鐵路小站人工濕地建設(shè)及管理問(wèn)題探討

田 甜，廖皓天，王韻雪

（中國(guó)鐵路成都局集團(tuán)有限公司 計(jì)劃統(tǒng)計(jì)部，四川 成都 610000）

鐵路小站由于距離城鎮(zhèn)較遠(yuǎn)，地方市政污水管網(wǎng)一般無(wú)法覆蓋，小站產(chǎn)生的生活污水只能經(jīng)由小站自行處理達(dá)標(biāo)后排入周邊自然環(huán)境。由于小站職工少、所處位置偏僻，如果采用傳統(tǒng)的污水處理工藝，其配套的污水處理設(shè)施出現(xiàn)故障難以及時(shí)修理。同時(shí)，傳統(tǒng)污水處理工藝配套設(shè)施運(yùn)行耗電量較大，運(yùn)行成本較高。相較于傳統(tǒng)的鐵路小站污水處理工藝，人工濕地具有投資少、運(yùn)行能耗低、維護(hù)簡(jiǎn)單、實(shí)施容易等優(yōu)點(diǎn)，適用于小站生活污水處理，近年來(lái)已在部分鐵路小站推廣應(yīng)用。

1 人工濕地建設(shè)及管理環(huán)節(jié)存在的主要問(wèn)題

1.1 工程設(shè)計(jì)有待優(yōu)化

人工濕地類型多樣，針對(duì)不同的污水類型、地形條件、環(huán)境條件等應(yīng)選擇適宜的人工濕地類型。同時(shí)，部分污水進(jìn)入人工濕地前需要預(yù)處理，人工濕地需與預(yù)處理工藝相復(fù)合，在人工濕地選型時(shí)也應(yīng)納入考慮，這就給人工濕地類型及各項(xiàng)參數(shù)的甄選帶來(lái)了較大的困難。目前鐵路系統(tǒng)已有部分人工濕地推廣案例，但對(duì)其開(kāi)展的追蹤研究不足，未系統(tǒng)性地形成人工濕地選取標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于不同的填料及濕地植物適合何種污水類型、地況條件、環(huán)境條件，怎樣復(fù)合搭配處理效果更佳尚缺乏深入研究。此外，人工濕地規(guī)模一般以小站定員數(shù)、每人每日用水量等作為基礎(chǔ)，在考慮小站未來(lái)職工變化趨勢(shì)及預(yù)留一定的富余量后綜合進(jìn)行測(cè)算。但根據(jù)目前小站人工濕地實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，部分小站職工較少，一班僅幾人，主要是洗漱、煮飯等生活用水。雖然在夏季及年末用水量較其他時(shí)段略有增長(zhǎng)，但總體用水量仍較少，加上污水排放過(guò)程存在一定損耗，真正進(jìn)入濕地的污水量少。而部分小站長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)用水量，進(jìn)入濕地的污水量難以維持濕地植物生存，導(dǎo)致出現(xiàn)濕地床干旱、濕地植物

死亡的現(xiàn)象。

1.2 施工質(zhì)量仍需提升

人工濕地與一般土建工程不同，在布水方式、填料鋪設(shè)、墻體構(gòu)建、防滲層建設(shè)等方面有自己的施工特點(diǎn)，需要一定的經(jīng)驗(yàn)積累。然而目前從事人工濕地建設(shè)的施工隊(duì)伍缺乏相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，由于對(duì)人工濕地原理不了解，對(duì)設(shè)計(jì)圖的理解容易出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致亂搭接布水管線等問(wèn)題。加之濕地植物需要一定的培育期，不是簡(jiǎn)單栽種就完成工作，后續(xù)需要進(jìn)行專業(yè)化的培育，但施工隊(duì)伍缺乏植物培育經(jīng)驗(yàn)，存在濕地植物種植后成活情況不佳等問(wèn)題。

1.3 管理維護(hù)水平不高

人工濕地管理簡(jiǎn)單，但仍需不定期進(jìn)行維護(hù)。部分小站職工對(duì)人工濕地管理工作的認(rèn)識(shí)不到位，以為人工濕地一經(jīng)運(yùn)行無(wú)需維護(hù)，導(dǎo)致個(gè)別人工濕地清淤不及時(shí)、填料堵塞率高，植物補(bǔ)種不及時(shí)、雜草叢生等問(wèn)題，影響了人工濕地的污水處理效果。另外，小站職工缺乏相關(guān)技術(shù)能力，當(dāng)人工濕地運(yùn)行出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，沒(méi)有能力自行解決。

