人工濕地系統增添新武器——且看紅樹林如何處理污水
來源:    發布時間: 2017-08-25 17:19   125124 次瀏覽   大小:  16px  14px  12px
近年來,我國農村生活污水排放量日益增多,由于農村居民的環保意識普遍偏低,且96%的農村缺乏污水處理設施,各種污水未經處理直接排放,導致農村水環境受到嚴重污染。污廢水隨意排放問題在海邊村鎮體現得尤為明顯,居民生活污水、海水養殖業污水、船舶作業污水、旅游景區污水等常常直接排入海水,因此,海邊農村水污染的問題函待解決。

農村污水處理技術中,人工濕地污水處理技術是處理小型的人口非密集區域的污水的最適方式,沿海農村附近的水域斷斷續續分布有紅樹林,相關研究發現紅樹林植物具有較強的耐污凈化能力、抗逆性和適應性,且在紅樹林人工濕地中能同時發生硝化和反硝化作用,對污水中的氮、磷等污染物有較好的去除效果。因此,將紅樹林人工濕地因地制宜地運用于沿海農村的污水處理,成為了一項值得研究的工作。

一、紅樹林人工濕地的歷史發展和現狀

1904年,在澳大利亞的新南威爾上建成的一個人工濕地處理系統是人工濕地技術運用于污水處理的最早實踐,1972年后,隨著根區理論的提出,人工濕地的研究與應用日益發展。1996年,人工濕地污水處理技術正式運用于水污染控制。目前,美國已建成600多處人工濕地處理工程,潛流式多于表面自由流,主要用于處理煤礦廢水、生活污泥、工業廢水等。人工濕地在日本、歐洲的發展和普及較快。在北美地區人工濕地常被用于人口較密集的地區進行深度處理,而在歐洲國家人工濕地系統主要用于人口規模較小的鄉村社區。通過不斷研究與發展,人工濕地處理技術不斷改良與進步。

我國對人工濕地處理系統的研究起步較晚。自1978年到2008年,我國濕地面積總體上減少了約10萬平方公里,但人工濕地卻增加了約122%。可見,我國自然濕地在持續地減少,而人工濕地卻有持續增加的趨勢。人工濕地處理系統具有能耗低、成本低、運行管理簡單等特點,不僅能處理生活污水、部分工農業廢水、垃圾滲濾液等,還能用于改善飲用水源水質。因此,近年來我國人工濕地發展迅速井且應用廣泛,各種類型的人工濕地大幅度增加。

紅樹林生長于熱帶亞熱帶沿海潮間帶,處于陸地生態系統與海洋生態系統間的過渡帶,是一類特殊的濕地生態系統。雖然紅樹林具備污水凈化能力,但能否將紅樹林人工濕地大量用于污水處理引發了人們的激烈討論。有學者認為我國紅樹林生態系統已處于瀕危狀態,應積極采取保護措施,不宜將其用于處理污水,以防止其加速破壞;但也有學者認為保護井不意味著必須放棄紅樹林對環境凈化這一寶貴的資源。紅樹林是否適用于污水處理還有待進一步研究確認,目前,研究者們正在就這方面的應用進行著各種模擬試驗。

二、紅樹林人工濕地的凈化機理

紅樹林人工濕地凈化污水的主要部分是植物、填料及微生物,三者通過物理、化學、生物作用相互聯系構成一個有機的整體,通過吸附、沉降過濾、植物吸收和微生物降解等作用對污水中的污染物進行處理。在紅樹林人工濕地中,水流緩慢且水深較淺,填料和紅樹林的莖稈能夠截留固體懸浮物和不溶性有機物,供給微生物利用;而可溶性有機物可由生長在填料表面和紅樹林根系中的微生物形成的生物膜吸附,通過一系列的物理、化學和生物作用將其去除。紅樹林人工濕地系統中,植物根系對氧氣的輸送與釋放,會使得周圍呈現出好氧、缺氧和厭氧的環境,不僅營造了良好的生物脫氮環境,而且有利于好氧聚磷和厭氧釋磷,保證了紅樹林植物和微生物生長所需的氮、磷營養成分,過量積累的磷還可以通過硝化、反硝化作用去除,最后通過定期收割和更換紅樹林人工濕地基質從而實現污染物的去除。

