包 君,姚 倩 ,刘 娟

(河海大学商学院,江苏常州213022)

1 引言

人工湿地是指通过选择一定的地理位置与地形,并模拟天然湿地的结构与功能的人工生态系统。它充分利用基质、植物和微生物这个复合生态系统的物理、生物和化学的3重协调作用,通过吸附、滞留、过滤、氧化还原、沉淀、微生物分解、转化和养分吸收等来实现对废水的高效净化。人工湿地利用自然水体及生物生态系统处理污水,能够形成床体内部物质的良好循环并具有较好的生态效益,经济效益和社会效益。

2 城市人工湿地的效益

2.1 生态效益

2.1.1 沉积、降解污染物,处理和净化城市污水

人工湿地污水处理系统是人为地在有一定长宽比和底面坡度的洼地上用土壤和填料混合组成填料床,设计上采用表面流,潜流和垂直流3种不同方式,并在床体表面种植凤眼莲、大薸、黑藻、大聚藻、芦苇、伞草、灯心草、黄菖蒲等具有性能好,成活率高,抗水性强,生长周期长,美观及具有经济价值的水生植物形成一个独特的动植物生态体系。利用这一人工的生态体系实现对污水中有机物,氮,磷等的去除,从而达到净化污水的目的。

污水的净化机理主要依赖于土壤,微生物与藻类及植物净化机理3大机理。人工湿地的基质一般由土壤、细沙、粗砂、砾石、碎瓦片或灰渣等构成。基质一方面为植物和微生物提供生长介质,另一方面通过沉淀、过滤和吸附以及离子交换、偶合作用等去除污染物。各类污水中最先出现并对污物起吸收与降解作用的群体是微生物。湿地优势菌属主要为假单胞菌属、产碱杆均属和黄杆菌属。这些菌属生长快速、分解有机物快、降解能力强。藻类为微生物提供良好生存环境,也是湿地生态系统中生物量的主要组成成分,在贮存和转移养分方面起关键作用。人工湿地的这3大成分间相辅相成,综合作用。通过物理沉积、化学反应、生化反应以及植物吸收等综合协调作用,显示出对有机污染物的强大去除能力。一般人工湿地 BOD的去除率在85%～95%,对COD的去除率可达80%以上。

生物代谢是湿地系统去除有机物的基本过程。水体中的各种微生物将有机物氧化为稳定的终产物,如CO2,H2 O,NH3,NO-3,NO-2,N2等小分子和离子。降解后的CO2,N2释放到空气中,NH3,NO-3,NO-2能被湿地植物(芦苇、黄菖蒲等)吸收,降解效率高。人工湿地对氮的去除主要靠氨化及硝化菌硝化和反硝化菌的反硝化作用。硝化作用是在好氧菌的作用下先由亚硝酸菌将氨氮氧化成NO-2,再由硝酸菌将亚硝酸盐进一步氧化为NO-3。反硝化是在无氧条件下进行,由反硝化菌利用硝酸盐中的氧进行呼吸,氧化分解有机物,将硝酸氮还原为N2和N2O,排出系统。对磷的去除作用包括基质的吸收、过滤和沉淀、植物和藻类的吸收、微生物去除等。统计数据表明,与其他污水处理工艺相比,人工湿地对富营养化污水具有更好的净化能力。SS去除率可达90%以上,N和P的去除率可分别达到90%和60%以上。如表1所示。

表1 深圳沙田人工湿地污水处理效果[7]

2.1.2 保护城市生物多样性,具有良好的生物功能

城市人工湿地为城市原有的动物提供丰富的食物和良好的生存繁衍空间,对物种保存和保护城市物种多样性发挥着重要作用。城市人工湿地与城市常见景观差异较大,形成了城市中特殊的生物环境,适于各类生物的生存、繁衍。突出其保护生物多样性的特点。如上海市湿地有50多种淡水鱼类,鸟类共有5目5科6种,植被中挺水、浮水和沉水3个类型100余种,对保护城市生物多样性及营造舒适城市环境具有重要作用。

2.1.3 调蓄洪水,防止自然灾害

城市人工湿地在控制洪水,调节水流方面功能十分显著。人工湿地是蓄水防洪的天然“海绵”。在暴雨和河流涨水期能够储存过量的降水,避免或减轻洪涝灾害影响。此外人工湿地在城市蓄水、调节河川径流、补给地下水和维持区域水平衡中发挥着重要作用,保证工农业生产有稳定的水源供给。

2.1.4 减少城市环境压力,调节气候

人工湿地能有效吸收二氧化硫、氮氧化物等气体,通过湿地植物的光合作用增加氧气、净化空气,减轻城市热岛效应和污染,同时调节城市气温、湿度等,能较好地调节城市小气候,改善城市的居住环境。

2.2 经济效益

(1)为城市提供水资源。一座日处理污水万立方米的人工湿地除去系统自身运营的需水量后,每年大约可获得达到养殖标准的净水万立方米。这些湿地处理后的水可用于饮用水水源和景观用水,亦可用作冲厕、洗车、灌概、绿化及工业回用等。丰富了城市的水资源,降低企业用水成本,在一定程度上缓解城市的用水压力。

(2)提供了丰富的动植物产品。湿地中的鱼类,藕、菱、芡、茨菰、虾、贝、藻类等是富有营养的副食品。动植物资源有些可以药用,有些是工业原料。例如芦苇就是重要造纸原料。形成规模的芦苇地可直接提供经济价值。

(3)城市污水处理费用降低。人工湿地的污水处理费用一般为每吨污水0.1～0.2元,此价格是传统二级处理的1/10～1/5。此外,基建投资也少得多,通常是传统二级污水处理的1/5～1/2。

(4)随着生活水平的提高,自然的临水生活已成为新世纪人们所推崇的一种居住方式,房屋建设人工湿地的水面积也成为一个优势,形成直接经济价值。

2.3 社会效益

随着现代城市的快速发展,越来越多的居民渴望回归自然,城市湿地以其自身独特的特点正好满足了城市居民这种心理需求。人工湿地创造的优美的风景、幽静的环境和清新的空气,不仅使人感到情绪镇定、心情畅快,而且有益于人们的健康与长寿,同时还陶冶了情操、激发了灵感。为人们提供良好的交流和休闲活动场所,增进相互间的了解。人工湿地在丰富城市水文化、美化环境、提供休憩空间等方面有着不可替代的社会效益。同时湿地生态系统及多样的动植物群落为教育和科研提供了对象、材料和试验基地。

3 结语

城市人工湿地为城市建设带来了诸多的卓有成效的效益,其中生态效益尤为突出。突出的效益使得人工湿地有着广阔的应用前景。在今后的湿地建设中,应以整个区域、城市的生态环境为背景进行分析、研究,从实际净化效能入手,分阶段、分步骤循序渐进地试验和实施。做好人工湿地的建设和保护工作,应充分利用报纸,媒体等各种手段提高全民素质,让公众参与保护湿地;政府加大湿地保护力度,控制和降低污染,保护城市湿地生态功能;加快城市湿地园林建设,加大科研力度,设法改善目前国内人工湿地处理系统普遍存在着的诸如占地面积大、处理负荷低、卫生条件落后、冬季效果低等缺点。在湿地建设中,注意植物搭配的合理性,避免盲目引进外来物种。努力促进城市人工湿地在生态,经济和社会效益方面获得最优,达到改善城市环境,营造绿色环保生活的美好目标。

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