中图分类号X524 文献标识码A 文章编号0517—6611(2009)33—16522—02
Study on Using Artificial Wetland to Restore Qianling Lake
AO Zi-qiang et al (School of Life Sciences，Xiamen UNIversity，Xiamen，Fujian 361005)
Abstract Using artificial wetland to restore the water quality of Qianling Lake，N and P in wastewater were transformed essential matters fororganism growth and the emission of pollutants was discharged into Qianling Lake．
Key words Artificial wetland；Ecosystem restoration；Qianling Lake
黔灵湖(106。47′E、26。33′N)坐落于贵州省贵阳市黔灵公园的中西部，黔灵湖建成之初，波光粼粼，鱼虾成群，风景优美恬静。黔灵湖水质变坏的根源可以追溯到黔灵湖的上游小关湖。小关湖源头的贵阳市黔灵镇偏坡村和雅关村的生活污水都是直接排放到小关湖。以前由于没有工业和较大的养殖业，因此，对黔灵湖和小关湖的污染不明显。20世纪90代开始，这里渐渐兴起了以养猪为主业的群体，每天约有600 t人畜污水和生产、生活垃圾渗滤液无序排人源头地区的雅关村水沟，后流入小关湖，再流入黔灵湖，从而造成黔灵湖和小关湖内藻类的繁殖生长，导致水体迅速向富营养化发展，水质恶化[1]。
1 人工湿地的优点
人工湿地是由砾石、煤渣、沙和土壤等按一定比例组成基质，并栽种经过选择的水生植物而构成的一个独特的动植物生态系统[2]。同时，植物根系呼吸后也会释放出污水中微生物所需要的足够氧气[3]。湿地对水质净化是一个复杂的过程，是湿地理化、生物作用综合效应的结果。它包括沉淀、吸附、离子交换、络合反应、硝化、反硝化、营养元素吸收、生物转化和微生物分解等过程。湿地由于其特有的生态功能和存在形式，在面源污染控制方面具有以下明显的优势[4]。
1．1 生物净化污水
污水里含有植物生长所需要的氮、磷、无机质、有机质和微生物等，在污水处理过程中较难分解，也是污水处理的最大难题。人工湿地通过在一定的填料上种植美人蕉、富贵竹、芦苇等特定植物，将污水投放到人工建造的类似于沼泽的湿地上。当富营养化水流过人工湿地时，经沙石、土壤过滤，植物根际的多种微生物活动，包括好氧和厌氧过程和植物吸收，将水中的污染物质分解，在植物、微生物和土壤的共同作用下使水质得到净化，较好地实现污水的资源化[5]。黔灵湖上游的人畜污水等不含有毒物质，但氮、磷、无机质、有机质等浓度较高，排到湖里危害极大，用来浇灌水生植物是一种较好的优质肥料。
1．2 产生良好的环境治理效应
深圳与欧盟合作研究的人工湿地技术，经多年实践已取得明显的生态效益和经济效益。人工湿地系统水质净化工程，就是以芦苇、美人蕉等热带和亚热带植物按一定比例配置，栽种到由沙子、细石等填料构成的水池里，原本污染严重的污水经水池流出后，会得到净化，并达到国家地表水标准[5]。云南省红旗河口生物减污试验示范工程主要包括水生植物种植示范区和漂浮植物净化区2块，分别位于杞麓湖红旗河口南北两侧，属于地表水系统的天然湿地恢复工程，总面积为35 h㎡，工程总投资为121．48万元。于2002年初开始建设，现已经形成了2块分别以香蒲、茭草等挺水植物和凤眼莲、菱角为主的湖滨湿地，其植被覆盖率达90％以上。生物多样性丰富，人工栽种和自然繁殖的水生植物种类达30种以上，形成了由挺水植物、浮叶植物、漂浮植物、沉水植物组成的一个结构完整、布局合理的湿地生态系统，基本实现了自我繁育与发展。而湿地中的水生植物经过人工打捞、处理后，在去除湖泊营养负荷的同时，也杜绝了“二次污染”的发生。通过对工程区的跟踪监测和统计分析，该项工程对氮、磷污染负荷的去除总量分另U可达37．4和8．31 t，占红旗河年人湖总氮、总磷负荷总量的17．7％和26．8％，有效地降低了红旗河对杞麓湖的污染。在杞麓湖整体水质为劣V类的情况下，工程区内的水质达到了地表IV类水，而总磷的污染指数更达到了I～III类水的标准[6]。