紅樹林在污水、重金屬及石油等污染物環境中能夠良好的生長,具有較強的耐性,不僅能明顯地去除生活污水中簡單有機物,其植物本身及土壤對多種污染物都有良好的吸收能力。有研究數據顯示,紅樹林人工濕地對污水中BOD5、CODCr的平均去除率能分別達到85%和71%以上,對總氮的平均去除率達到55%以上,對氨氮的平均去除率達到50%以上,對亞硝酸鹽氮的平均去除率達到84%以上,對總磷平均去除率也能達到41%以上。因此,充分利用紅樹林人工濕地對沿海農村污水進行初步處理后再排入大海能夠較大幅度地減輕海水的污染。無需村民投入大量的成本與人力,緩解未經處理的直排污水對海水造成的惡劣影響。

三、紅樹林人工濕地存在的問題

雖然利用紅樹林人工濕地處理海邊農村污水能達到良好的處理效果,但是為了進一步完善人工濕地處理污水技術,其存在的問題也不可忽視。

首先,制約紅樹林人工濕地發展的是紅樹林植物自身生長的問題。紅樹林植物需要特殊生存環境條件(鹽度、溫度),不易存活;另外,紅樹林植物屬多年生喬木或灌木,生活史長,存在較多天敵,易引發病害,難以養護;再者,我國紅樹林面積逐漸減少,紅樹林生態系統已處于瀕危狀態。紅樹林生態系統一旦遭破壞就很難恢復原狀,《水污染防治行動計劃》也指出要保護水和濕地生態系統,加大紅樹林生態系統的保護力度。故有研究者認為,為避免生態系統多樣性下降和進一步退化,紅樹林用作污水處理還需進一步論證。

四、結論與展望

紅樹林人工濕地用于凈化海邊農村的污水是一種因地制宜的方式,充分利用本土資源,無需大工程建設或改造,只需分片分區,把海邊農村中聚集較近的幾戶人家劃分為一片,將每片區的污廢水進行收集再輸送至最近的紅樹林人工濕地進行初步處理,避免未經處理的農村污水排入海水引起大面積水體污染的窘境。而且一般數戶農村人家的污水排放量和污水濃度都遠低于城鎮污水或工業廢水等,紅樹植物對生活污水具有較強的適應能力,一定量和一定濃度內的污水不會對紅樹林人工濕地造成太大的消極影響,相反可能由于污水中的微生物和有機物能給紅樹林的生長帶來一定的促進作用。因此,紅樹林人工濕地處理海邊農村污水具有較高的可行性。

為了避免出現紅樹林人工濕地用于污水處理時遭受惡劣破壞的情況,今后要注重模型的建立與應用。通過建模計算與分析得出各關鍵參數之間的關系,根據此關系和相關國家規范標準來嚴格控制污水的排放量及濃度,并在大量投入使用前進行小面積紅樹林人工濕地處理農村污水的模擬試驗。模擬試驗可以考慮取一個較長的周期以便深入了解紅樹林植物的生理生態特性,旨在充分利用紅樹林人工濕地處理海邊農村污水的同時不損害紅樹林生態系統。相信隨著紅樹林相關研究的深入,一旦確定紅樹林人工濕地凈化污水的同時不會影響紅樹林生態系統的正常發展,紅樹林人工濕地處理海邊農村污水的方式將能迅速得以推廣井取得較好的運行效果,有效解決污水未經處理直接排放的間題,改善農村水環境,較大程度上減輕對海水的污染,實現對水資源的保護。

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