李 璐 陳娟娟 殷小鴿

（天津港保稅區(qū)環(huán)境監(jiān)測站 天津 300308）

引言

人工濕地技術(shù)目前在我國污水處理、黑臭水體治理、海綿城市建設(shè)、城市徑流污染治理中應(yīng)用日益廣泛[1]。張高軍等設(shè)計兩級串聯(lián)人工濕地，對COD、NH3-N、TN去除率最好效果分別達到30.6%、82.2%、94.6%，凈化后出水滿足 《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB 3838-2002）Ⅲ類標準[2]。黃畯楠等構(gòu)建高負荷復(fù)合式人工濕地，并研究該工藝對污水廠尾水低溫時期的處理效能，結(jié)果表明在秋冬低溫條件下，對COD、TN、NH3-N、TP 平均去除率分別為25%、24%、44%、34%，且凈化后出水達到地表水質(zhì)近Ⅳ類標準要求[3]。段田莉等研究垂直流濕地和多級生態(tài)塘組合系統(tǒng)，經(jīng)處理后的污水廠尾水有顯著的凈化效果，NH3-N、TN、TP、COD 去除率分別達到81.06%、93.11%、55.81%、59.22%，符合《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB 3838-2002）Ⅳ類限值要求[4]。

人工濕地系統(tǒng)除了能發(fā)揮較為穩(wěn)定的水處理效果外，還伴隨著資源功能、生態(tài)環(huán)境功能、人文功能等方面的效益[5]。濟寧市老運河人工濕地的建設(shè)顯著提升了生物多樣性和環(huán)境質(zhì)量，為區(qū)域內(nèi)水禽、魚蝦等提供了良好的棲息場地，也為確保南水北調(diào)東線調(diào)水及其水質(zhì)安全貢獻了重要力量[6]。鹽城濕地公園具有和城市排水系統(tǒng)連接的功能，可以通過控制城市的地表徑流來減少內(nèi)部災(zāi)害，當?shù)缆放潘到y(tǒng)承載力有所欠缺時，濕地則通過其系統(tǒng)有效改善地表徑流排放[7]?；幢笔心虾覞竦毓珗@通過景觀再造，實現(xiàn)了對水體、植被的修復(fù)和以濕生生境為主導(dǎo)的生物多樣性修復(fù)[8]。

濱海濕地是陸地、地表水、地下水、海水相互作用形成的，其具有獨特的生境和交錯的生物群落分布，具有廣泛的生態(tài)效益，對維持濱海區(qū)域生態(tài)平衡、物種生物多樣性，實現(xiàn)區(qū)域生態(tài)、環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮著重要作用[9]。天津臨港經(jīng)濟區(qū)位于海河入河口南側(cè)灘涂淺海區(qū)，是濱海新區(qū)重要功能區(qū)之一。本文通過探究臨港經(jīng)濟區(qū)人工濕地對水質(zhì)凈化功能及其它生態(tài)效益，證實其為環(huán)境保護與生態(tài)建設(shè)帶來的積極影響。

1 人工濕地情況概述

1.1 濕地基本建設(shè)情況

臨港人工濕地公園位于天津港保稅區(qū)，北起長江道，南至珠江道，西鄰海濱高速，東至渤海十路，占地面積約63 萬平方米。濕地的建設(shè)和河湖水系的構(gòu)建，一方面秉承生態(tài)環(huán)保理念，實現(xiàn)了提升污水處理廠尾水水質(zhì)功能；另一方面秉承生態(tài)修復(fù)理念，實現(xiàn)了增加生物多樣性、改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境的功能。

1.2 濕地處理工藝

人工濕地技術(shù)工藝主要包括以下兩個方面：污水濕地治理工程以及生態(tài)改造工程。其中，由于本區(qū)域內(nèi)臨海，地下水鹽度較高，土壤鹽堿化較為嚴重，加之上游污染物組分復(fù)雜且濃度不穩(wěn)定易形成沖擊，冬季氣溫較低不利于植物生長等不利因素，依靠單純的潛流濕地無法滿足處理要求。因此在污水濕地治理工程中要加入中水回用，同時加入表潛流相結(jié)合的方式進行處理。此外，可有效改善水質(zhì)情況的水生植物、陸生植物被引種栽植，結(jié)合之前現(xiàn)有景觀帶，從而構(gòu)建起了表面流和潛流相結(jié)合的復(fù)合型濕地生態(tài)系統(tǒng)。濕地在未來應(yīng)用后可以達到加強水質(zhì)凈化功能、增強景觀休閑人文效果、保證植物存活率等多種效果。

