人工濕地在重慶梅花山山坪塘生態(tài)修復中的運用

羅方青

摘 要 人工濕地是一種新型生態(tài)污水處理技術。簡要介紹了人工濕地的主要類型和工作原理，并聯(lián)系實踐以重慶市北碚區(qū)梅花山山坪塘污水治理項目為例，闡述了人工濕地在山坪塘生態(tài)修復以及景觀營造中的運用和價值。

關鍵詞 人工濕地；景觀設計；污水治理；梅花山山坪塘；重慶市北碚區(qū)

中圖分類號：TU986.2；X524 文獻標志碼：A 文章編號：1673-890X（2015）16-013-04

知網出版網址：http：//www.cnki.net/kcms/detail/50.1186.S.20150710.1116.012.html 網絡出版時間：2015/7/10 11：16：00

隨著城市化進程的加快，越來越多的城市污染導致城市生態(tài)系統(tǒng)失衡，嚴重危及城市居民的生活健康和生產發(fā)展。人工濕地，從20世紀70年代發(fā)展以來，由于制造和運行費用低，去污效果好，且具有良好的景觀價值，成為人類用于治理污水的重要解決方法之一。目前在我國，人工濕地的利用受到越來越多的人關注，但將人工濕地運用于污水治理與景觀營造的技術尚在起步狀態(tài)，還需要繼續(xù)深入發(fā)展。

本文以重慶市北碚區(qū)梅花山山坪塘污水治理項目為例，探討將人工濕地技術運用于山坪塘生態(tài)修復和景觀營造中，以達到凈化污水、改善環(huán)境、維護生態(tài)系統(tǒng)等的多重效果。

1 人工濕地概述

人工濕地是從生態(tài)學原理出發(fā)，模仿自然生態(tài)系統(tǒng)，人為將土壤、沙、石、礫石等材料按一定比例組成基質，并栽種經過選擇的耐污植物，組成類似自然濕地的新型污水凈化系統(tǒng)。1977年德國學者Kickuth. R提出的根區(qū)法奠定了人工濕地污水處理的理論基礎。根區(qū)法的原理為：生長在濕地的挺水植物通過葉的吸收作用和莖稈的運輸作用，將空氣中的氧轉運到根部，在根部形成有氧與無氧的微環(huán)境，為微生物提供硝化作用與反硝化作用的反應基礎。植物生長吸收水體中的氮、磷營養(yǎng)物，通過良好的維護管理，并定期收獲成熟的植物（主要是維管束經濟植物），可以有效減少水體中氮、磷營養(yǎng)物的含量，是恢復水體正常生態(tài)系統(tǒng)和持續(xù)穩(wěn)定的重要舉措。

按水流方式可以將人工濕地分為表流濕地和潛流濕地兩類，表流濕地就是讓廢水在填料表面漫流，它與自然條件下的濕地最為相近，污水在植物種植田中自然流動，通過滲透，經底部土壤層與植物的莖葉接觸，形成有氧無氧環(huán)境并受植物吸收；而潛流濕地，就是廢水在調料表面下滲流，在人工濕地的床層中填充可透水粗砂或礫石作為介質，挺水植物在其中生長，污水被迫在表層下的砂石根系間流動，水在基質中與植物根系充分接觸并被凈化。

水生植物是人工濕地的關鍵，是水體生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，水生植物包括沉水植物、浮葉植物和挺水植物，其作用是通過物理作用（過濾、沉淀），生物化學作用（吸收、富集、光合、呼吸）協(xié)同和競爭作用等方式，提高水體透明度，吸收營養(yǎng)鹽，富集重金屬，轉化降解有機物，并形成多樣化的生態(tài)環(huán)境，達到清水的功效。

2 梅花山山坪塘生態(tài)修復項目概況

2.1 梅花山山坪塘濕地現(xiàn)狀

梅花山山坪塘位于重慶北碚區(qū)新城，為一天然的封閉型池塘，水面面積約1.08×104 m2，平均水深3.71 m，測算該塘的水蓄積量約為4×104 m3，屬于淺水性城市內湖。這種湖泊的生態(tài)系統(tǒng)較為脆弱，只具備較低的污染負荷能力，隨著周邊小區(qū)的發(fā)展，附近居住人口不斷增加，山坪塘成為周邊污水的納污場所，變成了嚴重富營養(yǎng)化、生物生態(tài)平衡失調的臭水塘（圖1）。

