浅谈高速公路服务区人工湿地营造管理技术

李 虹 赵娟芳

0 引言

随着国家经济的快速崛起,我国高速公路迅速发展的形势已为世人所瞩目。高速公路的发展,会对周边环境产生直接或间接的影响:如水土流失、植被破坏、噪声、废水、废气和尘埃等。高速公路服务区一般远离城市,位于偏僻地带,附近无配套的污水处理系统,污水不经处理就地排放,势必对周边环境造成极大的污染,影响公路景观。服务区的污水主要由冲厕污水、餐饮废水、洗车废水和加油站清洗废水组成,其中生活污水及洗车废水占80%以上。污水中BOD浓度较低,主要污染物为悬浮物、碳氢化合物、蛋白质、动植物油、氮和磷的化合物、表面活性剂、微生物和无机盐等。为解决这一污染环境,水资源浪费问题,建立一套相应的污水处理系统,使污水经处理后达到排放标准和回用,是保证高速公路生态环境的重要手段。

目前英、美、德、法、澳大利亚、荷兰、日本等国利用人工湿地处理污水发展迅猛,世界上有数千座人工湿地在运行,其中规模最小的仅处理一家一户的废水,湿地面积约为40 m2,规模大的占地达5000 m2,用以处理人口在1000人以上村镇的生活污水。美国等国已经开始利用人工湿地收集处理降雨冲刷高速公路后产生的污水。

我国应用人工湿地处理污水研究起步较晚:1987年:天津市环保所率先建成我国第一个占地6 hm2,处理规模为1400 m3/d的芦苇人工湿地,工程运行良好;1988年:北京市环保局在昌平建成的占地2 hm2自由水面人工湿地,处理量为500 m3/d的生活污水和工业污水;1990年:国家环保局华南环科所与深圳东深供水局在深圳白泥坑建成人工湿地实验基地占地8400 m2,处理量为3100 m3/d的城镇综合污水;1998年:山东蓉城市利用8万m2的自然芦苇湿地,建成处理量为2万m3/d的生活污水及少量工业废水;2001年:中科院水生所在深圳市洪湖公园建成2300 m2的人工湿地,处理量为 1000 t/d;至今:深圳、上海、北京、杭州、南京、武汉、沈阳等大中城市相继建设了一批利用人工湿地处理城市污水的工程。

1 污染物质去除机理[1,2,4]

人工湿地净化污水系统的物理、化学以及生物过程除具有以上处理的基础反应和相互作用的一般功能外,该系统为生长水生植物提供微生物栖息场所,从而以微生物代谢、吸收作用为主要特征,茂盛的水生植物也具有直接吸收和分解污染物的作用。维管束植物向根茎周围充氧,同时又有均匀水流、衰减风速、抑制底泥卷起和避免光照、抑制藻类生长等多种作用。根据近年发表的文献,湿地系统去除污染物的机理,大致可归纳为以下几种过程:1)有机物去除:需氧过程、兼气性分解和缺氧作用;2)脱氮:植物吸收和生物转化过程;3)除磷:沉淀、微生物固化作用;4)重金属去除:沉淀和吸附作用。

2 人工湿地类型[3]

人工湿地中根据污水在湿地中流动形式的差异,人工湿地可分为表面流湿地(Surface Flow Wetland,SFW)、潜流式湿地(Subsurface Flow,SSFW)及垂直流湿地(Vertical Flow Wetland,VFW)三种主要类型(见图1,图2)。本文提出的多级流湿地处理系统(见图3),充分考虑到高速公路服务区生活污水与洗车等废水的混合污水处理的难度,经过不同植物的多级处理,达到有效去除污水中的NH4-N、油、磷和重金属,在人工湿地工艺构建上是一创新。

3 经济效益分析

人工湿地的土建施工比较简单,正常运行时耗能较少,因此,其造价和运行费用比传统二级生化处理工艺节省。如:全国最大人工湿地污水处理工程单位污水投资666元/m3,而采用传统二级生化处理污水单位污水处理投资1300元/m3。而目前在高速公路建设中,如某项目区域内的水体常常进行挖填平整,然后进行绿化,单位造价为25元/m2～50元/m2,而采用人工湿地,通常只需15元/m2～30元/m2,且景观效果要好得多。如果在南方地区高速公路中推广应用,将产生巨大的经济和社会效益。

4 生态效益分析

人工湿地系统是一个完整的生态系统,它以污水处理为目标,在系统内部生物体和非生物体间进行着连续的能量和物质交换。包括资源再生和再利用的良性循环系统。如在人工湿地可种大型水生植物群落,除了起到绿化、美化、净化环境的作用外,有利促进生物多样性的产生,还成了许多水生动物和鸟类的栖息地。废水中的营养物质提高了湿地的生产力,使湿地中的昆虫数目大量增加,吸收众多的鸟类。使人工湿地系统展示出显著的生态效益。

5 结语

人工湿地具有独特而复杂的净化机理。它利用基质—微生物—植物这个复合生态系统的物理、化学和生物的三重协调作用,通过过滤、吸附、共沉、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对废水的高效净化,同时通过营养物质和水分的生物地球化学循环,促进绿色植物生长并使其增产,实现废水的资源化和无害化。

人工湿地作为一种新型生态污水处理技术,具有投资少、运行费用低、处理效果稳定、耐冲击负荷能力强等优点。在处理污水的同时,可产生一定的经济效益,同时提高高速公路服务区生态景观和生物多样性,具有一定的生态环境效益。

[1]王 卫,黄 辉.人工湿地污水处理技术及其在南京浦口区应用的可行性[J].污染防治技术,2007,20(9):11-12.

[2]于荣丽,李亚峰,孙铁珩.人工湿地污水处理技术及其发展现状[J].工业安全与环保,2006,32(9):27-28.

[3]沈耀良,王宝贞.生物废水处理新技术——理论与应用[M].北京:中国环境科学出版社,1999.

[4]马胜华,刘存莉.人工湿地在城市污水处理工程中的应用[J].沿海企业与科技,2008,8(27):53-54.

[5]侯士凤,裘勇钢,曹金泉.浅谈人工湿地[J].山西建筑,2009,35(14):168-169.