2 加強(qiáng)人工濕地建設(shè)及管理水平的對(duì)策

為保障人工濕地高效、穩(wěn)定運(yùn)行，需強(qiáng)化設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)各個(gè)環(huán)節(jié)，并通過(guò)開(kāi)展后評(píng)價(jià)找出各環(huán)節(jié)存在的問(wèn)題，進(jìn)一步優(yōu)化、指引人工濕地建設(shè)管理工作。

2.1 抓好設(shè)計(jì)重點(diǎn)

2.1.1 濕地類型

目前，人工濕地類型主要有表面流人工濕地、水平潛流人工濕地、上行垂直流人工濕地、下行垂直流人工濕地。不同類型人工濕地的污染物負(fù)荷、占地面積、構(gòu)造管理、污染物處理能力等差異較大，其建設(shè)難度、修建成本、管理難度、維護(hù)費(fèi)用等也相應(yīng)差異較大。在選擇人工濕地類型時(shí)，不能一概而論、簡(jiǎn)單化處理，需要綜合分析鐵路小站的污水特點(diǎn)、地形條件、氣候條件、職工狀況后進(jìn)行選擇，力求在滿足環(huán)境保護(hù)要求的前提下降低建設(shè)及維護(hù)的難度，節(jié)約建設(shè)及維護(hù)費(fèi)用。不同類型人工濕地的特性如表1所示。

2.1.2 濕地規(guī)模

《人工濕地污水處理工程技術(shù)規(guī)范》(HJ 2005—2010)中雖然提供了水力停留時(shí)間、表面水力負(fù)荷等參數(shù)的計(jì)算方法，但也專門提出在確定建設(shè)規(guī)模時(shí)應(yīng)綜合考慮服務(wù)區(qū)域范圍內(nèi)的污水產(chǎn)生量、發(fā)展規(guī)劃及變化趨勢(shì)等因素。在設(shè)計(jì)人工濕地規(guī)模時(shí)，應(yīng)類比相似車站的職工變化情況，在充分考慮既有經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上預(yù)判未來(lái)職工增長(zhǎng)趨勢(shì)。同時(shí)，采用回訪等方式梳理已投用人工濕地的小站職工實(shí)際增長(zhǎng)速度、車站實(shí)際用水量等要素，總結(jié)出各類型小站人工濕地規(guī)模設(shè)置的規(guī)律，避免因過(guò)分預(yù)估水量導(dǎo)致的濕地設(shè)計(jì)規(guī)模過(guò)大。對(duì)于排放污水量確實(shí)不適合采用人工濕地處理工藝的，應(yīng)考慮更換處理工藝，保證污水能夠真正得到有效治理。

2.1.3 進(jìn)水與集配水

小站職工較少且大多沒(méi)有設(shè)備維修技術(shù)，人工濕地進(jìn)水如果采用設(shè)備提升，一旦提升設(shè)備發(fā)生故障，小站職工無(wú)法自行修理。很多小站地處偏僻，設(shè)備維修人員難以第一時(shí)間赴現(xiàn)場(chǎng)維修，這將導(dǎo)致污水長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法進(jìn)入人工濕地處理。同時(shí)，使用提升設(shè)備將加大小站能源消耗，增加小站運(yùn)行成本。因此，小站人工濕地進(jìn)水應(yīng)盡量選擇重力流，在人工濕地布設(shè)選址時(shí)，應(yīng)充分考慮小站各部位標(biāo)高，合理安排人工濕地位置，確保人工濕地床所處標(biāo)高滿足污水重力流入的要求。

人工濕地集配水系統(tǒng)宜采用穿孔管、配(集)水管、配(集)水堰等方式，保證人工濕地配水、集水的均勻性，避免出現(xiàn)壅水或床層無(wú)水的狀態(tài)。水平潛流人工濕地可采用穿孔花墻配水、并聯(lián)管道多點(diǎn)布水或穿孔管布水等方式，保證水流從進(jìn)口起沿水平方向流過(guò)填料層后均勻流出。垂直流人工濕地宜采用穿孔管配水，穿孔管應(yīng)均勻布置。水平潛流人工濕地與垂直流人工濕地宜采用穿孔管集水[2]。

