張建國　何　方

濕地享有“地球之腎”的美譽，那么人工濕地則堪稱“城市之腎”。最初運用人工濕地處理污水可追溯到1903年。當時，世界上第一處用于處理污水的人工濕地在英國約克郡艾爾柏（Earby）建立，并一直運行到1992年。而人工濕地處理污水工藝在世界各地受到重視并被運用，則是從20世紀70年代德國學者凱庫斯（Kickuth）提出“根區(qū)法”理論之后開始的。

作為20世紀70年代末發(fā)展起來的一種廢水處理新技術，人工濕地具有獨特的凈污機理和功能。諸如凈化效果好、工藝設備簡單、能耗低、出水具有一定的生物安全性、生態(tài)環(huán)境效益顯著等特點，使得人工濕地在城市生態(tài)建設中發(fā)揮著日益重要的作用，正越來越多地受到人們的關注和青睞。

近10多年來，英國、德國、法國、澳大利亞、巴西、荷蘭等國人工濕地發(fā)展迅速，它不僅成為中小城鎮(zhèn)的重要污水處理措施，而且也成為雨水處理、工業(yè)廢水處理的重要技術。目前，在我國城市人工濕地不但用于污水處理，而且在濕地景觀、水景住宅方面的應用也開始嶄露頭角。

人工濕地好處多

污水處理是調節(jié)城市生態(tài)系統(tǒng)水循環(huán)的關鍵環(huán)節(jié)。相比天然濕地，人工濕地生態(tài)系統(tǒng)的群落結構和種群結構要簡單得多，但其按照管理者意愿進行污水處理的功能卻更強。因此，在城市生態(tài)建設中，人工濕地作為一種生態(tài)污水處理方式，除了建設、運營成本低于傳統(tǒng)二級污水處理廠外，還有很多優(yōu)勢和作用。

眾所周知，威脅城市河湖的主要問題是水體富營養(yǎng)化。因此，城市水系污染治理的關鍵是控制城市河湖氮、磷營養(yǎng)物質的含量，尤其要控制磷的含量，人工濕地對此具有獨特優(yōu)勢。因為它們有非常高的耐水力和污染沖擊負荷能力，適應河道水量和水質的變化，濕地機能不易受到破壞。同時，城市水系主要河道都貫穿著許多湖泊、公園和濱河建筑，為建造人工濕地提供了地理條件，而河道較大的水位落差、完善的閘壩管理，則為人工濕地運行提供了保障。

為城市提供新的水資源。人工濕地系統(tǒng)出水水質可以因植物池內填料的不同達到GB3838－88《地面水環(huán)境質量標準》Ⅱ類至Ⅴ類標準。處理后的水可用于飲用水水源和景觀用水的湖泊、水庫或河流，亦可用作沖廁、洗車、灌溉、綠化及工業(yè)回用等。一座日處理污水10萬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3000萬立方米。而傳統(tǒng)污水處理廠處理后的水，由于大部分未達到城市用水標準，只能直接排入江河。

治理環(huán)境污染，改善城市環(huán)境。由于城市熱島效應使得市區(qū)內降雨量增大，城市地面透水性差，易引起暴雨徑流；而城市污染使雨水水質復雜。因此可在市區(qū)低地處建立人工濕地用以凈化雨水，從而減少雨水對城市河、湖的面源污染，并使水體富營養(yǎng)化得到有效治理。同時，由于濕地對局域小氣候的調節(jié)作用，可在一定程度上緩解城市熱島效應。在城市垃圾場附近建立人工濕地，可用來處理垃圾場滲濾液。

營造濕地園林，豐富城市生態(tài)景觀。人工濕地植物池內種植的是濕地植物，因此可以美化環(huán)境，改善地面景觀，還可以改善河流水質，并為居民提供休憩、娛樂的場所。例如，哈爾濱水上公園的濕地景觀區(qū)占地38公頃，是國內最大的濕地景觀公園，有效地增加了城市中心區(qū)域的生態(tài)容量，還有較強的科普和觀賞價值。上海市建筑住宅小區(qū)內，首個具有景觀效果的高凈效率“人工濕地系統(tǒng)”已經(jīng)開建，業(yè)內人士預測，擁有“濕地景觀”的生態(tài)活水住宅可能會成為地產(chǎn)業(yè)下一個流行趨勢。

保護城市生物多樣性。人工濕地能夠控制土壤侵蝕、防風護堤，是眾多野生瀕危動植物，特別是珍惜水禽的棲息、繁殖、遷徙、越冬集聚之地。有的城市蘆葦濕地建成后，茂密的蘆葦不僅吸納大量的城市污水，還是鳥類的樂園，鳥類數(shù)量比原來增加了1倍以上。

