人工湿地系统的运行管理及强化措施.docx

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人工湿地系统的运行管理及强化措施

人工湿地系统的运行管理及强化措施

2021年2月

1人工湿地系统的运行管理及强化措施

湿地系统的运行维护和管理是湿地系统污水处理和生态修复效果的重要保障。

科学的运行管理不仅可以保持人工湿地处理系统对污染物稳定、高效的去除效果，减少危害人工湿地使用寿命的悄况发生，同时通过适当的管理维护，可以解决人工湿地可能带来的一些生态问题，充分发挥其美化环境、丰富物种的社会效应。

1.1运行关键技术

垂直流人工湿地因水力负荷较高，对氮、磷污染物去除效果好等优点在我国南方广泛采用。

然而，北方低温天气可能造成人1:

湿地内布水管冻裂等情况影响布水，因此我国北方及中部多采用水平潜流人工湿地，而且在运行中还需要进行定期的冻土深度测试和保温措施。

对于新建人工湿地，应尽快建立独特的“土壤（碎石）植物微生物”污水净化生态系统，发挥“物理化学生物”净水多重协同作用。

同时，人工湿地堵塞是其运行管理中不可逃避的技术难題。

本课题重点探讨水质管理、植物管理、防堵塞管理、冬季运行管理、气味管理和蚊蝇控制六大人丄湿地运行管理共性关键技术。

1.1.1水质管理

随着人工湿地污水深度处理工程的增多，人工湿地水质管理有待规范。

据了解，采用人工湿地进行污水处理厂尾水深度处理的工程中，污水处理厂和人工湿地之间普遍存在一定的空间距离，分别山不同的单位运营管理，显然这不符合工艺管理的系统性原理。

水质管理应参照《城镇污水处理厂运行、维护及安全技术规程》（CJJ60-2011）中化验检测章节执行，主要包括人工湿地进水水质和湿地内关键工艺节点水质管理两个方面。

众所周知，人工湿地表面有机负荷与其进出水污染物浓度和面积有关，在面积一定的情况下应尽可能减少进水污染物浓度，从而达到减轻人工湿地有机负荷的作用，故对人工湿地进水水质进行管理非常重要。

水质管理上一般需要每天对污水处理厂出水水质进行分析检测，还通过优化处理厂水处理工艺确保二级生化处理处理效果，实际运行中出水可接近或达到一级A标准，从而可以大大减轻

人丄湿地的污染物负荷。

此外，固体悬浮物（SS）是引起人工湿地堵塞最重要的因素之一。

在污水厂和人工湿地中间可以设置一级植物塘，经过一级植物塘的过滤、沉淀和预处理后，可进一步提高人工湿地进水水质，降低人工湿地进水SS负荷和有机负荷。

科学有效的水质管理，可为人工湿地出水指标排放提供保障，还能为湿地中紫外装置的节能环保运行提供依据和支撑。

1.1.2植物管理

植物是人工湿地生态系统最重要的组成部分，是人丄湿地生态景观最重要的载体，是人工湿地工艺系统发挥污水净化功能重要的工具之一。

植物塘和生态河道分浅水区、过渡区和深水区设置，浅水区种植千屈菜、芦苇、莢白、水葱等挺水植物，过渡区种植睡莲、黃花水龙、空心莲子草、水芹菜等浮水植物，深水区种植狐尾藻、眼子菜等沉水植物。

