論人工濕地對(duì)改善環(huán)境的作用

張 興 劉 翼 陳 賢

摘要濕地是地球上水陸作用形成的獨(dú)特生態(tài)系統(tǒng),是重要的生存環(huán)境和最富生物多樣性的自然生態(tài)景觀之一。介紹了人工濕地的類型,分析了人工濕地的生態(tài)功能、影響人工濕地的因子以及人工濕地的可利用價(jià)值,以期更好地利用人工濕地改善環(huán)境。

關(guān)鍵詞人工濕地;類型;生態(tài)功能;影響因子;可利用價(jià)值

中圖分類號(hào)X171.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào) 1007-5739(2009)14-0253-01

人工濕地,即以濕地為對(duì)象的園林形式。人工濕地的研究最早可追溯到20 世紀(jì)70 年代,是在研究濕地的基礎(chǔ)上衍生出來的,是利用現(xiàn)代園林建設(shè)和生態(tài)學(xué)原理,對(duì)濕地生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)、重建和恢復(fù),藝術(shù)地再現(xiàn)自然濕地景觀,并為社會(huì)民眾提供親近、感受、體驗(yàn)自然的場所。人工濕地不僅具有濕地所具有的生態(tài)功能,而且在蓄洪防旱、調(diào)節(jié)氣候、控制土壤侵蝕、促淤造陸、降解環(huán)境污染等方面,起著極其重要的作用。

近年來,隨著人口的增加和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,污水排放量迅猛增加,導(dǎo)致我國水源污染、水體富營養(yǎng)化及環(huán)境水質(zhì)惡化日趨嚴(yán)重。目前我國污水處理主要依賴于傳統(tǒng)的集中時(shí)水處理工藝,雖然技術(shù)和工藝日漸完善,但卻面臨著處理水平低和投資運(yùn)行費(fèi)用高等問題。近年來,人工濕地處理系統(tǒng)以其投資少、建設(shè)運(yùn)營成本低、凈化效果好、去除氮、磷能力強(qiáng)、工藝簡單、組合多樣化等優(yōu)點(diǎn)近年來在世界各地得到了廣泛的應(yīng)用,可作為傳統(tǒng)污水處理技術(shù)的一種有效替代方案,對(duì)于節(jié)能降耗、清沽生產(chǎn)、保護(hù)水環(huán)境以及進(jìn)行有效的生態(tài)恢復(fù),具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1人工濕地的類型

根據(jù)濕地中的主要植物形式,人工濕地可分為:浮游植物系統(tǒng)、挺水植物系統(tǒng)及沉水植物系統(tǒng)。其中沉水植物系統(tǒng)還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段,其主要應(yīng)用領(lǐng)域在于初級(jí)處理和二級(jí)處理后的精處理;浮游植物系統(tǒng)主要用于氮、磷去除和提高傳統(tǒng)穩(wěn)定塘效率;挺水植物在人工濕地系統(tǒng)應(yīng)用廣泛,目前所指人工濕地系統(tǒng)一般都是指挺水植物系統(tǒng)。

挺水植物系統(tǒng)根據(jù)廢水流經(jīng)的方式,又可分為表面流濕地(SFW)、潛流濕地(SSFW)。表面流濕地系統(tǒng)與自然濕地十分相似,水深通常在4m以下,在污水緩慢流經(jīng)濕地表面時(shí),絕大部分污染物靠生長在水下植物莖桿上的微生物膜去除。其優(yōu)點(diǎn)在于造價(jià)低、運(yùn)行管理簡單,但并沒有充分發(fā)揮機(jī)制和植物根系的作用;缺點(diǎn)是在運(yùn)行過程中易產(chǎn)生異味,滋生蚊蠅,造成局部環(huán)境惡劣。潛流濕地系統(tǒng)根據(jù)水流流動(dòng)方向可分為水平潛流人工濕地和垂直流人工濕地,當(dāng)污水流經(jīng)濕地床的填料時(shí),系統(tǒng)充分利用填料截留、根系吸收和填料表面生長的生物膜對(duì)其進(jìn)行降解消化,氧主要是靠植物根系進(jìn)行傳輸。其優(yōu)點(diǎn)在于污染物去除率高、受溫度影響較小和衛(wèi)生條件好,但其控制管理相對(duì)復(fù)雜,由于其較高的污染物去除效率,人工濕地大部分采用潛流式濕地系統(tǒng)。

2人工濕地的生態(tài)功能

2.1水源保護(hù)

