论人工湿地对改善环境的作用

张 兴 刘 翼 陈 贤

摘要湿地是地球上水陆作用形成的独特生态系统,是重要的生存环境和最富生物多样性的自然生态景观之一。介绍了人工湿地的类型,分析了人工湿地的生态功能、影响人工湿地的因子以及人工湿地的可利用价值,以期更好地利用人工湿地改善环境。

关键词人工湿地;类型;生态功能;影响因子;可利用价值

中图分类号X171.4文献标识码A文章编号 1007-5739(2009)14-0253-01

人工湿地,即以湿地为对象的园林形式。人工湿地的研究最早可追溯到20 世纪70 年代,是在研究湿地的基础上衍生出来的,是利用现代园林建设和生态学原理,对湿地生态系统的保护、重建和恢复,艺术地再现自然湿地景观,并为社会民众提供亲近、感受、体验自然的场所。人工湿地不仅具有湿地所具有的生态功能,而且在蓄洪防旱、调节气候、控制土壤侵蚀、促淤造陆、降解环境污染等方面,起着极其重要的作用。

近年来,随着人口的增加和经济的快速发展,污水排放量迅猛增加,导致我国水源污染、水体富营养化及环境水质恶化日趋严重。目前我国污水处理主要依赖于传统的集中时水处理工艺,虽然技术和工艺日渐完善,但却面临着处理水平低和投资运行费用高等问题。近年来,人工湿地处理系统以其投资少、建设运营成本低、净化效果好、去除氮、磷能力强、工艺简单、组合多样化等优点近年来在世界各地得到了广泛的应用,可作为传统污水处理技术的一种有效替代方案,对于节能降耗、清沽生产、保护水环境以及进行有效的生态恢复,具有十分重要的现实意义。

1人工湿地的类型

根据湿地中的主要植物形式,人工湿地可分为:浮游植物系统、挺水植物系统及沉水植物系统。其中沉水植物系统还处于实验室研究阶段,其主要应用领域在于初级处理和二级处理后的精处理;浮游植物系统主要用于氮、磷去除和提高传统稳定塘效率;挺水植物在人工湿地系统应用广泛,目前所指人工湿地系统一般都是指挺水植物系统。

挺水植物系统根据废水流经的方式,又可分为表面流湿地(SFW)、潜流湿地(SSFW)。表面流湿地系统与自然湿地十分相似,水深通常在4m以下,在污水缓慢流经湿地表面时,绝大部分污染物靠生长在水下植物茎杆上的微生物膜去除。其优点在于造价低、运行管理简单,但并没有充分发挥机制和植物根系的作用;缺点是在运行过程中易产生异味,滋生蚊蝇,造成局部环境恶劣。潜流湿地系统根据水流流动方向可分为水平潜流人工湿地和垂直流人工湿地,当污水流经湿地床的填料时,系统充分利用填料截留、根系吸收和填料表面生长的生物膜对其进行降解消化,氧主要是靠植物根系进行传输。其优点在于污染物去除率高、受温度影响较小和卫生条件好,但其控制管理相对复杂,由于其较高的污染物去除效率,人工湿地大部分采用潜流式湿地系统。

2人工湿地的生态功能

2.1水源保护

人工湿地应用于污水处理,有着能耗低、简单易行、良好的净化效果和独特的生态功能。采用水生植物床构成的人工湿地生态净化系统处理富营养化水源水,处理过程中不会产生新的“三致”物和“优先污染物”,避免了二次污染,利用人工湿地处理农田径流和农业废水,能大大降低水体中营养物的含量,对湖泊等水体的面源污染治理有着重要意义。

2.2提供景观用水

如何处理景区的生活污水和养殖废水一直以来是个难题,在风景区建造污水处理厂是不可行的,用地下水或自来水则成本太高,使景区难以维持。而利用景区人工湿地处理污水,还美化周围环境,是解决景观用水的有效途径。

2.3处理工业和生活废水

人工湿地是进行工业污水处理的一种有效手段,能有效去除酚、甲醇、乙醇、单甲基苯胺等污染物,去除率达95%以上。对某些水需求量比较大的企业还能实现污水净化回用,大量节约成本,并实现污水零排放。

城市生活污水由于分散排放,导致处理难度加大,利用人工湿地能很好地解决这个问题。建设城市湿地公园,既能进行城市生活污水的净化处理,又能增加城市绿地面积,能创造良好的环境效益和社会效应。

2.4净化暴雨径流

城市道路和高速公路等雨水系统在雨季排放的雨水径流中含有许多污染物,如有机物、油、洗涤剂和重金属等,直接排入水体会污染水环境和破坏水资源。采用人工湿地的方法能有效地处理雨水。

2.5处理垃圾渗漏液

垃圾渗滤液中含有大量有毒的有机化合物和重金属,对地表水和深层地下水产生巨大威胁,处理不好极容易对地表水和地下含水层造成污染。利用人工湿地的方法处理垃圾渗滤液能很好地解决这个问题。

2.6致使污泥脱水

如何减少城市污水处理中产生的污泥处理、脱水和处置费用,是一个亟待解决的问题。利用人工湿地可以低成本地利用生态系统的食物链解决这一问题,湿地植物在消化污泥中能茁壮生长,并且有利于污泥的脱水和稳定化,其根系可以贯穿实地上部的污泥储存层,把氧气带到根部,使周围许多微生物以污泥中的有机物为养料得以生长,从而达到净化的作用。