植物塘和生态河道在调试期间注意建立“沉水-浮水-挺水”植物群落系统，否则植物塘、生态河道因氮和磷浓度较高可能出现大量藻类引起人工湿地布水管道堵塞。

人工湿地池内选用耐污能力强、根系发达、去污效果好、容易管理的本土植物如香蒲、黃菖蒲、芦苇、千屈菜、美人蕉、菱口、灯心草和旱伞草等多种水生植物。

植物栽种后注意调节人工湿地系统水位，一般将湿地内水位逐渐往下降，确保植物根系尽可能往深的方向生长。

植物死亡残体及其分解产物是人工湿地有机物量（生物量）重要的贡献者，是引起有机物堵塞的重要原因之一。

死亡植物的维护管理不到位还极大影响湿地景观效果。

人工湿地植物维护管理主要包括缺苗补种、病虫害防治、朵草清除、植物收割和整理枯枝落叶等。

湿地植物管理每年3〜4月组织人员对植株密度进行统计，发现死亡情况及时补种，补种一般选择在春节，不选用苗龄过小的梢物。

人工湿地作为一个仿自然生态系统，也会发生病虫害，病虫害的发生对人工湿地的运行效果特别是植物的产量和生长情况产生影响，进而影响对污水的处理效果。

在植物的生长过程中，注意观察植物是否发生病虫害，不大规模使用杀虫剂进行病虫害防治。

人工湿地水热条件好且富含营养，杂草极易生长。

控制杂草，让湿地水生植物生长占优，有助于改善整体景观；适当保持杂草有助于提髙生物多样性，维系生态系统的平衡。

杂草主要通过人工拔除方式来控制。

定期植物收割可以减少植物之间因化感作用相互影响或是因植物的枯枝落叶经水淋或微生物的作用释放出克生物质，抑制植物的生长。

同时，在每年秋末冬初收割植物会使来年春天植物生长更加旺盛和美观。

U前，人丄湿地植物收割时间管理还缺乏科学性。

有报道表明一年周期内污染物在湿地植物地上部分积累有最大值时期，在最大值时期收割可以有效地去除污染物。

提前收割，累积在植物地上部分污染物还没有达到年内最大值，没有充分发挥水生植物的污染物净化功能；延迟收割，超过污染物在湿地植物最大积累时期收割，植物会将已经吸收的污染物乂转移到地下部分，污染物无法彻底脱离水体，降低污染物去除效率，同时对湿地水体依然构成威胁；延迟收割大量枯枝落叶和植物残体可能长时间留存在湿地内从而引起堵塞。

但不同植物地上部分污染物积累最大值时期难于把握,LI前也没有这方面的文献报道。

植物收割时，首先确保水面在碎石填料表面以下5〜10cm,表面流应调整为水平潜流湿地后再进行植物收割，同时还组织人员及时将植物收割时留下的枯枝落叶和植物残体移出人工湿地系统。

1.1.3防堵塞管理

（1）人工湿地堵塞机制

人工湿地堵塞的形成机制可分为三个阶段：

①渗透速率接近开始的运行水平,但呈下降趋势；②渗透速率缓慢稳定下降；③基质表面间歇渗透直到持续积水。

在人工湿地的渗透初期，污水中的SS开始在湿地填料表面和孔隙中聚集，堵塞部分填料孔隙，使基质层局部的氧化还原电位下降并开始形成厌氧微环境。

氧化还原电位高则反映了基质层中微生物的氧化能力强，胞外聚合物的蓄积较缓慢：

反之，则还原水平高，微生物产生的胞外聚合物在填料孔隙内越聚越多，具有很高的堵塞潜能。

随着污水渗透的进行，厌氧区域的基质层逐渐趋于还原状态，微生物的胞外聚合物不断积累，进一步堵塞了填料孔隙，使厌氧形成过程进一步加速。

此时的堵塞称为暂时性堵塞。

山于细菌胞外多聚物的高含水性，这种堵塞经一段时间的落干（即湿地不过水而干化）后可以消除。

在堵塞过程的后期，基质层的结构特别是土壤的团粒结构被破坏，所形成的细微粘土粒子与许多淤积的SS共同组成致密不透水层，胞外聚合物不断凝聚和吸附不同粒径的悬浮或胶体状态的底物，进而形成大粒径絮团状的累积物，造成有机物和无机物共同积累，加速并继续堵塞填料孔隙。

随着生物量的增加，进水区的厌氧化程度加剧，有机固体颗粒的累积加速，最终在各种因素的综合作用下，基质层的孔隙被完全堵塞，净化能力消失，此时形成的堵塞很难再通过落干等操作消除，可以认为是一种永久性的堵塞。

当堵塞现象发生时，水体的有效停留时间缩短，出现短流或绕流等现象。

可见，人工湿地的堵塞是山沉降和被过滤的固体颗粒在微生物作用下累积而成，填料表面的堵塞层和空隙中的截留物质山厌氧分解产物（如多糖类物质、胞外聚合物）以及未能降解的有机化合物组成。

