人工湿地系统增添新武器——且看红树林如何处理污水
来源:    发布时间: 2017-08-25 17:19   18032 次浏览   大小:  16px  14px  12px
近年来,我国农村生活污水排放量日益增多,由于农村居民的环保意识普遍偏低,且96%的农村缺乏污水处理设施,各种污水未经处理直接排放,导致农村水环境受到严重污染。污废水随意排放问题在海边村镇体现得尤为明显,居民生活污水、海水养殖业污水、船舶作业污水、旅游景区污水等常常直接排入海水,因此,海边农村水污染的问题函待解决。

农村污水处理技术中,人工湿地污水处理技术是处理小型的人口非密集区域的污水的最适方式,沿海农村附近的水域断断续续分布有红树林,相关研究发现红树林植物具有较强的耐污净化能力、抗逆性和适应性,且在红树林人工湿地中能同时发生硝化和反硝化作用,对污水中的氮、磷等污染物有较好的去除效果。因此,将红树林人工湿地因地制宜地运用于沿海农村的污水处理,成为了一项值得研究的工作。

一、红树林人工湿地的历史发展和现状

1904年,在澳大利亚的新南威尔上建成的一个人工湿地处理系统是人工湿地技术运用于污水处理的最早实践,1972年后,随着根区理论的提出,人工湿地的研究与应用日益发展。1996年,人工湿地污水处理技术正式运用于水污染控制。目前,美国已建成600多处人工湿地处理工程,潜流式多于表面自由流,主要用于处理煤矿废水、生活污泥、工业废水等。人工湿地在日本、欧洲的发展和普及较快。在北美地区人工湿地常被用于人口较密集的地区进行深度处理,而在欧洲国家人工湿地系统主要用于人口规模较小的乡村社区。通过不断研究与发展,人工湿地处理技术不断改良与进步。

我国对人工湿地处理系统的研究起步较晚。自1978年到2008年,我国湿地面积总体上减少了约10万平方公里,但人工湿地却增加了约122%。可见,我国自然湿地在持续地减少,而人工湿地却有持续增加的趋势。人工湿地处理系统具有能耗低、成本低、运行管理简单等特点,不仅能处理生活污水、部分工农业废水、垃圾渗滤液等,还能用于改善饮用水源水质。因此,近年来我国人工湿地发展迅速井且应用广泛,各种类型的人工湿地大幅度增加。

红树林生长于热带亚热带沿海潮间带,处于陆地生态系统与海洋生态系统间的过渡带,是一类特殊的湿地生态系统。虽然红树林具备污水净化能力,但能否将红树林人工湿地大量用于污水处理引发了人们的激烈讨论。有学者认为我国红树林生态系统已处于濒危状态,应积极采取保护措施,不宜将其用于处理污水,以防止其加速破坏;但也有学者认为保护井不意味着必须放弃红树林对环境净化这一宝贵的资源。红树林是否适用于污水处理还有待进一步研究确认,目前,研究者们正在就这方面的应用进行着各种模拟试验。

二、红树林人工湿地的净化机理

红树林人工湿地净化污水的主要部分是植物、填料及微生物,三者通过物理、化学、生物作用相互联系构成一个有机的整体,通过吸附、沉降过滤、植物吸收和微生物降解等作用对污水中的污染物进行处理。在红树林人工湿地中,水流缓慢且水深较浅,填料和红树林的茎秆能够截留固体悬浮物和不溶性有机物,供给微生物利用;而可溶性有机物可由生长在填料表面和红树林根系中的微生物形成的生物膜吸附,通过一系列的物理、化学和生物作用将其去除。红树林人工湿地系统中,植物根系对氧气的输送与释放,会使得周围呈现出好氧、缺氧和厌氧的环境,不仅营造了良好的生物脱氮环境,而且有利于好氧聚磷和厌氧释磷,保证了红树林植物和微生物生长所需的氮、磷营养成分,过量积累的磷还可以通过硝化、反硝化作用去除,最后通过定期收割和更换红树林人工湿地基质从而实现污染物的去除。

红树林在污水、重金属及石油等污染物环境中能够良好的生长,具有较强的耐性,不仅能明显地去除生活污水中简单有机物,其植物本身及土壤对多种污染物都有良好的吸收能力。有研究数据显示,红树林人工湿地对污水中BOD5、CODCr的平均去除率能分别达到85%和71%以上,对总氮的平均去除率达到55%以上,对氨氮的平均去除率达到50%以上,对亚硝酸盐氮的平均去除率达到84%以上,对总磷平均去除率也能达到41%以上。因此,充分利用红树林人工湿地对沿海农村污水进行初步处理后再排入大海能够较大幅度地减轻海水的污染。无需村民投入大量的成本与人力,缓解未经处理的直排污水对海水造成的恶劣影响。

三、红树林人工湿地存在的问题

虽然利用红树林人工湿地处理海边农村污水能达到良好的处理效果,但是为了进一步完善人工湿地处理污水技术,其存在的问题也不可忽视。

首先,制约红树林人工湿地发展的是红树林植物自身生长的问题。红树林植物需要特殊生存环境条件(盐度、温度),不易存活;另外,红树林植物属多年生乔木或灌木,生活史长,存在较多天敌,易引发病害,难以养护;再者,我国红树林面积逐渐减少,红树林生态系统已处于濒危状态。红树林生态系统一旦遭破坏就很难恢复原状,《水污染防治行动计划》也指出要保护水和湿地生态系统,加大红树林生态系统的保护力度。故有研究者认为,为避免生态系统多样性下降和进一步退化,红树林用作污水处理还需进一步论证。

四、结论与展望

红树林人工湿地用于净化海边农村的污水是一种因地制宜的方式,充分利用本土资源,无需大工程建设或改造,只需分片分区,把海边农村中聚集较近的几户人家划分为一片,将每片区的污废水进行收集再输送至最近的红树林人工湿地进行初步处理,避免未经处理的农村污水排入海水引起大面积水体污染的窘境。而且一般数户农村人家的污水排放量和污水浓度都远低于城镇污水或工业废水等,红树植物对生活污水具有较强的适应能力,一定量和一定浓度内的污水不会对红树林人工湿地造成太大的消极影响,相反可能由于污水中的微生物和有机物能给红树林的生长带来一定的促进作用。因此,红树林人工湿地处理海边农村污水具有较高的可行性。

为了避免出现红树林人工湿地用于污水处理时遭受恶劣破坏的情况,今后要注重模型的建立与应用。通过建模计算与分析得出各关键参数之间的关系,根据此关系和相关国家规范标准来严格控制污水的排放量及浓度,并在大量投入使用前进行小面积红树林人工湿地处理农村污水的模拟试验。模拟试验可以考虑取一个较长的周期以便深入了解红树林植物的生理生态特性,旨在充分利用红树林人工湿地处理海边农村污水的同时不损害红树林生态系统。相信随着红树林相关研究的深入,一旦确定红树林人工湿地净化污水的同时不会影响红树林生态系统的正常发展,红树林人工湿地处理海边农村污水的方式将能迅速得以推广井取得较好的运行效果,有效解决污水未经处理直接排放的间题,改善农村水环境,较大程度上减轻对海水的污染,实现对水资源的保护。

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