2.1.4 填料的選擇

人工濕地填料是用于提供植物與微生物生長(zhǎng)基礎(chǔ)并對(duì)污染物起過(guò)濾、吸附作用的材料，主要包括砂、礫石、沸石、石灰石等。填料吸附是人工濕地凈化污水的主要途徑，不同填料的污染物吸附種類及能力等有較大的差異。目前，已有很多可供參考的人工濕地填料研究資料，應(yīng)詳盡分析各種填料的特性及優(yōu)缺點(diǎn)。鑒于小站職工缺乏相關(guān)技術(shù)能力，設(shè)計(jì)人員在選擇填料時(shí)不僅應(yīng)考慮填料的去污效果，還應(yīng)顧及填料的易堵塞程度、填料堵塞后的維護(hù)難度等因素，在滿足環(huán)境保護(hù)要求的前提下盡量選擇不易發(fā)生堵塞、維護(hù)簡(jiǎn)單易行的填料，這樣才能真正保證人工濕地在實(shí)際中持續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行。填料種類和特性如表2所示。

2.1.5 植物的選擇

不同濕地植物有其優(yōu)勢(shì)處理的污染物種類、適合的濕地類型、適宜生長(zhǎng)的自然環(huán)境等。目前，國(guó)內(nèi)常用人工濕地植物主要有香蒲科的香蒲、蘆葦，禾本科的水蔥、荸薺，莎草科的紙莎草、荷花，睡蓮科的荇菜、睡蓮，菖蒲澤瀉科的慈姑，傘型花科的水芹菜，竹芋科的再力花，千屈菜科的千屈菜，鳶尾科的黃菖蒲，燈心草科的燈心草，小二仙草科的狐尾藻，金魚藻科的金魚藻等。鐵路小站人工濕地有自己的特點(diǎn)：一是相較于城市區(qū)人工濕地，對(duì)景觀性的要求較低；二是進(jìn)水類型較為單一；三是小站污水產(chǎn)生量較少，需處理的水量不大；四是日常維護(hù)主要靠小站職工，人員缺乏相關(guān)專業(yè)技術(shù)。因此，設(shè)計(jì)人員在選擇濕地植物時(shí)應(yīng)充分考慮鐵路小站人工濕地的特點(diǎn)，更多側(cè)重于植物成活的難易度、植株的成本、補(bǔ)栽培育植株的難易度等因素，為了提高植株的存活率，優(yōu)先選擇適宜的當(dāng)?shù)刂参铩?/p>

同時(shí)，不同濕地植物的組合能夠產(chǎn)生不同的水質(zhì)凈化效果，并且能夠產(chǎn)生相互作用，最終促使人工濕地產(chǎn)生不同的污染物去除效果，提升濕地的功能差異[3]。因此，在濕地植物選擇時(shí)不僅要考慮單一植物的特性，還應(yīng)從多種植物復(fù)配的角度出發(fā)，通過(guò)綜合對(duì)比研究，優(yōu)選出最適宜的植物種類及搭配方式。

2.2 提升施工質(zhì)量

2.2.1 土建區(qū)的防滲

按照國(guó)家人工濕地相關(guān)技術(shù)規(guī)范，人工濕地應(yīng)在底部和側(cè)面進(jìn)行防滲處理，這樣不僅避免了人工濕地床內(nèi)污水滲出污染周邊環(huán)境，而且可有效防止地下水向人工濕地床內(nèi)反滲。由于防滲層是否按要求施工不如濕地植物的種植等工作直觀可見(jiàn)，施工人員易忽視防滲工序的施工質(zhì)量，導(dǎo)致污水滲漏、出水口無(wú)污水排放等問(wèn)題發(fā)生。因此，施工單位應(yīng)保質(zhì)保量完成防滲層施工，建設(shè)單位應(yīng)將人工濕地防滲層施工情況納入對(duì)施工單位的考核，以保障施工質(zhì)量。

2.2.2 水路的布設(shè)

