凈化污水的“地球之腎”

李偉　劉璐

在生態系統里，濕地最重要的功能之一是水體凈化。來自其他地方的污水進入濕地，在這里完成凈化之后，再重新回到其他生境中以供再次利用。這個過程有點像是血液經過腎、被腎濾去其中的廢物，所以人們把濕地譽為“地球之腎”。不過，細究起來，腎只是把血液中的廢物排入尿中、泄出體外而已，并沒有親自對付這些廢物，而濕地卻能實打實地降解污水中的有毒有害物質。

天然濕地凈水三部曲

濕地這個巨大的污水凈化器，是通過物理、化學和生物三種方法凈化污水的。

第一部：物理沉淀法

當污水進入濕地的時候，因為水體物理性質的變化，原先懸浮的顆粒會聚合沉淀下來，就像河水中的泥沙在入海口處匯聚沉下來形成沙洲一樣。此外，這些懸浮顆粒還會被濕地土壤或植物體吸附，像篩子一樣把清水過濾出去。就拿氮和磷這兩種造成水體富營養化的“罪首”元素來說吧，如果水里它們的含量過多，就會造成水中植物生長異常、魚類死亡等不良后果。因此，把污水排往水體之前，凈氮、凈磷是十分必要的，而相當一部分氮和磷就是通過這種物理降解的過程離開水體的。

第二部：化學溶解法

濕地水體會溶解土壤、河岸等地方的一些化學物質，當污水流進來時，這些化學物質可以和污水中的化學物質發生反應，也能起到一定的凈化作用。比如當濕地中含鈣離子（Ca2+）時，就可以和富磷污水中的磷酸根離子（PO43-）反應，生成難溶于水的磷酸鈣沉淀下來，這樣就進一步降低了水中磷元素的濃度。

第三部：生物轉換法

當然，在污水凈化中起到主要作用的，還要屬濕地中的各種生物了。其中，植物和微生物是去污好拍檔，它們的相互配合尤其令人嘆服——20世紀70年代，德國生態學家發現，長在濕地中的挺水植物會用露在水面上的葉片吸收氧氣，把氧氣向下輸導到根部，于是在根系附近形成了富含氧氣的區域，適合喜歡氧氣的好氧菌的繁殖。在遠離植物根系的地方，又因為氧氣含量低，那些適應缺氧環境的兼性菌和完全不喜歡氧氣的厭氧菌可以盡情繁衍。這樣，在濕地水體中就同時存在適合好氧菌、兼性菌和厭氧菌這三大類微生物生存的微環境，它們同時發力，在植物的配合下一起降解污染物，污水就這樣慢慢變干凈了。

舉例來說，相當一部分氮就是這樣被消除掉的—含氮有機物先是被微生物轉化為氨離子（NH4+），氨離子在好氧的硝化菌作用下轉化為亞硝酸根（NO2-）和硝酸根（NO3-）離子，它們又可以被兼性的反硝化菌轉化成氮氣（N2）。氨離子、亞硝酸根和硝酸根可以被濕地植物直接吸收，而氮氣可以離開水體釋放到空氣中。經過這一番處理，留在水里面的氮就很少了。

“處理濕地”的凈化功能

雖然天然濕地具有這樣強的污水凈化功能，但人們還是不滿意，覺得效率有點低。為了加快污水的凈化速度，科學家們專門打造了人工的“污水凈化器”——人工“處理濕地”。

要想設計一塊理想的用于污水凈化的人工濕地，需要預先選定合適的基質（包括土壤和人工介質）、水生植物和微生物，還要對其形態做細心的設計。比如，有時候需要讓水露天流動，這就是“表流濕地”，有時候需要讓水在土壤表層以下流動，這就是“潛流濕地”。當然，不管這些人工濕地最后建成什么樣子，目的都是要充分挖掘基質、水生植物和微生物的潛力，讓它們相互配合，從物理、化學和生物三個方面一齊努力，實現把污水處理成無毒無害物質的目標。

今天，無論是農業污水、工業廢水、垃圾滲濾液還是地下管道污水，甚至是城市在陰濕天氣時產生的各種地面徑流（如機場、停車場等路面因為暴雨產生的短期徑流），都可以用人工處理濕地來凈化。比起專門的污水處理廠來，人工處理濕地的建造和運行費用更低，更易于維護，不會造成二次污染，還可以提供美化環境、野生動物棲息、娛樂休閑等附加功能呢。

第一塊人工濕地

專門用于污水凈化的人工濕地，已經有一百多年的歷史了。1903年建在英國約克郡的人工濕地被認為是世界上第一個這樣的人工濕地，它一直運行到1992年。自從德國學者揭開植物和微生物配合凈水的奧秘之后，人工濕地生態系統更是在世界各地受到重視。endprint