凈化污水的“地球之腎”

李偉　劉璐

在生態(tài)系統(tǒng)里，濕地最重要的功能之一是水體凈化。來(lái)自其他地方的污水進(jìn)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(gè)過(guò)程有點(diǎn)像是血液經(jīng)過(guò)腎、被腎濾去其中的廢物，所以人們把濕地譽(yù)為“地球之腎”。不過(guò)，細(xì)究起來(lái)，腎只是把血液中的廢物排入尿中、泄出體外而已，并沒(méi)有親自對(duì)付這些廢物，而濕地卻能實(shí)打?qū)嵉亟到馕鬯械挠卸居泻ξ镔|(zhì)。

天然濕地凈水三部曲

濕地這個(gè)巨大的污水凈化器，是通過(guò)物理、化學(xué)和生物三種方法凈化污水的。

第一部：物理沉淀法

當(dāng)污水進(jìn)入濕地的時(shí)候，因?yàn)樗w物理性質(zhì)的變化，原先懸浮的顆粒會(huì)聚合沉淀下來(lái)，就像河水中的泥沙在入海口處匯聚沉下來(lái)形成沙洲一樣。此外，這些懸浮顆粒還會(huì)被濕地土壤或植物體吸附，像篩子一樣把清水過(guò)濾出去。就拿氮和磷這兩種造成水體富營(yíng)養(yǎng)化的“罪首”元素來(lái)說(shuō)吧，如果水里它們的含量過(guò)多，就會(huì)造成水中植物生長(zhǎng)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(dāng)一部分氮和磷就是通過(guò)這種物理降解的過(guò)程離開(kāi)水體的。

第二部：化學(xué)溶解法

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

第三部：生物轉(zhuǎn)換法

當(dāng)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(jì)70年代，德國(guó)生態(tài)學(xué)家發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)在濕地中的挺水植物會(huì)用露在水面上的葉片吸收氧氣，把氧氣向下輸導(dǎo)到根部，于是在根系附近形成了富含氧氣的區(qū)域，適合喜歡氧氣的好氧菌的繁殖。在遠(yuǎn)離植物根系的地方，又因?yàn)檠鯕夂康停切┻m應(yīng)缺氧環(huán)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(shí)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(huán)境，它們同時(shí)發(fā)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(lái)說(shuō)，相當(dāng)一部分氮就是這樣被消除掉的—含氮有機(jī)物先是被微生物轉(zhuǎn)化為氨離子（NH4+），氨離子在好氧的硝化菌作用下轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化成氮?dú)猓∟2）。氨離子、亞硝酸根和硝酸根可以被濕地植物直接吸收，而氮?dú)饪梢噪x開(kāi)水體釋放到空氣中。經(jīng)過(guò)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(qiáng)的污水凈化功能，但人們還是不滿意，覺(jué)得效率有點(diǎn)低。為了加快污水的凈化速度，科學(xué)家們專門打造了人工的“污水凈化器”——人工“處理濕地”。

要想設(shè)計(jì)一塊理想的用于污水凈化的人工濕地，需要預(yù)先選定合適的基質(zhì)（包括土壤和人工介質(zhì)）、水生植物和微生物，還要對(duì)其形態(tài)做細(xì)心的設(shè)計(jì)。比如，有時(shí)候需要讓水露天流動(dòng)，這就是“表流濕地”，有時(shí)候需要讓水在土壤表層以下流動(dòng)，這就是“潛流濕地”。當(dāng)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(zhì)、水生植物和微生物的潛力，讓它們相互配合，從物理、化學(xué)和生物三個(gè)方面一齊努力，實(shí)現(xiàn)把污水處理成無(wú)毒無(wú)害物質(zhì)的目標(biāo)。

今天，無(wú)論是農(nóng)業(yè)污水、工業(yè)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(shí)產(chǎn)生的各種地面徑流（如機(jī)場(chǎng)、停車場(chǎng)等路面因?yàn)楸┯戤a(chǎn)生的短期徑流），都可以用人工處理濕地來(lái)凈化。比起專門的污水處理廠來(lái)，人工處理濕地的建造和運(yùn)行費(fèi)用更低，更易于維護(hù)，不會(huì)造成二次污染，還可以提供美化環(huán)境、野生動(dòng)物棲息、娛樂(lè)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(jīng)有一百多年的歷史了。1903年建在英國(guó)約克郡的人工濕地被認(rèn)為是世界上第一個(gè)這樣的人工濕地，它一直運(yùn)行到1992年。自從德國(guó)學(xué)者揭開(kāi)植物和微生物配合凈水的奧秘之后，人工濕地生態(tài)系統(tǒng)更是在世界各地受到重視。endprint