人工濕地城市之腎

張建國(guó)　何　方

濕地享有“地球之腎”的美譽(yù)，那么人工濕地則堪稱(chēng)“城市之腎”。最初運(yùn)用人工濕地處理污水可追溯到1903年。當(dāng)時(shí)，世界上第一處用于處理污水的人工濕地在英國(guó)約克郡艾爾柏（Earby）建立，并一直運(yùn)行到1992年。而人工濕地處理污水工藝在世界各地受到重視并被運(yùn)用，則是從20世紀(jì)70年代德國(guó)學(xué)者凱庫(kù)斯（Kickuth）提出“根區(qū)法”理論之后開(kāi)始的。

作為20世紀(jì)70年代末發(fā)展起來(lái)的一種廢水處理新技術(shù)，人工濕地具有獨(dú)特的凈污機(jī)理和功能。諸如凈化效果好、工藝設(shè)備簡(jiǎn)單、能耗低、出水具有一定的生物安全性、生態(tài)環(huán)境效益顯著等特點(diǎn)，使得人工濕地在城市生態(tài)建設(shè)中發(fā)揮著日益重要的作用，正越來(lái)越多地受到人們的關(guān)注和青睞。

近10多年來(lái)，英國(guó)、德國(guó)、法國(guó)、澳大利亞、巴西、荷蘭等國(guó)人工濕地發(fā)展迅速，它不僅成為中小城鎮(zhèn)的重要污水處理措施，而且也成為雨水處理、工業(yè)廢水處理的重要技術(shù)。目前，在我國(guó)城市人工濕地不但用于污水處理，而且在濕地景觀、水景住宅方面的應(yīng)用也開(kāi)始嶄露頭角。

人工濕地好處多

污水處理是調(diào)節(jié)城市生態(tài)系統(tǒng)水循環(huán)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。相比天然濕地，人工濕地生態(tài)系統(tǒng)的群落結(jié)構(gòu)和種群結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單得多，但其按照管理者意愿進(jìn)行污水處理的功能卻更強(qiáng)。因此，在城市生態(tài)建設(shè)中，人工濕地作為一種生態(tài)污水處理方式，除了建設(shè)、運(yùn)營(yíng)成本低于傳統(tǒng)二級(jí)污水處理廠(chǎng)外，還有很多優(yōu)勢(shì)和作用。

眾所周知，威脅城市河湖的主要問(wèn)題是水體富營(yíng)養(yǎng)化。因此，城市水系污染治理的關(guān)鍵是控制城市河湖氮、磷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量，尤其要控制磷的含量，人工濕地對(duì)此具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。因?yàn)樗鼈冇蟹浅８叩哪退臀廴緵_擊負(fù)荷能力，適應(yīng)河道水量和水質(zhì)的變化，濕地機(jī)能不易受到破壞。同時(shí)，城市水系主要河道都貫穿著許多湖泊、公園和濱河建筑，為建造人工濕地提供了地理?xiàng)l件，而河道較大的水位落差、完善的閘壩管理，則為人工濕地運(yùn)行提供了保障。

為城市提供新的水資源。人工濕地系統(tǒng)出水水質(zhì)可以因植物池內(nèi)填料的不同達(dá)到GB3838－88《地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅱ類(lèi)至Ⅴ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)。處理后的水可用于飲用水水源和景觀用水的湖泊、水庫(kù)或河流，亦可用作沖廁、洗車(chē)、灌溉、綠化及工業(yè)回用等。一座日處理污水10萬(wàn)立方米的人工濕地除去系統(tǒng)自身運(yùn)營(yíng)的需水量后，每年大約可獲得達(dá)到養(yǎng)殖標(biāo)準(zhǔn)的凈水3000萬(wàn)立方米。而傳統(tǒng)污水處理廠(chǎng)處理后的水，由于大部分未達(dá)到城市用水標(biāo)準(zhǔn)，只能直接排入江河。

