李 虹 趙娟芳

0 引言

隨著國家經(jīng)濟(jì)的快速崛起,我國高速公路迅速發(fā)展的形勢已為世人所矚目。高速公路的發(fā)展,會對周邊環(huán)境產(chǎn)生直接或間接的影響:如水土流失、植被破壞、噪聲、廢水、廢氣和塵埃等。高速公路服務(wù)區(qū)一般遠(yuǎn)離城市,位于偏僻地帶,附近無配套的污水處理系統(tǒng),污水不經(jīng)處理就地排放,勢必對周邊環(huán)境造成極大的污染,影響公路景觀。服務(wù)區(qū)的污水主要由沖廁污水、餐飲廢水、洗車廢水和加油站清洗廢水組成,其中生活污水及洗車廢水占80%以上。污水中BOD濃度較低,主要污染物為懸浮物、碳?xì)浠衔铩⒌鞍踪|(zhì)、動植物油、氮和磷的化合物、表面活性劑、微生物和無機(jī)鹽等。為解決這一污染環(huán)境,水資源浪費(fèi)問題,建立一套相應(yīng)的污水處理系統(tǒng),使污水經(jīng)處理后達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)和回用,是保證高速公路生態(tài)環(huán)境的重要手段。

目前英、美、德、法、澳大利亞、荷蘭、日本等國利用人工濕地處理污水發(fā)展迅猛,世界上有數(shù)千座人工濕地在運(yùn)行,其中規(guī)模最小的僅處理一家一戶的廢水,濕地面積約為40 m2,規(guī)模大的占地達(dá)5000 m2,用以處理人口在1000人以上村鎮(zhèn)的生活污水。美國等國已經(jīng)開始利用人工濕地收集處理降雨沖刷高速公路后產(chǎn)生的污水。

我國應(yīng)用人工濕地處理污水研究起步較晚:1987年:天津市環(huán)保所率先建成我國第一個(gè)占地6 hm2,處理規(guī)模為1400 m3/d的蘆葦人工濕地,工程運(yùn)行良好;1988年:北京市環(huán)保局在昌平建成的占地2 hm2自由水面人工濕地,處理量為500 m3/d的生活污水和工業(yè)污水;1990年:國家環(huán)保局華南環(huán)科所與深圳東深供水局在深圳白泥坑建成人工濕地實(shí)驗(yàn)基地占地8400 m2,處理量為3100 m3/d的城鎮(zhèn)綜合污水;1998年:山東蓉城市利用8萬m2的自然蘆葦濕地,建成處理量為2萬m3/d的生活污水及少量工業(yè)廢水;2001年:中科院水生所在深圳市洪湖公園建成2300 m2的人工濕地,處理量為 1000 t/d;至今:深圳、上海、北京、杭州、南京、武漢、沈陽等大中城市相繼建設(shè)了一批利用人工濕地處理城市污水的工程。

1 污染物質(zhì)去除機(jī)理[1,2,4]

人工濕地凈化污水系統(tǒng)的物理、化學(xué)以及生物過程除具有以上處理的基礎(chǔ)反應(yīng)和相互作用的一般功能外,該系統(tǒng)為生長水生植物提供微生物棲息場所,從而以微生物代謝、吸收作用為主要特征,茂盛的水生植物也具有直接吸收和分解污染物的作用。維管束植物向根莖周圍充氧,同時(shí)又有均勻水流、衰減風(fēng)速、抑制底泥卷起和避免光照、抑制藻類生長等多種作用。根據(jù)近年發(fā)表的文獻(xiàn),濕地系統(tǒng)去除污染物的機(jī)理,大致可歸納為以下幾種過程:1)有機(jī)物去除:需氧過程、兼氣性分解和缺氧作用;2)脫氮:植物吸收和生物轉(zhuǎn)化過程;3)除磷:沉淀、微生物固化作用;4)重金屬去除:沉淀和吸附作用。

2 人工濕地類型[3]