通過現(xiàn)場取水水樣檢測，將檢測數(shù)據(jù)（表1）與《地表水環(huán)境質量國家標準》（GB3838-2002）對比可以看出，山坪塘COD濃度在Ⅲ～Ⅳ類水域水質量標準限值之間，TP濃度在Ⅳ～Ⅴ類水域水質量標準限值之間，TN劣于Ⅴ類水質標準，較Ⅴ類水標準超標55%，檢測值中氮磷比26∶1，水中氨氮偏高。梅花山山坪塘已經形成氮、磷營養(yǎng)物所控制的富營養(yǎng)化，塘內水體氮磷濃度偏高，水體污染嚴重，嚴重影響了水中魚類正常生存。塘周圍截流污水管網的投入大幅度降低了外源性污染，但尚有管網滲漏水入塘，對外源入塘污水檢測數(shù)據(jù)表明，其總氮、總磷分別比塘水高出1.7倍和5倍，雖瞬時水量不大但是連續(xù)穩(wěn)定，對山坪塘污染物負荷的作用也不能忽視。

由此可見，梅花山山坪塘水體中氨氮的硝化與反硝化反應不到位，使氨氮保持在一個很高的水平上，對水生動植物的生存帶來不利影響。該塘總體上缺乏可以用以凈化水質功能上相互協(xié)同的水生植物體系，水生動植物從種類及數(shù)量上相對稀薄，不能形成生態(tài)的自我凈化功能。

2.2 項目生態(tài)修復的主要工藝

對梅花山山坪塘采用以下主要工程措施以達到凈化水質，改善水環(huán)境修復生態(tài)的目的。

（1）在塘西側緩坡地建立垂直潛流人工濕地，對管網滲漏水進行凈化處理。

（2）培養(yǎng)一定量的擴大培養(yǎng)液，接種EM益生菌，建立良好的微生物系統(tǒng)。

（3）在淺水區(qū)、塘周邊、中心水區(qū)建立挺水植物、浮葉植物、沉水植物相結合的水生植物生態(tài)系統(tǒng)。

（4）投放適當魚類建立水生動物系統(tǒng)。

（5）設置機械曝氣裝置。

3 梅花山山坪塘人工濕地生態(tài)設計

將梅花山山坪塘人工濕地生態(tài)系統(tǒng)分為2個部分完成，一部分為駁岸水生植物系統(tǒng)，另一部分為潛流型人工濕地，這2個部分以潛流人工濕地為主，駁岸水生植物系統(tǒng)為輔，共同作用完成山坪塘污水凈化的工作。

3.1 布局和構造

3.1.1 人工濕地的布局

由調查可知，管網滲漏水從山坪塘西側堡坎的管口流出，其磷氮等營養(yǎng)物對水質的負面影響不容忽視，因此利用該處平緩地勢建立人工濕地來凈化管網滲漏水，以保證進入塘內水質合格。

3.1.2 人工濕地的構造

采用2列垂直潛流式人工濕地，平行布置，單列床層長15.5 m、寬16.25 m、高1.4 m，底板、墻體采用c25鋼砼混凝土，抗?jié)B等級P6，人工濕地水力負荷164 L/（m2·d），水力停留時間2.1 d。池底內床層填充基質共分4層，總高1.0 m，基質各層選用材料如表2。

為提高除磷效果，濾料層選用石灰石為原料的碎石。2列人工濕地分別在床層上部配有水管，在下部設有集水管，其上均勻分布集水孔。池體上游設有1個進水槽，通過三角形堰口對2列均勻布水，池體兩側分別設1個出水槽，出水槽底部布置排水管并接有軟管，通過調節(jié)軟管高度控制出水位。

3.2 濕地生物群落營造

3.2.1 EM益生菌

EM益生菌（effective microorganisms）即有效微生物菌落，是由日本比嘉照夫教授發(fā)明的一種技術，EM菌包含光合菌、放線菌、酵母菌、乳酸菌等5科10屬80多種微生物，各種微生物能夠依靠相互共生增殖及其協(xié)調作用，迅速分解水體中的有機物及營養(yǎng)鹽等物質，改良水體表面理化特性，由此建立一個具有協(xié)同作用的微生物體系。為使EM菌更適應梅花山山坪塘水環(huán)境，按EM原液與塘水1∶10配兌，投加碳源，馴化為適宜塘水的EM活性液。在池中按每667 m2水面800～100 L投放EM活性液。

3.2.2 水生植物

國內外生態(tài)修復案例表明，建造挺水植物與浮葉植物、沉水植物相結合的水生植物群落，能夠更加有效地恢復水體正常生態(tài)狀態(tài)。

梅花山山坪塘大部分地方岸坡陡峭，水淺處非常有限，只有塘西側局部相對較淺，設計于此處設置浮葉植物區(qū)和沉水植物，種植睡蓮、金魚藻、輪葉黑藻面積約270 m2。岸邊水線到水深1.5 m處，大致為1.5 m寬的環(huán)塘區(qū)域，種植雨久花、蒲草、風車草、蘆葦、水生美人蕉等，面積約600 m2（圖2）。水塘中心水深大于1.5 m的區(qū)域，栽植苦草、馬來眼子菜、狐尾藻、金魚藻，同時，把握好種植前水體透光度、水深變化和品種的調整。

