在“水專項”總結收官之年，各個課題板塊都正在開展標志性成果凝練總結工作。這也是一個非常寶貴的成果集成、復盤和總結過程。同期舉辦的水專項系列研討會，旨在推動水專項標志性成果的總結集成工作與行業積極互動，以此促進水專項技術成果的宣傳、總結和推廣。

　　上周兩場以“濕地技術在京津冀水專項的實踐應用”為主題的線上交流活動，累計有六百多位行業同仁以線上參加的方式“圍觀”參與了水專項技術成果的凝練總結過程。為突破線上會議對參與人數的限制，讓水專項寶貴實踐經驗得到更廣泛傳播，我們將在會后同水專項課題承擔單位——中持水務的同仁們一起，根據各位專家分享內容進行系統整理，再由專家親自修正，形成系列報告文章陸續發布。

　　在此感謝各位專家的修改指導和同事們的精心整理。

　　《北運河水系中游段生態治理關鍵技術與示范》課題屬于國家“十一五”“水體污染控制與治理科技重大專項”河流主題海河項目，由中國科學院生態環境研究中心主持，本課題負責人——中國科學院生態環境研究中心魏源送研究員近日在以“濕地技術在京津冀水專項的實踐應用”為主題的研討會中，分享了“旁路離線河流凈化器的應用研究”的主題報告。

　　河流水質改善總體思路

　　北運河水系中段(溫榆河)的主干河道全長47.5km，流域面積2478 km2，是北京市城區主要防洪和排水道，是北運河湖水系綠色生態走廊的重要組成部分。它具有以非常規水源補給(污水處理廠出水)為主、非連續性、多閘壩控制的特點。北運河生態治理需要經歷水質改善、生態恢復階段，最終成為健康河流。課題以河流水質改善為項目目標，開展旁路離線河流凈化器的關鍵技術研究，并選擇龍道河、羅馬湖和清河進行以生物-生態凈化為主的綜合集成示范，并據此提出污染河流水質改善綜合實施方案，為非常規水源補給河流生態治理提供科技支撐。

　　治河如治病，開展河流形態、水質、水文和生態的綜合診斷，是河流水質改善開展的首要步驟。以史為鑒，分析溫榆河30年水質的時空演變。課題組結合現場采樣調研，系統分析了1980-2010年溫榆河的COD、氨氮變化，30年來溫榆河呈現以氨氮為主導的水污染特征，且通過時間序列模型進行預測，到2015年，溫榆河水質仍不能達到功能區劃要求。

　　目前來看，這些結論和推論得到了時間的印證。溫榆河水化學類型主要為CCaII型，呈鹽漬化趨勢。因這條河是非常規水源補給河流，我們也關心它的微生物污染，調查研究發現溫榆河兩大主要支流清河和壩河的微生物SC噬菌體含量處于高水平，分別為430~2460 pfu/ml和300~580pfu/ml，推測其主要原因與污水處理廠排水和分散污水排放方式有關，河流微生物污染不能忽視。

　　確定入河污染負荷。分析溫榆河干流水量特征，總結發現干流入河污染負荷污染來源較為單一，點源污染是最主要的污染來源;支流輸入的污染負荷主要來自污水處理廠排水，分別占入河總COD的69%和總氨氮的77%。

　　明確水生態退化特征。分別調研溫榆河的浮游植物、浮游動物、底棲動物、魚類和水生植物現狀，表明溫榆河水生態狀況與水質調研結果一致，呈現水體富營養化，水生態系統呈現退化狀況。

　　關鍵技術研發

　　針對北運河中游段的非常規水源補給為主和氨氮為主導的水污染特征，結合北運河中游段平原地區灌渠繁多、干流行洪壓力大的特點，課題以水質改善為核心目標，結合上述研究，創新地研發了“旁路離線河流凈化器”關鍵技術與系統。

　　該技術基于“干流生態治理與恢復始于支流，因地制宜”的原則，通過工程措施將一部分干流中的污染河水引入支流，利用支流、已有/廢棄坑塘等開展污染河水的生物、生態凈化技術研究，可系統集成在線、離線河流水質凈化技術的優點。

　　課題組經過三年多的技術攻關，建立了旁路離線河流凈化器的設計體系，主要包括以塘-濕地組合水質凈化技術和擬自然河道技術。結合生態工程技術、環境工程技術和水力工程技術手段，對氨氮濃度15-20mg/L及以下的低污染河流特別有效。

　　塘-濕地組合水質凈化技術。由塘和濕地組成，構建要點是基于水系及其地理特征，因地制宜，充分利用已有/廢棄坑塘，以串聯形式有機組合塘-濕地系統，使二者在凈化功能上相輔相成，在結構上互為耦合，實現污染河流的水質凈化。

　　濕地為豎向層疊式復合潛流濕地結構型式，其主要結構特點包括：表層波浪型間歇流布水系統、下行垂直流與底部雙層水平流耦合、營養平衡補給井及退水調控井，具有結構緊湊、水力負荷大、配水靈活、硝化-反硝化作用效果顯著等優點。

　　濕地技術研發要點：①植物優選：通過在季節性、基質適應性、抑藻能力、根系發達程度、死亡二次污染等方面進行考察，蘆葦均優于香蒲。②填料優選：脫氮填料沸石最優;除磷填料鋼渣最優，還開發了新的除磷材料-鎂橄欖石。③結構優化：采用間歇流運行、上部垂直流、下部水平流的耦合工藝。同時考察了人工濕地的病毒去除效果，在0.2 m/d水力負荷下，連續水平、連續垂直、間歇水平、間歇垂直對f2噬菌體對數去除率依次為1.25、1.79、0.39和0.56 log pfu/ml，去除率分別為91.02%、97.09%、51.22%和65.24%。表明濕地連續運行優于間歇運行;垂直潛流優于水平潛流。

