上等生物火山巖濾料廠家解讀|《人工濕地水質凈化技術指南》編制思路與體系

　　上等生物火山巖濾料生產廠家解讀|《人工濕地水質凈化技術指南》編制思路與體系。人工濕地是水質凈化的重要技術之一,對水生態修復和維護生態空間有一定支撐作用。人工濕地出水資源化利用,對于提升河流生態基流保障率、恢復流域水生態系統、促進區域再生水循環利用和推進生態文明建設具有重要意義。《中華人民共和國水污染防治法》明確提出因地制宜建設人工濕地,《重點流域水生態環境保護“十四五”規劃編制技術大綱》將濕地恢復(建設)列為考核指標,《關于推進污水資源化利用的指導意見》將人工濕地作為實現污水資源化利用的重要途徑。2021年4月30日，生態環境部發布《人工濕地水質凈化技術指南》(簡稱《指南》)，這是全國首部人工濕地水質凈化技術指南。

　　《人工濕地水質凈化技術指南》編制思路與體系

　　1.湖泊水污染治理與生態修復技術國家工程實驗室, 中國環境科學研究院

　　2.國家環境保護洞庭湖科學觀測研究站

　　3.山東省環境保護科學研究設計院有限公司

　　4.山東大學環境科學與工程學院, 山東省水環境污染控制與資源化重點實驗室

　　濕地是富有生物多樣性和生態功能的生態系統，被譽為“地球之腎”和“物種基因庫”，在抵御洪水、調節徑流、改善氣候、控制污染、美化環境和維護區域生態平衡方面有其他生態系統不可替代的作用。“十四五”期間，我國水生態環境管理由水環境質量管理向水生態健康管理轉變。人工濕地作為落實污染減排、生態增容重要技術手段之一，對落實《重點流域水生態環境保護“十四五”規劃編制技術大綱》和《關于推進污水資源化利用的指導意見》中相關任務具有重要支撐作用。

　　2021年4月30日，生態環境部印發《人工濕地水質凈化技術指南》(簡稱《指南》)(環辦水體函〔2021〕173號)，《指南》是落實《重點流域水生態環境保護“十四五”規劃編制技術大綱》中“濕地的恢復與建設”重要任務的具體舉措，也是實現《關于推進污水資源化利用的指導意見》中“污水資源化利用”的重要途徑，對進一步加強水生態環境保護修復，促進區域再生水循環利用，指導各地做好人工濕地水質凈化相關工作具有重要意義。

　　《指南》從解決當前人工濕地重建設、輕維護，設計、施工與驗收和運行維護各環節不統一等問題出發，以工程實踐和科學研究成果為基礎，緊扣影響人工濕地功能、凈化效率和長效運行的重要因素，開展全國氣候分區，將全國分為嚴寒地區、寒冷地區、夏熱冬冷地區、夏熱冬暖地區、溫和地區5個區，并分區提出設計參數，細化施工與驗收及運行維護的技術要求，為人工濕地設計、施工與驗收、運行維護提供全流程指導。

　　1 《指南》制定的背景與意義

　　在《指南》中，人工濕地被定義為模擬自然濕地的結構和功能，人為地將低污染水投配到由填料(含土壤)與水生植物、動物和微生物構成的獨特生態系統中，通過物理、化學和生物等協同作用使水質得以改善的工程。人工濕地是利用河灘地、洼地和綠化用地等,通過優化集(布)水等強化措施改造的近自然系統，以實現水質凈化功能提升和生態提質。《指南》從人工濕地設計、施工與驗收和運行維護全流程指導人工濕地凈化，推進水環境質量持續穩定向好，支撐2035年美麗中國建設目標實現。《指南》制定的必要性和意義如下。

　　(1)落實黨中央決策部署,踐行習近平生態文明思想

　　習近平總書記高度重視濕地保護工作，多次作出重要指示批示。黨中央把濕地保護和修復納入生態文明建設的戰略部署。黨的十八大和十九大分別提出“擴大濕地面積,保護生物多樣性，增強生態系統穩定性”以及“強化濕地保護和恢復”。《中華人民共和國水污染防治法》明確規定，縣級以上地方人民政府應當根據流域生態環境功能需要，組織開展江河、湖泊、濕地保護與修復，因地制宜地建設人工濕地、水源涵養林、沿河沿湖植被緩沖帶和隔離帶等生態環境治理與保護工程，整治黑臭水體,提高流域環境資源承載能力。《水污染防治行動計劃》也明確提出保護水和濕地生態系統,強化水源涵養林建設與保護，開展濕地保護與修復，加大退耕還林、還草、還濕力度。《指南》的編制是踐行習近平生態文明思想，落實深入實施山水林田湖草一體化生態保護和修復，擴大環境容量和生態空間，筑牢生態屏障的重要舉措，是推進水生態環境保護修復，促進區域再生水循環利用，實現“美麗河湖”和“人水和諧”的重要舉措。

