铁路小站人工湿地建设及管理问题探讨

2020-01-09廖皓天王韵雪

铁路节能环保与安全卫生 2020年4期

田甜，廖皓天，王韵雪

（中国铁路成都局集团有限公司计划统计部，四川成都 610000）

铁路小站由于距离城镇较远，地方市政污水管网一般无法覆盖，小站产生的生活污水只能经由小站自行处理达标后排入周边自然环境。由于小站职工少、所处位置偏僻，如果采用传统的污水处理工艺，其配套的污水处理设施出现故障难以及时修理。同时，传统污水处理工艺配套设施运行耗电量较大，运行成本较高。相较于传统的铁路小站污水处理工艺，人工湿地具有投资少、运行能耗低、维护简单、实施容易等优点，适用于小站生活污水处理，近年来已在部分铁路小站推广应用。

1 人工湿地建设及管理环节存在的主要问题

1.1 工程设计有待优化

人工湿地类型多样，针对不同的污水类型、地形条件、环境条件等应选择适宜的人工湿地类型。同时，部分污水进入人工湿地前需要预处理，人工湿地需与预处理工艺相复合，在人工湿地选型时也应纳入考虑，这就给人工湿地类型及各项参数的甄选带来了较大的困难。目前铁路系统已有部分人工湿地推广案例，但对其开展的追踪研究不足，未系统性地形成人工湿地选取标准，对于不同的填料及湿地植物适合何种污水类型、地况条件、环境条件，怎样复合搭配处理效果更佳尚缺乏深入研究。此外，人工湿地规模一般以小站定员数、每人每日用水量等作为基础，在考虑小站未来职工变化趋势及预留一定的富余量后综合进行测算。但根据目前小站人工湿地实际运行经验，部分小站职工较少，一班仅几人，主要是洗漱、煮饭等生活用水。虽然在夏季及年末用水量较其他时段略有增长，但总体用水量仍较少，加上污水排放过程存在一定损耗，真正进入湿地的污水量少。而部分小站长时间无法达到设计用水量，进入湿地的污水量难以维持湿地植物生存，导致出现湿地床干旱、湿地植物

死亡的现象。

1.2 施工质量仍需提升

人工湿地与一般土建工程不同，在布水方式、填料铺设、墙体构建、防渗层建设等方面有自己的施工特点，需要一定的经验积累。然而目前从事人工湿地建设的施工队伍缺乏相关经验，由于对人工湿地原理不了解，对设计图的理解容易出现偏差，导致乱搭接布水管线等问题。加之湿地植物需要一定的培育期，不是简单栽种就完成工作，后续需要进行专业化的培育，但施工队伍缺乏植物培育经验，存在湿地植物种植后成活情况不佳等问题。

1.3 管理维护水平不高

人工湿地管理简单，但仍需不定期进行维护。部分小站职工对人工湿地管理工作的认识不到位，以为人工湿地一经运行无需维护，导致个别人工湿地清淤不及时、填料堵塞率高，植物补种不及时、杂草丛生等问题，影响了人工湿地的污水处理效果。另外，小站职工缺乏相关技术能力，当人工湿地运行出现问题时，没有能力自行解决。

2 加强人工湿地建设及管理水平的对策

为保障人工湿地高效、稳定运行，需强化设计、施工、维护各个环节，并通过开展后评价找出各环节存在的问题，进一步优化、指引人工湿地建设管理工作。

2.1 抓好设计重点

2.1.1 湿地类型

目前，人工湿地类型主要有表面流人工湿地、水平潜流人工湿地、上行垂直流人工湿地、下行垂直流人工湿地。不同类型人工湿地的污染物负荷、占地面积、构造管理、污染物处理能力等差异较大，其建设难度、修建成本、管理难度、维护费用等也相应差异较大。在选择人工湿地类型时，不能一概而论、简单化处理，需要综合分析铁路小站的污水特点、地形条件、气候条件、职工状况后进行选择，力求在满足环境保护要求的前提下降低建设及维护的难度，节约建设及维护费用。不同类型人工湿地的特性如表1所示。

2.1.2 湿地规模

《人工湿地污水处理工程技术规范》(HJ 2005—2010)中虽然提供了水力停留时间、表面水力负荷等参数的计算方法，但也专门提出在确定建设规模时应综合考虑服务区域范围内的污水产生量、发展规划及变化趋势等因素。在设计人工湿地规模时，应类比相似车站的职工变化情况，在充分考虑既有经验的基础上预判未来职工增长趋势。同时，采用回访等方式梳理已投用人工湿地的小站职工实际增长速度、车站实际用水量等要素，总结出各类型小站人工湿地规模设置的规律，避免因过分预估水量导致的湿地设计规模过大。对于排放污水量确实不适合采用人工湿地处理工艺的，应考虑更换处理工艺，保证污水能够真正得到有效治理。