在人工濕地上種植根系發(fā)達且具有景觀功能的挺水植物：美人蕉17株/m2，行距30 cm，株距20 cm。美人蕉的根栽植于基質中，根與根莖廣泛接觸污水，同化吸收污染物，同時攔截過濾污染物，有效抑制藻類的生長，提高水體含氧量。通過檢測實驗可知，在污水流量1～5 L∕d時，人工濕地對氮的去除率高達87.72%，對NH3-N去除率達95%，對磷的去除率達80%。

3.2.3 后期維護及收割技術

在人工濕地運行期間，需要定期收割挺水植物的成熟部分，植物生產力高，其組織是轉移水體氮磷等營養(yǎng)物的載體。以蒲草為例，每平方米新鮮植物富集的氮磷相當于0.3 m3底泥中磷的含量、0.5 m3底泥中氮的含量。用收割植物的方法就是對山坪塘封閉水環(huán)境中氮、磷營養(yǎng)物的減法，塘中污水中的高濃度氮磷也隨著挺水植物的收割被去除。

4 梅花山山坪塘人工濕地效益評估

如圖3所示，梅花山山坪塘經過初步治理后，景色已經大有改觀。

4.1 生態(tài)效益

經過治理的梅花山山坪塘預計一年內消除藍藻爆發(fā)的現(xiàn)象，使浮萍越來越少直至消失。經測算，山坪塘水生植物3個月內能夠固氮8900 g，是塘類總氮量的2/3，水環(huán)境質量滿足Ⅳ類水域水質標準，其中總磷≤0.1 mg/L、總氮≤1.5 mg/L、氨氮≤1.5 mg/L，預計在1～2年內恢復水生植物和水生動物多樣性，使梅花山山坪塘成為成為環(huán)境宜人，市民休閑健身的美麗濕地公園。

4.2 景觀效益

人工濕地除了具有治理污水的功能外，同時也為湖邊景觀增添了許多風采。

4.2.1 植物

人工濕地的主體即植物，人工濕地由于凈水需求將湖面抬高，使湖面邊界分離明顯。為了軟化邊界，在人工濕地旁栽植美人蕉、蘆葦，與人工濕地上栽植的美人蕉、風車草相統(tǒng)一，以達到軟化人工痕跡的目的。濕地周邊水生植物菖蒲、蒲葦、風車草、梭魚草等凈水能力較好的水生植物，生長速度較快，很快即可形成穩(wěn)定的植物群落，人工栽植痕跡也將逐漸消失，與湖面渾然一體，充滿自然野趣。水中還栽植有蓮花、狐尾藻等浮葉植物，治污同時裝點湖面。除了沿湖植物，山坪塘周邊栽植有許多花草樹木，除了保留原有地形上生長的黃葛樹、小葉榕、香樟等高大喬木外，為了改善周邊環(huán)境，還新栽植了山茶、桂花、珊瑚樹、紅葉石楠、日本晚櫻等觀賞植物，根據(jù)地形鋪設草坪點綴灌木小喬木，打造美麗宜人的景觀。

4.2.2 設施

為了觀賞沿湖風景，還配套在沿邊設計建造了一些便民設施。山坪塘兩邊高差大，東邊陡坡樹木覆蓋，西邊有5 m高的擋土墻，根據(jù)地形于西邊岸邊設計挑臺觀賞濕地景色，東邊陡坡加固種植植被護坡，并沿地勢建有休閑步道，便于觀賞湖中濕地美景；在地勢較緩地帶設有平臺，以供市民駐足觀賞休息。設計效果圖如圖4。

5 結語

人工濕地生物技術與物理化學凈水方式相比更具優(yōu)勢，它更接近自然生態(tài)，更具有可持續(xù)性，體現(xiàn)出“用自然改善自然，加強自然的自凈能力”的思想。利用砂石、植物改善環(huán)境，形成一個內部良好的循環(huán)，水中栽植的水生植物提高了水系的自凈能力，讓已經受到污染的水域重新獲得生機，同時還美化水景，提高了環(huán)境的景觀質量。這不僅是對土地資源的節(jié)約保護，還滿足了居民對自然景觀的追求，具有良好的經濟效益和生態(tài)效益。人工濕地在重慶梅花山山坪塘生態(tài)修復中的應用充分體現(xiàn)了這一思想。

（致謝：重慶東煌環(huán)保工程有限公司全程支持本項工作；西南大學王海洋教授給予了悉心指導！）

（責任編輯：丁志祥）