人工濕地系統(tǒng)的水源來自附近污水處理廠排水。濕地系統(tǒng)首先要建有調(diào)節(jié)池，污水處理廠出水通過帶壓管路進入人工濕地，為防止負荷沖擊必須要對水量及水質(zhì)進行調(diào)節(jié)、同時還能起到預(yù)曝氣及凈化調(diào)節(jié)的作用，再通過重力作用進入潛流濕地。潛流濕地中填料主要是以礫石為主，當水體進入潛流濕地后，其內(nèi)部填料先進行過濾。大量維管束植物以及根系較為發(fā)達的水生植物在潛流濕地種植，植物根系及其存活在其中的厭氧菌群可以對水體內(nèi)的污染組分進行深度凈化，對有害成分進行吸附和分解。為了進一步保證水質(zhì)得到充分處理，潛流濕地通過三級高差的設(shè)置，水體通過重力作用層層通過，緩慢進入主體景觀湖。經(jīng)過這一系列的處理之后，水體得到顯著凈化，水質(zhì)已經(jīng)基本滿足要求。在景觀湖區(qū)，引種栽植的大量水生、陸生植物，有效增加了表流濕地面積，用于進一步修復(fù)水體水質(zhì)。

此外，為進一步凈化水質(zhì)，在系統(tǒng)出水口處設(shè)置了具有物理、化學(xué)、生物聯(lián)合作用的生物柵，其可以起到有效截留、吸附、沉淀水中雜質(zhì)的作用，一方面保證了高效凈化水質(zhì)，另一方面也可以避免在濕地系統(tǒng)中出現(xiàn)藻類堵塞。

2 水質(zhì)凈化效果分析

2.1 水質(zhì)監(jiān)測點位和指標

在濕地進水口設(shè)置1 個監(jiān)測點位，濕地出水口設(shè)置1 個監(jiān)測點位。自2021 年3 月至2021 年12 月，每月對濕地系統(tǒng)的進水、出水進行樣品采集。選擇氨氮（NH3-N）、總氮（TN）、總磷（TP）3 項指標進行監(jiān)測。

其中，氨氮采用納氏試劑分光光度法，總氮采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法，總磷采用鉬酸銨分光光度法進行監(jiān)測。

2.2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計采用Excel 軟件，數(shù)據(jù)分析與圖形繪制采用Origin 軟件。通過對比處理前后水質(zhì)指標的變化規(guī)律，評價水質(zhì)凈化效果。

2.3 水質(zhì)凈化效果分析

2.3.1 對NH3-N 的去除效果

人工濕地系統(tǒng)對NH3-N 的去除效果如圖1 所示。從監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，進水NH3-N 濃度較低，濃度范圍為0.321mg/L～1.09mg/L，均值為0.666mg/L。出水濃度范圍為0.181 mg/L～1.08mg/L，均值為0.510mg/L。除6 月份、9 月份外，其余監(jiān)測時段均對NH3-N 有較為理想的去除效果，去除率范圍為5.57%～67.4%，平均去除率為26.6%。

圖1 濕地系統(tǒng)對NH3-N去除效果

微生物通過硝化作用吸附氮元素，再通過反硝化作用將其去除是人工濕地對NH3-N 的主要去除機理[10]。除8 月份外，濕地進水NH3-N 濃度均小于1.0mg/L，整體仍具備一定程度對低濃度NH3-N 進水的削減能力，經(jīng)濕地處理后NH3-N 濃度有明顯改善趨勢，出水濃度均值達到 《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB 3838-2002）地表Ⅲ類標準要求（1.0mg/L）。

2.3.2 對TN 的去除效果

人工濕地系統(tǒng)對TN 的去除效果如圖2 所示。從監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，進水TN 濃度范圍為1.99mg/L～16.5mg/L，均值為6.35mg/L。出水濃度范圍為1.12mg/L～5.72mg/L，均值為2.91mg/L。除3 月份、4 月份外，其余時間均對TN 有較好的去除效果，去除率均在25%以上，去除率范圍為25.8%～90.0%，平均去除率為43.1%。

圖2 濕地系統(tǒng)對TN去除效果

微生物的氨化、硝化和反硝化作用，植物基質(zhì)的吸附、離子交換等作用是人工濕地脫氮的主要機制。從去除率看，進水TN 濃度稍高，整體上未達到地表Ⅴ類標準要求，經(jīng)過本工程處理后，對TN 產(chǎn)生一定程度的削減效果。自5 月至12 月，去除率整體呈現(xiàn)明顯遞增趨勢，且自7 月份以來，各個監(jiān)測月份出水濃度均能滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB3838-2002）Ⅴ類標準要求（2.0mg/L）。

2.3.3 對TP 的去除效果

人工濕地系統(tǒng)對TP 的去除效果如圖3 所示。從監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，進水TP 濃度較低，濃度范圍為0.05mg/L～0.22mg/L，均值為0.14mg/L。出水濃度范圍為0.03mg/L～0.20mg/L，均值為0.07mg/L。除6 月份外，其余時間均對TP 有較好的去除效果，去除率范圍為10.0%～77.3%，平均去除率為38.1%。

圖3 濕地系統(tǒng)對TP去除效果

該濕地出水口TP 濃度均穩(wěn)定在0.2mg/L 及以下，穩(wěn)定達到《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB3838-2002）Ⅲ類標準要求（0.2mg/L），均值達到地表Ⅱ類標準要求（0.1mg/L），說明本工程對TP 的凈化效果較好。