（2）人工湿地防堵塞设计

人工湿地防堵塞设讣主要考虑预处理、湿地单元结构设讣和合理配置植物等方面。

•预处理

预处理可最大程度地减少悬浮物质，降低湿地的有机负荷。

预处理工艺通常釆用格栅、沉淀或沉砂一级处理工艺，必要时也可采用预曝气、水解酸化等。

通常采用悬浮物去除效果较好、投资和运行费用较低的构筑物。

水解酸化：

为了有效地控制人工湿地的堵塞问题，可采用水解酸化作为预处理工艺，一方面去除和截留悬浮固体，避免床体堵塞；另一方面可通过降解有机污染物，提高污水的可生化性，减轻湿地系统处理负荷，实现出水水质稳定和优良的效果；预曝气：

厌氧状态是导致基质中胞外聚合物积累的重要原因，污水中的溶解氧的浓度高时，局部基质的Eh值也会高，土壤微生物新陈代谢活性就高，有机质中间代谢产物产生的量就低，基质的堵塞悄况可以得到一定程度的缓解。

因此对污水进行预曝气充氧可以起到一定的预防堵塞作用，曝气可以提高湿地基质中的DO值，使微生物的分解作用得以更好地发挥，同时也可防止土壤中胞外聚合物的蓄积。

•湿地单元结构设讣

在设计湿地单元时，通常要考虑基质粒径、有机负荷、悬浮物、温度、污水投配情况、植物和微生物及运行周期等儿个造成基质堵塞的因素。

进水区：

据资料介绍，在湿地处理系统中，由于进水中含有大量悬浮物，再加上植物根系的生长，介质的有效孔隙会逐渐减小。

如果孔隙减少1/3,水力传导率就会下降一个数量级。

在湿地进水端，山于各种污染物浓度较高，微生物大量繁殖并进行营养物循环和BOD减量，造成各种沉积物在湿地中积累，因此，湿地进水端的堵塞问题要比下游严重得多，进而造成进水端水力传导率的下降。

通常我们在进行湿地单元设讣时，进水区选择孔隙率较大的基质，比如d80〜dl20nun的卵石（大头石），以免造成堵塞，影响水流传导，造成雍水现象。

布水系统：

潜流湿地进水系统的设计应尽量保证配水的均匀性。

通常为：

铺设在地面和地下的多头导管、与水流方向垂直的敞开沟渠以及简单的单点溢流装置。

系统的进水流量可通过阀或闸板调节，过多的流量或紧急变化时应有溢流、分流措施。

人工湿地如采用穿孔管进水，穿孔管的最大孔间距不应超过湿地宽度的10%o

基质粒径及级配：

基质粒径及级配的选择应在保证净化效果和防止堵塞两者之间选择一个平衡点。

自下而上各层填料的分布：

夯实粘土,HDPE防水土工膜，不同粒径、不同级配的基质床层，粗砂，种植土，湿地内分别种植芦苇、菱白、香蒲等湿生植物和观赏型花卉。

在施工中，湿地基质要求选用洁净的石料，且石料粒径规格严格按照设讣要求进行釆购。

填料应在技术人员指导下按设计要求分层敷设。

避免石料中夹带泥沙或其他杂质，造成湿地堵塞，影响湿地的运行寿命。

设置倒膜装置：

在潜流人工湿地设计•时考虑湿地单元的堵塞问题，在每一个湿地单元中应设置清淤装置，定期将湿地运行过程中产生的沉淀物、截留物以及剥落的生物膜排出湿地单元，保证湿地中水流畅通。

倒膜装置可以采用穿孔管多点底部排水的方式。

•合理配置植物

湿地植物有助于防止基质堵塞：

（1）植物通过降低湿地中水的流速能够为悬浮物沉淀创造一个良好的条件并且能够阻止悬浮物腐烂；

（2）生长于基质粒料间的植物根系有助于有机物质的降解并为污水通过基质创造通道；（3）植物根系能够为其周用传输90%的氧，这可以促进有机物的好氧分解和硝化细菌的生长。

