人工濕地生態(tài)系統(tǒng)在廢水處理中的功能與應(yīng)用

　　隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人口數(shù)量的劇增，各種污染也相應(yīng)增加。其中水污染（工業(yè)廢水、生活污水、農(nóng)業(yè)面源污水）最為嚴(yán)重，據(jù)有關(guān)資料顯示，我國已有85%的江河湖泊受到不同程度的污染，僅1994年全國城市廢水排放量高達(dá)360億噸，其中80%廢水未經(jīng)處理直接排入江河湖泊。進(jìn)入21世紀(jì)以來，人們更注重生活質(zhì)量的提高，無論是政府還是個(gè)人都認(rèn)識(shí)到水污染問題的嚴(yán)重性，這就需要找到一條解決該問題的有效途徑。

　　一、人工濕地在廢水處理中的應(yīng)用

　　人工濕地是近三十年來發(fā)展起來的一種廢水處理新技術(shù)。1974年，自前西德首先建造人工濕地以來，該技術(shù)在美國、加拿大及歐洲一些發(fā)達(dá)國家得到迅速發(fā)展。我國人工濕地的研究起步較晚，于1990年7月在深圳建起我國第一個(gè)人工濕地污水處理工程白泥坑人工濕地污水處理系統(tǒng)。

　　目前，可以利用人工濕地處理各種類型的廢水(Moshiri, 1993; Kadlec and Knight, 1996; Vymazal et al., 1998)，例如日常生活污水(Cooper et al.,1997; Schreijer et al.,1997)、采礦廢水(Kleinmann and Girts,1987; Brodie et al.,1989; Howard et al.,1989; Wenerick et al.,1989) 、農(nóng)業(yè)污水(Dubowry and Reaves,1994; Rivera et al.,1997)、垃圾滲出液(Dombush,1989; Trantman et al.,1989) 、富營養(yǎng)水體(DAngelo and Reddy,1994)。而人工濕地之所以被廣泛地應(yīng)用于廢水處理，主要有三個(gè)原因：

　　(1)它能夠利用基質(zhì)-微生物一植物這個(gè)復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的物理、化學(xué)和生物的三重協(xié)調(diào)作用，通過過濾、吸附、沉淀、離子交換、微生物同化分解和植物吸收等途徑去除廢水中的懸浮物、有機(jī)物、氮、磷和重金屬等，來實(shí)現(xiàn)對(duì)污水的高效凈化，同時(shí)通過營養(yǎng)物質(zhì)和水分的生物地球化學(xué)循環(huán)，促進(jìn)綠色植物生長(zhǎng)并使其增產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)廢水的資源化與無害化。

　　(2)它具有投資低(150～800元/噸)、耗能少、操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行成本低廉(0.1～0.2元/噸)的特點(diǎn)，因此有較高的經(jīng)濟(jì)效益(其基建和運(yùn)行費(fèi)用僅為傳統(tǒng)二級(jí)處理的1/l0～1／2，胡康萍等，1991)。

　　(3)它作為一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，能維持生物多樣性及構(gòu)成景觀的一部分，在去除污染物的同時(shí)，具有美化環(huán)境的功能，因此有較高的生態(tài)效益。

　　二、濕地的定義與人工濕地的構(gòu)建

　　由于濕地種類繁多、分布廣泛，而且不同濕地之間差異也較大，因此很難給濕地下一個(gè)明確的定義。1994年的《中國濕地生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃》會(huì)議上對(duì)濕地的解釋是：處于陸地與水域的交匯處，水位接近或處于地表面，或有淺層積水，一般以低水位時(shí)水深2米處為界，并具有以下特征：(1)至少周期性的以水生、濕生植物為植物優(yōu)勢(shì)種；(2)低層土主要是濕生土壤；(3)在每年的生長(zhǎng)季節(jié)底層土被水淹沒4個(gè)月以上。

　　人工濕地是把選定的填料(如沙礫) 按一定的坡度填在一定長(zhǎng)寬比及底面坡降的淺池內(nèi)或低洼地中，在填料表層土壤中種植一些處理性能好、成活率高、生長(zhǎng)周期長(zhǎng)、根系發(fā)達(dá)、美觀及具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的水生植物(如水葫蘆、菹草、蘆葦?shù)?，構(gòu)成一個(gè)濕地生態(tài)系統(tǒng)。

