奧運水系的“人工腎”

全世界都在建造人工濕地，城市、郊區、農村、河流湖泊甚至自家的后花園。它是污水處理的一種工藝，卻巧妙地隱藏在風景之中。投入少、維護成本低，各種水污染都可以應付。但凡是技術就會有局限，人工濕地也不例外。

北京是個缺水的城市，秋天剛過，城里的景觀河、湖水面積都有不同程度的縮小。這些水系多數依賴再生水和雨水供應，對水質本來不能有太多的期望。然而，2008 年11 月16 日，北京市環保局的報告顯示：奧林匹克森林公園的湖水已經達到了二類飲用水標準。這片24 公頃的湖水里究竟有什么秘密？

水系的“末梢神經”

北京的湖愛用“海”命名，我們要探訪的“奧海”便是奧林匹克森林公園的主湖。就像頤和園的昆明湖與萬壽山，挖湖堆山也成就了“奧海”和“仰山”。不過人工湖的生態系統就像嬰兒的免疫力一樣弱，為保證水質，專家建了個4.5 公頃的人工濕地。參與濕地設計的北京水利規劃設計院工程師高鵬杰說：奧海的水全部被凈化一遍，需要12 天。

去人工濕地需要穿過疊水景區。奧運期間這里人氣特別足，等我們到了眼前卻嚇了一跳：跳躍跌宕的水不見了，池水中植物凋敗，只有大團絲絨狀的藻類懸浮。

這片水域距離主湖很遠，是奧海水系循環的“末梢神經”。水不流動就缺少氧氣交換，疊水應該是為了補氧，兼具景觀作用，但看樣子水泵已經很久沒開了。

奧海的水來自清河污水處理廠。在水資源匱乏的北京開挖24 公頃的人工湖，再生水補給幾乎是唯一的選擇。一般人鑒別不出再生水和自來水的區別，其實一些洗車行、園林灌溉用的都是再生水。它經污水處理廠兩次處理，但還不能飲用。再生水富含氮和磷等營養物質，是富營養水，藻類極易生長繁殖。

其中藍藻是最可怕的威脅之一，它會對水質產生很大影響，所釋放出的一種肝毒素，是肝癌的強烈促癌劑。1996 年，巴西血液中心的透析用水被該毒素污染，100 多名病人一年內近半數死于肝癌。

如果沒有人工濕地的凈化，奧海會不會像眼前的水體一樣？高鵬杰回答：“一般水量越大，越不容易富營養化，在自然環境中，大江大河由貧營養到富營養需要千萬年。但由于化肥農藥、工業廢水和生活污水排放，太湖、滇池照樣發生‘水華’（淡水富營養化），更何況一個年輕的人工湖？”

吃細菌的蘆葦

“你們來的時候不對，夏天的時候景觀特別好，我們種了10 余種、30 多萬株水生植物。”高鵬杰帶我們來到公園西南角的蘆葦地。蘆葦全都枯萎了，有兩片已經被收割，一捆捆整齊躺倒在濕地中。

高鵬杰走在前面，他說剩下的蘆葦也會盡快收割，否則是個消防隱患。“這片蘆葦地是人工濕地的一部分，奧海水從死到活，也有這些蘆葦的功勞。”從人工濕地的運行效率來說，收割這些蘆葦是必須的。它們會被編織成各種工藝品或日用品，或者用來造紙，只要不腐爛在地里。如果腐爛在地里，枝葉將分解并釋放大量有機物和氮、磷等營養物質，增加濕地的運行負荷。

蘆葦是人工濕地的標志物之一，因為它只在富營養水中生長。除了蘆葦，香蒲、傘草、蘆竹等幾十種水生植物在人工濕地生態中也起著重要作用。1953 年，德國Kathe Seidel 博士在研究中發現，蘆葦能大量吸收污水中的氮和磷，去除某些重金屬，而大腸菌、腸球菌、沙門氏菌等細菌，在種植蘆葦后也消失了。1972 年，“根區法”理論被提出，模型就由栽有蘆葦的矩形池子組成，土壤及填料中加入鈣、鐵、鋁等添加劑，以提高對磷的沉淀吸收，這是最早的人工濕地類型之一。

“茅尾魚”的水流向

之前高鵬杰為我們在規劃圖上展示的濕地外形酷似茅尾魚——世界上現生最古老的魚類。再生水和湖水分別從魚嘴、魚背進入，經過不同層級的濕地單元凈化，清水最終從魚尾流入奧海。

走過6 片蘆葦地，高鵬杰帶我們來到一個管徑近1 米的出水管道前。它將6 片蘆葦地下面的出水管并聯，將清水送進池塘。出水管位于池塘水下，但我們聽不到水流的聲響。幾只野鴨在不遠處歇腳，看到有人過來，拍打翅膀飛上天空。