人工濕地中根據(jù)污水在濕地中流動形式的差異,人工濕地可分為表面流濕地(Surface Flow Wetland,SFW)、潛流式濕地(Subsurface Flow,SSFW)及垂直流濕地(Vertical Flow Wetland,VFW)三種主要類型(見圖1,圖2)。本文提出的多級流濕地處理系統(tǒng)(見圖3),充分考慮到高速公路服務(wù)區(qū)生活污水與洗車等廢水的混合污水處理的難度,經(jīng)過不同植物的多級處理,達(dá)到有效去除污水中的NH4-N、油、磷和重金屬,在人工濕地工藝構(gòu)建上是一創(chuàng)新。

3 經(jīng)濟(jì)效益分析

人工濕地的土建施工比較簡單,正常運(yùn)行時(shí)耗能較少,因此,其造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用比傳統(tǒng)二級生化處理工藝節(jié)省。如:全國最大人工濕地污水處理工程單位污水投資666元/m3,而采用傳統(tǒng)二級生化處理污水單位污水處理投資1300元/m3。而目前在高速公路建設(shè)中,如某項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)的水體常常進(jìn)行挖填平整,然后進(jìn)行綠化,單位造價(jià)為25元/m2～50元/m2,而采用人工濕地,通常只需15元/m2～30元/m2,且景觀效果要好得多。如果在南方地區(qū)高速公路中推廣應(yīng)用,將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

4 生態(tài)效益分析

人工濕地系統(tǒng)是一個(gè)完整的生態(tài)系統(tǒng),它以污水處理為目標(biāo),在系統(tǒng)內(nèi)部生物體和非生物體間進(jìn)行著連續(xù)的能量和物質(zhì)交換。包括資源再生和再利用的良性循環(huán)系統(tǒng)。如在人工濕地可種大型水生植物群落,除了起到綠化、美化、凈化環(huán)境的作用外,有利促進(jìn)生物多樣性的產(chǎn)生,還成了許多水生動物和鳥類的棲息地。廢水中的營養(yǎng)物質(zhì)提高了濕地的生產(chǎn)力,使?jié)竦刂械睦ハx數(shù)目大量增加,吸收眾多的鳥類。使人工濕地系統(tǒng)展示出顯著的生態(tài)效益。

5 結(jié)語

人工濕地具有獨(dú)特而復(fù)雜的凈化機(jī)理。它利用基質(zhì)—微生物—植物這個(gè)復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的物理、化學(xué)和生物的三重協(xié)調(diào)作用,通過過濾、吸附、共沉、離子交換、植物吸收和微生物分解來實(shí)現(xiàn)對廢水的高效凈化,同時(shí)通過營養(yǎng)物質(zhì)和水分的生物地球化學(xué)循環(huán),促進(jìn)綠色植物生長并使其增產(chǎn),實(shí)現(xiàn)廢水的資源化和無害化。

人工濕地作為一種新型生態(tài)污水處理技術(shù),具有投資少、運(yùn)行費(fèi)用低、處理效果穩(wěn)定、耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。在處理污水的同時(shí),可產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益,同時(shí)提高高速公路服務(wù)區(qū)生態(tài)景觀和生物多樣性,具有一定的生態(tài)環(huán)境效益。

[1]王 衛(wèi),黃 輝.人工濕地污水處理技術(shù)及其在南京浦口區(qū)應(yīng)用的可行性[J].污染防治技術(shù),2007,20(9):11-12.

[2]于榮麗,李亞峰,孫鐵珩.人工濕地污水處理技術(shù)及其發(fā)展現(xiàn)狀[J].工業(yè)安全與環(huán)保,2006,32(9):27-28.

[3]沈耀良,王寶貞.生物廢水處理新技術(shù)——理論與應(yīng)用[M].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,1999.

[4]馬勝華,劉存莉.人工濕地在城市污水處理工程中的應(yīng)用[J].沿海企業(yè)與科技,2008,8(27):53-54.

[5]侯士鳳,裘勇鋼,曹金泉.淺談人工濕地[J].山西建筑,2009,35(14):168-169.