　　(2)落實“十四五”重點流域水生態環境保護污染減排、生態增容的要求

　　“十四五”期間的水生態環境保護，基于水環境質量改善，更注重水生態保護修復。人工濕地是水生態保護修復的重要措施之一，能發揮生態攔截和深度處理功能，減少進入水體的污染物量,促進區域再生水循環利用。人工濕地可對污水處理廠出水、微污染河水、農田退水等進行凈化，是實現“減排、增容”的手段,能促進水生態環境質量改善。

　　(3)實現“實施區域再生水循環利用”的重要途徑之一

　　《指南》為重點排污口下游、河流入湖口、支流入干流處等關鍵節點人工濕地水質凈化工程建設任務提供技術參考和依據。同時，《指南》明確提出，人工濕地出水應達到受納水體水生態環境保護目標要求或滿足再生水回用要求。通過人工濕地強化凈化低污染水，提升出水品質，可將濕地出水用于區域內生態補水、工業生產或市政雜用等，提高區域水資源回用水平。另外，人工濕地具有調蓄和凈化水資源的功能，能緩解缺水地區供水不足的問題。

　　(4)滿足人工濕地科學設計、施工與運行管理的需求

　　濕地工程要發揮良好的凈化效果，設計、施工與驗收、運行維護各環節缺一不可且需統一，而現行的生態環境標準對施工與質量驗收、竣工環境保護驗收及運行維護等環節言之較少。《指南》詳細闡述了人工濕地設計、施工與驗收和運行維護的技術要求，同時彌補了現行生態環境標準未開展氣候分區或對氣候分區考慮不足的問題。

　　2 國內外研究進展

　　2.1

　　國內外人工濕地水質凈化技術發展情況

　　1903年，在英國約克郡建立第一處用于污水處理的人工濕地系統。20世紀50年代，進入人工濕地的研究階段。1953年，德國Max Planck研究所的Seidel在研究中發現蘆葦能去除污水中大量有機物和無機物，并開發了Max-Planck Institute Process系統。該系統采用傳統蘆葦砂石床構建淹沒垂直潛流人工濕地和水平流系統，但存在堵塞和積水問題。1969年和1974年，分別在荷蘭和德國建成第一座表面流和潛流人工濕地。1972年Kichuth提出根區理論，標志著人工濕地作為獨特的新型污水處理技術進入水污染控制領域。20世紀80年代以來，人工濕地水質凈化技術不斷完善，在歐洲、美國、加拿大、日本等地廣泛應用，并在全球迅速興起。北美的濕地中，67%以上是表面流濕地，其中50%是自然濕地，系統水深常為30~40 cm。在歐洲多采用潛流濕地，特別在東歐，系統中種植蘆葦、菖蒲與香蒲等，并以礫石為填料保障潛流。21世紀以來，為解決污水排放量大、新污染物去除、水資源短缺等問題，開始考慮在人工濕地中采用一些強化措施，如曝氣、潮汐流方式、綠色生物吸附、微生物燃料電池耦合等。

　　我國在“七五”期間啟動人工濕地的研究與實踐，以2000年為界可分為2個階段：1)研究及探索應用階段(1987—2000年)。1987年，天津市環境保護科學研究所建成全國首例蘆葦濕地工程，用于研究對城市污水的處理能力。1990年7月，在深圳市寶安縣白泥鄉建成占地面積為8 400 m2的處理城鎮污水的人工濕地示范工程,，規模為3 100 m3/d。1988—1990年,在北京市昌平區建成表面流人工濕地,其被用于開展處理污水的系列研究。1996—2000年，中國科學院水生生物研究所開展了復合垂直流人工濕地的國際合作，為后期該技術在武漢市漢陽—蔡甸區三角湖的成功應用奠定基礎。1998年，成都市活水公園凈化工藝工程建成,其將污水處理與城市風景園林藝術有機結合，是以水保護為主的生態公園,運行效果良好。本階段人工濕地以處理河湖水、生活污水的試驗研究和應用為主。2)快速發展階段(2001年至今)。隨著國家高技術研究發展計劃(“863”計劃)、國家水體污染控制與治理科技重大專項等國家層面重大項目的實施，我國人工濕地研究與應用快速發展。2001—2003年，劉超翔、盧少勇與張榮社、李旭東等在滇池流域分別開展處理生活污水、農業徑流、暴雨徑流等的多類型濕地示范工程研究。2007年復合垂直流人工濕地系統在武漢市漢陽—蔡甸區三角湖成功應用。此外，在我國東平湖、南四湖、洱海、撫仙湖等流域建成了多個人工濕地，用于處理生活污水、河湖水、雨水徑流、農業徑流、工業廢水處理廠尾水凈化和水循環利用等。近年來，隨著城市化進程加快，為解決人工濕地用地面積大與用地緊張的矛盾，開始了曝氣強化、潮汐流人工濕地研究，以提高人工濕地的處理效率。2014年，鋁污泥基質濕地在國內應用。2017年，江蘇常州建設模塊化人工濕地，用以處理農村生活污水，處理水量為60 m3/d，其穩定運行了12個月，為人工濕地快速施工和商業化提供了途徑。隨著微生物燃料電池耦合人工濕地的發展，我國開始了該項新技術研究，并于2017年、2019年在西安舉行了2次國際研討會。隨資源節約、海綿城市戰略逐漸深入，人工濕地逐漸被應用于處理城鎮污水處理廠出水、雨水徑流、河湖水等。