2.3.4 季節(jié)對污染物去除率的影響

臨港濕地系統(tǒng)在不同季節(jié)中對污染物去除效果的影響見表1。NH3-N 在春季、夏季、秋季去除率較為接近，分別為26.5%、17.6%、16.3%，在冬季去除率較為顯著，達到55.5%。TN 在夏季、秋季、冬季去除率均在40%以上，且去除率呈現(xiàn)遞增趨勢。TP 去除率在夏季較低，其它季節(jié)表現(xiàn)平穩(wěn)，去除率范圍在47.5%～50.0%。可見，濕地對污染物的去除效果會受到一年中不同季節(jié)的影響，在冬季低溫運行效果較好，對各污染物去除效果最為顯著。

表1 不同季節(jié)污染物的去除率（%）

3 環(huán)保及生態(tài)效益分析

3.1 促進鹽堿化土壤改良

沿海地區(qū)由于地勢低平的原因會受到海水的浸漬，土壤表層含鹽量相對較高，經(jīng)雨水淋洗、微生物作用會演變?yōu)闉I海鹽土，影響水生植物的生長[11]。臨港濕地生態(tài)系統(tǒng)和景觀水系的運行，可以使水作用于土壤中，由于重力作用透過土壤縫隙不斷下滲，從而作用于鹽堿化土壤中，并可以有效阻止由于蒸發(fā)作用導(dǎo)致的地下含鹽水沿土壤毛細縫隙上升，從而達到壓鹽、洗鹽、改良鹽堿化土壤的作用，為植物提供基本的生長條件[12]。

3.2 涵養(yǎng)水源

水文調(diào)節(jié)是濕地的重要作用之一。臨港濕地可以對區(qū)域起到補給地下水、維持區(qū)域水平衡、調(diào)節(jié)徑流、調(diào)蓄水量的作用[13]。此外，大面積濕地植物的存在可以起到保持水土、涵養(yǎng)水源的作用，一方面通過增加土壤孔隙度和保持儲水力來改善土壤結(jié)構(gòu)，以便存儲來自雨水、河湖多余的水分，另一方面可以增加植物所在區(qū)域的空氣濕度，使植物表面的纖維結(jié)構(gòu)存儲一些水源以備旱季使用[14]。

3.3 調(diào)節(jié)局部氣候

一方面，臨港濕地及景觀湖中的植物具有光合作用、蒸騰作用，可以不斷吸收熱量、增加空氣濕度，從而起到降低區(qū)域溫度、保證氣候條件穩(wěn)定的作用。另一方面，當濕地表面的水分蒸發(fā)至大氣環(huán)境中后，能夠促進大氣水循環(huán)從而增加空氣濕度，對區(qū)域的氣候產(chǎn)生部分影響[15]。此外，當空氣中的濕度達到一定累積后，可能會形成降水。降水過程中對濕地周圍環(huán)境也會起到調(diào)節(jié)溫度的作用。

3.4 維持生態(tài)穩(wěn)定

在濕地及生態(tài)景觀湖中栽種植被是可以抵御極端天氣給沿岸造成侵蝕的有效辦法，植物的根系可以幫助維持區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定。此外，人工濕地和景觀湖可以為多種鳥類提供棲息場所，在發(fā)揮了生態(tài)調(diào)節(jié)功能的同時，提升了人工濕地的生態(tài)服務(wù)功能和生物多樣性。

3.5 生態(tài)宣教作用

人工濕地的宣教功能多樣，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：一是大眾在日常休閑運動的同時可以進一步增加對濕地概念、功能等方面知識的儲備，廣泛提高環(huán)保意識、人與自然和諧共生意識；二是臨港濕地擁有豐富的動植物資源，系統(tǒng)中多樣的動植物群落能夠發(fā)揮重要的教學(xué)作用。

結(jié)語

（1）臨港經(jīng)濟區(qū)人工濕地具有較好的生態(tài)效能，處理工藝穩(wěn)定，對水體中污染物NH3-N、TN、TP 去除效果良好，去除率較為明顯，能有效改善水體水質(zhì)，充分發(fā)揮了濕地的凈化功能，為區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量的改善提供保障。（2）濕地具有一定的環(huán)保及生態(tài)效益，在促進鹽堿化土壤改良、涵養(yǎng)水源、調(diào)節(jié)局部氣候、維持生態(tài)穩(wěn)定及生態(tài)宣教等方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，滿足民眾對美好生態(tài)環(huán)境的需求。（3）由于本文對臨港濕地在不同季節(jié)中去除污染物效果的研究有限，因此文中得出在冬季去除效果最優(yōu)的結(jié)論僅能代表當前時期研究結(jié)果。建議濕地加強后期的保護與管理，可以依據(jù)季節(jié)變化和臨港濕地的綜合狀況，不斷優(yōu)化污染物的處理工藝，保障系統(tǒng)的持續(xù)正常運行。