论文部分内容阅读
湿地享有“地球之肾”的美誉，那么人工湿地则堪称“城市之肾”。最初运用人工湿地处理污水可追溯到1903年。当时，世界上第一处用于处理污水的人工湿地在英国约克郡艾尔柏（Earby）建立，并一直运行到1992年。而人工湿地处理污水工艺在世界各地受到重视并被运用，则是从20世纪70年代德国学者凯库斯（Kickuth）提出“根区法”理论之后开始的。
作为20世纪70年代末发展起来的一种废水处理新技术，人工湿地具有独特的净污机理和功能。诸如净化效果好、工艺设备简单、能耗低、出水具有一定的生物安全性、生态环境效益显著等特点，使得人工湿地在城市生态建设中发挥着日益重要的作用，正越来越多地受到人们的关注和青睐。
近10多年来，英国、德国、法国、澳大利亚、巴西、荷兰等国人工湿地发展迅速，它不仅成为中小城镇的重要污水处理措施，而且也成为雨水处理、工业废水处理的重要技术。目前，在我国城市人工湿地不但用于污水处理，而且在湿地景观、水景住宅方面的应用也开始崭露头角。
人工湿地好处多
污水处理是调节城市生态系统水循环的关键环节。相比天然湿地，人工湿地生态系统的群落结构和种群结构要简单得多，但其按照管理者意愿进行污水处理的功能却更强。因此，在城市生态建设中，人工湿地作为一种生态污水处理方式，除了建设、运营成本低于传统二级污水处理厂外，还有很多优势和作用。
众所周知，威胁城市河湖的主要问题是水体富营养化。因此，城市水系污染治理的关键是控制城市河湖氮、磷营养物质的含量，尤其要控制磷的含量，人工湿地对此具有独特优势。因为它们有非常高的耐水力和污染冲击负荷能力，适应河道水量和水质的变化，湿地机能不易受到破坏。同时，城市水系主要河道都贯穿着许多湖泊、公园和滨河建筑，为建造人工湿地提供了地理条件，而河道较大的水位落差、完善的闸坝管理，则为人工湿地运行提供了保障。
为城市提供新的水资源。人工湿地系统出水水质可以因植物池内填料的不同达到GB3838－88《地面水环境质量标准》Ⅱ类至Ⅴ类标准。处理后的水可用于饮用水水源和景观用水的湖泊、水库或河流，亦可用作冲厕、洗车、灌溉、绿化及工业回用等。一座日处理污水10万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3000万立方米。而传统污水处理厂处理后的水，由于大部分未达到城市用水标准，只能直接排入江河。
治理环境污染，改善城市环境。由于城市热岛效应使得市区内降雨量增大，城市地面透水性差，易引起暴雨径流；而城市污染使雨水水质复杂。因此可在市区低地处建立人工湿地用以净化雨水，从而减少雨水对城市河、湖的面源污染，并使水体富营养化得到有效治理。同时，由于湿地对局域小气候的调节作用，可在一定程度上缓解城市热岛效应。在城市垃圾场附近建立人工湿地，可用来处理垃圾场渗滤液。
营造湿地园林，丰富城市生态景观。人工湿地植物池内种植的是湿地植物，因此可以美化环境，改善地面景观，还可以改善河流水质，并为居民提供休憩、娱乐的场所。例如，哈尔滨水上公园的湿地景观区占地38公顷，是国内最大的湿地景观公园，有效地增加了城市中心区域的生态容量，还有较强的科普和观赏价值。上海市建筑住宅小区内，首个具有景观效果的高净效率“人工湿地系统”已经开建，业内人士预测，拥有“湿地景观”的生态活水住宅可能会成为地产业下一个流行趋势。
保护城市生物多样性。人工湿地能够控制土壤侵蚀、防风护堤，是众多野生濒危动植物，特别是珍惜水禽的栖息、繁殖、迁徙、越冬集聚之地。有的城市芦苇湿地建成后，茂密的芦苇不仅吸纳大量的城市污水，还是鸟类的乐园，鸟类数量比原来增加了1倍以上。
