人工湿地是通过对自然湿地结构和功能的模拟,人为建造一种地表水体形式,尽可能的接近自然湿地的功能。人工湿地的形式具有投资成本低,处理效果好,维护和运行费用低,操作管理简单等优点,是一种低技术的雨水收集和处理设施,具有良好的环境生态效益。
湿地利用自然生态系统中的物理、化学和生物的多重作用来净化雨水,同时还兼有削减洪峰流量、调蓄雨水径流和改善景观的作用。
城市管网设施可以解决城区生活污水排放,同时在雨季可以排放雨水,减免洪法灾害的发生。但是由于旧城区城市管网系统老旧,且标准较低,防洪排污能力不强。另外,城市管网多设置在地下从而造成都市河川干涸、水域生态弱化、水资源枯竭等问题。更重要的是都市污水下水道系统的经费过于庞大,高额的经费负担会严重影响公共预算,尤其在发展中国家甚至会造成严重财政危机。因此必须发展一些更分散、更生态、更多用途的污水处理设施,其中“人工湿地污水处理系统”就是一种切实可行的方法。
一般情况下,人工雨水收集系统具有一定的使用时限,又会产生污泥造成系统堵塞,但低技术雨水收集系统则不然,它多以自然形态构造为主具有无限寿命,且具有成本低、维护要求低等优点,其中人工湿地系统最为接近自然形态。根据资料显示,美国现行混凝土造的处理槽、消化器等设备费每处理1m³的污染废水必须花费350~700美元,但人工湿地污水处理系统花费则低于美金5块钱,亦即花不到1%的费用。在台湾以五六百户小区规模来说,简易化粪池结合人工湿地系统比机械式污水处理设施,建造成本可减少三四成,日常维护成本可减少一半。近年来在可持续发展的风潮下,人工湿地污水处理系统已积极在美国、英国、挪威、澳洲、南非、日本、印度、中国大陆等全世界各地展开。
也许有人认为人工湿地污水处理系统会滋生蚊虫而有碍卫生,此乃严重之误解。事实上,人工湿地自然会引来青蛙、崎艇、蜜火虫等蚊虫之克星,湿地中只要养些班斗鱼、大肚鱼,蚊虫卵就难以生存。但是“开放水面式”的人工湿地究竟是需要管理维护的,尤其植物采收修剪、寒流带来鱼类大量死亡、强势外来动植物的入侵等,均需有经验的人员来处理。另外有一种“地下潜流干床式”的人工湿地,则完全无蚊虫、维护之困扰,例如在印度获得美国LEED白金级绿色建筑认证的印度工业局CII,以及获得美国LEED银级绿色建筑认证的中国广东蛇口泰格公寓,均采用碌石潜流干床式的人工湿地来处理化粪池末端的二级污水,然后循环作为最后庭园绕花之用,是一种几乎完全不需维修的植物生态污水循环设计。
人工湿地污水处理系统并不一定需要大量的土地,现阶段新型的人工湿地已经结合小区域绿地设计与地景建筑设计,成为优美的景观焦点,不仅具有良好的景观效益,同时也具有非常好的生态效益。学校就是一个建立人工湿地的优良地点因为校园有较大绿地,同时可成为生态教学基地。例如泰国亚洲理工学院AIT,则是在校园中预先规划一大片人工湿地,作为全校污水的二三级处理系统,其人工湿地湖泊的景致美不胜收,同时也成为生态野鸟栖地。
雨水湿地可分为地表湿地系统和地下湿地系统两类:
地表湿地系统主要指有水面的湿地系统。水分由于重力原因会下渗地下,回补地下水资源,为了保证地表湿地系统的正常运行,不至于出现湿地干涸的状况,在一些地下水位较低或者缺水地区,通常在蓄水池的底部衬有不透水防渗层,防渗层上则填充种植土壤或砂烁等基质,并种植不同类型的水生植物。地表湿地系统与自然湿地最为接近,因此所需投资成本较低,但是如果管理不善,这种地表湿地系统的卫生条件会变得很差,容易滋生蚊幡,长期发展下去水质会变差而产生臭味,这不仅会造成湿地系统失衡,同时还会影响湿地周围的生态环境;在冬季,尤其我国北方地区的湿地系统易发生表面结冰问题。地下湿地系统也可以称为渗滤式湿地系统。这种深滤系统主要是利用土壤表面经过长期植物生长慢慢形成的生物膜、丰富的植物根系以及土壤对雨水中杂质的截留等作用,对雨水进行一定的截留和净化,其净化效果较好。地下湿地系统的水流一般在地表以下流动,水分不易蒸发,有良好的保湿性,整个系统受气候的影响较小;水流在地表以下流动,可以减少水体与空气的接触,水质状况较好且不易滋生奴虫,卫生条件较好。故该系统更适合于寒冷地区,且不易产生蚊虫吊。
但是,该系统有时易发生堵塞,所以通常在该系统前先沉淀去除悬浮固体。雨水人工湿地非常适合建在城郊或人口密度低的地区,小型湿地系统适合建在道路附近,因为道路集雨面积大,可以提供充足的汇水量;也可以建立在占地面积大而建筑密度小的住宅区或公园里。在对地下水的水质有特殊要求的区域, 人工湿地必须做防渗处理以防止污染地下水。湿地中的植物分布和水深有关,水深小于0.3米的水域,一般种植千屈菜、地肤、水蓼、三棱草、慈姑、鸾尾等浅水植物;水深0.3~0.6米的水域,一般种植華、菖蒲、水葱等挺水植物;水深1.0~1.5米时,可以种植睡莲、荷花等沉水植物。
堤岸是绝大多数人工湿地结构中的一个基本组成部分,而湿地的底层设计非常重要,既要保证湿地植物的日常生长,又要做好防渗,减少水体的下渗损失量。一般湿地底层山下至上的做法是素土夯实、防渗层、土工布、烁石基质材料、植物种植土、湿地植物。防渗层通常采用的材料有:聚氯乙稀(PVC)、聚乙稀(PE)、聚丙稀(PPE)、应紧的點土和带有斑纹的點土(斑脱土)等。
龙康雨水收集
