論人工濕地對改善環境的作用

張 興 劉 翼 陳 賢

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

關鍵詞人工濕地;類型;生態功能;影響因子;可利用價值

中圖分類號X171.4文獻標識碼A文章編號 1007-5739(2009)14-0253-01

人工濕地,即以濕地為對象的園林形式。人工濕地的研究最早可追溯到20 世紀70 年代,是在研究濕地的基礎上衍生出來的,是利用現代園林建設和生態學原理,對濕地生態系統的保護、重建和恢復,藝術地再現自然濕地景觀,并為社會民眾提供親近、感受、體驗自然的場所。人工濕地不僅具有濕地所具有的生態功能,而且在蓄洪防旱、調節氣候、控制土壤侵蝕、促淤造陸、降解環境污染等方面,起著極其重要的作用。

近年來,隨著人口的增加和經濟的快速發展,污水排放量迅猛增加,導致我國水源污染、水體富營養化及環境水質惡化日趨嚴重。目前我國污水處理主要依賴于傳統的集中時水處理工藝,雖然技術和工藝日漸完善,但卻面臨著處理水平低和投資運行費用高等問題。近年來,人工濕地處理系統以其投資少、建設運營成本低、凈化效果好、去除氮、磷能力強、工藝簡單、組合多樣化等優點近年來在世界各地得到了廣泛的應用,可作為傳統污水處理技術的一種有效替代方案,對于節能降耗、清沽生產、保護水環境以及進行有效的生態恢復,具有十分重要的現實意義。

1人工濕地的類型

根據濕地中的主要植物形式,人工濕地可分為:浮游植物系統、挺水植物系統及沉水植物系統。其中沉水植物系統還處于實驗室研究階段,其主要應用領域在于初級處理和二級處理后的精處理;浮游植物系統主要用于氮、磷去除和提高傳統穩定塘效率;挺水植物在人工濕地系統應用廣泛,目前所指人工濕地系統一般都是指挺水植物系統。

挺水植物系統根據廢水流經的方式,又可分為表面流濕地(SFW)、潛流濕地(SSFW)。表面流濕地系統與自然濕地十分相似,水深通常在4m以下,在污水緩慢流經濕地表面時,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。其優點在于造價低、運行管理簡單,但并沒有充分發揮機制和植物根系的作用;缺點是在運行過程中易產生異味,滋生蚊蠅,造成局部環境惡劣。潛流濕地系統根據水流流動方向可分為水平潛流人工濕地和垂直流人工濕地,當污水流經濕地床的填料時,系統充分利用填料截留、根系吸收和填料表面生長的生物膜對其進行降解消化,氧主要是靠植物根系進行傳輸。其優點在于污染物去除率高、受溫度影響較小和衛生條件好,但其控制管理相對復雜,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。

2人工濕地的生態功能

2.1水源保護

人工濕地應用于污水處理,有著能耗低、簡單易行、良好的凈化效果和獨特的生態功能。采用水生植物床構成的人工濕地生態凈化系統處理富營養化水源水,處理過程中不會產生新的“三致”物和“優先污染物”,避免了二次污染,利用人工濕地處理農田徑流和農業廢水,能大大降低水體中營養物的含量,對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

如何處理景區的生活污水和養殖廢水一直以來是個難題,在風景區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,使景區難以維持。而利用景區人工濕地處理污水,還美化周圍環境,是解決景觀用水的有效途徑。

2.3處理工業和生活廢水

人工濕地是進行工業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95%以上。對某些水需求量比較大的企業還能實現污水凈化回用,大量節約成本,并實現污水零排放。

城市生活污水由于分散排放,導致處理難度加大,利用人工濕地能很好地解決這個問題。建設城市濕地公園,既能進行城市生活污水的凈化處理,又能增加城市綠地面積,能創造良好的環境效益和社會效應。

2.4凈化暴雨徑流

城市道路和高速公路等雨水系統在雨季排放的雨水徑流中含有許多污染物,如有機物、油、洗滌劑和重金屬等,直接排入水體會污染水環境和破壞水資源。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化合物和重金屬,對地表水和深層地下水產生巨大威脅,處理不好極容易對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問題。

2.6致使污泥脫水

如何減少城市污水處理中產生的污泥處理、脫水和處置費用,是一個亟待解決的問題。利用人工濕地可以低成本地利用生態系統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定化,其根系可以貫穿實地上部的污泥儲存層,把氧氣帶到根部,使周圍許多微生物以污泥中的有機物為養料得以生長,從而達到凈化的作用。