人工濕地的3個類型

人工濕地是一種由人工建造和監(jiān)督控制的污水處理生態(tài)系統(tǒng)。它與沼澤類似，只不過需要人為地將石、砂、土壤、煤渣等一種或幾種介質按一定比例構成基質，并有選擇地植入植物。

因挺水植物與基質床能夠組成高效的污水處理系統(tǒng)，人工濕地一般都是挺水植物系統(tǒng)。根據(jù)污水在濕地中流動的不同方式，挺水植物系統(tǒng)分為表面流濕地、潛流濕地和垂直流濕地3類，它們在污水處理中各有千秋。

表面流濕地又叫水面濕地，它與自然濕地最接近。在這個系統(tǒng)中，污水在濕地的表面流動，水位較淺；生長在植物水下部分的莖、桿上的生物膜是去除污水中大部分有機污染物的利器。盡管表面流濕地具有建造工程量少、操作簡單等優(yōu)點，但它的處理效率較低；而且因污水在濕地表面流動，有臭味，夏季容易滋生蚊蠅，占地面積也較大。在我國北方一些地區(qū)，由于冬季氣候寒冷易發(fā)生表面結冰，影響處理效果，故采用的較少。

潛流濕地，因污水從一端水平流過填料床，又被稱為水平流濕地系統(tǒng)。在這種濕地系統(tǒng)中，可以充分利用填料表面的生物膜、豐富的植物根系及表層土和填料的截留作用，污水處理能力較高。而且水流在地表以下流動，保溫性較好，因此處理效果受氣候影響小，衛(wèi)生條件也好，是目前研究和應用較多的一種濕地處理系統(tǒng)。目前，已被美國、日本、澳大利亞、德國、瑞典等國家廣泛使用。但建造工程量大、投資較高，脫磷、除氮的效果不如垂直流人工濕地。

垂直流濕地系統(tǒng)中的水流綜合了前面兩者的特性，水流在基質床中基本呈由上向下的垂直流。由于污水是從濕地表面縱向流向填料床底部，床體處于不飽和狀態(tài)，氧可通過大氣擴散和植物傳輸進入人工濕地系統(tǒng)，其硝化能力高于水平流濕地，可用于處理氨氮含量較高的污水。但對有機物的去除能力就不如水平流人工濕地系統(tǒng)了。因它對基建要求高，控制復雜，夏季滋生蚊蠅，故目前應用得還不是很多。

它們如何排污？

人工濕地對污水的處理有十分復雜的凈化機理，現(xiàn)在仍未能完全研究清楚。一般認為，這些濕地綜合了物理、化學和生物3種作用，對污水的處理大致要經(jīng)過沉降和過濾、沉淀吸附和分解、微生物代謝及植物代謝4個步驟。

人工濕地系統(tǒng)成熟后，基質表面和植物根系吸附了大量的微生物形成生物膜，污水流經(jīng)生物膜時，大量的懸浮物被基質和植物根系截留，大腸桿菌和病原體被植物根系分泌物滅活或自然衰敗死亡，有機污染物則通過生物膜的吸收、同化及異化用作被去除。

在濕地床系統(tǒng)中因植物根系對氧的傳遞釋放，使其周圍的環(huán)境依次呈現(xiàn)好氧、缺氧和厭氧狀態(tài)，保證了污水中的氮磷不僅能被植物和微生物作為營養(yǎng)成分直接吸收；還可以通過硝化、反硝化作用及微生物對磷的過量積累作用，達到去除污水中的磷的目的；最后通過濕地床基質的定期更換和栽培植物的收割，最終從系統(tǒng)中去除污染物。

優(yōu)勢背后的問題

盡管目前培育人工濕地凈化污水的技術已經(jīng)日趨成熟，但仍存在不少問題需要深入研究。

首先，人工濕地栽種的植物群落是否恰當？這直接關系到污水凈化效率和經(jīng)濟效益。而植物群落類型的選取主要應該考慮所在城市的氣候、土壤等自然條件以及污水中主要的污染物種類。由于城市的處理系統(tǒng)一般都靠近市郊，同時面積較大，因此美化景觀也是必須考慮的。

其次，培育人工濕地凈化污水工程在運行中，也會產(chǎn)生一定的負面影響，需要通過合理的人工調控手段進行有效控制。在人工濕地排水過程中，污水封閉在排水系統(tǒng)的管網(wǎng)中，但是在污水中的污染物發(fā)生降解之前會散發(fā)出異味。因此，要采用沉沙、好氧曝氣等方法來去除，以防止局部的環(huán)境污染。

另外，濕地栽培的植物，如蘆葦，易受病蟲害的影響，還有潛在的火災威脅。因此，必須建立預警機制及控制系統(tǒng)，以做到防患于未然。

【責任編輯】王亞娜