; 冬季分别为31.8%、77.2%。

从永定河引水口到湿地出水口, 湿地系统对CODMn 和BOD5 的去除率春季分别为69.2%、48.1%。夏季分别为27.8%、40.4%; 冬季分别为74.9%、28.4%。

2.2 人工湿地对NH4+-N、NO3--N和TN的去除效果

含氮化合物NH4+-N和TN 在河道、引水口、稳定塘、湿地至出水口水质类别没有变化, 均为劣Ⅴ类,各站点NO3--N 均小于国标规定的限值10 mg / L。如图3 及表1 所示。

从八号桥到永定河引水口，春、夏、冬NH4+-N去除率分别为29.3%、37.6%、31.8%。TN去除率分别为17.9%、24.8%、12.9%。

从永定河引水口到湿地出水口。湿地系统对NH4+-N的去除率春、夏、冬3季分别为11.6%、89.8%、63.0%。对TN的去除率分别为1.5%、41.8%、68.2%。

2.3 人工湿地对orth-P和TP的去除效果

湿地系统对orth-P和TP处理效果显著，TP从八号桥和引水口的劣Ⅴ类在湿地出水口改善为Ⅳ类。如图4及表1所示。

从八号桥到永定河引水口, 春、夏、冬orth- P 去除率分别为63.9 %、71.2 %、77.9 %。TP 去除率分别为58.4 %、57.1 %、79.8 %。

从永定河引水口到湿地出水口, 湿地系统对orth-P 的去除率春、夏、冬3 季分别为79.8 %、97.1 %、97.8%。对TP 的去除率分别为81.8%、74.2%、82.4%。

取春、夏、冬3 季平均值综合考虑, BOD5、CODMn、NH4+-N、NO3--N、TN、TP、orth- P、SS 等指标的去除率从永定河引水口到湿地出水口分别为39.0 %、67.5 %、41.9 %、- 53.5 %、30.7 %、80.3 %、90.1 %、87.7 %; 从八号桥到退水塘分别为80.2 %、74.0 %、35.7 %、17.6 %、32.6 %、89.9 %、94.6 %、95.7 %。如图5 和表1 所示。除含氮化合物外, 其他指标的去除率均达到70 %以上。

3 结论

湿地系统经过1a多的运行，经历了严寒冬季的考验，获取了1万多组监测数据，监测结果显示，永定河入库水体水质超Ⅴ类10多倍，除含氧化合物外，黑土洼稳定塘水体基本达Ⅴ类，湿地出水基本达到Ⅳ类水体。

官厅水库人工湿地系统成功探索了北方低温地区微污染水体生态湿地处理技术。试验证明，潜流人工湿地受气候影响相对较小。系统的进水口和出水口采取一定的保温措施，在寒冷的冬季，潜流人工湿地在冰层的覆盖下可以正常运行。

人工湿地年处理源水水量可达8800万m3，占20m3/s以下永定河受污染来水量的40%左右，可削减永定河入库污染物总量的11%-14%。在永定河入库口处有效地遏制了入库污染，为官厅水库水质净化起了重要作用。

黑土洼湿地工程是官厅水库水质修复的重要组成部分, 是恢复三家店饮用水源的一个关键环节, 也是永定河入官厅水库的第一道生态屏障, 对拦截入库污水、改善官厅水库水质意义重大。

结合水库封库禁渔、库滨带建设等综合治理项目的实施, 官厅水库水质已明显改善, 近2 a 没有产生大面积的水华现象。2004 年至2006 年8 月, 三家店水库水质一直保持在Ⅲ类水平, 已尝试性地向自来水厂供水。

作者简介: 袁博宇( 1970 — ) , 男, 高级工程师。

来源：《北京水务》2007.2