淺談潛流人工濕地的設計與施工

王建設 董淑珍 王晨龍

一、引言

人工濕地是運用生態學原理，人為地控制植物、基質、微生物以及水力學條件等影響凈化效果的因子，從而實現污染物的去除，并能在實際工程中加以推廣應用的一種水體生態修復技術，其作用機理包括吸附、滯留、過濾、氧化還原、沉淀、微生物分解、轉化、植物遮蔽、殘留物積累、蒸騰水分和養分吸收及各類生物的作用。

人工濕地特別適合處理景觀用水區附近的污水，為水體提供潔凈的水源。本文以臨沂大學城污水處理廠尾水人工濕地深度凈化及資源綜合利用工程為例，通過對該工程潛流人工濕地的設計與施工的闡述，以期對潛流人工濕地系統進一步推廣應用提供參考依據。

二、工程設計

1.潛流人工濕地特點及工藝比選

潛流人工濕地根據水體在基質填料間流動方式不同分為水平潛流人工濕地（HFCW）和垂直潛流人工濕地（VFCW）。

（1）水平潛流的布水和水流方式是水體從床體一端以水平流方式從填充基質表面以下流向出水端，主要通過介質攔截過濾、植物根系及填料表面生物膜的降解以及植物吸收等作用實現污水凈化。其特點在于水力負荷高，對 SS、BOD5、CODCr和重金屬等污染物去除效果好，具由一定的保溫效果，投資和運行成本高于表流、低于垂直潛流，適宜在北方地區建設運行。

（2）垂直潛流人工濕地（VFCW）的布水方式是污水垂直向通過人工濕地床體基質層，可分為下行垂直潛流和上行垂直潛流兩種形式。其特點是具有較高的輸氧能力，去污能力較強；但其SS去除能力較差、易堵塞，布水管道多、建設投資較高，控制相對復雜；不適宜在北方寒冷的冬季運行，較適宜于我國南方地區采用。

（3）復合流潛流人工濕地的工藝布水方式和水流方式是水體在人工濕地床體內以水平流與上升垂直流相結合的水力流態，從床體一端經填充基質流向出水端，主要通過基質攔截過濾、植物根系和基質表面生物膜的生物降解、植物吸收等作用，以及導淤層的倒膜清淤，并配套一定的暖季運行模式和冷季保溫越冬運行模式，實現對污水的高效凈化與全年穩定運行。其優勢特點在于水力負荷和污染負荷高、保溫效果好、防堵塞、管理方便，適宜在北方地區建設運行，所以本項目選擇復合流潛流人工濕地工藝。

2.潛流濕地單元設計

工程復合流潛流人工濕地設計建設有效面積為3.87hm2，建設占地面積為4.20hm2，設計分為56個單元。共分四個區，潛流濕地一區，該區建設面積1.25hm2，有效面積1.15hm2，設計分為18個單元；潛流濕地二區，該區建設面積1.60hm2，有效面積1.47hm2，設計分為19個單元；潛流濕地三區，該區建設面積0.58hm2，有效面積0.54hm2，設計分為7個單元；潛流濕地四區，該區建設面積0.77hm2，有效面積0.72hm2，設計分為12單元。潛流濕地一區、二區、三區、四區采取并聯方式布設，可有效保證濕地正常運行和日常維護檢修。

系統單元的深度是潛流人工濕地污水處理設計、運行和維護的重要參數。根據《人工濕地污水處理工程技術規范》（HJ2005-2010）通常潛流人工濕地的深度宜為0.4～1.6m，結合北方人工濕地污水處理技術建設運行經驗及該項目土壤標準凍結深度，同時降低建設成本，本項目單元設計深度為1.2m。

3.填料設計

潛流濕地單元墻深度1.4m，填料及種植層為1.2m。由防滲膜、填料層、濕地植物、集配水系統及導膜管構成。自下而上各層填料分布：夯實三合土、夯實黏土、土工膜、粗砂層、填料層、粗砂級配填裝、種植土。潛流人工濕地基質層分布結構見表1。

4.單元墻體設計

潛流人工濕地外墻為370mm磚墻，內部分隔墻為240mm磚墻，磚墻為MU20燒結普通磚、M10水泥砂漿砌筑，墻體外表面及頂面涂防水砂漿。

5.集水渠、配水渠設計

濕地集水渠及配水渠由兩道墻體組成，集水渠寬800mm，渠底為200mm厚鋼筋混凝土底板，底板下設100mm厚C15素混凝土墊層。渠道墻體每隔4m距離設置一道支撐梁，支撐梁兩側設有構造柱，支撐梁為預制，構造柱為現澆。渠頂鋪設預制鋼筋混凝土蓋板。沿渠道長度方向間隔30m設置一道伸縮縫，防止墻體過長產生裂縫。

