我國水環(huán)境面臨著(zhù)水體污染、水資源短缺和洪澇災害等多方面壓力。據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(wèn)題，如何在截污不徹底、污染負荷高的前提下，實(shí)現河道水質(zhì)整體凈化、水生態(tài)環(huán)境全面恢復，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(guò)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(cháng)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80年代以來(lái)，丹河流域城鎮化，工業(yè)化發(fā)展步入快車(chē)道，隨之而來(lái)的是流域內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，水東橋監測斷面化學(xué)需氧量、氨氮超標幾倍到十幾倍，水質(zhì)富營(yíng)養化加劇，龍門(mén)旅游景區游人銳減。2001—2003年，丹河7個(gè)監測斷面中就有6個(gè)斷面達不到水功能類(lèi)別要求， 5個(gè)斷面為劣V類(lèi)水質(zhì)。2004年和2005年的例行監測數據以及地表水實(shí)際檢測結果報告表明，在丹河流域主要支流中，有4條河水質(zhì)嚴重超標，任莊水庫水質(zhì)多項指標超標，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(wèn)題。

  2.丹河人工濕地處理的實(shí)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于2008年拉開(kāi)帷幕。

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

工程總規劃用地1684畝，主要建設內容為防洪工程、污水處理工程。防洪工程設計以30年一遇為標準，采用攔河壩和翻板閘自動(dòng)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(jìn)入濕地。由于當地煤化工企業(yè)較多，工廠(chǎng)排放尾水中氨氮含量較高，呈現N/C值高的進(jìn)水水質(zhì)特征。根據這一水質(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?xún)羯鷳B(tài)工藝”。人工濕地床鋪設1.5m不同規格的碎石填層，通過(guò)層內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的河道范圍內設立三個(gè)滲濾壩，在東焦河水庫深水區布設柔性人工水草，淺水區種植各類(lèi)水生植物，在水體內放養魚(yú)、螺、蚌等水生動(dòng)物，形成一個(gè)自然的水體生態(tài)系統，對水體進(jìn)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(wàn)m³的設計目標，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(gè)；完成種植蘆葦、香蒲等各類(lèi)水生植物350萬(wàn)株；鋪設柔性人工水草2萬(wàn)m²，形成了790畝的植物長(cháng)廊和26萬(wàn)m²的景觀(guān)水面。

丹河的水質(zhì)得到明顯改善，東焦河水庫庫尾水質(zhì)比較穩定，達到地表水Ⅳ類(lèi)水質(zhì)標準，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(cháng)廊。同時(shí)，與東焦河水庫、玨山景區、龍門(mén)景區、青蓮寺和正在建設的太原科技大學(xué)晉城校區、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(lái)源于 “一種適用于低C/N污水處理的人工濕地”的發(fā)明專(zhuān)利，構建了新型床層結構、導氣管、補水系統和出水系統，將床層結構設計成由上至下依次設置的至少3個(gè)填料層，加大了床層結構的深度和截面積，提高污水處理能力，補水系統也大大提高脫氮效果。其構建的人工濕地具有占地面積小、節能、不易堵塞、運行穩定性好、景觀(guān)效果佳等優(yōu)點(diǎn)。

  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(wú)土栽培技術(shù)，將空心菜、萵苣等經(jīng)濟作物進(jìn)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(guò)遮擋陽(yáng)光抑制藻類(lèi)的光合作用，減少浮游植物生長(cháng)量，提高水體的透明度。另一方面，通過(guò)植物的光合作用和根系的泌氧過(guò)程，促進(jìn)根系區域生物膜的發(fā)育，提升脫氮除磷的效率，并促進(jìn)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(niǎo)類(lèi)棲息，下部植物根系能為魚(yú)類(lèi)提供食物，形成魚(yú)類(lèi)和水生昆蟲(chóng)棲息環(huán)境，在修復受損生態(tài)系統的同時(shí)促進(jìn)水產(chǎn)養殖業(yè)的發(fā)展。

   3.3人工水草技術(shù)

   該技術(shù)應用了“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(zhuān)利。人工水草通過(guò)提供巨大的生物附著(zhù)表面積，為水中微生物和有益菌類(lèi)等的生長(cháng)、繁殖提供附著(zhù)表面，并利用生物工程原理和精確設計的水惰性基質(zhì)來(lái)選擇優(yōu)勢微生物種群，構建適合于不同微生物群落生長(cháng)繁殖的三維復合結構，強化生物降解作用，有效分解水中的有機污染物和促進(jìn)水體生態(tài)系統的恢復。除本工程外，該技術(shù)還在國內諸多工程如武漢市四美塘、內沙湖水質(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)修復工程等工程中有大量應用，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)三者相結合，設計構建的污水處理生態(tài)工程系統。該系統是在低比降緩流河道中利用礫石和碎石構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，在庫前端構成快速生物滲濾床處理單元，在庫中、上游區構成自由表面流或混合流碎石床濕地單元，使整個(gè)蓄水區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)集成了生物浮島構建技術(shù)、生態(tài)恢復技術(shù)、河道水質(zhì)強化凈化技術(shù)、岸帶景觀(guān)建設技術(shù)等多項技術(shù)。通過(guò)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)在河道中間構建生態(tài)浮島，利用植物的生長(cháng)從污染水體中吸收污染物、創(chuàng )造生物棲息空間。生態(tài)恢復技術(shù)是通過(guò)優(yōu)化和調整水域中的動(dòng)植物種群結構，恢復或構建健康的生態(tài)系統。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，既有一定的結構強度，又能為生物的繁育提供棲息場(chǎng)所與生境，同時(shí)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)的綜合應用能使原河道在得到生態(tài)修復的同時(shí)具備較強的自?xún)裟芰洼^好的景觀(guān)效果。

  3.6水庫人工強化自?xún)?/span>技術(shù)

  水庫人工強化自?xún)羯鷳B(tài)系統是運用生態(tài)學(xué)原理，在水庫中構建或恢復清水型生態(tài)系統，為動(dòng)植物和微生物創(chuàng )造有利的生存環(huán)境，通過(guò)動(dòng)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(yíng)養元素，通過(guò)植物和微生物進(jìn)行吸收或轉化，由食物鏈向上層移動(dòng)，達到凈化水質(zhì)的目的。

  3.7高效水生植物群落構建技術(shù)

  該技術(shù)是通過(guò)不同類(lèi)型水生植物的種植和合理搭配，起到恢復受損水體生態(tài)功能、提高水體自?xún)裟芰?、美化景觀(guān)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(jià)值。

原文刊于《長(cháng)江技術(shù)經(jīng)濟》雜志2014年6月總第3期