　　2.2

　　國內外人工濕地水質凈化技術標準發展情況

　　20世紀90年代，美國編制了適用于美國的人工濕地污水處理工程規范，主要規定了人工濕地管道設計標準、場址選擇要求、運行管理及設施維護管理等內容。德國首部人工濕地標準于2006年3月發布，并基于德國和歐洲種植和未種植植物濾池的經驗，于2017年發布了人工濕地標準修訂版，規定了用于污水生物處理的種植式和非種植式濕地設計、建造和運行依據。該人工濕地標準適用于中歐氣候條件，即夏暖冬寒，無永久凍土層。2009—2017年，我國住房和城鄉建設部、原環境保護部分別發布了人工濕地污水處理技術相關標準，包括RISN-TG006—2009《人工濕地污水處理技術導則》、CJJ/T 54—2017《污水自然處理工程技術規程》、HJ 2005—2010《人工濕地污水處理工程技術規范》，用于規范和指導我國人工濕地設計與建設。隨著人工濕地技術的發展及應用，北京、天津、上海、浙江、江蘇、安徽、河北、河南、山東、廣東、云南、寧夏、青海13個省(區、市)相繼發布了人工濕地相關標準。目前，我國現有人工濕地標準主要針對城鎮生活污水、污水處理廠出水、農村生活污水及類似性質的水，而對受氮、磷污染的地表水的關注較少。

　　3 《指南》總體思路與主要內容

　　3.1

　　總體思路

　　《指南》以加強水生態環境保護修復、促進區域再生水循環利用為目標，闡述了人工濕地水質凈化設計、施工與驗收和運行維護的技術要求。其中，人工濕地水質凈化設計用于指導施工與驗收和運行維護，施工與驗收和運行維護應遵循和滿足水質凈化設計要求，通過質量驗收的人工濕地水質凈化工程是出水穩定達標的系統，同時運行維護中總結的技術參數可優化設計和施工與驗收。人工濕地設計、施工與驗收和運行維護的關系見圖1。

　　人工濕地水質凈化設計、施工與驗收和運行維護流程間的關系

　　《指南》主要內容包括總則、人工濕地水質凈化設計、施工與驗收、運行維護和附錄5部分。其中總則部分包括編制目的、適用單位、規范性引用文件、術語和定義、基本原則。《指南》為推薦性技術文件,適用于各相關單位和部門開展人工濕地設計、施工與驗收及運行管理。

　　3.2

　　人工濕地水質凈化設計

　　3.2.1 氣候分區

　　在諸多限制因子中，溫度對人工濕地凈化效果的影響不可忽視。冬季因溫度低使微生物活性減弱、植物地上部分死亡，從而影響人工濕地水質凈化效果。當溫度低于5 ℃時，反硝化速率極低，比常溫時約下降94%。為規范人工濕地建設，開展了全國范圍內氣候分區，并分區提出設計參數。同時，提出原則上不宜建設人工濕地的區域，如確有需要的，并應充分考慮低溫氣候，設置必要的保溫措施。《指南》在運行維護中提出了低溫運行期的強化措施。

　　《指南》中氣候分區是基于2000—2016年全國556個氣象站的氣溫日均數據(來源于中國氣象局)，包括各氣象站1月和7月的多年平均氣溫，作為氣候分區的主要指標。然后統計各氣象站每年日均氣溫在某個閾值范圍的天數,確定將每年日均氣溫≤5 ℃與≥25 ℃的天數作為輔助指標。參考GB 50352—2005《民用建筑設計通則》和GB 50178—93《建筑氣候區劃標準》中氣候分區，將全國分為嚴寒地區、寒冷地區、夏熱冬冷地區、夏熱冬暖地區、溫和地區5個區。最后根據各氣候分區的氣候指標閾值,確定各地市的氣候分區。