所有穿墻管的防水均采用12mm厚U-PVC板，雙向擠壓土工膜防滲。每個DN80的配水管上面均有閥門控制，通過觀察出水口流量，可以微調進入每個濕地單元的閥門，控制進入每個濕地單元的進水流量。

三、工程施工控制

潛流濕地施工工藝：土方開挖→配水渠、集水渠和隔墻施工→水位調節井→退水管施工→填料施工。

1.土方開挖

工程構筑物基礎坐落在原狀密實土層上，水位調節井、配水渠基礎承載壓強不小于80kPa，進水調節池、轉折井和集水渠要求為120kPa。土方開挖過程中預留20cm人工清底。

2.基底處理

基底進行準確整平后，一定要仔細檢查平整度和密實度，保證不能有鼓包和洼坑，而且也不能有泥和存水、樹根、石塊等雜物，否則將會嚴重影響土工膜的防滲效果。

3.復合土工膜鋪設

（1）復合土工膜生產廠家確定后，由工程參建方進行廠家考查確定材料質量及供應情況。材料進場時廠家應提供產品合格證、質量保證書和檢驗報告，由監理單位見證取樣送具有相應資質的試驗單位進行抽檢合格后方可用于施工。

（2）鋪設應在干燥溫和天氣進行，為了便于拼接防止應力集中，復合土工膜鋪設采用波浪形松馳方式富余度約為1.5%，攤開后及時拉平拉開，要求無突起褶皺，施工人員應穿平底布鞋或軟膠鞋，嚴禁穿釘鞋，以免踩壞土工膜，施工時如發現土工膜損壞應及時修補。

（3）復合土工膜焊接質量的好壞是施工成敗的關鍵，所以務必要做好土工膜的焊接確保焊接質量。土工膜焊接由生產廠家派專業技術人員到現場操作指導培訓，并采用土工膜專用焊接設備進行。本工程土工膜焊接采用 ZPR-210V 型熱合土工膜焊接機。

（4）焊接前必須清除膜面上所有的砂子、泥土等臟物保證膜面干凈，正式焊接前根據施工氣溫進行試焊確定行走速度和施焊溫度，一般掌握行走速度1.5～2.5m/s，施焊溫度為220℃～300℃。焊縫兩條每條寬10mm，兩條焊縫間留有10mm的空腔，用此空腔檢查其焊縫質量。

4.濕地管道鋪設

（1）管材。潛流人工濕地選用管材為PVC和PE兩種材質，集水管、配水管、倒膜管為PVC，主進水管為PE管。進場時經抽檢合格后方可使用。

表1 潛流人工濕地基質層分布結構表

（2）管道安裝的允許偏差和檢驗方法嚴格按標準執行，標高必須嚴格按照規范和施工圖技術要求，確保管道在使用過程中不會出現下撕下撓現象。底部集水管鋪設時確保無異物進入管道，填埋前用無紡布覆蓋保護，填埋時撤去無紡布，并在管周圍做好反濾層保護，確保施工中無細砂直接進入管道，粒料回填完成后及時封蓋保護管口。管道鋪設及填埋后嚴禁機械碾壓，避免破損和翹曲。

（3）管道安裝完畢后，應根據《給水排水管道工程施工及驗收規范》（GB50268-2008）的要求進行閉水試驗。

5.濾料回填施工

（1）濾料分為粗砂、碎石、火山巖三種，粒徑須滿足設計要求，超粒徑比例不得超過5%，粒徑含泥量不大于3%，碎石含碳酸鈣不小于40%，火山巖內外平均孔隙率在40%左右，對水的阻力小，同類濾料相比，所需數量少。

（2）每個單元池體濾料回填施工時，先進行底層驗收，高程達到設計要求方可回填。裝填后每層高程誤差應控制在±5cm以內。

（3）濕地粒料回填時應注意管道安全，避免管道損壞及細料從花管孔隙或管口進入管內。運料斗內的剩余粉末不準倒入濕地床內。

（4）濾料回填施工采用后退法施工，避免對內部結構及回填部分過度碾壓。

四、結語

臨沂大學城污水處理廠尾水人工濕地深度凈化及資源利用工程是臨沂市中心城區水環境綜合整治工程的一個子項目，工程采用EPC總承包模式承建，目前工程已通過環保驗收，濕地出水水質達到《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）Ⅳ標準，滿足設計要求■