城市人工濕地效益探討

包 君,姚 倩 ,劉 娟

(河海大學(xué)商學(xué)院,江蘇常州213022)

1 引言

人工濕地是指通過選擇一定的地理位置與地形,并模擬天然濕地的結(jié)構(gòu)與功能的人工生態(tài)系統(tǒng)。它充分利用基質(zhì)、植物和微生物這個復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的物理、生物和化學(xué)的3重協(xié)調(diào)作用,通過吸附、滯留、過濾、氧化還原、沉淀、微生物分解、轉(zhuǎn)化和養(yǎng)分吸收等來實現(xiàn)對廢水的高效凈化。人工濕地利用自然水體及生物生態(tài)系統(tǒng)處理污水,能夠形成床體內(nèi)部物質(zhì)的良好循環(huán)并具有較好的生態(tài)效益,經(jīng)濟效益和社會效益。

2 城市人工濕地的效益

2.1 生態(tài)效益

2.1.1 沉積、降解污染物,處理和凈化城市污水

人工濕地污水處理系統(tǒng)是人為地在有一定長寬比和底面坡度的洼地上用土壤和填料混合組成填料床,設(shè)計上采用表面流,潛流和垂直流3種不同方式,并在床體表面種植鳳眼蓮、大薸、黑藻、大聚藻、蘆葦、傘草、燈心草、黃菖蒲等具有性能好,成活率高,抗水性強,生長周期長,美觀及具有經(jīng)濟價值的水生植物形成一個獨特的動植物生態(tài)體系。利用這一人工的生態(tài)體系實現(xiàn)對污水中有機物,氮,磷等的去除,從而達到凈化污水的目的。

污水的凈化機理主要依賴于土壤,微生物與藻類及植物凈化機理3大機理。人工濕地的基質(zhì)一般由土壤、細沙、粗砂、礫石、碎瓦片或灰渣等構(gòu)成?；|(zhì)一方面為植物和微生物提供生長介質(zhì),另一方面通過沉淀、過濾和吸附以及離子交換、偶合作用等去除污染物。各類污水中最先出現(xiàn)并對污物起吸收與降解作用的群體是微生物。濕地優(yōu)勢菌屬主要為假單胞菌屬、產(chǎn)堿桿均屬和黃桿菌屬。這些菌屬生長快速、分解有機物快、降解能力強。藻類為微生物提供良好生存環(huán)境,也是濕地生態(tài)系統(tǒng)中生物量的主要組成成分,在貯存和轉(zhuǎn)移養(yǎng)分方面起關(guān)鍵作用。人工濕地的這3大成分間相輔相成,綜合作用。通過物理沉積、化學(xué)反應(yīng)、生化反應(yīng)以及植物吸收等綜合協(xié)調(diào)作用,顯示出對有機污染物的強大去除能力。一般人工濕地 BOD的去除率在85%～95%,對COD的去除率可達80%以上。

生物代謝是濕地系統(tǒng)去除有機物的基本過程。水體中的各種微生物將有機物氧化為穩(wěn)定的終產(chǎn)物,如CO2,H2 O,NH3,NO-3,NO-2,N2等小分子和離子。降解后的CO2,N2釋放到空氣中,NH3,NO-3,NO-2能被濕地植物(蘆葦、黃菖蒲等)吸收,降解效率高。人工濕地對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亞硝酸菌將氨氮氧化成NO-2,再由硝酸菌將亞硝酸鹽進一步氧化為NO-3。反硝化是在無氧條件下進行,由反硝化菌利用硝酸鹽中的氧進行呼吸,氧化分解有機物,將硝酸氮還原為N2和N2O,排出系統(tǒng)。對磷的去除作用包括基質(zhì)的吸收、過濾和沉淀、植物和藻類的吸收、微生物去除等。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明,與其他污水處理工藝相比,人工濕地對富營養(yǎng)化污水具有更好的凈化能力。SS去除率可達90%以上,N和P的去除率可分別達到90%和60%以上。如表1所示。

表1 深圳沙田人工濕地污水處理效果[7]

2.1.2 保護城市生物多樣性,具有良好的生物功能

城市人工濕地為城市原有的動物提供豐富的食物和良好的生存繁衍空間,對物種保存和保護城市物種多樣性發(fā)揮著重要作用。城市人工濕地與城市常見景觀差異較大,形成了城市中特殊的生物環(huán)境,適于各類生物的生存、繁衍。突出其保護生物多樣性的特點。如上海市濕地有50多種淡水魚類,鳥類共有5目5科6種,植被中挺水、浮水和沉水3個類型100余種,對保護城市生物多樣性及營造舒適城市環(huán)境具有重要作用。

2.1.3 調(diào)蓄洪水,防止自然災(zāi)害

城市人工濕地在控制洪水,調(diào)節(jié)水流方面功能十分顯著。人工濕地是蓄水防洪的天然“海綿”。在暴雨和河流漲水期能夠儲存過量的降水,避免或減輕洪澇災(zāi)害影響。此外人工濕地在城市蓄水、調(diào)節(jié)河川徑流、補給地下水和維持區(qū)域水平衡中發(fā)揮著重要作用,保證工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有穩(wěn)定的水源供給。