　　擬自然河道技術。針對河流“三化”問題(平面直線化、斷面規則化、表面硬質化)，重構復合式河床人工濕地河道，即蜿蜒平面、復式斷面、子槽邊坡。采用生態袋替代無子槽護坡或者透水生態砼結構護坡，并通過水力調控，可在豐水期防止短路現象，凈化水流。

　　現場實驗裝置的研究結果表明，設置擋水堰和選用細粒徑填料(<5cm)均有助于減慢河水流速，使河水分布更均勻，氨氮和COD去除效果優異。龍道河400 m的擬自然河道試驗工程表明，增加子槽后的河道斷面穩定性更好，有助于水生態恢復。通過對底質、生境復雜性、速度和深度結合特性、堤岸穩定性等10個指標做綜合評分，發現修復后的河道生境指數(151分)遠優于修復前(91分)。

　　除塘-濕地組合水質凈化技術和擬自然河道技術外，旁路離線河流凈化器技術體系還包括河道內沉水植物群落重建技術、濱岸植被緩沖帶技術等為輔的四項關鍵技術單元。在沉水植物群落構建中，從植物的耐污性、抗水力特性、根系特征和生活史篩選物種，選擇合適的小生境定植，輔以閘控水文條件保障，示范工程應用效果良好。

　　示范工程應用

　　基于上述研究，課題組形成了“旁路離線河流凈化器”關鍵技術與系統的框架與設計流程，并在羅馬湖生態環境整治工程和龍道河生態治理工程得到成功應用，羅馬東湖示范工程于2010年12月完工;龍道河示范工程于2011年12月完成;同時開展了清河河道內沉水植物群落重建示范研究。

　　構建了羅馬東湖的“塘-濕地系統”。羅馬東湖總占地15.91 hm2，形成水域面積8.91 hm2，濱水綠地7.0 hm2，對水岸線進行生態防護和回填必要的微地形，配置水陸生植物和水生動物;建設人工濕地5800 m2，設計處理規模3400m3/d，設計水力負荷為0.59m3/m2·d，以復合潛流濕地為主，濕地植物為蘆葦，濕地基質包括石灰質碎石、沸石及焦渣等。由泵站揚水進入人工濕地，不僅凈化羅馬西湖來水水質，而且在羅馬東湖湖區實現水體循環凈化。

　　通過與羅馬西湖來水的水質進行對照分析，羅馬東湖“塘-濕地系統”的水質凈化效果良好。以羅馬西湖出口閘前監測點與東湖各監測點的時段算術平均值進行對比，塘-濕地系統中的氨氮由Ⅳ類提升到Ⅰ類，去除率達86.6%;總氮由劣Ⅴ類提高到接近Ⅳ類，去除率達54.5%;總磷由湖庫標準Ⅴ類提高到Ⅳ類，去除率達54.5%;葉綠素a削減68.6%，對水華藻類起到了較好的抑制作用;BOB5也由Ⅴ類提升到Ⅳ類，去除率達54.3%。

　　龍道河擬自然河道示范段。根據河道不同特點及周邊環境，分別對河床、河道坡腳、河道岸坡的空間尺度內集成了蜿蜒河道技術、河道內沉水植物群落重建技術、過濾型濱岸緩沖帶技術和本土植物種子庫技術。例如，龍道河下段火沙路附近，設計河道斷面為復式斷面，河底清淤后以河卵石干砌護底，河坡采用草皮護坡加麻椰固土毯，沉水植物選擇篦齒眼子菜、菹草、金魚藻等。

　　擬自然河道技術在龍道河綜合整治工程中得到了成功應用，主要表現在以下幾個方面：①河道斷面發生了明顯的改變，出現了二級子槽和由碎石床構成的漫灘，與修復前相比，河道加深了0.4米，可為龍道河蓄水、魚類存活以及沉水植物的生長創造了必要條件。②河岸穩定。經歷了2011年、2012年夏季強降雨后，河道坡腳穩固，未出現侵蝕和崩塌的現象。③氨氮濃度從5.5 mg/L經過300米的擬自然河道，降低至3.1mg/L，水質改善明顯。④生境質量指數從修復前的“一般”(94分)等級提高到“好”等級(151分)。Hilsenhoff生物指數從9.68降至8.06，底棲動物群落得到改善。

　　第三方評估結果表明，旁路離線河流凈化器示范工程具有良好的水質凈化效果，其中氨氮去除率超過77%，平均達90.4%，總氮平均去除率達75.6%，總磷平均去除率達66.6%;COD平均去除率31.8%。該示范工程可削減污染負荷COD114.1噸/年、氨氮47.8噸/年、總磷 8.3噸/年。

　　【溫榆河水質改善綜合實施途徑】

　　基于上述研究成果，課題組以氨氮為目標，采用QUAI2k水質模型對溫楡河水質改善的綜合實施途徑進行情景分析。對照現狀，情景分析包括綜合方案A、B、C，1)方案A：干流污染源全部進行截污，建設3個旁路離線河流凈化器，河道比硝化速率提高至0.2，藺河溝、清河、壩河三條支流入河口的氨氮濃度削減至5 mg/L;2)方案B：在方案A的基礎上，藺河溝、清河、壩河三條支流的氨氮濃度削減至2 mg/L;3)方案C：在方案B的基礎上，將沙河水庫氨氮控制為2.0 mg/L。結果表明，綜合方案C將會對溫榆河干流的水質改善起到積極作用。