摘要:将人工湿地应用于高速公路服务区中水回用系统,经试验证明,对COD、TN、TP均有较好的去除率。在选用垂直流人工湿地形式、采用1.0M厚度复合填料、水力负荷为0.8m3/m2/d、鸢尾作为主要净化植物条件下,出水满足《生活杂用水水质标准》要求。
关键词:高速公路;中水回用;人工湿地
中图分类号:U417.3+2
文献标识码:B
文章编号:1008-0422(2010)08-0207-02
1前言
服务区是高速公路重要的服务设施。“十一五”期间,国家对高速公路建设的投资达2.1万亿元。2009年,为应对国际金融危机,拉动内需,刺激经济,国家再次提高了对高速公路等重大基础设施建设的投入。由于远离城区,高速公路服务区无法直接利用市政供排水设施,因而形成了独立的给排水系统。如何减少地下水开采,降低外排污水对环境的污染,建设资源节约型和环境友好型的两型社会,成为高速公路服务区给排水系统亟待解决的问题。
2高速公路服务区给排水系统现状
就京港澳(G4)高速公路而言,一般每50-60km设置一个服务区,每一服务区占地60-80亩,建筑面积一般在6500 m2左右。服务区内设置餐厅、商场、修理车库、公共厕所、加油站、综合楼等建筑设施。水源基本上为自备,大多依靠开采地下水,供水成本高;一对服务区的日用水量大约在500m3/d左右,其中2/3左右用于对水质要求不很高的公厕及场地冲洗、牲畜运输车辆冲洗、绿化景观、浇洒道路、汽车加水等;服务区污水均经地埋式污水处理设施净化处理后直接外排,在不同程度上对周边水环境或农田造成污染;雨水均直接排放到服务区场地外。服务区污水、雨水系统流程如图1所示。
3 高速公路服务区中水回用流程
笔者本着建设资源节约型和环境友好型的两型社会,节能减排的目的,积极寻找高速公路服务区给排水系统低碳运行模式,通过对京港澳(G4)高速公路湖南段服务区雨污水特点的分析,并根据服务区地理位置的特点,研究适宜于南方地区高速公路服务区的高效经济中水回用工艺,使高速公路服务区的雨污水资源化。将生成的再生水回用于服务区内公厕及场地冲洗、牲畜运输车辆冲洗、绿化景观、浇洒道路、汽车加水等,从而节约水资源,降低用水成本,同时使服务区污水达到 “零排放”,彻底解决因污水排放带来的一系列问题。服务区中水回用系统流程如图2所示。
在图2所示流程中,公厕、场地和牲畜车辆等冲洗污水均由污水管道收集进入地埋式污水处理设备,净化处理后流经人工湿地(结合场地绿化景观)处理系统,出水与服务区建筑物和场地收集的雨水混和进入蓄水池(可作为服务区消防水池和景观水池),再由中水供水设备经中水管道供给公厕、场地和牲畜车辆等冲洗和绿化、消防使用。从而实现从节约水资源和用水成本,实现污水零排放,构造绿色服务区,使高速公路真正成为生态路、环保路,这是高速公路可持续发展的需求,是服务区给排水系统建设的必然发展方向。
现场调查发现,京港澳(G4)高速公路服务区地埋式污水处理器出水水质见表1。
4人工湿地技术应用于高速公路服务区中水处理的研究
人工湿地技术由天然湿地发展而来,是由特定的介质(按一定比例设计的填料,如土壤、砂或砾石等),特定的植物(去污性能好、成活率高、耐水渍性强、生长期长、美观且有经济价值的生或湿生植物)所组成的复杂、独特的生态系统。它改变了湿地的传统形态,通过科学的设计和改造,用自然生态系统中的物理、化学和生物的三重协同作用来实现对水体的净化。
为将人工湿地污水处理技术应用于高速公路服务区中水系统,笔者取用与服务区地埋式污水处理器出水水质指标相近的污水,采用垂直流人工湿地方式,在水力负荷为0.6、0.8、1.0、1.2m3/m2/d下,分别利用风车草和鸢尾作为湿地净化主要植物,针对COD、TN、TP三个主要污染参数进行了一系列实验研究。
进水水质如表2所示。
4.1 COD的处理效果