人工湿地的3个类型
人工湿地是一种由人工建造和监督控制的污水处理生态系统。它与沼泽类似，只不过需要人为地将石、砂、土壤、煤渣等一种或几种介质按一定比例构成基质，并有选择地植入植物。
因挺水植物与基质床能够组成高效的污水处理系统，人工湿地一般都是挺水植物系统。根据污水在湿地中流动的不同方式，挺水植物系统分为表面流湿地、潜流湿地和垂直流湿地3类，它们在污水处理中各有千秋。
表面流湿地又叫水面湿地，它与自然湿地最接近。在这个系统中，污水在湿地的表面流动，水位较浅；生长在植物水下部分的茎、杆上的生物膜是去除污水中大部分有机污染物的利器。尽管表面流湿地具有建造工程量少、操作简单等优点，但它的处理效率较低；而且因污水在湿地表面流动，有臭味，夏季容易滋生蚊蝇，占地面积也较大。在我国北方一些地区，由于冬季气候寒冷易发生表面结冰，影响处理效果，故采用的较少。
潜流湿地，因污水从一端水平流过填料床，又被称为水平流湿地系统。在这种湿地系统中，可以充分利用填料表面的生物膜、丰富的植物根系及表层土和填料的截留作用，污水处理能力较高。而且水流在地表以下流动，保温性较好，因此处理效果受气候影响小，卫生条件也好，是目前研究和应用较多的一种湿地处理系统。目前，已被美国、日本、澳大利亚、德国、瑞典等国家广泛使用。但建造工程量大、投资较高，脱磷、除氮的效果不如垂直流人工湿地。
垂直流湿地系统中的水流综合了前面两者的特性，水流在基质床中基本呈由上向下的垂直流。由于污水是从湿地表面纵向流向填料床底部，床体处于不饱和状态，氧可通过大气扩散和植物传输进入人工湿地系统，其硝化能力高于水平流湿地，可用于处理氨氮含量较高的污水。但对有机物的去除能力就不如水平流人工湿地系统了。因它对基建要求高，控制复杂，夏季滋生蚊蝇，故目前应用得还不是很多。
它们如何排污？
人工湿地对污水的处理有十分复杂的净化机理，现在仍未能完全研究清楚。一般认为，这些湿地综合了物理、化学和生物3种作用，对污水的处理大致要经过沉降和过滤、沉淀吸附和分解、微生物代谢及植物代谢4个步骤。
人工湿地系统成熟后，基质表面和植物根系吸附了大量的微生物形成生物膜，污水流经生物膜时，大量的悬浮物被基质和植物根系截留，大肠杆菌和病原体被植物根系分泌物灭活或自然衰败死亡，有机污染物则通过生物膜的吸收、同化及异化用作被去除。
在湿地床系统中因植物根系对氧的传递释放，使其周围的环境依次呈现好氧、缺氧和厌氧状态，保证了污水中的氮磷不仅能被植物和微生物作为营养成分直接吸收；还可以通过硝化、反硝化作用及微生物对磷的过量积累作用，达到去除污水中的磷的目的；最后通过湿地床基质的定期更换和栽培植物的收割，最终从系统中去除污染物。
优势背后的问题
尽管目前培育人工湿地净化污水的技术已经日趋成熟，但仍存在不少问题需要深入研究。
首先，人工湿地栽种的植物群落是否恰当？这直接关系到污水净化效率和经济效益。而植物群落类型的选取主要应该考虑所在城市的气候、土壤等自然条件以及污水中主要的污染物种类。由于城市的处理系统一般都靠近市郊，同时面积较大，因此美化景观也是必须考虑的。
其次，培育人工湿地净化污水工程在运行中，也会产生一定的负面影响，需要通过合理的人工调控手段进行有效控制。在人工湿地排水过程中，污水封闭在排水系统的管网中，但是在污水中的污染物发生降解之前会散发出异味。因此，要采用沉沙、好氧曝气等方法来去除，以防止局部的环境污染。