人工濕地應(yīng)用于污水處理,有著能耗低、簡單易行、良好的凈化效果和獨(dú)特的生態(tài)功能。采用水生植物床構(gòu)成的人工濕地生態(tài)凈化系統(tǒng)處理富營養(yǎng)化水源水,處理過程中不會(huì)產(chǎn)生新的“三致”物和“優(yōu)先污染物”,避免了二次污染,利用人工濕地處理農(nóng)田徑流和農(nóng)業(yè)廢水,能大大降低水體中營養(yǎng)物的含量,對(duì)湖泊等水體的面源污染治理有著重要意義。

2.2提供景觀用水

如何處理景區(qū)的生活污水和養(yǎng)殖廢水一直以來是個(gè)難題,在風(fēng)景區(qū)建造污水處理廠是不可行的,用地下水或自來水則成本太高,使景區(qū)難以維持。而利用景區(qū)人工濕地處理污水,還美化周圍環(huán)境,是解決景觀用水的有效途徑。

2.3處理工業(yè)和生活廢水

人工濕地是進(jìn)行工業(yè)污水處理的一種有效手段,能有效去除酚、甲醇、乙醇、單甲基苯胺等污染物,去除率達(dá)95%以上。對(duì)某些水需求量比較大的企業(yè)還能實(shí)現(xiàn)污水凈化回用,大量節(jié)約成本,并實(shí)現(xiàn)污水零排放。

城市生活污水由于分散排放,導(dǎo)致處理難度加大,利用人工濕地能很好地解決這個(gè)問題。建設(shè)城市濕地公園,既能進(jìn)行城市生活污水的凈化處理,又能增加城市綠地面積,能創(chuàng)造良好的環(huán)境效益和社會(huì)效應(yīng)。

2.4凈化暴雨徑流

城市道路和高速公路等雨水系統(tǒng)在雨季排放的雨水徑流中含有許多污染物,如有機(jī)物、油、洗滌劑和重金屬等,直接排入水體會(huì)污染水環(huán)境和破壞水資源。采用人工濕地的方法能有效地處理雨水。

2.5處理垃圾滲漏液

垃圾滲濾液中含有大量有毒的有機(jī)化合物和重金屬,對(duì)地表水和深層地下水產(chǎn)生巨大威脅,處理不好極容易對(duì)地表水和地下含水層造成污染。利用人工濕地的方法處理垃圾滲濾液能很好地解決這個(gè)問題。

2.6致使污泥脫水

如何減少城市污水處理中產(chǎn)生的污泥處理、脫水和處置費(fèi)用,是一個(gè)亟待解決的問題。利用人工濕地可以低成本地利用生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈解決這一問題,濕地植物在消化污泥中能茁壯生長,并且有利于污泥的脫水和穩(wěn)定化,其根系可以貫穿實(shí)地上部的污泥儲(chǔ)存層,把氧氣帶到根部,使周圍許多微生物以污泥中的有機(jī)物為養(yǎng)料得以生長,從而達(dá)到凈化的作用。

3影響人工濕地的因子

3.1環(huán)境中的物理因子

溫度、水停留時(shí)間、水力負(fù)荷、濕地的運(yùn)行管理等均會(huì)對(duì)人工濕地的去污效果產(chǎn)生影響。水溫在20～25℃時(shí),生物去污的效果最好,低于10℃時(shí),處理效果會(huì)明顯下降。當(dāng)濕地運(yùn)作一段時(shí)間(如3年)后,去污效果基本不再受環(huán)境因子(如溫度、污水流量等)影響,人工濕地中若是水停留的時(shí)間過短,就會(huì)使植物不能充分吸收凈化水;過長,則人工濕地處理污水的效率會(huì)降低。水分的適量供給,即水力負(fù)荷的及時(shí)調(diào)整,是保證濕地植物正常發(fā)揮作用的重要因素,以滿足濕地植物對(duì)水分的需求,干濕交替的運(yùn)行方式更有利于濕地植物的生長,地上生物量的增加,須根和根毛數(shù)量的增加,提高植物的輸氧量,改善介質(zhì)中氧化還原狀態(tài)以促進(jìn)有機(jī)物的降解和硝化細(xì)菌的生長。對(duì)濕地的運(yùn)行管理也是一個(gè)關(guān)鍵的問題,要求科學(xué)管理,控制水停留時(shí)間、水力負(fù)荷,同時(shí)要定期添加植物,還要注意雜草和有害生物的控制。

