叢龍超，萬小瓊

（華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，湖北 武漢430070）

1 引言

隨著我國工業(yè)化的不斷發(fā)展，水體污染越來越嚴(yán)重，人們的飲水安全受到嚴(yán)重威脅。據(jù)2011年中國環(huán)境狀況公報統(tǒng)計，我國地表水總體為輕度污染，湖泊（水庫）富營養(yǎng)化問題仍十分突出。主要污染指標(biāo)為化學(xué)需氧量、五日生化需氧量和總磷［1］。國家對水體富營養(yǎng)化治理的資金投入力度不斷加大，滇池的“十一五”規(guī)劃計劃投資183.3億元，到2009年底，已完成投資123.8億元。但湖泊富營養(yǎng)化治理效果仍不盡人意，嚴(yán)重富營養(yǎng)化、生態(tài)系統(tǒng)被破壞的狀況難以在短期內(nèi)根本扭轉(zhuǎn)［2］。

濕地被譽為“地球之腎”，是地球上重要的自然資源，具有凈化水體的功能。近年來人工濕地系統(tǒng)逐漸發(fā)展，成為凈化水體，防止水體污染的新方向。人工濕地系統(tǒng)通過模擬自然濕地系統(tǒng)，人為提供植物和微生物的生長環(huán)境，以起到降解去除污染物及凈化水體的作用［3，4］，在公園景觀水體凈化方面成果尤為顯著，既能凈化水體，又能美化環(huán)境。但是現(xiàn)有的人工濕地系統(tǒng)占地面積較大，處理效率不夠高，具有潛在的地下水污染風(fēng)險。此外，我國南北氣候差異較大，限制了人工濕地污水處理系統(tǒng)在全國范圍內(nèi)的推廣。因此需要尋求新的設(shè)計方案來提升人工濕地的功能，擴大其應(yīng)用范圍。

2 水上立體人工濕地設(shè)計

人們通過設(shè)計立交橋來緩解交通用地緊張的情況，通過設(shè)計立體農(nóng)場解決未來糧食危機，而在解決污染水體時，水上空間卻沒有得到足夠的開發(fā)和利用。如果可以在水上建立人工濕地，則能充分利用水面上的空間，加強對自然生態(tài)和自然濕地的維護并減輕其壓力，同時加快現(xiàn)有人工濕地自然化進程，降低地下水污染風(fēng)險。以湖泊人工濕地設(shè)計為例，在水面上構(gòu)建鋼架結(jié)構(gòu)，建立人工濕地平臺和廊道，將水提升至最高點，再逐級向下流動。引水口同時與湖泊水體和排污口相連接，以達到穩(wěn)定進水的要求。

參考地面人工濕地的設(shè)計思路［5～10］，本著資源循環(huán)利用的清潔生產(chǎn)理念，設(shè)計金字塔式的結(jié)構(gòu)，由上至下逐層建立以垂直潛流型、水平潛流型、表面流型為主的濕地，在其上種植合適的挺水植物、浮水植物和沉水植物。植物以去污能力強且可利用的生物質(zhì)能源植物為主，并輔以景觀植物，提升湖泊的立體景觀效應(yīng)。填料的選擇主要考慮通透效果和生物附著效果，填料以適合支撐的廉價礫石為主，根據(jù)不同的水質(zhì)特點和地域特征因地制宜地選擇不同的填料，或者組合填料。在水平流濕地中可以考慮以富營養(yǎng)化水體的底泥作為填料混合體的一部分，以減少底泥對富營養(yǎng)化的貢獻。在立體式人工濕地的底層將水流集中以管道群方式流向湖泊，造成水的攪動，提高湖泊水體的復(fù)氧效率，促進水中好氧微生物的生長代謝，以起到加速降解污染物的目的。同時將水上的濕地系統(tǒng)與其下的水面和水下濕地系統(tǒng)有機的結(jié)合起來，在水面種植浮水植物，在水下種植沉水植物，可以構(gòu)造高效的立體人工濕地系統(tǒng)（圖1）。

圖1 水上立體人工濕地設(shè)計概念圖

該設(shè)計用ProE5.0系統(tǒng)在 Windows7.0系統(tǒng)操作下完成。首先用泵將水提升至頂端配水塔，再由配水塔將水均勻分配到第一層濕地，即垂直流濕地的4個小單元中，污水流經(jīng)該層濕地部分凈化后，由收集渠收集污水，將其分配到第2層的濕地，即水平潛流型濕地的4個小單元中，再次經(jīng)過部分凈化后同樣以類似的方式流入第3層濕地，即表面流型濕地中。3次凈化后的污水經(jīng)收集以管道群形式排入水體。水面輔以具有漂浮性質(zhì)的填料，種植濕地植物后作為第4層濕地。水下則可以選擇種植沉水植物，更進一步凈化水體。