另外，湿地栽培的植物，如芦苇，易受病虫害的影响，还有潜在的火灾威胁。因此，必须建立预警机制及控制系统，以做到防患于未然。
【责任编辑】王亚娜
作为20世纪70年代末发展起来的一种废水处理新技术，人工湿地具有独特的净污机理和功能。诸如净化效果好、工艺设备简单、能耗低、出水具有一定的生物安全性、生态环境效益显著等特点，使得人工湿地在城市生态建设中发挥着日益重要的作用，正越来越多地受到人们的关注和青睐。
近10多年来，英国、德国、法国、澳大利亚、巴西、荷兰等国人工湿地发展迅速，它不仅成为中小城镇的重要污水处理措施，而且也成为雨水处理、工业废水处理的重要技术。目前，在我国城市人工湿地不但用于污水处理，而且在湿地景观、水景住宅方面的应用也开始崭露头角。
人工湿地好处多
污水处理是调节城市生态系统水循环的关键环节。相比天然湿地，人工湿地生态系统的群落结构和种群结构要简单得多，但其按照管理者意愿进行污水处理的功能却更强。因此，在城市生态建设中，人工湿地作为一种生态污水处理方式，除了建设、运营成本低于传统二级污水处理厂外，还有很多优势和作用。
众所周知，威胁城市河湖的主要问题是水体富营养化。因此，城市水系污染治理的关键是控制城市河湖氮、磷营养物质的含量，尤其要控制磷的含量，人工湿地对此具有独特优势。因为它们有非常高的耐水力和污染冲击负荷能力，适应河道水量和水质的变化，湿地机能不易受到破坏。同时，城市水系主要河道都贯穿着许多湖泊、公园和滨河建筑，为建造人工湿地提供了地理条件，而河道较大的水位落差、完善的闸坝管理，则为人工湿地运行提供了保障。
为城市提供新的水资源。人工湿地系统出水水质可以因植物池内填料的不同达到GB3838－88《地面水环境质量标准》Ⅱ类至Ⅴ类标准。处理后的水可用于饮用水水源和景观用水的湖泊、水库或河流，亦可用作冲厕、洗车、灌溉、绿化及工业回用等。一座日处理污水10万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3000万立方米。而传统污水处理厂处理后的水，由于大部分未达到城市用水标准，只能直接排入江河。
治理环境污染，改善城市环境。由于城市热岛效应使得市区内降雨量增大，城市地面透水性差，易引起暴雨径流；而城市污染使雨水水质复杂。因此可在市区低地处建立人工湿地用以净化雨水，从而减少雨水对城市河、湖的面源污染，并使水体富营养化得到有效治理。同时，由于湿地对局域小气候的调节作用，可在一定程度上缓解城市热岛效应。在城市垃圾场附近建立人工湿地，可用来处理垃圾场渗滤液。
营造湿地园林，丰富城市生态景观。人工湿地植物池内种植的是湿地植物，因此可以美化环境，改善地面景观，还可以改善河流水质，并为居民提供休憩、娱乐的场所。例如，哈尔滨水上公园的湿地景观区占地38公顷，是国内最大的湿地景观公园，有效地增加了城市中心区域的生态容量，还有较强的科普和观赏价值。上海市建筑住宅小区内，首个具有景观效果的高净效率“人工湿地系统”已经开建，业内人士预测，拥有“湿地景观”的生态活水住宅可能会成为地产业下一个流行趋势。
保护城市生物多样性。人工湿地能够控制土壤侵蚀、防风护堤，是众多野生濒危动植物，特别是珍惜水禽的栖息、繁殖、迁徙、越冬集聚之地。有的城市芦苇湿地建成后，茂密的芦苇不仅吸纳大量的城市污水，还是鸟类的乐园，鸟类数量比原来增加了1倍以上。
人工湿地的3个类型