2.1.3 进水与集配水

小站职工较少且大多没有设备维修技术，人工湿地进水如果采用设备提升，一旦提升设备发生故障，小站职工无法自行修理。很多小站地处偏僻，设备维修人员难以第一时间赴现场维修，这将导致污水长时间无法进入人工湿地处理。同时，使用提升设备将加大小站能源消耗，增加小站运行成本。因此，小站人工湿地进水应尽量选择重力流，在人工湿地布设选址时，应充分考虑小站各部位标高，合理安排人工湿地位置，确保人工湿地床所处标高满足污水重力流入的要求。

人工湿地集配水系统宜采用穿孔管、配(集)水管、配(集)水堰等方式，保证人工湿地配水、集水的均匀性，避免出现壅水或床层无水的状态。水平潜流人工湿地可采用穿孔花墙配水、并联管道多点布水或穿孔管布水等方式，保证水流从进口起沿水平方向流过填料层后均匀流出。垂直流人工湿地宜采用穿孔管配水，穿孔管应均匀布置。水平潜流人工湿地与垂直流人工湿地宜采用穿孔管集水[2]。

2.1.4 填料的选择

人工湿地填料是用于提供植物与微生物生长基础并对污染物起过滤、吸附作用的材料，主要包括砂、砾石、沸石、石灰石等。填料吸附是人工湿地净化污水的主要途径，不同填料的污染物吸附种类及能力等有较大的差异。目前，已有很多可供参考的人工湿地填料研究资料，应详尽分析各种填料的特性及优缺点。鉴于小站职工缺乏相关技术能力，设计人员在选择填料时不仅应考虑填料的去污效果，还应顾及填料的易堵塞程度、填料堵塞后的维护难度等因素，在满足环境保护要求的前提下尽量选择不易发生堵塞、维护简单易行的填料，这样才能真正保证人工湿地在实际中持续、稳定运行。填料种类和特性如表2所示。

2.1.5 植物的选择

不同湿地植物有其优势处理的污染物种类、适合的湿地类型、适宜生长的自然环境等。目前，国内常用人工湿地植物主要有香蒲科的香蒲、芦苇，禾本科的水葱、荸荠，莎草科的纸莎草、荷花，睡莲科的荇菜、睡莲，菖蒲泽泻科的慈姑，伞型花科的水芹菜，竹芋科的再力花，千屈菜科的千屈菜，鸢尾科的黄菖蒲，灯心草科的灯心草，小二仙草科的狐尾藻，金鱼藻科的金鱼藻等。铁路小站人工湿地有自己的特点：一是相较于城市区人工湿地，对景观性的要求较低；二是进水类型较为单一；三是小站污水产生量较少，需处理的水量不大；四是日常维护主要靠小站职工，人员缺乏相关专业技术。因此，设计人员在选择湿地植物时应充分考虑铁路小站人工湿地的特点，更多侧重于植物成活的难易度、植株的成本、补栽培育植株的难易度等因素，为了提高植株的存活率，优先选择适宜的当地植物。

同时，不同湿地植物的组合能够产生不同的水质净化效果，并且能够产生相互作用，最终促使人工湿地产生不同的污染物去除效果，提升湿地的功能差异[3]。因此，在湿地植物选择时不仅要考虑单一植物的特性，还应从多种植物复配的角度出发，通过综合对比研究，优选出最适宜的植物种类及搭配方式。

2.2 提升施工质量

2.2.1 土建区的防渗

按照国家人工湿地相关技术规范，人工湿地应在底部和侧面进行防渗处理，这样不仅避免了人工湿地床内污水渗出污染周边环境，而且可有效防止地下水向人工湿地床内反渗。由于防渗层是否按要求施工不如湿地植物的种植等工作直观可见，施工人员易忽视防渗工序的施工质量，导致污水渗漏、出水口无污水排放等问题发生。因此，施工单位应保质保量完成防渗层施工，建设单位应将人工湿地防渗层施工情况纳入对施工单位的考核，以保障施工质量。

2.2.2 水路的布设

人工湿地集配水设计是设计人员综合考虑了现场情况、小站污水处理需求等多种因素，对各项参数进行了严密的计算及模拟测验而得出的，施工单位应严格按照设计文件施工，不得自行变更。应注意设计文件中关于人工湿地床体高程和底坡施工的要求，避免因高程和水力坡度不满足设计而出现壅水、短流等问题。人工湿地如果使用了穿孔管，在施工过程中尤其要注意对穿孔管的保护，因为管线一经穿孔，所能承受的应力将大幅降低，施工人员如不注意保护，管线可能在施工过程中就已经损坏，影响后续人工湿地的运行。