治理環(huán)境污染，改善城市環(huán)境。由于城市熱島效應(yīng)使得市區(qū)內(nèi)降雨量增大，城市地面透水性差，易引起暴雨徑流；而城市污染使雨水水質(zhì)復(fù)雜。因此可在市區(qū)低地處建立人工濕地用以?xún)艋晁?，從而減少雨水對(duì)城市河、湖的面源污染，并使水體富營(yíng)養(yǎng)化得到有效治理。同時(shí)，由于濕地對(duì)局域小氣候的調(diào)節(jié)作用，可在一定程度上緩解城市熱島效應(yīng)。在城市垃圾場(chǎng)附近建立人工濕地，可用來(lái)處理垃圾場(chǎng)滲濾液。

營(yíng)造濕地園林，豐富城市生態(tài)景觀。人工濕地植物池內(nèi)種植的是濕地植物，因此可以美化環(huán)境，改善地面景觀，還可以改善河流水質(zhì)，并為居民提供休憩、娛樂(lè)的場(chǎng)所。例如，哈爾濱水上公園的濕地景觀區(qū)占地38公頃，是國(guó)內(nèi)最大的濕地景觀公園，有效地增加了城市中心區(qū)域的生態(tài)容量，還有較強(qiáng)的科普和觀賞價(jià)值。上海市建筑住宅小區(qū)內(nèi)，首個(gè)具有景觀效果的高凈效率“人工濕地系統(tǒng)”已經(jīng)開(kāi)建，業(yè)內(nèi)人士預(yù)測(cè)，擁有“濕地景觀”的生態(tài)活水住宅可能會(huì)成為地產(chǎn)業(yè)下一個(gè)流行趨勢(shì)。

保護(hù)城市生物多樣性。人工濕地能夠控制土壤侵蝕、防風(fēng)護(hù)堤，是眾多野生瀕危動(dòng)植物，特別是珍惜水禽的棲息、繁殖、遷徙、越冬集聚之地。有的城市蘆葦濕地建成后，茂密的蘆葦不僅吸納大量的城市污水，還是鳥(niǎo)類(lèi)的樂(lè)園，鳥(niǎo)類(lèi)數(shù)量比原來(lái)增加了1倍以上。

人工濕地的3個(gè)類(lèi)型

人工濕地是一種由人工建造和監(jiān)督控制的污水處理生態(tài)系統(tǒng)。它與沼澤類(lèi)似，只不過(guò)需要人為地將石、砂、土壤、煤渣等一種或幾種介質(zhì)按一定比例構(gòu)成基質(zhì)，并有選擇地植入植物。

因挺水植物與基質(zhì)床能夠組成高效的污水處理系統(tǒng)，人工濕地一般都是挺水植物系統(tǒng)。根據(jù)污水在濕地中流動(dòng)的不同方式，挺水植物系統(tǒng)分為表面流濕地、潛流濕地和垂直流濕地3類(lèi)，它們?cè)谖鬯幚碇懈饔星铩?/p>

表面流濕地又叫水面濕地，它與自然濕地最接近。在這個(gè)系統(tǒng)中，污水在濕地的表面流動(dòng)，水位較淺；生長(zhǎng)在植物水下部分的莖、桿上的生物膜是去除污水中大部分有機(jī)污染物的利器。盡管表面流濕地具有建造工程量少、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但它的處理效率較低；而且因污水在濕地表面流動(dòng)，有臭味，夏季容易滋生蚊蠅，占地面積也較大。在我國(guó)北方一些地區(qū)，由于冬季氣候寒冷易發(fā)生表面結(jié)冰，影響處理效果，故采用的較少。