　　3.2.2 進出水水質、水量設計

　　根據準確定位的基本原則，人工濕地水質凈化只承擔達標排放的污水處理廠出水等低污染水的水質改善任務，不應作為直接處理生產生活污水的治污設施。人工濕地進出水水質應結合水生態環境目標要求，并滿足當地污染物排放標準，當有再生水回用要求時，出水水質應滿足GB/T 18920—2020《城市污水再生利用 城市雜用水水質》、GB/T 18921—2019《城市污水再生利用 景觀環境用水水質》、GB 3838—2002《地表水環境質量標準》、GB/T 19923—2005《城市污水再生利用 工業用水水質》、GB 5084—2021《農田灌溉水質標準》等相關要求。在實際工程中,參照有效標準執行。對于進水為污水處理廠出水時,做了進水水量方面的規定。

　　3.2.3 場址確定與工藝選型

　　為便于人工濕地引排水、節約能源和投資,優選坑塘、洼地和荒地等便于利用的土地。《指南》中比較了表面流人工濕地、水平潛流人工濕地和垂直潛流人工濕地的優缺點，并基于因地制宜原則，為人工濕地建設時場址確定和工藝選擇提供參考，具體為：1)在污水處理廠等重點排污單位出水口下游，宜選擇潛流人工濕地或潛流、表面流結合型人工濕地，用地緊張時選擇潛流人工濕地;2)在河流支流入干流處、河流入湖(庫)口、重點湖(庫)濱帶、河道兩側的河灘地等，宜選擇表面流人工濕地，但用地緊張或河湖水質較差且水生態環境目標要求較高時可考慮建設潛流人工濕地;3)在大中型灌區農田退水口下游，可以表面流人工濕地為主建設人工濕地群;4)在蓄滯洪區、采煤塌陷地及閑置洼地,，可因地制宜建設旁路或原位表面流人工濕地;5)在城鎮綠化帶，可考慮建設潛流人工濕地，在城鎮邊角地等地形受限處，可建設與地形相適應的表面流人工濕地。

　　3.2.4 工藝設計要求

　　人工濕地主要包括引排水系統、預處理系統、主處理系統、強化處理系統、二次污染防治設施、管理用房等部分。總體布置應遵循工藝合理、布設緊湊、排水通暢、管理方便、景觀協調、交通便利等基本要求,建設與城市景觀相結合的人工濕地生態設施。《指南》以實際工程案例、研究成果等為基礎,提出不同分區、不同類型人工濕地的設計參數，便于分區指導人工濕地建設。人工濕地常按照CODCr、NH3-N、TN、TP等主要污染物削減負荷和水力負荷進行工藝設計。當各指標計算的濕地面積有差異時，取其計算結果最大值;其次，水力停留時間是控制人工濕地運行效果的重要指標，也需校核;此外，在人工濕地設計中，要重點做好集(布)水系統設計、防滲設計、填料與土壤配置及植物配植等工作，保障人工濕地能運行10年以上。

　　3.3

　　施工與驗收

　　《指南》中闡述了不同類型人工濕地的主要施工工序,施工、驗收的基本規定。人工濕地施工和驗收應符合《建設工程質量管理條例》《建設項目環境保護竣工驗收管理辦法》等對人工濕地水質凈化工程的建設施工和環境保護驗收做出的規定,還應符合國家現行有關法律、法規、標準的規定。

　　表面流人工濕地、潛流人工濕地應按照施工工序進行施工,前者的施工工序為地基與基礎工程—引排水工程、濕地構筑物—植物種植—輔助工程及配套設施;后者為地基與基礎工程—引排水工程、濕地構筑物—防滲層—填料充填—植物種植—輔助工程及配套設施。針對不同施工工序，《指南》介紹了施工要點及應參照的標準。例如，在地基與基礎工程部分介紹了施工降排水、基坑開挖與回填的施工要點;在引排水工程部分介紹了泵與管渠的施工要點;在主體構筑物部分介紹了混凝土結構構筑物、砌體結構構筑物、塘體結構構筑物、土建與設備連接部位、附屬結構的施工要點;在防滲層部分介紹了防滲膜與三合土的施工要點;在填料施工部分介紹了保護層與主體填料的施工要點，提出需重點考慮濕地床內填充的均勻性,不破壞防滲層與配水、集水系統;在植物種植部分介紹了水生植物與非水生植物種植的施工要點，其中前者重點考慮了起苗、運輸、種植過程中成活率的保證，涉及根系土壤、水分、水深、污染負荷、與填料的位置關系等;在輔助工程及配套設施部分介紹了噴灌系統、生產路、電氣設備附屬工程、自動控制及監控系統工程、水量計量設施、水質監測系統的施工要點。