1．3 解决资金不足问题
人工湿地处理污水的运行成本低廉，一般为1 t污水0．1～0．2元，是传统二级处理的1／10～1／5。此外，基建投资也较少，通常为1 t污水150～800元，是传统二级污水处理厂的1／5～1／2[5]。同时，湿地植物还可以作为T业原料和生活资源。江苏省盐城市双灯纸业有限公司利用沿湖滩涂种植了2 267 h㎡芦苇，用造纸废水进行灌溉，每年可收割大量的芦苇，有效地解决了造纸原料的供应问题。云南省窑泥沟湿地位于窑泥沟(农灌中沟)入湖口，占地1．5 hm2，王程总投资为167．98万元(土地征用费58．50万元)，日处理污水能力为5 720 t，是云南省第1块大规模人工构造湿地。2002年初建成并开始投入运行，经过近2年的运行试验，目前状况良好，运行稳定，对各项污染指标的去除率分别为CODcr 87．8％、BOD5 68．7％、SS 96．3％、TP 32．4％、TN 36．0％，出水水质也由处理前的IV类变为III类。在投资与运行上，与同规模的污水处理厂相比，污水处理厂的污水处理费用远远大于人工湿地。如禄充污水处理厂于2001年8月投入使用，日处理污水1 000 t，且处理的是污染程度较低的污水，处理1 t污水的费用为0．55元，而窑泥沟湿地处理1 t污水的费用只有0．05元，是禄充污水处理厂的1／10，且人工湿地的建设费用也远远低于污水处理厂。如澄江县现有的2个污水处理厂，仅建设费用就近4 000万元，其中，县污水处理厂投资建设费为2 600万元，禄充污水处理厂投资建设费用为379万元。就处理的效果而言，人工湿地的处理效果与污水处理厂相当，对污染程度较低的污水，人工湿地出水水质甚至优于污水处理厂[6]。
1．4 强大的生态修复功能
人工湿地不仅在提供水资源、调节气候、涵养水源、均化洪水、促淤造陆、降解污染物、保护生物多样性和为人类提供生产、生活资源方面发挥了重要作用。它还能吸收SO2、氮氧化物、CO2等，增加O2，净化空气，消除城市热岛效应、光污染和吸收噪声等，并对保护野生动物和提高局部地区景观的美学价值也有较大的益处。如盐城市的芦苇湿地建成后，鸟类的数量比原来增加了1倍以上，茂密的芦苇不仅消纳大量的城市污水，还吸引了大批丹顶鹤前来栖息[5]。因此，人工湿地具有强大的环境调节功能和生态效益，既给城市污水找到出路，同时，也形成一个生态景观和旅游景点，进而美化净化环境，克服了传统污水处理后有污泥产生等不足，达到了保护自然生态的效应。
2 人工湿地与小关水库相结合修复黔灵湖
2．1 因地制宜利用小关水库脱氦除磷
由图1可知，影响黔灵湖水质的根源是养猪废水，通过检测，养猪废水不含有毒物质，其中，主要污染物质为氮、磷、无机质、有机质和微生物等。因此，解决问题的关键是脱氮除磷，而氮和磷是植物生长的营养元素和生物体的组成部分。在此情况下，通过不同的途径将污水中氮和磷转化为生物体的氮和磷。废水排人小关水库后，水体富营养化导致微生物大量繁殖。一方面微生物能将水体中的氮、磷分解或转化为微生物的生物体从而使水体净化，而另一方面微生物的死亡以及过量繁殖会导致水体缺氧而使水质进一步恶化。在此情况下，贵州环境科学设计院引进日本的先进技术，利用扬水筒给水中供氧，小关水库的水质得到较大的改观，但提供的氧气还未得到充分利用。如能进一步在小关水库中种植浮游植物，效果则更好。浮游植物能够吸收水体中的氮、磷、无机质和有机质等，使水中的营养物质减少，水体富营养化情况可以得到改善，同时，浮游植物还可作为养猪的饲料，这样构成一个生态循环，既能解决水污染问题又可增加经济效益。利用小关水库的水域发展无土栽培技术，种植蔬菜满足人们需要，同时也可以选择一些饲料作物用来养猪。利用小关水库还可以发展水产养殖，水生动物可以以水生植物和微生物为食，从根本上吸收水体中的氮、磷、无机质和有机质，从而减少水污染，同时也获得了一定的经济效益。