人工濕地集配水設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)人員綜合考慮了現(xiàn)場(chǎng)情況、小站污水處理需求等多種因素，對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行了嚴(yán)密的計(jì)算及模擬測(cè)驗(yàn)而得出的，施工單位應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)文件施工，不得自行變更。應(yīng)注意設(shè)計(jì)文件中關(guān)于人工濕地床體高程和底坡施工的要求，避免因高程和水力坡度不滿足設(shè)計(jì)而出現(xiàn)壅水、短流等問(wèn)題。人工濕地如果使用了穿孔管，在施工過(guò)程中尤其要注意對(duì)穿孔管的保護(hù)，因?yàn)楣芫€一經(jīng)穿孔，所能承受的應(yīng)力將大幅降低，施工人員如不注意保護(hù)，管線可能在施工過(guò)程中就已經(jīng)損壞，影響后續(xù)人工濕地的運(yùn)行。

2.2.3 植物的種植

植物在人工濕地中起著舉足輕重的作用，不但可以吸收污水中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、富集污水中的重金屬等有毒有害物質(zhì)，而且還能輸送氧氣、分泌糖類到根區(qū)，滿足根區(qū)微生物生長(zhǎng)、繁殖和降解的需求[4]。因此，需嚴(yán)格植株的選苗、運(yùn)輸、栽種、培育等全過(guò)程的質(zhì)量控制。一是選苗時(shí)應(yīng)選擇根系發(fā)達(dá)并完整的植株，這樣能夠提高植株的存活率并充分發(fā)揮植物根系對(duì)污染物的吸附作用；二是運(yùn)輸裝卸車時(shí)應(yīng)輕取輕放，保證植株完好，運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)后應(yīng)噴水保持土球濕潤(rùn)并及時(shí)栽種；三是由于不同類型植物適宜不同的栽種密度，為保證植株健康生長(zhǎng)，栽種時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)文件中規(guī)定的密度進(jìn)行栽種；四是植株自栽種到發(fā)揮出預(yù)期的污染治理效果需要一定的培育期，植物栽種后不能放松管理要求，應(yīng)精心培育直至達(dá)到預(yù)期的治理效果。

2.3 規(guī)范維護(hù)管理

2.3.1 水位調(diào)控

人工濕地水位會(huì)影響植物初期生長(zhǎng)扎根、人工濕地有效容積、水力停留時(shí)間、水中溶解氧及氧化還原電位等，最終影響濕地污染治理效率。對(duì)人工濕地水位應(yīng)嚴(yán)格調(diào)控：一是在運(yùn)行初期，可適當(dāng)提高水位以清除雜草，待運(yùn)行相對(duì)穩(wěn)定后再降低水位，誘導(dǎo)和促進(jìn)植物根系的發(fā)育和延伸；二是當(dāng)出現(xiàn)暴雨、洪水、干旱等極端天氣時(shí)應(yīng)適當(dāng)調(diào)節(jié)水位，避免壅水、短流等；三是人工濕地水位發(fā)生重大變化可能是人工濕地滲漏、床體或出水管堵塞的信號(hào)，應(yīng)及時(shí)組織開(kāi)展問(wèn)題排查。

2.3.2 保溫措施

溫度是人工濕地污染治理效率影響因素之一。當(dāng)水溫不超過(guò)10℃時(shí)，人工濕地對(duì)污水的處理效率將會(huì)下降；當(dāng)水溫不超過(guò)4℃時(shí)，其硝化作用逐漸停止；天氣寒冷還會(huì)導(dǎo)致人工濕地系統(tǒng)結(jié)冰，造成管道破裂[5]。鐵路小站人工濕地主要在南方各鐵路局集團(tuán)公司推廣，氣候條件整體偏暖。雖無(wú)極端寒冷天氣，但部分地區(qū)在冬季氣溫會(huì)處于4℃以下，影響污染治理效率，該類地區(qū)需考慮保溫措施。對(duì)于南方絕大多數(shù)冬季濕地不會(huì)結(jié)冰的地區(qū)，可使用塑料薄膜或割去濕地植物地上部分進(jìn)行覆蓋，隔離冷空氣，減少人工濕地?zé)崃可⑹?，從而保持水溫，穩(wěn)定污染治理效率；對(duì)于個(gè)別冬季濕地結(jié)冰的地區(qū)，可在濕地結(jié)凍前放水，使?jié)竦乇砻娼Y(jié)冰層對(duì)濕地自然覆蓋，達(dá)到保溫效果。

