我國水環(huán)境面臨著水體污染、水資源短缺和洪澇災(zāi)害等多方面壓力。據(jù)2014年《中國環(huán)境狀況公報》顯示，我國七大水系、主要湖泊、近岸海域及部分地區(qū)的地下水受到不同程度的污染，對河道水環(huán)境的治理已迫在眉睫，刻不容緩。但是由于諸多因數(shù)制約，污染負荷高、截污難度大是我國眾多河道面臨的共同問題，如何在截污不徹底、污染負荷高的前提下，實現(xiàn)河道水質(zhì)整體凈化、水生態(tài)環(huán)境全面恢復(fù)，是擺在環(huán)境工作者面前的一大難題。武漢中科水生環(huán)境工程有限公司通過治理丹河水質(zhì)，在這方面做出了有益的嘗試。

  1.治理前的丹河水質(zhì)狀況

丹河全長162km，縱貫山西省晉城市的東部，是晉城市最重要的地面水體之一，是沁河最大的支流。自20世紀(jì)80年代以來，丹河流域城鎮(zhèn)化，工業(yè)化發(fā)展步入快車道，隨之而來的是流域內(nèi)取水量和污水排放量的不斷增加，河流自然徑流下降，河流水體污染日益嚴重，水東橋監(jiān)測斷面化學(xué)需氧量、氨氮超標(biāo)幾倍到十幾倍，水質(zhì)富營養(yǎng)化加劇，龍門旅游景區(qū)游人銳減。2001—2003年，丹河7個監(jiān)測斷面中就有6個斷面達不到水功能類別要求， 5個斷面為劣V類水質(zhì)。2004年和2005年的例行監(jiān)測數(shù)據(jù)以及地表水實際檢測結(jié)果報告表明，在丹河流域主要支流中，有4條河水質(zhì)嚴重超標(biāo)，任莊水庫水質(zhì)多項指標(biāo)超標(biāo)，晉城市丹河及其支流受到較嚴重的污染，丹河干流中游污染嚴重，水污染治理和水環(huán)境恢復(fù)任務(wù)甚為艱巨。丹河水質(zhì)的污染還引發(fā)了山西晉城和河南焦作的跨省糾紛，河南省人大代表曾兩次向全國人大和國家環(huán)保部反映丹河水污染問題。

  2.丹河人工濕地處理的實踐

為改善丹河水質(zhì)，晉城市丹河匯流污水人工濕地深度處理工程建設(shè)于2008年拉開帷幕。

該工程由武漢中科水生環(huán)境工程有限公司設(shè)計，是目前國內(nèi)北方最大的人工濕地項目、國內(nèi)最大的垂直流人工濕地項目，2012年獲 “國家重點環(huán)境保護實用技術(shù)示范工程”，污水處理能力為10萬m³/d。

工程總規(guī)劃用地1684畝，主要建設(shè)內(nèi)容為防洪工程、污水處理工程。防洪工程設(shè)計以30年一遇為標(biāo)準(zhǔn)，采用攔河壩和翻板閘自動控制河道水位，配水渠將污水均勻配送到各塊人工濕地，防洪壩防止洪水進入濕地。由于當(dāng)?shù)孛夯て髽I(yè)較多，工廠排放尾水中氨氮含量較高，呈現(xiàn)N/C值高的進水水質(zhì)特征。根據(jù)這一水質(zhì)特征，污水處理工程采用“垂直流人工濕地+滲濾壩”和“自由表面流濕地+水體人工強化自凈生態(tài)工藝”。人工濕地床鋪設(shè)1.5m不同規(guī)格的碎石填層，通過層內(nèi)微生物吸收凈化水質(zhì)，表面層種植蘆葦、香蒲等植物凈化水質(zhì)，并在水東橋下游至東焦河水庫22km的河道范圍內(nèi)設(shè)立三個滲濾壩，在東焦河水庫深水區(qū)布設(shè)柔性人工水草，淺水區(qū)種植各類水生植物，在水體內(nèi)放養(yǎng)魚、螺、蚌等水生動物，形成一個自然的水體生態(tài)系統(tǒng)，對水體進一步凈化。

晉城市丹河人工濕地處理工程于2013年8月整體完工并投入運行，達到日處理污水10萬m³的設(shè)計目標(biāo)，每年可削減氨氮540t、化學(xué)需氧量2000余t。建成垂直流人工濕地315畝；表面流人工濕地475畝；沉淀池3個；完成種植蘆葦、香蒲等各類水生植物350萬株；鋪設(shè)柔性人工水草2萬m²，形成了790畝的植物長廊和26萬m²的景觀水面。

丹河的水質(zhì)得到明顯改善，東焦河水庫庫尾水質(zhì)比較穩(wěn)定，達到地表水Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，徹底解決了晉豫兩省水環(huán)境糾紛，有效保護了郭壁泉飲用水源地，真正成為了晉城一條有特色的生態(tài)長廊。同時，與東焦河水庫、玨山景區(qū)、龍門景區(qū)、青蓮寺和正在建設(shè)的太原科技大學(xué)晉城校區(qū)、市委黨校融為一體，成為提高城市品位，彰顯生態(tài)晉城、宜居晉城的特色區(qū)域。

  3.工程的技術(shù)創(chuàng)新

  3.1新型人工濕地技術(shù)

該技術(shù)來源于 “一種適用于低C/N污水處理的人工濕地”的發(fā)明專利，構(gòu)建了新型床層結(jié)構(gòu)、導(dǎo)氣管、補水系統(tǒng)和出水系統(tǒng)，將床層結(jié)構(gòu)設(shè)計成由上至下依次設(shè)置的至少3個填料層，加大了床層結(jié)構(gòu)的深度和截面積，提高污水處理能力，補水系統(tǒng)也大大提高脫氮效果。其構(gòu)建的人工濕地具有占地面積小、節(jié)能、不易堵塞、運行穩(wěn)定性好、景觀效果佳等優(yōu)點。