人工湿地模型进水COD浓度在8.6~36.7mg/L时,出水COD浓度平均值在4.1~10.2mg/L。COD平均去除率随着水力负荷的不同在55.0%~86.8%的范围内波动。人工湿地在五种进水水力负荷下,对COD单位面积的去除量在5.9g/m2/d~22.9g/m2/d范围内。
各水力负荷下人工湿地模型对于COD的净化效果如图3所示。
4.2 TN的处理效果
试验期间,人工湿地模型进水TN浓度在3.3~7.0mg/L范围内时,出水TN平均浓度为0.2mg/L~1.8mg/L。TN平均去除率为58.98%~96.22%,单位面积去除量为1.4~3.0g/m2/d。
各水力负荷下人工湿地模型对于TN的净化效果如图4所示。
4.3 TP的处理效果
模型进水TP的浓度为0.2~1.4mg/L时,出水TP平均浓度在0.09~0.25mg/L。TP平均去除率为40.80%~80.94%,单位面积去除量为0.203~0.391g/m2/d。
各水力负荷下人工湿地模型对于TP的净化效果如图5所示。
实验证明,人工湿地对服务区地埋式污水处理器出水中的COD、TN具有较好的净化效果;对TP去除效果一般。但仍可满足《生活杂用水水质标准》相关要求。人工湿地可适用于高速公路服务区中水处理。
5人工湿地设计
5.1 设计参数
人工湿地采用垂直流人工湿地方式,见图6所示。设计深度为1.0m。上层为0.5m深的回填土;中层为厚度0.2m的卵石,粒径为20~50mm;下层为0.3m深粗砂和活性炭的混合物,粒径均为2~4mm,粗砂:活性炭比例为10:1。出水集流管道设于砾石填料层。主要选种鸢尾作为净化植物。最佳水力负荷为0.8m3/m2/d。
5.2设计举例
某服务区,单边服务区占地约22000 m2。服务区内设置餐厅、商场、修理车库、公共厕所、加油站、综合楼各一个。日用水量约250m3/d,客房、厨房和公厕日污水量50m3/d。按折减悉数0.8计,其他冲洗水回收160 m3/d。合计日污水量210m3/d。
按水力负荷为0.8m3/m2/d计算,垂直流人工湿地占地262.5 m2,平面尺寸L×B=26.25×10m,为廊道式布置,单廊宽2.0m,每隔廊道内布置一根布水管。
按照湖南地区年平均降雨量1600mm,径流悉数0.6计,平均日雨水降水量为58m3。
则平均每日产生回用水:210+58=268m3>250 m3。可完全满足日用水量。
6结论
6.1高速公路服务区可以通过建立中水处理系统达到污水回用;完善雨水收集系统后,地下水取水量可望降低为约30m3/d(仅供给餐厅、客房饮用及淋浴洗涤用水)。公厕及场地冲洗、牲畜运输车辆冲洗、绿化景观、浇洒道路等用水均可由中水系统供给。
6.2试验证明,垂直流人工湿地可以用于高速公路服务区地埋式污水处理器出水的深度处理。出水满足《生活杂用水水质标准》(CJ25.1-89)相关要求。
人工湿地模型进水COD浓度在8.6~36.7mg/L时,出水COD浓度平均值在4.1~10.2mg/L。模型COD平均去除率随着水力负荷的不同在55.0%~86.8%的范围内波动。人工湿地在五种进水水力负荷下,对COD单位面积的去除量5.9g/m2/d~22.9g/m2/d范围内。
进水TN的浓度在3.3~7.0mg/L范围内时,出水TN的平均浓度为0.2mg/L~1.8mg/L。TN的平均去除率为58.98%~96.22%,单位面积的去除量为1.4~3.0g/m2/d。
进水TP的浓度为0.2~1.4mg/L时,出水TP的平均浓度在0.09~0.25mg/L。TP的平均去除率为40.80%~80.94%,单位面积的去除量为0.203~0.391g/m2/d。
6.3可选用鸢尾作为人工湿地的主要植物。其净化及景观效果俱佳。
6.4湿地处理出水可与场地雨水在蓄水池(兼做消防水池)内混和,经消毒后满足《生活杂用水水质标准》(CJ25.1-89)相关要求。
参考文献:
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[7]生活杂用水水质标准.CJ25.1-89.