2.2.3 植物的种植

植物在人工湿地中起着举足轻重的作用，不但可以吸收污水中的营养物质、富集污水中的重金属等有毒有害物质，而且还能输送氧气、分泌糖类到根区，满足根区微生物生长、繁殖和降解的需求[4]。因此，需严格植株的选苗、运输、栽种、培育等全过程的质量控制。一是选苗时应选择根系发达并完整的植株，这样能够提高植株的存活率并充分发挥植物根系对污染物的吸附作用；二是运输装卸车时应轻取轻放，保证植株完好，运到现场后应喷水保持土球湿润并及时栽种；三是由于不同类型植物适宜不同的栽种密度，为保证植株健康生长，栽种时应严格按照设计文件中规定的密度进行栽种；四是植株自栽种到发挥出预期的污染治理效果需要一定的培育期，植物栽种后不能放松管理要求，应精心培育直至达到预期的治理效果。

2.3 规范维护管理

2.3.1 水位调控

人工湿地水位会影响植物初期生长扎根、人工湿地有效容积、水力停留时间、水中溶解氧及氧化还原电位等，最终影响湿地污染治理效率。对人工湿地水位应严格调控：一是在运行初期，可适当提高水位以清除杂草，待运行相对稳定后再降低水位，诱导和促进植物根系的发育和延伸；二是当出现暴雨、洪水、干旱等极端天气时应适当调节水位，避免壅水、短流等；三是人工湿地水位发生重大变化可能是人工湿地渗漏、床体或出水管堵塞的信号，应及时组织开展问题排查。

2.3.2 保温措施

温度是人工湿地污染治理效率影响因素之一。当水温不超过10℃时，人工湿地对污水的处理效率将会下降；当水温不超过4℃时，其硝化作用逐渐停止；天气寒冷还会导致人工湿地系统结冰，造成管道破裂[5]。铁路小站人工湿地主要在南方各铁路局集团公司推广，气候条件整体偏暖。虽无极端寒冷天气，但部分地区在冬季气温会处于4℃以下，影响污染治理效率，该类地区需考虑保温措施。对于南方绝大多数冬季湿地不会结冰的地区，可使用塑料薄膜或割去湿地植物地上部分进行覆盖，隔离冷空气，减少人工湿地热量散失，从而保持水温，稳定污染治理效率；对于个别冬季湿地结冰的地区，可在湿地结冻前放水，使湿地表面结冰层对湿地自然覆盖，达到保温效果。

2.3.3 防治堵塞

填料堵塞是人工湿地的常见故障，这是由于污水中的悬浮物和有机质等会随着时间的推移在人工湿地中累积，逐渐减少人工湿地填料的空隙，进而减少水力停留时间，使水力传导性下降，造成池内短流，严重时会使水面升高而导致漫流。鉴于排查及解决填料堵塞问题较为复杂，而小站人员缺乏相关技术，日常的维护重心应放在预防、减缓填料堵塞上。可以采用向人工湿地适当曝气充氧的方式改善湿地溶解氧不足、氧化还原电位低、不利于污染物降解等问题，使水体形成富氧环境，增强微生物的氧化活性，减少有机质等的累积[6]；还可以在条件允许的情况下停床休作。如果确实无法解决填料堵塞的问题，应清洗或更换填料，并及时补种湿地植物。

2.3.4 植物养护

植物的生长情况直接关系着湿地污水处理效率，小站应固定人员负责湿地植物养护工作。一是注意观察植物生长状态，发现缺苗、死苗应及时补苗，保持正常植物密度。在人工湿地开始运行的第1 年，湿地植物尚处于成长初期，在与杂草的生存竞争中处于劣势，这一时期应注意去除杂草，以保证植物有充足的营养进行发育；待人工湿地正常运行1 年后，湿地植物生长步入正轨，杂草对人工湿地系统的影响将明显减少。二是湿地植物一般生长快、生命周期短，应及时组织收割，避免植株枯萎、腐败的茎和叶消耗水中的溶解氧，影响湿地水体质量。三是做好特殊情况的维护，例如，暴雨后湿地内的植物可能发生歪倒，需及时扶培；对不耐寒的植物在冬季来临之前要做好防冻措施或及时收割，降低负荷。四是湿地运行初期需加强病虫害防控，湿地植物在人工湿地运行初期还处于生根、发育阶段，尚比较脆弱，易发生病虫害问题，该时期需加强病虫害的防控，保障植物能够健康生长，但需尽量使用绿色病虫害防治方法，避免使用农药等化学药剂，防止向湿地水体中引入新的污染物。