人工濕地對(duì)城市生態(tài)環(huán)境的改善

劉照晴

(上谷環(huán)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(tài)系統(tǒng)，而人工濕地則被堪稱為“城市之腎”[1]。在國(guó)家經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和人口規(guī)模急劇擴(kuò)大的雙重壓力下，大量濕地被轉(zhuǎn)換為農(nóng)田或不動(dòng)產(chǎn)開(kāi)發(fā)及產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)，這也導(dǎo)致濕地面積不斷縮小，生態(tài)系統(tǒng)受到殘酷威脅。本文通過(guò)借鑒前人研究基礎(chǔ)和工程實(shí)例，探討城市居民與人工濕地生態(tài)環(huán)境的和諧共存。

2 人工濕地生態(tài)系統(tǒng)

2.1 人工濕地定義及其凈化機(jī)理

人工濕地是人為設(shè)計(jì)施工的生態(tài)設(shè)施。由土壤基質(zhì)、水生植物和微生物組成，能達(dá)到污水脫氮除磷、去除病原微生物的目的與生態(tài)景觀兼顧的功能。

人工濕地系統(tǒng)從啟動(dòng)到成熟一般需要1～2年時(shí)間，待人工濕地系統(tǒng)成熟時(shí)，基質(zhì)表面和植物根系都覆蓋著生物膜，增加了好氧生物反應(yīng)活性。當(dāng)污水經(jīng)過(guò)生物膜時(shí)，懸浮顆粒物被填料截留過(guò)濾，有機(jī)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(diǎn)

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(dòng)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(tài)較為相像，水體在基質(zhì)層上方流動(dòng)，出水經(jīng)溢流堰流出。造價(jià)成本低，處理效能一般。

水平潛流人工濕地：水體經(jīng)過(guò)上下兩層基質(zhì)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(shè)便于水流通過(guò)的填料。耐寒性比表面流濕地更好，擁有去除BOD、COD等有機(jī)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(dòng)，由濕地底部出水[4]。造價(jià)比表面流濕地要高，對(duì)氨氮含量高的污水具有明顯的處理效能。

3 人工濕地對(duì)城市生態(tài)環(huán)境的改善

3.1 處理污水，改善城市水體質(zhì)量

自2016年7月1日起國(guó)家環(huán)境保護(hù)局規(guī)定我國(guó)新建城鎮(zhèn)污水處理廠出水必須執(zhí)行GB18918一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)[5]。雖然處理標(biāo)準(zhǔn)提高，污水經(jīng)過(guò)生物處理進(jìn)行脫氮除磷，但排放的尾水氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽濃度仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于藻類植物爆發(fā)的水平，這不僅會(huì)造成河流、湖泊等水體的富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題，也是城市水資源和氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽資源的浪費(fèi)。

濕地內(nèi)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(jìn)入人工濕地，在物理過(guò)濾、生物吸收、化學(xué)合成和消解的共同作用下，將污染物大幅去除，使水質(zhì)進(jìn)一步得到改善，大大提高城市污水處理效率[6]。日本國(guó)立環(huán)境研究所孔海南等研究表明，沒(méi)有設(shè)計(jì)人工濕地技術(shù)的水域，夏季藍(lán)藻細(xì)胞滋生很快，相當(dāng)于有設(shè)計(jì)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(shù)對(duì)改善水體質(zhì)量效果顯著。

3.2 調(diào)節(jié)水量、蓄洪排澇

人工濕地因其特殊的水文地質(zhì)特性具有強(qiáng)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(lái)臨時(shí)，將降水儲(chǔ)存起來(lái)，補(bǔ)充到地下水或分流到低洼處的河道，降低洪水帶來(lái)的危害，保護(hù)人身安全，降低社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)損失。當(dāng)城市缺水時(shí)，再由地下將人工濕地儲(chǔ)存起來(lái)的水量釋放出去解決居民生活用水、工業(yè)生產(chǎn)用水，為城市間接提供了重要的淡水資源。

3.3 保護(hù)生物多樣性

20世紀(jì)60年代美國(guó)科學(xué)家Carson出版的《寂靜的春天》轟動(dòng)了整個(gè)社會(huì)，由國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生的污染危害將讓整個(gè)城市再也聽(tīng)不到鳥(niǎo)鳴，成人和孩童也出現(xiàn)了死亡的現(xiàn)象。這反應(yīng)出動(dòng)物與人類必須和諧共存，保護(hù)生物多樣性也是保護(hù)人類自身。