人工湿地是一种由人工建造和监督控制的污水处理生态系统。它与沼泽类似，只不过需要人为地将石、砂、土壤、煤渣等一种或几种介质按一定比例构成基质，并有选择地植入植物。
因挺水植物与基质床能够组成高效的污水处理系统，人工湿地一般都是挺水植物系统。根据污水在湿地中流动的不同方式，挺水植物系统分为表面流湿地、潜流湿地和垂直流湿地3类，它们在污水处理中各有千秋。
表面流湿地又叫水面湿地，它与自然湿地最接近。在这个系统中，污水在湿地的表面流动，水位较浅；生长在植物水下部分的茎、杆上的生物膜是去除污水中大部分有机污染物的利器。尽管表面流湿地具有建造工程量少、操作简单等优点，但它的处理效率较低；而且因污水在湿地表面流动，有臭味，夏季容易滋生蚊蝇，占地面积也较大。在我国北方一些地区，由于冬季气候寒冷易发生表面结冰，影响处理效果，故采用的较少。
潜流湿地，因污水从一端水平流过填料床，又被称为水平流湿地系统。在这种湿地系统中，可以充分利用填料表面的生物膜、丰富的植物根系及表层土和填料的截留作用，污水处理能力较高。而且水流在地表以下流动，保温性较好，因此处理效果受气候影响小，卫生条件也好，是目前研究和应用较多的一种湿地处理系统。目前，已被美国、日本、澳大利亚、德国、瑞典等国家广泛使用。但建造工程量大、投资较高，脱磷、除氮的效果不如垂直流人工湿地。
垂直流湿地系统中的水流综合了前面两者的特性，水流在基质床中基本呈由上向下的垂直流。由于污水是从湿地表面纵向流向填料床底部，床体处于不饱和状态，氧可通过大气扩散和植物传输进入人工湿地系统，其硝化能力高于水平流湿地，可用于处理氨氮含量较高的污水。但对有机物的去除能力就不如水平流人工湿地系统了。因它对基建要求高，控制复杂，夏季滋生蚊蝇，故目前应用得还不是很多。
它们如何排污？
人工湿地对污水的处理有十分复杂的净化机理，现在仍未能完全研究清楚。一般认为，这些湿地综合了物理、化学和生物3种作用，对污水的处理大致要经过沉降和过滤、沉淀吸附和分解、微生物代谢及植物代谢4个步骤。
人工湿地系统成熟后，基质表面和植物根系吸附了大量的微生物形成生物膜，污水流经生物膜时，大量的悬浮物被基质和植物根系截留，大肠杆菌和病原体被植物根系分泌物灭活或自然衰败死亡，有机污染物则通过生物膜的吸收、同化及异化用作被去除。
在湿地床系统中因植物根系对氧的传递释放，使其周围的环境依次呈现好氧、缺氧和厌氧状态，保证了污水中的氮磷不仅能被植物和微生物作为营养成分直接吸收；还可以通过硝化、反硝化作用及微生物对磷的过量积累作用，达到去除污水中的磷的目的；最后通过湿地床基质的定期更换和栽培植物的收割，最终从系统中去除污染物。
优势背后的问题
尽管目前培育人工湿地净化污水的技术已经日趋成熟，但仍存在不少问题需要深入研究。
首先，人工湿地栽种的植物群落是否恰当？这直接关系到污水净化效率和经济效益。而植物群落类型的选取主要应该考虑所在城市的气候、土壤等自然条件以及污水中主要的污染物种类。由于城市的处理系统一般都靠近市郊，同时面积较大，因此美化景观也是必须考虑的。
其次，培育人工湿地净化污水工程在运行中，也会产生一定的负面影响，需要通过合理的人工调控手段进行有效控制。在人工湿地排水过程中，污水封闭在排水系统的管网中，但是在污水中的污染物发生降解之前会散发出异味。因此，要采用沉沙、好氧曝气等方法来去除，以防止局部的环境污染。
另外，湿地栽培的植物，如芦苇，易受病虫害的影响，还有潜在的火灾威胁。因此，必须建立预警机制及控制系统，以做到防患于未然。
【责任编辑】王亚娜