根据气候因素配置植物：

植物对污水的净化能力受季节性影响，冬季时生命活动降低，对污水的净化效果下降,夏季时新陈代谢旺盛，对污水的净化效果好。

因此，应根据本地区的气候特点合理配置植物，在温度比较高的地区配置一些喜温植物，在冬季，可以选择一些常绿植物，增强人工湿地的净化能力，同时也增加人工湿地的景观效果。

根据人工湿地类型和填料配置植物：

填料的理化性质影响了植物的生长、微生物活性，最终影响人工湿地的净化能力，填料的选择比较广泛，然而各种材料的理化性质差异比较大，不同的植物适合于不同的物理化学环境，所以应根据材

料的理化性质配置植物。

除此之外，还应根据不同的人丄湿地类型而配置植物，如表面流人工湿地可配置沉水植物。

（3）人工湿地堵塞对策

对于堵塞人工湿地，可采用停床轮休、施用微生物抑制剂或溶菌剂（5%次氯酸钠等，因人工湿地处理工艺主要依靠微生物的代谢活动去除污染物，因此，抑制微生物活性或者杀死微生物防止基质堵塞的措施有待深入研究）、反冲洗、基质更换与清洗等方式进行清理。

反冲洗是污水处理工程中解决滤料堵塞问题有效的技术措施。

人工湿地发生淤堵使COD去除率下降，反冲洗后随着水力停留时间的延长，COD去除率较反冲洗前有所提高。

堵塞型垂直潜流人工湿地采取反冲洗措施后，水力传导性能得以大幅提高，从而促使人工湿地雍水状况得到根本改善。

湿地淤堵的不得已解决措施是清洗和更换基质填料。

包括潜流湿地系统的表层清淤和湿地系统的翻床处理。

湿地中积累的有机物主要集中在表层，堵塞也主要发生在湿地表层0〜15cm处。

对于下潜式垂直流湿地而言通过清洗或更换湿地表层基质可以有效地恢复人工湿地的功能。

对于水平流或上升式垂直流湿地，则需要对湿地布水前段区域作翻床处理，清洗或更换基质填料才能达到恢复效果。

上述措施的缺点是对大规模的湿地而言工程量较大、更换困难、更换时间长，更换期人工湿地单元需要停床。

1.1.4冬季运行管理

冬季因为温度低而微生物活性降低，为促进湿地效果需要延长水力停留时间,冬天湿地中的大型植物可用作覆盖层来保护根围结构免于冰冻。

从湿地类型来考虑，潜流湿地的保温效果优于表面流湿地。

低温是影响人丄湿地处理效率的主要因素之一。

进入冬季后，①根据气候情况，准备进行湿地植物割除工作；②首先，保持湿地低水位运行，数日后待湿地土壤结冻;③然后人工或者利用割草机割掉芦苇、芙口等湿地植物；④冬季整个湿地系统保持中低水位运行；⑤每日监测湿地处理水量、进出水水温，当日气温，做好值班记录。

1.1.5蚊蝇控制

山于蚊子能够传染疾病，影响人类的健康，因此蚊子的控制是表面流型人工湿地处理系统必须考虑的生态问题。

尤其肖人丄湿地处理系统离人类居住区较近时，这个问题如果得不到解决，会引起附近居民的反感。

虽然无法做到根除湿地系统中产生的蚊蝇，但通过大量的研究，已经形成了一些比较成熟的控制蚊绳的方法。

保持人工湿地系统中水体流动是非常有利于减少蚊蝇数量的，可以通过水泵提取或在水面安置机械曝气设备来强化边缘水域的水体流动，这不利于蚊蝇幼虫的发育，同时会增加水中的溶解氧含量，有利于提高出水水质。