2.3.3 防治堵塞

填料堵塞是人工濕地的常見(jiàn)故障，這是由于污水中的懸浮物和有機(jī)質(zhì)等會(huì)隨著時(shí)間的推移在人工濕地中累積，逐漸減少人工濕地填料的空隙，進(jìn)而減少水力停留時(shí)間，使水力傳導(dǎo)性下降，造成池內(nèi)短流，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使水面升高而導(dǎo)致漫流。鑒于排查及解決填料堵塞問(wèn)題較為復(fù)雜，而小站人員缺乏相關(guān)技術(shù)，日常的維護(hù)重心應(yīng)放在預(yù)防、減緩填料堵塞上。可以采用向人工濕地適當(dāng)曝氣充氧的方式改善濕地溶解氧不足、氧化還原電位低、不利于污染物降解等問(wèn)題，使水體形成富氧環(huán)境，增強(qiáng)微生物的氧化活性，減少有機(jī)質(zhì)等的累積[6]；還可以在條件允許的情況下停床休作。如果確實(shí)無(wú)法解決填料堵塞的問(wèn)題，應(yīng)清洗或更換填料，并及時(shí)補(bǔ)種濕地植物。

2.3.4 植物養(yǎng)護(hù)

植物的生長(zhǎng)情況直接關(guān)系著濕地污水處理效率，小站應(yīng)固定人員負(fù)責(zé)濕地植物養(yǎng)護(hù)工作。一是注意觀察植物生長(zhǎng)狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)缺苗、死苗應(yīng)及時(shí)補(bǔ)苗，保持正常植物密度。在人工濕地開(kāi)始運(yùn)行的第1 年，濕地植物尚處于成長(zhǎng)初期，在與雜草的生存競(jìng)爭(zhēng)中處于劣勢(shì)，這一時(shí)期應(yīng)注意去除雜草，以保證植物有充足的營(yíng)養(yǎng)進(jìn)行發(fā)育；待人工濕地正常運(yùn)行1 年后，濕地植物生長(zhǎng)步入正軌，雜草對(duì)人工濕地系統(tǒng)的影響將明顯減少。二是濕地植物一般生長(zhǎng)快、生命周期短，應(yīng)及時(shí)組織收割，避免植株枯萎、腐敗的莖和葉消耗水中的溶解氧，影響濕地水體質(zhì)量。三是做好特殊情況的維護(hù)，例如，暴雨后濕地內(nèi)的植物可能發(fā)生歪倒，需及時(shí)扶培；對(duì)不耐寒的植物在冬季來(lái)臨之前要做好防凍措施或及時(shí)收割，降低負(fù)荷。四是濕地運(yùn)行初期需加強(qiáng)病蟲害防控，濕地植物在人工濕地運(yùn)行初期還處于生根、發(fā)育階段，尚比較脆弱，易發(fā)生病蟲害問(wèn)題，該時(shí)期需加強(qiáng)病蟲害的防控，保障植物能夠健康生長(zhǎng)，但需盡量使用綠色病蟲害防治方法，避免使用農(nóng)藥等化學(xué)藥劑，防止向濕地水體中引入新的污染物。

2.4 開(kāi)展后評(píng)價(jià)

在人工濕地運(yùn)行初期、穩(wěn)定期等各個(gè)生命階段組織設(shè)計(jì)單位、施工單位、設(shè)施使用維護(hù)單位對(duì)人工濕地運(yùn)行情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，梳理存在的主要問(wèn)題，明晰問(wèn)題成因，研究提出解決方法，為將來(lái)類似的人工濕地建設(shè)管理工作提供參考，避免低效治理方式反復(fù)建設(shè)。

3 結(jié)束語(yǔ)

人工濕地的污染治理效率受設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)的影響。在當(dāng)前國(guó)家環(huán)保要求逐年提升、鐵路企業(yè)節(jié)支降耗的大背景下，通過(guò)提升人工濕地建設(shè)管理各階段的工作質(zhì)量，使人工濕地在持續(xù)穩(wěn)定高效運(yùn)行、滿足污水達(dá)標(biāo)排放要求的同時(shí)做到節(jié)支降耗。