3.2環(huán)境中的生物因子

人工濕地系統(tǒng)是一個(gè)完整的生態(tài)系統(tǒng),有生產(chǎn)者(如各種水生植物),又有消費(fèi)者(如各種微生物、鳥類等動(dòng)物),同時(shí)還有大量的分解者(各種各樣的微生物),系統(tǒng)內(nèi)部的各種生物能相互共存,從而達(dá)到系統(tǒng)內(nèi)部的平衡。它形成了內(nèi)部的良好循環(huán),并具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。目前,研究應(yīng)用最多的人工濕地植物主要有蘆葦、燈芯草、香蒲、茭草、菖蒲、美人蕉、慈菇等。

4人工濕地的可利用價(jià)值

4.1人工濕地新增綠地,提高綠地系統(tǒng)生物多樣性

城市人工生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性極為缺乏,我國水生濕生植物近2 000種,通過引種馴化繁殖,將極大地豐富城市綠化植物的多樣性,同時(shí)構(gòu)建的挺水植物群落、浮葉植物群落和濕生植物群落等,又將豐富綠地系統(tǒng)的生態(tài)多樣性和景觀多樣性,從而整體提高城市綠地系統(tǒng)生物多樣性。濕地園林則要求對(duì)這些地方根據(jù)其自然生態(tài)系統(tǒng)特點(diǎn),因地制宜地進(jìn)行園林建設(shè),這樣既可節(jié)省建設(shè)資金,又可形成特色景觀。

4.2人工濕地是濕地生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)、重建和恢復(fù)的新途徑

濕地生態(tài)系統(tǒng)的重建和恢復(fù)是通過生態(tài)技術(shù)或生態(tài)工程對(duì)退化或消失的濕地進(jìn)行修復(fù)或重建,再現(xiàn)干擾前濕地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能以及相關(guān)的物理、化學(xué)和生物學(xué)特性,使其發(fā)揮應(yīng)有的作用。對(duì)破壞嚴(yán)重的濕地,通過園林綠化工程和植物群落重建,可加快濕地植被的恢復(fù)。

4.3人工濕地塑造城市園林綠化特色

由于造園手法和園林植物品種相對(duì)單調(diào)等原因,我國城市園林綠化的外貌有趨同勢態(tài)。但濕地類型多,在全國分布極不均勻,各城市根據(jù)其擁有的濕地資源進(jìn)行濕地園林建設(shè),將會(huì)表現(xiàn)出明顯的城市景觀異質(zhì)性。

4.4人工濕地可作為環(huán)境治理的途徑

一是處理污水的成本低。一般為1t污水0.1~0.2元,是傳統(tǒng)二級(jí)處理的1/10~1/5。此外,基建投資也少得多,通常為1t污水150~800元,是傳統(tǒng)二級(jí)污水處理廠的1/5~1/2。二是處理后的水不會(huì)使水體富營養(yǎng)化。人工濕地處理污水不會(huì)產(chǎn)生污垢,同時(shí)能有效地除去污水中的磷和氮,使排放到自然水系的水不產(chǎn)生富營養(yǎng)化問題。三是處理污水的效率高。對(duì)有機(jī)物的去除效率高,人工濕地對(duì)有機(jī)物有較強(qiáng)的凈化能力,污水中的不溶有機(jī)物通過濕地的沉淀、過濾作用,可以很快被截留下來而被微生物利用。四是創(chuàng)造新的城市生態(tài)景觀。生態(tài)處理工程使污水處理與環(huán)境生態(tài)建設(shè)有機(jī)結(jié)合,在處理污水的同時(shí)還可以創(chuàng)造新的城市生態(tài)景觀,使城市的生態(tài)景觀更加多樣化。

5結(jié)語

人工濕地污水處理技術(shù)是正處于研究、應(yīng)用和發(fā)展中的實(shí)用新技術(shù),當(dāng)前人工濕地已經(jīng)從傳統(tǒng)的單一水質(zhì)凈化轉(zhuǎn)向多目標(biāo)應(yīng)用,人們關(guān)注的焦點(diǎn)也從污染物去除轉(zhuǎn)變?yōu)樘岣呱锒鄻有?、提升景觀娛樂性和強(qiáng)化相關(guān)的科學(xué)研究并重。因此,有必要建設(shè)人工濕地以改善環(huán)境,但如何合理建設(shè)人工濕地、配置人工濕地植物,需要人們摸索、創(chuàng)新、發(fā)展。

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