人工濕地對城市生態環境的改善

劉照晴

(上谷環境科技有限公司， 上海 200030)

1 引言

眾所周知，濕地作為“地球之腎”與森林、海洋并稱為地球三大生態系統，而人工濕地則被堪稱為“城市之腎”[1]。在國家經濟快速發展和人口規模急劇擴大的雙重壓力下，大量濕地被轉換為農田或不動產開發及產業開發，這也導致濕地面積不斷縮小，生態系統受到殘酷威脅。本文通過借鑒前人研究基礎和工程實例，探討城市居民與人工濕地生態環境的和諧共存。

2 人工濕地生態系統

2.1 人工濕地定義及其凈化機理

人工濕地是人為設計施工的生態設施。由土壤基質、水生植物和微生物組成，能達到污水脫氮除磷、去除病原微生物的目的與生態景觀兼顧的功能。

人工濕地系統從啟動到成熟一般需要1～2年時間，待人工濕地系統成熟時，基質表面和植物根系都覆蓋著生物膜，增加了好氧生物反應活性。當污水經過生物膜時，懸浮顆粒物被填料截留過濾，有機污染物被生物膜和水生植物的耦合作用去除[2]。附著在植物和填料上的污染物則最終因替換填料或收割植物而被去除。

2.2 人工濕地類型和特點

人工濕地有2種類型，即表面流濕地和潛流型濕地。按照水體流動的不同方向，潛流型濕地還可分為水平潛流濕地和垂直潛流濕地[3]。

表面流人工濕地：與天然濕地形態較為相像，水體在基質層上方流動，出水經溢流堰流出。造價成本低，處理效能一般。

水平潛流人工濕地：水體經過上下兩層基質沿水平方向緩慢流出，上層覆蓋土壤和種植水生植物，下層鋪設便于水流通過的填料。耐寒性比表面流濕地更好，擁有去除BOD、COD等有機物和重金屬的處理效能。

垂直潛流人工濕地：水體呈垂直方向上行或向下行流動，由濕地底部出水[4]。造價比表面流濕地要高，對氨氮含量高的污水具有明顯的處理效能。

3 人工濕地對城市生態環境的改善

3.1 處理污水，改善城市水體質量

自2016年7月1日起國家環境保護局規定我國新建城鎮污水處理廠出水必須執行GB18918一級A標準[5]。雖然處理標準提高，污水經過生物處理進行脫氮除磷，但排放的尾水氮磷營養鹽濃度仍遠遠高于藻類植物爆發的水平，這不僅會造成河流、湖泊等水體的富營養化問題，也是城市水資源和氮磷營養鹽資源的浪費。

濕地內的水體流速緩慢，有利于污染物的自然沉淀。污水以推流的方式進入人工濕地，在物理過濾、生物吸收、化學合成和消解的共同作用下，將污染物大幅去除，使水質進一步得到改善，大大提高城市污水處理效率[6]。日本國立環境研究所孔海南等研究表明，沒有設計人工濕地技術的水域，夏季藍藻細胞滋生很快，相當于有設計人工濕地的10倍左右。在人工濕地占有率只有25%的條件下，消減了94%的植物性浮游生物[7]。夏季COD去除率也比較明顯，大約為50%，人工濕地技術對改善水體質量效果顯著。

3.2 調節水量、蓄洪排澇

人工濕地因其特殊的水文地質特性具有強大的蓄水能力，是蓄水防洪的天然“海綿”。在暴雨和河流漲水來臨時，將降水儲存起來，補充到地下水或分流到低洼處的河道，降低洪水帶來的危害，保護人身安全，降低社會經濟活動損失。當城市缺水時，再由地下將人工濕地儲存起來的水量釋放出去解決居民生活用水、工業生產用水，為城市間接提供了重要的淡水資源。

3.3 保護生物多樣性

20世紀60年代美國科學家Carson出版的《寂靜的春天》轟動了整個社會，由國家經濟發展產生的污染危害將讓整個城市再也聽不到鳥鳴，成人和孩童也出現了死亡的現象。這反應出動物與人類必須和諧共存，保護生物多樣性也是保護人類自身。

濕地是水體與土地交互過渡的產物，具有多元化的生態環境特征，能為動植物及微生物創造豐富的生活環境。在人類群居生活的城市，人工濕地能夠為許多珍稀危生物，特別是瀕危珍稀水禽提供所需要的遷徙、越冬、繁衍的場所，這些水禽動物的到來也將增加城市生物群落，改善生態環境。

人工濕地中的消費者魚類以蝦類、貝類等無脊椎動物作為主要的食物來源，而蝦類、貝類也是沉水植物、昆蟲類和其他微生物的天敵物種。在人工濕地中的生物食物鏈若是發生了變化，會影響整個生態系統轉變。

3.4 調控城市氣候

城市生產每天會向空氣中排放出大量的污染物，其中SO2、NO2、CO的無節制排放都會使城市溫度升高，空氣混濁，嚴重會導致人體不可逆轉的疾病甚至死亡。英國煙霧事件、日本的四日市哮喘事件都是20世紀典型的環境危害。

人工濕地可有效吸收空氣中的污染物，通過水分蒸發和升騰作用降低城市氣溫，提高空氣相對濕度，改善城市溫室效應。

3.5 提供科普教育場所

從生態學出發，經過人工設計組成的濕地被模擬復刻成一套完整的生態系統，這對學者和科研人員研究有機體和環境關系提供了直觀清晰的窗口。作為城市綠色場所，人工濕地不僅滿足了日益增長的市民戶外游憩的需求，同時能夠通過野外觀摩的方式，提高公眾的環保意識，發揮環境和社會雙重效益。

4 人工濕地經濟分析

作為一種資源型循環經濟技術，人工濕地的基建投資費用是常規污水生物處理法的1/4～1/3，運行費用則低至1/6～1/5。維護管理通常也只需要人力定期收割蘆葦等植物，做好防堵塞措施，技術難度低，是目前世界上最成功的污水處理系統之一。

然而為了保護濕地物種多樣性，國內的人工濕地往往多建在遠離城市居民生活的郊區，造成濕地維護的不便利性，這是目前國內人工濕地發展中一個重要誤區，過度依賴濕地的自凈能力。同時，以生態旅游為定位設計的人工濕地隨著季節和氣候的變化影響著游客的容量，這種影響容易干擾原有的生態平衡，極不利于濕地景觀的可持續發展。

第五代下沉式再生水廠箱體處理設施大多位于地下，如果將人工濕地設計在下沉式再生水廠的上部，這一不占用土地資源，且污染埋于地下的新型污水處理模式對于土地資源緊缺的我國城市而言前景十分廣闊。從社會角度來衡量與下沉式再生水廠相結合設計的人工濕地，這種低影響開發技術不僅能夠提升污水廠出水水質，消減城市河道污染負荷壓力，也能使城市生態系統日趨完善，這對于保護水環境、提高城市人居環境質量和建設資源循環型社會具有十分重要的意義。

通過科學設計的人工濕地具有環境友好、土地集約、增加城市綠色空間、以及改善投資環境的經濟價值，進一步加快市政公用設施資源化循環利用的步伐，也為城市的經濟輻射起到帶動作用。

5 結語

本文嘗試通過人工濕地提高城市水資源循環，進而改善城市生態環境。滿足城市居民親近自然的需求，實現城市可持續發展，共享綠色未來。