地球的人工肾-人工湿地.doc

地球的人工肾——人工湿地 提到湿地（wetland）这个名词，可能大家对它都不会感到陌生，它常常与“绿色的世界”、“鸟的天堂”联系在一起。湿地是与森林、海洋并称的地球三大生态系统之一，它维持着地球的生态平衡，为无数生物提供了赖以生存的空间，很多珍稀物种在这儿生活和繁殖；同时它也为人类提供大量食物、原料和水资源。而赋予湿地“地球之肾”这一美称，并不是因为以上提到的各种功能，而是因为湿地在调节气候、涵养水源、蓄洪防旱、降解污染等方面都起着重要作用。它就像人体的肾一样，在地球的物质与能源的“新陈代谢”中，起着净化水质，降解和去除各种污染物质的作用。 各国根据湿地保护、管理和利用的各种不同目的和需要，对湿地有不同的定义。现在被普遍引用的是根据1987年Ramsar公约中对湿地的定义，根据这个公约，湿地系指天然或人工，长久或暂时性的沼泽地、湿原、泥炭地或水域地带，带有静止或流动，或为淡水、半咸水体者，包含低潮时不超过6米的水域。从形成原因看，湿地可分为天然湿地和人工湿地两种。一般情况下我们所谓的湿地均指天然湿地，而人工湿地（constructed wetland）这个词则是从20世纪70年代才开始流行起来的说法，其历史至今也不过30多年。 那么，什么是人工湿地呢？广义理解，人工湿地就是人工构筑而成的湿地。凡是满足湿地定义中所描述的各种特征，而同时又以人为因素作为先决条件的湿地都可归入到人工湿地的范畴。因此在这层含义上，水稻田也属于一种人工湿地。而狭义上的人工湿地则被定义为从生态学原理出发，模仿自然生态系统，人为将土壤、沙、石等材料按一定比例组成基质，并栽种经过选择的耐污植物，组成类似于自然湿地的新型污水净化系统。现在广泛提及的人工湿地都属于这种狭义上的湿地，而这篇文章在这儿为大家介绍的就是这类人工湿地。以下这几张就是人工湿地的图片。 　　 　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　 人工湿地近景 虽然利用湿地改善水质并非一个新发明，早在古代中国和埃及，这种观念就贯穿在人们的日常生活中，但是在污水处理过程中通过人工调控来优化处理工艺的人工湿地直到20世纪60年代末期才开始逐渐受到各国有关领域的研究者们的关注，此后人工湿地进入实验室开发阶段。就像工业革命促使传统的手工业通向崭新的现代工业纪元一样，在天然湿地处理废水的基础上利用人工调控实现工艺优化也使之实现了质的飞跃。随着科技的不断进步和提高，科学家对人工湿地研究的日渐全面和深入，现在的人工湿地已发展成一种完备和独立的污水处理技术。 人工湿地模拟天然湿地，利用植物和微生物处理废水。首先，我们就来认识和了解一下人工湿地中的水生植物和微生物。 所谓水生植物，就是只能生活在水中或可以长期生活在非常潮湿乃至水达到饱和状态的土壤里的维管束植物。按他们在水域中的不同分布，可分为挺水、浮水和沉水植物三种。由于水生植物具有极高的观赏价值，还具有可收割、便于回收等优点，人工湿地在污水处理的领域成为一支独秀受到越来越多的青睐。人工湿地中的植物作为优势种，最大的功能在于它能直接吸收利用废水中的营养物质，同时还吸附和富集部分水体中的有毒有害物质。此外，由于水生植物具有庞大的根系，空气中的氧通过叶片最终被输送到植物的根区，这样，就为根区附近的微生物群落提供了生存所需的氧。其在人工湿地中发挥的作用具体见表1。常见的用于人工湿地的水生植物有蔍草、芦苇、香蒲、灯心草、菖蒲、莎草、茭草、水花生、田边草、黑麦草、兰花草和池杉等。美人蕉虽然属于湿生植物，但也广泛应用于人工湿地。水生植物能直接吸收利用废水中的营养物质，吸附有毒有害物质，那么，微生物在人工湿地中又扮演怎样的角色呢？简单来说，它们主要起分解作用。总体而言，微生物均靠“摄食”水体中的有机物或一些无机物为生。与人类需要摄取食物，利用氧气进行体内的新陈代谢活动一样，有些微生物也是需要氧气的，我们把这类微生物称为好氧微生物。它们利用被水生植物输送到根区的氧分解有机物，最后产生二氧化碳和水，这与人类进行的新陈代谢活动也是类似的。另外还有一些不能在有氧的环境下生存的微生物即厌氧微生物则在基质无氧的区域分解有机物。不管是哪一种微生物，它们的主要功能都是分解有机物。 总之，人工湿地对污水的处理过程，是物理、化学及生物作用共同作用的结果。基质、植物、微生物是人工湿地发挥净化作用的三个主要因素。在污水通过人工湿地的过程中，基质的吸附、过滤，植物的吸收、固定、转化、代谢及湿地微生物的分解、利用、异化等过程综合作用，互相关联影响着最终的净化效果。人工湿地的净化机制见表 人工湿地的净化机制 净化机制 去除污染物 发生位置 沉降 悬浮物固体 慢流水层及砂砾层间 过滤 悬浮物固体 基质或植物体间隙 吸附、离子交换、化学沉淀沉积 磷酸盐、重金属 底泥、砂砾及植物体表面 微生物矿化作