图1 用人工湿地修复黔灵湖流程
Fig．1 Process of using artificial wetland to restore Qianling Lake
2．2 利用人工湿地进一步净化水体
通过小关水库的辅助作用，水体中的氮、磷、无机质和有机质的量大大降低。为了进一步净化水体，在小关水库的下游建造人工湿地。人工湿地的作用也是减少氮、磷、无机质和有机质。一方面利用微生物分解水体中的营养物质；另一方面将水体中的氮、磷、无机质和有机质转化为植物体生长所必需的物质。种植的植物首先应选择一些去污力强，又宜于本土生长，根系发达，茎叶繁茂，具有耐污能力和抗寒能力、抗病虫能力强的植物[7]。考虑去污能力的同时，选择的植物还应具有一定的观赏性，可以在选择具有以上功能的基础上选择一些经济植物。还可以种植一些饲料作物用来养猪。
3 人工湿地的潜在效益
3．1 脱氦除磷
人工湿地解决了污水处理中最棘手的脱氮除磷问题，经过人工湿地处理后的水质能达到地表水三级标准，并能排人到自然水体[3]。
3．2 提供丰富的动植物产品
在小关湖种植凤眼莲、浮萍等浮游植物可以为猪提供饲料。在小关水库养殖的鱼、虾、贝等和在小关湖下游的湿地种植的藕、菱、芡和茨菰等是富有营养的副食品；有些湿地动植物还可人药。因此，人工湿地为当地市民提供了丰富的动植物产品。许多动植物还是发展轻工业的重要原材料，如芦苇就是重要的造纸原料。
3．3 增加旅游价值和美化环境
从植物的布局、颜色的搭配，园林式的凉亭和观景池的建设以及与周边环境的协调，在湿地上选种一些观赏植物，使环境得到美化，也增加了旅游价值。
3．4 教育和科研价值
人工湿地生态系统具有丰富的动植物物种，在自然科学教育和研究中都具有十分重要的作用。一些人工湿地可以为教育和科学研究提供对象、材料和试验基地。人工湿地还可以成为湿地保护宣传教育中心，围绕湿地生态恢复、湿地生态旅游、环境与社会经济协调发展等开展丰富多彩的宣教活动。
4 结论
用人工湿地技术可以除去上游养猪废水和生活污水中的氮、磷、无机物质和有机物质等，将废水中的氮和磷转化为生物体组织中的氮和磷，从而减少了微生物的大量繁殖形成的“水华”导致黔灵湖水质变坏。同时，通过生物循环可获得一系列的生物产品，还可以美化黔灵公园，从而具有重要的教育意义和实用价值。
参考文献
[1]许静．贵阳黔灵湖小关湖污染严重[N]．中国环境报，2004-08—18．
[2]白晓慧，王宝贞，余梅，等．人工湿地污水处理技术及其发展应用[J]．哈尔滨建筑大学学报，1999，32(6)：88—92．
[3]冯庆，刘桥斌．揭开“滤污之肾”的神奇面纱一探访深圳石岩河人工湿地[N]．深圳特区报：PDF版，2003—11-22．
[4]李现武．湿地一湖泊富营养化治理的首选[N]．中国环境报，2004-09—17．
[5]崔凤山．关于运用人工湿地处理城市污水的思考[N]．环境导报，2003-03-40．
[6]李现武．云南：湿地治污大显身[J]．环境经济杂志，2004(7)：13．
[7]牛晓群．我国人工湿地植物系统的研究进展[J]．四川环境，2005，24(5)：45—47．
[8]刘晓涛，郭宗楼，陆琦，等．人工湿地的多重效益浅析[c]．上海市湿地利用和保护研究会论文集，2002．
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[10]WANG W B，DUAN L，TIAN z Q．Performance of subsurface constructed wetland in fiver rehabilitation[J]．Agricultural Science＆Technology，2009，10(2)：149—153．
作者简介：敖子强(1975一)，男，贵州德江人，博士研究生，研究方向为环境生态和污染生态学。