“這片水塘還不是奧海，它仍然是人工濕地的一部分，水在這里經過最后的氧化處理，才注入奧海。”我們沿著塘邊來到濕地與奧海的連接處，一個小高差使水跌宕而下，瀑布的功能類似于養魚塘中的曝氣機。

奧海的人工濕地要處理湖水、再生水及雨水等。人工濕地技術大力發展僅幾十年，早期的人工濕地用于處理生活污水，其投資和日常運行費用為常規二級污水處理的1/10 至1/3，但出水水質卻大大超過二級污水處理水平。由于適應面廣，人工濕地有了更深廣的研究應用，如處理農田徑流、深度凈化工廠污水、進行湖泊周邊面源污染（無固定污染排放點的污染）的攔截等。

“根據處理污水類型和凈化目標的不同，選擇不同的人工濕地類型和工藝，如表流型人工濕地和潛流型人工濕地。但無論何種類型，都需要和所處理水域面積大致匹配的土地規模。因為人工濕地的凈化能力和它的面積緊密相關。現在這片人工濕地的日處理水量約為3 萬噸，面積更大些，處理的效率會更高。”高鵬杰說。

“自然透析機”的秘密

我們在奧海西南一個2200 平方米的溫室里，看到了一個微型的人工濕地系統，它清晰地向我們展示了人工濕地的工作流程。

“溫室向游人開放，絕大多數人會以為這是公園的一個景點。”高鵬杰說：“從表面上，它確實是園林景觀：山、水、路、石、植物，具備所有園林元素——但美景僅是表象，它真正的功能和秘密隱藏在土壤下、水流中。”高鵬杰說。

我們沿著木棧道分割的濕地格局追蹤水處理的過程，它由7 級水處理環節組成。不同水處理單元串聯在一起，水從一個濕地系統流向下一個濕地系統，經過層層凈化，水質逐級提高。

荷葉掩映著進水管，不仔細找很難發現。污水先在厭氧池中沉淀，再通過管道送入下一級潛流型濕地。潛流即水在地面下面流動。高鵬杰說：“你們可以在腦海中想象這樣的畫面：揭開最上面這層滿是植物的覆蓋，下面是1.2 至1.5 米厚、底部有一定坡度的填料層。進水管埋在填料層下端，水從填料下漫上來，之后慢慢流過填料層。水經過填料層就干凈一些，再經過下一級同樣的處理，更干凈一些。”

人工濕地工作時，填料、植物和微生物三者互為因果，它們形成一個共生系統。植物根系創造微生物生存環境，填料縫隙使微生物生長，增殖，通過過濾、吸附、共沉、離子交換、植物吸收和微生物降解等實現對廢水的凈化。

人們對嘗試新型填料樂此不疲：沸石、石英砂、煤渣、活性炭以及高爐鋼渣等，有人也因此獲得了專利。但人工濕地的凈化機制仍屬于“灰箱模型”，哪一部分處理作用有多大，世界不同研究機構得到的結論并不相同。

高鵬杰走到水處理的最后環節：一個池子匯集經過7 級處理的水——清可見底。他用空的礦泉水瓶舀滿水，你會相信這真是一瓶礦泉水。“理論上，即使喝一口也沒問題。”

“這就是房地產商青睞人工濕地的原因所在。樓盤都需要造景，尤其是水景，更有利于營銷。人工濕地系統完全可以和園林景觀合并，濕地作為園林的水景，提供干凈水源灌溉；園林為濕地提供土地。在歐美，最小的人工濕地僅處理一家一戶排放的污水，就建在他們自家別墅的后花園里。”高鵬杰說。

但是，人工濕地系統不能無限制地擴大面積。透析自然水域尤其需要謹慎。因為人工濕地本身開挖量很大，對當地原生態容易造成影響。人工濕地建設也并非一勞永逸，需要長期維護，防止管道堵塞和植物老化。如果疏于管理，用來凈化水環境的濕地有可能成為一潭死水。只有因地制宜、形成良好的運行管理機制，才能發揮其巨大作用。

Tips：

人工濕地：人工濕地處理技術是利用生態工程的方法，在一定的填料上種植特定的濕地植物，建立起的污水處理系統。

潛流型人工濕地：是人工濕地凈化效率最高的濕地類型，污水在濕地床表面下流動，一方面可充分利用填料表面生長的生物膜、植物根系及表層土和填料的攔截作用，提高處理效果；另一方面，水流在地表下流動能少受氣候影響。

灰箱模型：指那些內部規律尚不十分清楚，在建立和改善模型方面都還不同程度地有許多工作要做的問題。如氣象學、生態學、經濟學等領域的模型。

再生水：污水經深度處理后，達到一定水質指標，滿足某種使用要求，可以進行有益使用的水。用于灌溉、景觀用水、沖廁、車輛沖洗、消防和工業冷卻水等非直接飲用途徑。