2.1.4 減少城市環(huán)境壓力,調(diào)節(jié)氣候

人工濕地能有效吸收二氧化硫、氮氧化物等氣體,通過濕地植物的光合作用增加氧氣、凈化空氣,減輕城市熱島效應(yīng)和污染,同時調(diào)節(jié)城市氣溫、濕度等,能較好地調(diào)節(jié)城市小氣候,改善城市的居住環(huán)境。

2.2 經(jīng)濟效益

(1)為城市提供水資源。一座日處理污水萬立方米的人工濕地除去系統(tǒng)自身運營的需水量后,每年大約可獲得達到養(yǎng)殖標準的凈水萬立方米。這些濕地處理后的水可用于飲用水水源和景觀用水,亦可用作沖廁、洗車、灌概、綠化及工業(yè)回用等。豐富了城市的水資源,降低企業(yè)用水成本,在一定程度上緩解城市的用水壓力。

(2)提供了豐富的動植物產(chǎn)品。濕地中的魚類,藕、菱、芡、茨菰、蝦、貝、藻類等是富有營養(yǎng)的副食品。動植物資源有些可以藥用,有些是工業(yè)原料。例如蘆葦就是重要造紙原料。形成規(guī)模的蘆葦?shù)乜芍苯犹峁┙?jīng)濟價值。

(3)城市污水處理費用降低。人工濕地的污水處理費用一般為每噸污水0.1～0.2元,此價格是傳統(tǒng)二級處理的1/10～1/5。此外,基建投資也少得多,通常是傳統(tǒng)二級污水處理的1/5～1/2。

(4)隨著生活水平的提高,自然的臨水生活已成為新世紀人們所推崇的一種居住方式,房屋建設(shè)人工濕地的水面積也成為一個優(yōu)勢,形成直接經(jīng)濟價值。

2.3 社會效益

隨著現(xiàn)代城市的快速發(fā)展,越來越多的居民渴望回歸自然,城市濕地以其自身獨特的特點正好滿足了城市居民這種心理需求。人工濕地創(chuàng)造的優(yōu)美的風(fēng)景、幽靜的環(huán)境和清新的空氣,不僅使人感到情緒鎮(zhèn)定、心情暢快,而且有益于人們的健康與長壽,同時還陶冶了情操、激發(fā)了靈感。為人們提供良好的交流和休閑活動場所,增進相互間的了解。人工濕地在豐富城市水文化、美化環(huán)境、提供休憩空間等方面有著不可替代的社會效益。同時濕地生態(tài)系統(tǒng)及多樣的動植物群落為教育和科研提供了對象、材料和試驗基地。

3 結(jié)語

城市人工濕地為城市建設(shè)帶來了諸多的卓有成效的效益,其中生態(tài)效益尤為突出。突出的效益使得人工濕地有著廣闊的應(yīng)用前景。在今后的濕地建設(shè)中,應(yīng)以整個區(qū)域、城市的生態(tài)環(huán)境為背景進行分析、研究,從實際凈化效能入手,分階段、分步驟循序漸進地試驗和實施。做好人工濕地的建設(shè)和保護工作,應(yīng)充分利用報紙,媒體等各種手段提高全民素質(zhì),讓公眾參與保護濕地;政府加大濕地保護力度,控制和降低污染,保護城市濕地生態(tài)功能;加快城市濕地園林建設(shè),加大科研力度,設(shè)法改善目前國內(nèi)人工濕地處理系統(tǒng)普遍存在著的諸如占地面積大、處理負荷低、衛(wèi)生條件落后、冬季效果低等缺點。在濕地建設(shè)中,注意植物搭配的合理性,避免盲目引進外來物種。努力促進城市人工濕地在生態(tài),經(jīng)濟和社會效益方面獲得最優(yōu),達到改善城市環(huán)境,營造綠色環(huán)保生活的美好目標。

[1]李 杰,鐘成華,鄧春光.人工濕地研究進展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2007(6)：16～ 17.

[2]張洪剛,洪劍明.人工濕地中植物的作用[J].濕地科學(xué),2006(2)：61～ 62.

[3]李連發(fā).人工濕地植物的選擇[J].南方農(nóng)業(yè),2010(5)：73～74.

[4]張建國,何 方.人工濕地城市之腎[J].百科知識,2006(9)：48～50.

[5]宋志文,畢學(xué)軍,曹 軍.人工濕地及其在我國小城市污水處理中的應(yīng)用[J].生態(tài)學(xué)雜志,2003(3)：133～134.

[6]柳文麗.人工濕地在中國的研究進展[J].四川環(huán)境,2010(5)：67～68.

[7]陳新建.城市濕地建設(shè)與污水處理關(guān)系研究[J],安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2010(16)：59～ 62.