濕地是水體與土地交互過(guò)渡的產(chǎn)物，具有多元化的生態(tài)環(huán)境特征，能為動(dòng)植物及微生物創(chuàng)造豐富的生活環(huán)境。在人類群居生活的城市，人工濕地能夠?yàn)樵S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(chǎng)所，這些水禽動(dòng)物的到來(lái)也將增加城市生物群落，改善生態(tài)環(huán)境。

人工濕地中的消費(fèi)者魚(yú)類以蝦類、貝類等無(wú)脊椎動(dòng)物作為主要的食物來(lái)源，而蝦類、貝類也是沉水植物、昆蟲(chóng)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(fā)生了變化，會(huì)影響整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變。

3.4 調(diào)控城市氣候

城市生產(chǎn)每天會(huì)向空氣中排放出大量的污染物，其中SO2、NO2、CO的無(wú)節(jié)制排放都會(huì)使城市溫度升高，空氣混濁，嚴(yán)重會(huì)導(dǎo)致人體不可逆轉(zhuǎn)的疾病甚至死亡。英國(guó)煙霧事件、日本的四日市哮喘事件都是20世紀(jì)典型的環(huán)境危害。

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

3.5 提供科普教育場(chǎng)所

從生態(tài)學(xué)出發(fā)，經(jīng)過(guò)人工設(shè)計(jì)組成的濕地被模擬復(fù)刻成一套完整的生態(tài)系統(tǒng)，這對(duì)學(xué)者和科研人員研究有機(jī)體和環(huán)境關(guān)系提供了直觀清晰的窗口。作為城市綠色場(chǎng)所，人工濕地不僅滿足了日益增長(zhǎng)的市民戶外游憩的需求，同時(shí)能夠通過(guò)野外觀摩的方式，提高公眾的環(huán)保意識(shí)，發(fā)揮環(huán)境和社會(huì)雙重效益。

4 人工濕地經(jīng)濟(jì)分析

作為一種資源型循環(huán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)，人工濕地的基建投資費(fèi)用是常規(guī)污水生物處理法的1/4～1/3，運(yùn)行費(fèi)用則低至1/6～1/5。維護(hù)管理通常也只需要人力定期收割蘆葦?shù)戎参铮龊梅蓝氯胧夹g(shù)難度低，是目前世界上最成功的污水處理系統(tǒng)之一。

然而為了保護(hù)濕地物種多樣性，國(guó)內(nèi)的人工濕地往往多建在遠(yuǎn)離城市居民生活的郊區(qū)，造成濕地維護(hù)的不便利性，這是目前國(guó)內(nèi)人工濕地發(fā)展中一個(gè)重要誤區(qū)，過(guò)度依賴濕地的自凈能力。同時(shí)，以生態(tài)旅游為定位設(shè)計(jì)的人工濕地隨著季節(jié)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(tài)平衡，極不利于濕地景觀的可持續(xù)發(fā)展。

第五代下沉式再生水廠箱體處理設(shè)施大多位于地下，如果將人工濕地設(shè)計(jì)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(duì)于土地資源緊缺的我國(guó)城市而言前景十分廣闊。從社會(huì)角度來(lái)衡量與下沉式再生水廠相結(jié)合設(shè)計(jì)的人工濕地，這種低影響開(kāi)發(fā)技術(shù)不僅能夠提升污水廠出水水質(zhì)，消減城市河道污染負(fù)荷壓力，也能使城市生態(tài)系統(tǒng)日趨完善，這對(duì)于保護(hù)水環(huán)境、提高城市人居環(huán)境質(zhì)量和建設(shè)資源循環(huán)型社會(huì)具有十分重要的意義。

通過(guò)科學(xué)設(shè)計(jì)的人工濕地具有環(huán)境友好、土地集約、增加城市綠色空間、以及改善投資環(huán)境的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，進(jìn)一步加快市政公用設(shè)施資源化循環(huán)利用的步伐，也為城市的經(jīng)濟(jì)輻射起到帶動(dòng)作用。

5 結(jié)語(yǔ)

本文嘗試通過(guò)人工濕地提高城市水資源循環(huán)，進(jìn)而改善城市生態(tài)環(huán)境。滿足城市居民親近自然的需求，實(shí)現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展，共享綠色未來(lái)。