潛流濕地，因污水從一端水平流過(guò)填料床，又被稱(chēng)為水平流濕地系統(tǒng)。在這種濕地系統(tǒng)中，可以充分利用填料表面的生物膜、豐富的植物根系及表層土和填料的截留作用，污水處理能力較高。而且水流在地表以下流動(dòng)，保溫性較好，因此處理效果受氣候影響小，衛(wèi)生條件也好，是目前研究和應(yīng)用較多的一種濕地處理系統(tǒng)。目前，已被美國(guó)、日本、澳大利亞、德國(guó)、瑞典等國(guó)家廣泛使用。但建造工程量大、投資較高，脫磷、除氮的效果不如垂直流人工濕地。

垂直流濕地系統(tǒng)中的水流綜合了前面兩者的特性，水流在基質(zhì)床中基本呈由上向下的垂直流。由于污水是從濕地表面縱向流向填料床底部，床體處于不飽和狀態(tài)，氧可通過(guò)大氣擴(kuò)散和植物傳輸進(jìn)入人工濕地系統(tǒng)，其硝化能力高于水平流濕地，可用于處理氨氮含量較高的污水。但對(duì)有機(jī)物的去除能力就不如水平流人工濕地系統(tǒng)了。因它對(duì)基建要求高，控制復(fù)雜，夏季滋生蚊蠅，故目前應(yīng)用得還不是很多。

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人工濕地對(duì)污水的處理有十分復(fù)雜的凈化機(jī)理，現(xiàn)在仍未能完全研究清楚。一般認(rèn)為，這些濕地綜合了物理、化學(xué)和生物3種作用，對(duì)污水的處理大致要經(jīng)過(guò)沉降和過(guò)濾、沉淀吸附和分解、微生物代謝及植物代謝4個(gè)步驟。

人工濕地系統(tǒng)成熟后，基質(zhì)表面和植物根系吸附了大量的微生物形成生物膜，污水流經(jīng)生物膜時(shí)，大量的懸浮物被基質(zhì)和植物根系截留，大腸桿菌和病原體被植物根系分泌物滅活或自然衰敗死亡，有機(jī)污染物則通過(guò)生物膜的吸收、同化及異化用作被去除。

在濕地床系統(tǒng)中因植物根系對(duì)氧的傳遞釋放，使其周?chē)沫h(huán)境依次呈現(xiàn)好氧、缺氧和厭氧狀態(tài)，保證了污水中的氮磷不僅能被植物和微生物作為營(yíng)養(yǎng)成分直接吸收；還可以通過(guò)硝化、反硝化作用及微生物對(duì)磷的過(guò)量積累作用，達(dá)到去除污水中的磷的目的；最后通過(guò)濕地床基質(zhì)的定期更換和栽培植物的收割，最終從系統(tǒng)中去除污染物。

優(yōu)勢(shì)背后的問(wèn)題

盡管目前培育人工濕地凈化污水的技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，但仍存在不少問(wèn)題需要深入研究。

首先，人工濕地栽種的植物群落是否恰當(dāng)？這直接關(guān)系到污水凈化效率和經(jīng)濟(jì)效益。而植物群落類(lèi)型的選取主要應(yīng)該考慮所在城市的氣候、土壤等自然條件以及污水中主要的污染物種類(lèi)。由于城市的處理系統(tǒng)一般都靠近市郊，同時(shí)面積較大，因此美化景觀也是必須考慮的。

其次，培育人工濕地凈化污水工程在運(yùn)行中，也會(huì)產(chǎn)生一定的負(fù)面影響，需要通過(guò)合理的人工調(diào)控手段進(jìn)行有效控制。在人工濕地排水過(guò)程中，污水封閉在排水系統(tǒng)的管網(wǎng)中，但是在污水中的污染物發(fā)生降解之前會(huì)散發(fā)出異味。因此，要采用沉沙、好氧曝氣等方法來(lái)去除，以防止局部的環(huán)境污染。

另外，濕地栽培的植物，如蘆葦，易受病蟲(chóng)害的影響，還有潛在的火災(zāi)威脅。因此，必須建立預(yù)警機(jī)制及控制系統(tǒng)，以做到防患于未然。

【責(zé)任編輯】王亞娜