人工湿地在河涌生态修复中的发展应用

摘 要: 对受污染的河涌水体进行修复, 已成为社会经济发展及生态环境建设的迫切需要。开发污染水体的生态修复技术, 是人与自然和谐相处的治污思路。人工湿地是一个完整的生态系统, 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, 具有投资低、 出水水质好、 抗冲击力强、 操作简单、 维护和运行费用低廉等优点, 并能改善和美化生态环境。
关键词: 人工湿地; 污染河涌; 生态修复
随着沿海地区城镇人口数量的不断增长, 城镇污水处理量日益不足, 大量生活废水和部分工业污水排入河涌, 使河涌变成了污水的纳污通道, 河涌周围的生态环境也遭受严重破坏。河涌污染是对城镇水资源安全的威胁, 既影响居民身体健康, 又影响经济建设发展。对受污染的江河湖库水体尤其是河涌
水体进行修复, 是社会经济发展及生态环境建设的迫切需要。 目前国际上采用的修复技术主要有三类:( 1)化学方法, 如加入化学药剂杀藻、 加入铁盐促进磷的沉淀、 加入石灰脱氮等, 缺点是易造成二次污染; ( 2)物理方法, 如疏挖底泥、 机械除藻、 引水冲淤等, 但往往治标不治本; ( 3)生态方法, 如放养控藻型生物、 构建人工湿地和水生植被等。开发污染水体生态修复技术, 是当前水环境技术的研究开发热点。实际上, 大自然在长期发展变化的过程中, 本身已经具备了自我净化、 自我完善的强大能力, 使得自然界得以持续而有序地运行。其中水体的自然生物净化能力, 在人类出现之前的远古时期, 就保证了自然界江河湖泊的水体洁净。目前开发的水体生态修复技术, 实质上是按照仿生学的理论对于自然界恢复能力与自净能力的强化。按照自然界自身规律去恢复自然界的本来面貌, 强化自然界自身的自净能力去治理被污染水体, 这是人与自然和谐相处的合乎逻辑的治污思路, 也是一条创新的技术路线。人工湿地在水体的生态修复中起着十分重要的作用。下面主要就人工湿地在河涌生态修复中的发展应用进行一些探讨。
1 人工湿地
1.1 人工湿地的概念及作用机理
人工湿地是一种人工建造和监督控制的与沼泽类似的地面, 是 20 世纪 70~80 年代蓬勃兴起的一种废水处理新技术。湿地系统是在有一定长宽比和底面坡度的洼地中由土壤和填料(如砾石等)混合组成填料床, 废水在床体的填料缝隙中流动, 或在床体表面流动, 并在床体表面种植具有性能好、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(如芦苇、 蒲草等)形成一个独特的动植物
生态系统, 对废水进行处理。目前, 人工湿地废水处理工艺主要有 3 种形式, 即表面流工艺(SFW)、 地下潜流工艺(SSFW)、 立式流湿地工艺(VFW)。
人工湿地净化废水的机理十分复杂, 主要存在两种观点。 一种观点认为, 污水中的不溶性有机物通过湿地的沉淀和过滤可以很快从废水中截留下来,被微小生物加以利用; 可溶性有机物则可通过生物膜的吸附及微生物的代谢过程被去除。另外一种观点认为, 人工湿地成熟以后, 填料表面吸附了许多微生物形成的大量生物膜, 植物根系分布于池中, 于自然生态系统中通过物理、 化学及生化反应这三重作
用来净化污水。这两种观点虽然有些差异, 但其净化污水的实质基本相同, 即应用湿地中物理、 化学、生物的协同作用来消除污染。物理作用, 即当污水进入湿地, 经过基质层及密集的植物茎叶和根系, 使污水中的悬浮物固体得到过滤, 截留住污水中的悬浮物并沉积在基质中。这一过程也有人称之为物理沉积。所谓化学反应, 是指由于植物、 土壤一无机胶体复合体、 土壤微生物区系及酶的多样性, 人工湿地污水中的污染物可以通过各种化学反应如化学沉淀、吸附、 离子交换、 拮抗、 氧化还原等过程得以去除。这些化学反应主要取决于所选择的基质类型, 例如,含 CaCO3 较多的石灰石有助于磷的去除, 含有机物丰富的土壤有助于吸附各种污染物。一般地, 去除有机污染物主要是依赖系统中的生物与其发生生化反应。德国学者 Kickuth 认为, 由于生长在湿地中的挺水植物对氧的运输、 释放、扩散作用能将空气中的氧气转运到根部, 再经过植物根部的扩散, 在植物根须周围微环境中就会有大量好氧微生物将有机物分解, 提高对生物难降解有机物的去除效果。在根须较少达到的地方将形成兼氧区和厌氧区, 有利于硝化、 反硝化反应和微生物对磷的过量积累作用, 从而达到除磷、 氮的效果。
1.2 人工湿地的优越性及不足
人工湿地系统具有如下优点: 建造和运行费用便宜; 易于维护, 技术含量低; 可进行有效可靠的废水处理; 可缓冲对水力和污染负荷的冲击; 可直接或间接带来经济效益和社会效益。其不足之处: 占地面积大; 设计运行参数不精确; 生物和水力复杂性及对重要工艺动力学理解的缺乏; 易受病虫害影响。人工湿地系统在达到其最优效率时, 需 2~3 个生长周期。根据已有数据, 当上下表面植物密度增大时,处理效率提高, 所以需建成几年后才达到完全稳定的运行。目前人工湿地技术最大的问题在于缺乏长期运行系统的详细资料。人工湿地系统是一个综合性的生态系统, 其缓冲容量大、 处理效果好, 一般可达到二级或高级水平。 它应用生态系统中物种共生、 物质循环的再生原理和结构与功能相关原则, 在促进废水中污染物质良性循环的前提下充分发挥资源的生产潜力, 防止环境再污染, 以获得污水处理与资源化的最佳效益。人工湿地自广泛使用以来已提供了不少成功的例证, 它在污水的修复处理方面具有极大的发展潜力。