3影响人工湿地的因子

3.1环境中的物理因子

温度、水停留时间、水力负荷、湿地的运行管理等均会对人工湿地的去污效果产生影响。水温在20～25℃时,生物去污的效果最好,低于10℃时,处理效果会明显下降。当湿地运作一段时间(如3年)后,去污效果基本不再受环境因子(如温度、污水流量等)影响,人工湿地中若是水停留的时间过短,就会使植物不能充分吸收净化水;过长,则人工湿地处理污水的效率会降低。水分的适量供给,即水力负荷的及时调整,是保证湿地植物正常发挥作用的重要因素,以满足湿地植物对水分的需求,干湿交替的运行方式更有利于湿地植物的生长,地上生物量的增加,须根和根毛数量的增加,提高植物的输氧量,改善介质中氧化还原状态以促进有机物的降解和硝化细菌的生长。对湿地的运行管理也是一个关键的问题,要求科学管理,控制水停留时间、水力负荷,同时要定期添加植物,还要注意杂草和有害生物的控制。

3.2环境中的生物因子

人工湿地系统是一个完整的生态系统,有生产者(如各种水生植物),又有消费者(如各种微生物、鸟类等动物),同时还有大量的分解者(各种各样的微生物),系统内部的各种生物能相互共存,从而达到系统内部的平衡。它形成了内部的良好循环,并具有较好的经济效益和生态效益。目前,研究应用最多的人工湿地植物主要有芦苇、灯芯草、香蒲、茭草、菖蒲、美人蕉、慈菇等。

4人工湿地的可利用价值

4.1人工湿地新增绿地,提高绿地系统生物多样性

城市人工生态系统生物多样性极为缺乏,我国水生湿生植物近2 000种,通过引种驯化繁殖,将极大地丰富城市绿化植物的多样性,同时构建的挺水植物群落、浮叶植物群落和湿生植物群落等,又将丰富绿地系统的生态多样性和景观多样性,从而整体提高城市绿地系统生物多样性。湿地园林则要求对这些地方根据其自然生态系统特点,因地制宜地进行园林建设,这样既可节省建设资金,又可形成特色景观。

4.2人工湿地是湿地生态系统保护、重建和恢复的新途径

湿地生态系统的重建和恢复是通过生态技术或生态工程对退化或消失的湿地进行修复或重建,再现干扰前湿地生态系统的结构和功能以及相关的物理、化学和生物学特性,使其发挥应有的作用。对破坏严重的湿地,通过园林绿化工程和植物群落重建,可加快湿地植被的恢复。

4.3人工湿地塑造城市园林绿化特色

由于造园手法和园林植物品种相对单调等原因,我国城市园林绿化的外貌有趋同势态。但湿地类型多,在全国分布极不均匀,各城市根据其拥有的湿地资源进行湿地园林建设,将会表现出明显的城市景观异质性。

4.4人工湿地可作为环境治理的途径

一是处理污水的成本低。一般为1t污水0.1~0.2元,是传统二级处理的1/10~1/5。此外,基建投资也少得多,通常为1t污水150~800元,是传统二级污水处理厂的1/5~1/2。二是处理后的水不会使水体富营养化。人工湿地处理污水不会产生污垢,同时能有效地除去污水中的磷和氮,使排放到自然水系的水不产生富营养化问题。三是处理污水的效率高。对有机物的去除效率高,人工湿地对有机物有较强的净化能力,污水中的不溶有机物通过湿地的沉淀、过滤作用,可以很快被截留下来而被微生物利用。四是创造新的城市生态景观。生态处理工程使污水处理与环境生态建设有机结合,在处理污水的同时还可以创造新的城市生态景观,使城市的生态景观更加多样化。

5结语

人工湿地污水处理技术是正处于研究、应用和发展中的实用新技术,当前人工湿地已经从传统的单一水质净化转向多目标应用,人们关注的焦点也从污染物去除转变为提高生物多样性、提升景观娱乐性和强化相关的科学研究并重。因此,有必要建设人工湿地以改善环境,但如何合理建设人工湿地、配置人工湿地植物,需要人们摸索、创新、发展。

6参考文献

[1] 宋朝枢.城市绿色肾肺工程与可持续发展[C]//胡运骅.第三届中国国际园林花卉博览会论文集,2001:10-15.

[2] 陈向远.现代化城市需要建设城市大园林[J].中国园林,2001(5):3-6.

[3] 陈自新.城市大园林——现代化城市园林发展的必由之路[J].中国园林,2001(5):7-10.

[4] 俞孔坚,李迪华,孟压凡.湿地及其在高科技园区中的营造[J].中国园林,2001(2):26-28.

[5] 任海,彭少麟.恢复生态学导论[M].北京:科学出版社,2001.

[6] 郎惠卿,林鹏,陆健健.中国湿地研究和保护[M].上海:华东师范大学出版社,1998.

[7] 徐光来,袁新田.人工湿地植物的作用与影响因素[J].河北农业科学,2008(12):63-65.

[8] 马军龙,王增长.人工湿地处理污水的应用研究[J].科技情报开发与经济,2008(29):97-98.

[9] 范爱军,罗恒.人工湿地生态系统中污染物的去除及影响因素[J].广东化工,2008(9):104-107.

[10] 吴树彪,董仁杰.人工湿地污水处理应用与研究进展[J].水处理技术,2008(8):5-9.