也可以在人工湿地系统中设置洒水装置，通过向水面洒水来阻碍蚊蝇向水中产卵，这样不仅可以达到控制蚊蝇的H的，还可以和水景观结合起来增加湿地系统的观赏性。

湿地系统中高大的挺水植物成熟后容易发生弯曲或伏倒在水面上，这种生境非常有利于蚊蝇的孳生。

因此可以通过加强湿地植物的管理来控制蚊蝇，在水边种植水生植物，或种植低矮的植株并每年进行收割。

必要时可以在蚊蝇产卵的季节使用杆菌杀死蚊卵，或使用能够导致蚊子幼虫发育衰减的激素来控制蚊蝇。

1.2冬季运行强化措施

影响人丄湿地在低温下运行效果的重要因素就是温度，这也是阻碍人匸湿地在低温寒冷地区广泛推广使用的原因。

因此，对于人工湿地运行的强化措施就是用各种方法来保证人工湿地的温度尽可能适宜，从而使其正常运行，其至更好地发挥效果。

1.2.1人工湿地内部强化措施

（1）流量控制。

冬季低温条件下，湿地植物生长缓慢或停止生长，湿地系统内部的微生物活性大大减弱，对污水的净化功能造成一定影响。

为保证湿地出水水质，适当控制进水流量，使系统在较低水力负荷条件下运行，可以有效保证湿地的运行效果。

（2）植物配置。

植物的种类和形态影响附着其生长的主物量，从而影响有机物去除效果。

冬季低温地区应种植耐寒性强、生物量多、根区丰富、繁殖性能及氧气传输能力好的植物。

（3）使用活性污泥对人匸湿地基质挂膜。

湿地微生物对有机物和氮的去除作用最大，通过挂膜增加湿地系统内部的微生物数量和种类，从而提高人丄湿地的处理效果。

（4）填料基质选择。

在冬季低温条件下应选择孔隙率大、P吸附能力强的填料基质。

疏松、通气性好、比表面积大的填料基质有利于空气中的氧气进入湿地，可促进硝化作用去除氨氮。

（5）添加碳源强化反硝化。

碳源是影响反硝化反应正常运行的因素之一。

温度降低导致微生物代谢速率下降，充足的碳源是反硝化细菌正常代谢的保证。

（6）引入AO工艺。

A就是厌氧段，主要用于脱N除P；O就是好氧段，主要用于去除水中的有机物。

它除了可去除废水中的有机污染物外，还可同时去除N,Po

1.2.2人工湿地外部强化措施分析

在冬季夜晚气温骤降或结霜期间，可在湿地表面直接搭建薄膜大棚，一方面起到保温的作用，一方面保护湿地植物在霜降等极端寒冷气候不受到直接伤害;或者在湿地表面覆盖已收割的植物。

1.3湿地运行手册

13.1潜流湿地系统

（1）本系统的潜流湿地共由180个湿地单元组成，分成4个分区。

每个湿地单元进水由配水渠内的入水阀门进行控制，出水山收水渠汇集。

（2）向潜流湿地系统进水之前，应检查确保湿地单元所有入水阀门处于开启状态（如需检修关闭情况除外）。

（3）湿地系统进水后，应巡视配水管道、阀门工作状况，是否正常进水，以及是否有渗漏等情况发生，并要防止植物残体及其它漂浮物引起堵塞，或者人为破坏等。

（4）湿地系统进水后，检查各湿地单元集水口出水是否正常并且均匀，发现出水异常的单元应立即上报检修。

（5）每天至少两次巡视潜流湿地，观察进水、出水状况，植物长势与病虫害情况，保持湿地区域内的卫生与景观。

（6）每周监测一次湿地入水、出水水质，分析主要指标有COD、BOD5、SS、NH3-N、TP、pH值等，发现异常及时汇报。

（7）在湿地系统运行过程中，需要根据季节以及植物生长特征调整内部水位。

每个湿地单元出水管上安装有调节水位装置，即高、中、低三个阀门。

（8）每个湿地单元在收水渠一侧设有一个倒膜阀门，应根据需要不定期进行倒膜操作，避免湿地单元内发生堵塞。

（9）在湿地系统运行期间（冬季除外），禁止人员随意入内进行踩踏或者作业，以免破坏湿地结构，在特殊情况下，应先放空该湿地单元内的水，待表层土壤干硬可以承重后方可进入。