  3.2多效生態(tài)浮床技術(shù)

該技術(shù)是以高分子材料為載體和基質(zhì)，運用無土栽培技術(shù)，將空心菜、萵苣等經(jīng)濟作物進行浮法種植以取得經(jīng)濟和環(huán)境的雙重效益。一方面，浮床通過遮擋陽光抑制藻類的光合作用，減少浮游植物生長量，提高水體的透明度。另一方面，通過植物的光合作用和根系的泌氧過程，促進根系區(qū)域生物膜的發(fā)育，提升脫氮除磷的效率，并促進懸浮物的沉降，分解吸收有機污染物。此外，浮床上的植物可供鳥類棲息，下部植物根系能為魚類提供食物，形成魚類和水生昆蟲棲息環(huán)境，在修復(fù)受損生態(tài)系統(tǒng)的同時促進水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展。

   3.3人工水草技術(shù)

   該技術(shù)應(yīng)用了“一種污水原位凈化裝置”和“迅速提高水體透明度的方法及植物地毯”的專利。人工水草通過提供巨大的生物附著表面積，為水中微生物和有益菌類等的生長、繁殖提供附著表面，并利用生物工程原理和精確設(shè)計的水惰性基質(zhì)來選擇優(yōu)勢微生物種群，構(gòu)建適合于不同微生物群落生長繁殖的三維復(fù)合結(jié)構(gòu)，強化生物降解作用，有效分解水中的有機污染物和促進水體生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)。除本工程外，該技術(shù)還在國內(nèi)諸多工程如武漢市四美塘、內(nèi)沙湖水質(zhì)提檔工程，官橋湖水污染治理工程，廣州荔枝灣河涌水質(zhì)改善與生態(tài)修復(fù)工程等工程中有大量應(yīng)用，效果明顯。

   3.4滲濾床（壩）—自由表面流濕地凈化技術(shù)

滲濾床（壩）—自由表面流濕地凈化技術(shù)是將污水的人工濕地處理原理、快速生物滲濾床處理機理和前置庫處理技術(shù)三者相結(jié)合，設(shè)計構(gòu)建的污水處理生態(tài)工程系統(tǒng)。該系統(tǒng)是在低比降緩流河道中利用礫石和碎石構(gòu)筑透水堆石壩和快速滲濾礫（碎）石床，提高壩上游河道水位并形成淺水水庫，在庫前端構(gòu)成快速生物滲濾床處理單元，在庫中、上游區(qū)構(gòu)成自由表面流或混合流碎石床濕地單元，使整個蓄水區(qū)則成為高效凈水前置庫。有資料表明，在熱帶和亞熱帶的緩流平原水網(wǎng)河道中構(gòu)建的滲濾床（壩）—表面流濕地—前置庫工程，可去除70﹪的TN、80﹪的TP和90﹪以上的泥沙。

  3.5生態(tài)河道治理技術(shù)

該技術(shù)集成了生物浮島構(gòu)建技術(shù)、生態(tài)恢復(fù)技術(shù)、河道水質(zhì)強化凈化技術(shù)、岸帶景觀建設(shè)技術(shù)等多項技術(shù)。通過這些技術(shù)的集成優(yōu)化，形成河道生態(tài)治理技術(shù)體系。其中生物浮島技術(shù)在河道中間構(gòu)建生態(tài)浮島，利用植物的生長從污染水體中吸收污染物、創(chuàng)造生物棲息空間。生態(tài)恢復(fù)技術(shù)是通過優(yōu)化和調(diào)整水域中的動植物種群結(jié)構(gòu)，恢復(fù)或構(gòu)建健康的生態(tài)系統(tǒng)。河道水質(zhì)強化凈化技術(shù)是將成熟適用的污水處理技術(shù)如曝氣、造流、投加生物菌劑等應(yīng)用于河道改善。生態(tài)護岸技術(shù)為建造具有綠色植被坡面的永久型護岸，既有一定的結(jié)構(gòu)強度，又能為生物的繁育提供棲息場所與生境，同時還可以起到對面源污染的攔截和削減的作用。生態(tài)河道技術(shù)的綜合應(yīng)用能使原河道在得到生態(tài)修復(fù)的同時具備較強的自凈能力和較好的景觀效果。

  3.6水庫人工強化自凈技術(shù)

  水庫人工強化自凈生態(tài)系統(tǒng)是運用生態(tài)學(xué)原理，在水庫中構(gòu)建或恢復(fù)清水型生態(tài)系統(tǒng)，為動植物和微生物創(chuàng)造有利的生存環(huán)境，通過動植物和微生物的綜合作用，將游離于水體中的有機物和N、P等營養(yǎng)元素，通過植物和微生物進行吸收或轉(zhuǎn)化，由食物鏈向上層移動，達到凈化水質(zhì)的目的。

  3.7高效水生植物群落構(gòu)建技術(shù)

  該技術(shù)是通過不同類型水生植物的種植和合理搭配，起到恢復(fù)受損水體生態(tài)功能、提高水體自凈能力、美化景觀的作用。

  丹河人工濕地處理工程為我國治理截污不徹底、污染負荷高的河道積累了一定的成功經(jīng)驗，其采用的多項創(chuàng)新技術(shù)具有廣泛適用性，具備較大的推廣價值。

原文刊于《長江技術(shù)經(jīng)濟》雜志2014年6月總第3期