　　三、人工濕地的類型

　　在廢水處理中，主要應(yīng)用兩種類型，即表層流人工濕地（廢水水平流動(dòng)，通過濕地而沉淀）和滲漏人工濕地（廢水垂直流入，經(jīng)滲透沉積后排水去除），它們具有不同的作用，可以根據(jù)需要選擇。

　　目前，美國、澳大利亞、日本、英國、荷蘭、德國等國家已廣泛應(yīng)用表層流人工濕地來處理廢水。廢水從它表面流過，一般有一個(gè)或幾個(gè)填料床組成，床底填有基質(zhì)，并有防漏層來阻止廢水滲入地下而污染地下水，在系統(tǒng)中種植一些水生植物如水葫蘆、蘆葦、菹草等，廢水經(jīng)常同表層水流相混合，在濕地內(nèi)流動(dòng)，持續(xù)時(shí)間一般為10天左右。這種類型的濕地，對(duì)生化需氧量（BOD）、化學(xué)需氧量（COD）、懸浮物等指標(biāo)的去除率高于滲漏人工濕地。滲漏人工濕地使污水從濕地表面縱向流入填料床的底部，床體處于不飽和狀態(tài)，氧可通過大氣擴(kuò)散和植物傳輸進(jìn)入人工濕地系統(tǒng)。垂直潛流人工濕地的硝化能力高于水平潛流濕地，可用于處理氨氮含量較高的污水，但其缺點(diǎn)是對(duì)有機(jī)物的去除能力不如表層流人工濕地。

　　四、人工濕地處理廢水的效果

　　隨著研究的發(fā)展，對(duì)濕地去污能力的研究不再停留在定性上，而是更注重定量的研究。其中一個(gè)反映濕地去污能力的重要數(shù)據(jù)庫是NADB（North American Data Base）,它是通過對(duì)100多個(gè)廢水處理型濕地的調(diào)查研究而建立（Knight et al.,1992）。該數(shù)據(jù)庫說明濕地對(duì)BOD、COD的去除率可達(dá)80～90%，但對(duì)氮、磷的去除率相對(duì)較低，而且變化也較大，一般在50%左右。J.T.A.Verhoeven和A.F.M.Meuleman（1999）通過對(duì)滲漏濕地十年的研究，也得出了反應(yīng)濕地去污能力的一些數(shù)據(jù)。從實(shí)踐的角度來說，人工濕地的去污能力會(huì)更強(qiáng)。因?yàn)樗鼈兊哪康男愿鞔_，而且可在最大程度上受人為控制。在歐洲和美國，凡是投入運(yùn)行并達(dá)到成熟的人工濕地，基本上都能達(dá)到尾水排放標(biāo)準(zhǔn)。

　　五、前景展望與實(shí)踐應(yīng)用

　　從人工濕地成功的應(yīng)用實(shí)例可以看出，它是一種正在得到不斷研究、應(yīng)用的廢水處理技術(shù)。盡管運(yùn)用人工濕地來處理工業(yè)廢水、日常生活污水、農(nóng)業(yè)廢水等方面的研究已有三四十年的歷史，但是迄今為止應(yīng)用人工濕地處理養(yǎng)殖廢水的研究卻只有510年的時(shí)間，而且具體的研究事例也尚未多見（R. L. Knight et al., 2000）。所以在現(xiàn)階段我們的研究主要是應(yīng)用人工濕地來凈化蛋鴨養(yǎng)殖過程中所產(chǎn)生的污水（見圖3）。本研究以德清縣利虹禽業(yè)有限公司的蛋鴨養(yǎng)殖場(chǎng)(見圖4)為基地，該蛋鴨養(yǎng)殖場(chǎng)是浙江省較大的蛋鴨養(yǎng)殖場(chǎng)，占地面積達(dá)80畝，全年飼養(yǎng)蛋鴨、種鴨10萬只。養(yǎng)殖場(chǎng)采用循環(huán)水人工池，鴨場(chǎng)水清鴨壯，病害少。但到夏天，特別是高溫季節(jié)，排水量增加，過多過肥的池水又造成了水田肥害，河水的富營養(yǎng)化。因此，我們通過構(gòu)建人工濕地來凈化這些富營養(yǎng)水體，并要進(jìn)行長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)來說明濕地的去污能力。

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