（10）注意保护湿地区域内的野生动物，禁止捕猎。

2）春季操作规程

（1）从3月中下旬开始应密切注意天气变化，每日观测湿地地温与植物萌发情况。

（2）进行潜流湿地水位调整，采取干湿交替的上水方式。

（3）如果在春季湿地系统水量缺乏，为了保证植物的萌发，可以考虑抽取地下水或者干净的河水对植物进行灌溉。

（4）严禁使用各种化学除草剂。

3）夏季操作规程

（1）夏季注意保持湿地内的水位处于淹没表层，抑制旱生杂草的萌发。

（2）在6-7月份，采取干湿交替的上水方式，进行两次短期的短期排水，此时正值高温季节，微生物呼吸强度大，土壤和水中氧气消耗快。

（3）及时人工清理除掉湿地中各种杂草，如水稗草等，保留主要作物芦苇、芙白、香蒲、菖蒲等其它有益的湿地植物，形成物种的多样性。

（4）注意植物病虫害的发展，特别是连续干旱少雨闷热天气为虫害的高发期，常见的虫害有蜗虫、螟虫、象屮虫等，每天观察植物叶片，发现有枯黄、打卷、生长缓慢或者虫卵聚集等问题，及时对症打药处理，一般选择低毒可降解的农药种类，在晴朗天气喷洒，最好使用高压气泵在湿地外围向内喷洒作业。

（5）注意防范麝田鼠等鼠类对湿地的破坏，如果发现老鼠在湿地内筑穴，应该使用鼠夹等方法去除鼠患。

（6）夏季进入汛期后，要确保湿地单元的安全，防止暴雨期间洪水可能浸入湿地。

4）秋季操作规程

（1）进入秋季以后，可以根据气候情况保持中水位运行，根据湿地植物倒

伏情况，做出运行水位选择。

（2）严禁人员进入湿地采摘莢口或者蒲棒等，以免对湿地结构或者植物产生破坏，也避免莢白等作为食物对人体可能造成的潜在危害。

（3）秋冬季节要严格做好防火安全工作，湿地周围标立防火警示牌，任何人不准带火种进场，值班人员要做到每天巡视现场。

5）冬季操作规程

（1）进入冬季后，根据气候情况，准备进行湿地植物割除工作。

（2）首先，保持湿地低水位运行，数日后待湿地土壤结冻。

（3）然后人工或者利用割草机割掉芦苇、芙口等湿地植物。

（4）冬季整个湿地系统保持中低水位运行。

（5）每日监测湿地处理水量、进出水水温，当日气温，做好值班记录。

13.2表流湿地处理系统

1）扩能改造工程表流湿地分为功能表流湿地和表流湿地塘系统两部分。

功能表流湿地种植物主要是芦苇和芟口，表流湿地塘系统种植物主要是香蒲、菖蒲、荷花等。

2）扩能改造工程表流湿地的入水是山主干道阀门D2和D3来控制，出水直入伊通河。

要根据不同时期、不同季节，以及植物的生长情况，调整入水量。

3）要按规定做好表流湿地的巡视丄作，查看内容主要包括：

（1）功能表流湿地的水位情况。

（2）表流湿地总出水情况与D2和D3的启闭情况，确保湿地出入水正常。

（3）塘系统的水位情况。

（4）各塘之间情况，尤其注意：

乩每年3-4月份土壤化冻后，要对坡上湿地进行查找鼠洞和漏点（特别各塘连接处），并予以堵塞；进水后，要认真查看围坝处有无渗漏点，如有要及时填堵或上报。

b.每年雨季时，要注意观察浑河水位和对坡下湿地拦截坝的冲刷情况，如有异常要立即上报。

（5）各出水口情况。

（6）植物的生长及病、虫害情况等。

4）如发现问题要及时采取有效措施予以解决，处理不了的要立即上报。

5）维护表流湿地景观并做好卫生工作。

6）保护表流湿地植物，阻止游人进入破坏植物。

7）冬季对表流湿地的植物进行收割并做好防火工作。

13.3辅助设施设备及其他

1）每周三提取取水样。

通常为3个检测点，包括进水口1个点，过河泵站集水池1个点，表流湿地出水口1个点。

此外，还有不同时期上级安排的其他取水检测点。

2）草坪等是湿地的重要景观之一，要注意维护与保养。

根据天气及其生长情况，进行浇灌与除草。

在使用相关设备（如汽油泵、割草机等）时，要注意安全，尤其是在加油时更要注意防火。