在該設(shè)計中將濕地系統(tǒng)立體化、模塊化，濕地系統(tǒng)分為5個層次，水上為人工濕地主體系統(tǒng)，由上至下分別設(shè)計為垂直潛流型、水平潛流型為主的人工濕地，水面和水下分別是水面浮水植物區(qū)和沉水植物區(qū)。水上立體式人工濕地通過模塊化后，根據(jù)湖泊水體污染面積及污染程度可以建設(shè)不同數(shù)目的模塊單元，對于面積大且污染嚴(yán)重的湖泊建立“水上人工濕地群”，使不同的單元組合起來以達到高效快速凈化水體的功能。此外，在農(nóng)村生活污水和面源、點源污染水體排入環(huán)境之前可通過該濕地模式進行預(yù)處理，以免引起地下水污染，減輕對環(huán)境的壓力，促進生態(tài)高值農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

3 結(jié)語

水上立體式人工濕地減輕了自然濕地的壓力，既保護了自然濕地，又與自然濕地互補增效，該技術(shù)不向水體投放任何化學(xué)試劑，不將污染物輸入它處，不產(chǎn)生二次污染，實現(xiàn)了生態(tài)效益、經(jīng)濟效益、社會效益和景觀效益的和諧統(tǒng)一。目前國內(nèi)的人工濕地設(shè)計和運行理論發(fā)展較快，技術(shù)逐漸趨于成熟，但是在水上建立立體人工濕地仍然會面臨資金和技術(shù)的困難，這種設(shè)計理念和思路可以緩解現(xiàn)階段建設(shè)濕地用地緊張的局面，有利于促進人工濕地標(biāo)準(zhǔn)模型的發(fā)展，同時也豐富了人工濕地設(shè)計思路，有助于推動人工濕地系統(tǒng)的推廣應(yīng)用，是一項創(chuàng)新性的直接治理富營養(yǎng)化湖泊和修復(fù)水體的生態(tài)技術(shù)。

［1］ 中華人民共和國環(huán)境保護部.2011年中國環(huán)境狀況公報［EB／OL］.［2012－07－01］.http：／／jcs.mep.gov.cn／hjzl／zkgb／2011zkgb／201206／t20120606＿231040.htm.

［2］ 中華人民共和國環(huán)境保護部環(huán)境規(guī)劃院.滇池流域水污染防治“十二五”規(guī)劃編制大綱［EB／OL］.［2012－07－01］.http：／／www.caep.org.cn.

［3］ 張 清.人工濕地的構(gòu)建與應(yīng)用［J］.濕地科學(xué)，2011，9（4）：374～377.

［4］ 何明雄，胡啟春，羅安靖，等.人工濕地植物生物質(zhì)資源能源化利用潛力評估［J］.應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報，2011，17（4）：527～531.

［5］ 蔣紹階，黃新麗，向 平，等.水流注入方式和填料層高度對人工濕地流態(tài)的影響［J］.濕地科學(xué)，2012，10（2）：170～175.

［6］ 鄭春雨，王光華.濕地生態(tài)系統(tǒng)中主要功能微生物研究進展［J］.濕地科學(xué)，2012，10（2）：243～249.

［7］ 魏 成，劉 平，秦 晶，等.不同基質(zhì)和不同植物對人工濕地凈化效率的影響［J］.生態(tài)學(xué)報，2008，28（8）：3691～3697.

［8］ 聶志丹，年躍剛，金相燦，等.3種類型人工濕地處理富營養(yǎng)化水體中試比較研究［J］.環(huán)境科學(xué)，2007，28（8）：1675～1680.

［9］ Yalcuk A，Ugurlu A.Comparison of horizontal and vertical constructed wetland systems for landfill leachate treatment［J］.Bioresource Tech，2009（100）：2521～2526.

［10］ Maehlum T，Stalnacke P.Removal efficiency of three cold－climate constructed wetlands treating domestic wastewater effects of temperature，seasons，loading rates and input concentrations［J］.Wat Sci Tech，1999，40（3）：273～281.