　　人工濕地水質凈化工程由多項單體工程構成，工程驗收時應先進行單體工程驗收，按照土建工程、設備安裝工程、植物栽種工程等順序進行，并基于此進行竣工驗收及環境保護達標驗收。《指南》依據各地的工程實踐經驗，將人工濕地構筑物單位(子單位)工程、分部(子分部)工程、分項工程(驗收批)的原則劃分列入附錄A，以供工程設計時參考。其次，考慮人工濕地植物和微生物生長的特殊性，《指南》針對性提出了人工濕地竣工環境保護驗收的條件，即當人工濕地主體工程及附屬設施竣工，出水穩定達標運行3個月以上(位于嚴寒、寒冷地區的人工濕地宜跨冬季)且處理水量達到設計水量的75%以上時，可進行竣工環境保護驗收,驗收期限最長不超過12個月。

　　3.4

　　運行維護

　　人工濕地與天然濕地相比生態系統更脆弱，更需做好運行維護。《指南》按建管并重的原則，提出應建立精簡、高效、職能分工明確的規章制度和組織結構，根據工作內容和崗位任職要求，配備適宜的符合崗位任職標準的運行、管理和維護人員，特殊工種應根據國家相關部門要求取得資格證書后才能上崗作業。其次，明確了生產調試、日常運行養護、安全生產、應急管理、監測與記錄的技術要求，針對人工濕地植物初期維護、預處理系統、主體系統、低溫環境運行、強化處理措施提出了檢查、維護和運行參數。并根據工程經驗，提出常見問題及建議措施清單，為人工濕地運行維護提供重要參考。此外，《指南》附錄C、D給出了監測記錄和運行維護的記錄表，便于查詢與管理，還給出了濕地運行維護五大類主要問題及對應的建議措施清單。

　　4 《指南》實施的建議

　　圖片

　　《指南》的實施應注重與生態環境保護、工程建設、勞動安全、衛生、消防等有關法律、法規、政策和標準相協調，加強與當地水污染物排放標準、水生態環境保護目標、“十四五”規劃及相關規劃的銜接。注重與當地氣候、資源環境相協調,選擇合適的設計參數與工藝類型，形成適合實際的水質凈化與生態修復模式。

　　人工濕地是生態公益性項目，濕地的運行費用雖然低于同規模的污水處理廠，但仍需要管理人員及經費。為克服人工濕地重建輕管之頑疾，以延長人工濕地壽命，主管單位應建立健全運行維護機制，保障人工濕地工程維修、日常養護、植物收割處置等費用，同時，引入專業機構開展運行維護，實行按效付費。有條件的地方可探索生態種植、生態旅游、凈化后水資源有償轉讓、濕地植物收割后資源化等方式，建立多元資金保障機制。

　　5 結語

　　《指南》是按照國家現有相關技術政策、標準、規范的要求,以長江、黃河、白洋淀、南四湖、馬踏湖、茅洲河、洋湖等流域典型人工濕地工程案例和已有標準為基礎編制形成的，其實施應遵循準確定位、生態優先、因地制宜和績效明確的基本原則。《指南》首次以最低月溫度為核心指標對全國進行氣候分區，并按氣候分區給出了主要濕地類型的設計參數推薦值。鑒于濕地通常位置比較偏遠、濕地運行涉及安全生產、環境科學與工程、生物學、材料學、水力學等多專業方面的知識，而且現場管理人員的專業知識通常不夠綜合，針對濕地常見的五大類問題提出了相應的對策，以切實指導全國人工濕地的運行，便于及時發現與解決問題，提高運行效率及資金應用成效，助力濕地出水水質改善及受納水體的污染負荷降低;對于低溫環境運行，提出采用保溫、降低水力負荷、增加預處理等措施提高低溫期運行效果;通過科學設計、規范化施工與驗收、專業化運行管理，實現人工濕地長效運行，充分發揮人工濕地調節徑流、控制污染、美化環境和維護區域生態平衡等功能，促進河湖水生態系統功能提升，提高區域再生水循環利用水平。作為首部全國性針對低污染水的人工濕地水質凈化技術指南，《指南》的發布將為我國“十四五”水生態保護修復和區域再生水循環利用提供重要的指導和技術支撐。

　　人工濕地照片

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