3影響人工濕地的因子

3.1環境中的物理因子

溫度、水停留時間、水力負荷、濕地的運行管理等均會對人工濕地的去污效果產生影響。水溫在20～25℃時,生物去污的效果最好,低于10℃時,處理效果會明顯下降。當濕地運作一段時間(如3年)后,去污效果基本不再受環境因子(如溫度、污水流量等)影響,人工濕地中若是水停留的時間過短,就會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降低。水分的適量供給,即水力負荷的及時調整,是保證濕地植物正常發揮作用的重要因素,以滿足濕地植物對水分的需求,干濕交替的運行方式更有利于濕地植物的生長,地上生物量的增加,須根和根毛數量的增加,提高植物的輸氧量,改善介質中氧化還原狀態以促進有機物的降解和硝化細菌的生長。對濕地的運行管理也是一個關鍵的問題,要求科學管理,控制水停留時間、水力負荷,同時要定期添加植物,還要注意雜草和有害生物的控制。

3.2環境中的生物因子

人工濕地系統是一個完整的生態系統,有生產者(如各種水生植物),又有消費者(如各種微生物、鳥類等動物),同時還有大量的分解者(各種各樣的微生物),系統內部的各種生物能相互共存,從而達到系統內部的平衡。它形成了內部的良好循環,并具有較好的經濟效益和生態效益。目前,研究應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值

4.1人工濕地新增綠地,提高綠地系統生物多樣性

城市人工生態系統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,同時構建的挺水植物群落、浮葉植物群落和濕生植物群落等,又將豐富綠地系統的生態多樣性和景觀多樣性,從而整體提高城市綠地系統生物多樣性。濕地園林則要求對這些地方根據其自然生態系統特點,因地制宜地進行園林建設,這樣既可節省建設資金,又可形成特色景觀。

4.2人工濕地是濕地生態系統保護、重建和恢復的新途徑

濕地生態系統的重建和恢復是通過生態技術或生態工程對退化或消失的濕地進行修復或重建,再現干擾前濕地生態系統的結構和功能以及相關的物理、化學和生物學特性,使其發揮應有的作用。對破壞嚴重的濕地,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。

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單調等原因,我國城市園林綠化的外貌有趨同勢態。但濕地類型多,在全國分布極不均勻,各城市根據其擁有的濕地資源進行濕地園林建設,將會表現出明顯的城市景觀異質性。

4.4人工濕地可作為環境治理的途徑

一是處理污水的成本低。一般為1t污水0.1~0.2元,是傳統二級處理的1/10~1/5。此外,基建投資也少得多,通常為1t污水150~800元,是傳統二級污水處理廠的1/5~1/2。二是處理后的水不會使水體富營養化。人工濕地處理污水不會產生污垢,同時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生富營養化問題。三是處理污水的效率高。對有機物的去除效率高,人工濕地對有機物有較強的凈化能力,污水中的不溶有機物通過濕地的沉淀、過濾作用,可以很快被截留下來而被微生物利用。四是創造新的城市生態景觀。生態處理工程使污水處理與環境生態建設有機結合,在處理污水的同時還可以創造新的城市生態景觀,使城市的生態景觀更加多樣化。

5結語

人工濕地污水處理技術是正處于研究、應用和發展中的實用新技術,當前人工濕地已經從傳統的單一水質凈化轉向多目標應用,人們關注的焦點也從污染物去除轉變為提高生物多樣性、提升景觀娛樂性和強化相關的科學研究并重。因此,有必要建設人工濕地以改善環境,但如何合理建設人工濕地、配置人工濕地植物,需要人們摸索、創新、發展。

6參考文獻

[1] 宋朝樞.城市綠色腎肺工程與可持續發展[C]//胡運驊.第三屆中國國際園林花卉博覽會論文集,2001:10-15.

[2] 陳向遠.現代化城市需要建設城市大園林[J].中國園林,2001(5):3-6.

[3] 陳自新.城市大園林——現代化城市園林發展的必由之路[J].中國園林,2001(5):7-10.

[4] 俞孔堅,李迪華,孟壓凡.濕地及其在高科技園區中的營造[J].中國園林,2001(2):26-28.

[5] 任海,彭少麟.恢復生態學導論[M].北京:科學出版社,2001.

[6] 郎惠卿,林鵬,陸健健.中國濕地研究和保護[M].上海:華東師范大學出版社,1998.

[7] 徐光來,袁新田.人工濕地植物的作用與影響因素[J].河北農業科學,2008(12):63-65.

[8] 馬軍龍,王增長.人工濕地處理污水的應用研究[J].科技情報開發與經濟,2008(29):97-98.

[9] 范愛軍,羅恒.人工濕地生態系統中污染物的去除及影響因素[J].廣東化工,2008(9):104-107.

[10] 吳樹彪,董仁杰.人工濕地污水處理應用與研究進展[J].水處理技術,2008(8):5-9.