碩亞微科普|人工濕地總述(一)
2021-12-31
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根據(jù)拉姆薩濕地公約分類系統(tǒng),人工濕地被分為:

(1)養(yǎng)殖池塘,如蝦塘,魚塘。

(2)池塘,包括灌溉池塘,小水塘等,面積通常小于8hm2

(3)灌溉土地,包括灌渠和水稻田,

(4)季節(jié)性泛濫的農(nóng)田,包括集約化管理或放牧的濕草地或牧場。

(5)鹽業(yè)用地,包括鹽生洼地,鹽田等。

(6)蓄水用地,包括水庫/河堰/水壩/庫區(qū),面積通常大于8hm2。

(7)低洼地,包括研石/磚塊/泥士洼地,礦區(qū)池塘。

(8)廢水處理區(qū),包括污水處理場,沉淀池,氧化塘等。

(9)運河和灌渠、水溝等。

人工濕地首先必須具備濕地特征——水飽和(或)淹淺水、耐濕或水生植物、水成土。上面所列的人工濕地都是已有較長的發(fā)展歷史,如魚塘、鹽田等都在古代既已產(chǎn)生,并沿用至今。但是,隨著人們對濕地生態(tài)服務(wù)的認(rèn)識,將會有越來越多的人工濕地類型產(chǎn)生。

雖然目前可能還無法預(yù)測到未來會產(chǎn)生什么新的人工濕地類型,但是可以肯定的是,人工濕地將是人們?yōu)榱诉_(dá)到或滿足某種需要所構(gòu)建的濕地生態(tài)系統(tǒng),可以是基于一個退化的濕地生態(tài)系統(tǒng),也可以基于其它生態(tài)系統(tǒng)類型,但是必須通過生態(tài)工程來滿足濕地的三個特征。在人工濕地的構(gòu)建過程中,人為加入的輔助能將用于改變濕地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),包括群落組成和無機環(huán)境,通過生態(tài)系統(tǒng)的自我組織能力、自我維持能力、自我更新能力來形成一個較為穩(wěn)定的濕地生態(tài)系統(tǒng),如果設(shè)計合理,該生態(tài)系統(tǒng)所體現(xiàn)的生態(tài)服務(wù)將滿足人們在構(gòu)建初期的構(gòu)想。

濕地已經(jīng)被認(rèn)為是地球上生態(tài)服務(wù)最高的生態(tài)系統(tǒng)之一,其主要表現(xiàn)在涵養(yǎng)水源、洪水調(diào)控功能,保護(hù)士壞功能,固定二氧化碳和釋放氧氣功能,污染物降解功能,生物棲息地功能等。人工濕地的產(chǎn)生和發(fā)展與其生態(tài)服務(wù)密切相關(guān),因此,對人工濕地的分類基于其提供的生態(tài)服務(wù)而不是形態(tài)更合適些。

1、工程濕地

工程濕地——基于污染物降解功能的人工濕地是日前被廣為接受的人工濕地的狹義定義,尤其是在美國。這類人工濕地通常用于處理生活污水、雨水徑流、小型工礦企業(yè)的廢水排放、農(nóng)田排水等。雖然自然濕地也具有很高的污染物降解功能,但是,經(jīng)過縝密設(shè)計和科學(xué)管理的人工濕地不僅具有可控制的空間范圍,并且在功能發(fā)揮上更加穩(wěn)定,可以保護(hù)地下水和周邊的自然濕地環(huán)境,確保污水在流經(jīng)人工濕地后已經(jīng)完全滿足直接排放到自然水體或濕地中的水質(zhì)要求。

工程濕地中,水位、沉積物類型和植被都可受到調(diào)控,并以無滲透功能的隔離裝置與周圍的自然環(huán)境隔開,以防止突然變化的污水負(fù)荷對自然環(huán)境的影響。

植物在工程濕地中的作用包括:吸收水體中的營養(yǎng)物質(zhì)并轉(zhuǎn)化為可去除的生物量形式、形成根區(qū)系統(tǒng)為微生物提供生境、向根系輸送氧氣以便在根區(qū)形成復(fù)雜的好氧和厭氧條件等。因此,植物對水質(zhì)凈化具有重要的作用,但是微生物也是最直接的貢獻(xiàn)者之一。日前經(jīng)常用于工程濕地的植物種類包括挺水植物如莎草科Cyperaceae、燈心草科Juncaceae、禾本科Grammineae(米草屬Spartina、蘆葦屬Phragmies)等,此外,還有鳳眼蓮(Eichhorniacrassipes)、浮萍等漂浮植物。所選的濕地植物通常以浮床或單優(yōu)群落的方式種植,防止不同物種對光、水分、營養(yǎng)物質(zhì)等資源產(chǎn)生種間競爭,也防止植物通過分泌次生化合物干擾和抑制其它物種的生長。研究發(fā)現(xiàn),寬葉香蒲(Typhalatifolia)、水蔥、薹草等植物殘體如果不及時清理,則會腐爛產(chǎn)生次生化合物抑制周圍蘆葦?shù)纳L和繁殖。由于沉水植物對水體透明度要求較商,且不易打撈,因此較少用于負(fù)荷較高的工程濕地中,但是,如果與草食性魚類搭配的話,可用于工程濕地的末端,即靠近出水口的濕地單元內(nèi)。

工程濕地的基底在構(gòu)建初期就進(jìn)行分層設(shè)計。一般來說,盡可能采用排水良好的顆粒物,并且通過不同直徑顆粒物的搭配來滿足耗氧環(huán)境與厭氧環(huán)境的條件。

滯水時間,即水淹條件是關(guān)系到工程濕地凈水效果的關(guān)鍵因素。工程濕地可模仿自然濕地進(jìn)行潛流濕地或自由表面流濕地的設(shè)計,但是,必須保持一定的滯水時間,否則難以滿足各降解過程的需要。水流的方向也必須加以考慮,原則是應(yīng)該讓水盡可能與根區(qū)接觸,但避免產(chǎn)生“短路”現(xiàn)象。

工程濕地由于造價低、運行方便、具有環(huán)境友好性等特點,在我國已經(jīng)步人了快速發(fā)展階段,并被許多污水處理廠采納作為三級水處理措施。


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