水生态修复包括哪些内容

水生态修复包括哪些内容

（1）人工湿地的保温措施

低温对人工湿地造成了不利的影响，为了保证人工湿地的运行效果，国内外学者研究了各种保温措施，通过保温，减缓了植物休眠，促进了人工湿地对污染物的去除效果。①选择合适的湿地类型按系统布水方式，人工湿地可分为表面流和潜流两种，在低温条件下，表面流人工湿地污水在表面流动，保温能力较差，水温降低易对微生物数量和活性造成影响，表面冰层使大气复氧能力下降，导致运行效果不佳。而潜流型人工湿地则具有一定的优势，潜流型湿地与大气之间有覆盖层隔断，在冬季对污水在床体中的保温效果较好。同时，潜流型人工湿地在处理过程中被表层土覆盖，可减少因污水蒸发蒸腾和流动造成的能量损失。刘学燕等开展了潜流人工湿地系统处理官厅水库水的冬季实验研究，结果表明，潜流人工湿地系统在隔离层保护下可以正常运行，并且，潜流人工湿地在冬季寒冷低温条件下对微污染地表水有较好的净化效果。因此，相对于其他湿地而言，潜流人工湿地在冬季或北方寒冷地区使用更具有优势，而在寒冷地区人工湿地的应用研究中大多数也都采用潜流型。②设计覆盖层覆盖物在整个湿地保温中起到隔离作用，有效的隔离可以提高湿地的污水处理效率。华莱士等认为，好的覆盖材料应具有以下特性: 能完全分解而不影响系统正常运行；pH 为中性；结构蓬松，纤维含量高，隔热性好；易使种子在覆盖物上生长；有较好的湿气涵养能力。非理想的覆盖材料不利于植物的生长，导致植物根渗水困难，另外，非理想的覆盖物还会降低处理效果。目前对于覆盖层有植物覆盖、地膜覆盖等，各种覆盖方法都有它们的优缺点( 见表 3) ，但是在应用过程中要综合可虑各方面因素，选择合适的覆盖方法以预防低温对湿地造成不利影响。

-植物覆盖-

目前的植物覆盖材料包括直接将实地表面枯萎植物收割进行实地均匀覆盖，也可以选择其他的植物，如稻草、麦秆、炭化 后的芦苇 屑等。李亚峰等采用炭化后的芦苇屑对沈阳某人工湿地进行保温后，湿地可以正常运行，出水效果良好。张显龙等在沈阳冬季将湿地植物芦苇、美人蕉、灯心草等收割铺在湿地表面，再在上面覆盖一层薄膜，填料床内被处理的污水水温可以保持在 15 ～ 18℃ 。当塑料薄膜上有比较厚的积雪时，更能使湿地内水温有所提高。此方法对表面流、潜流湿地都有很好的保温效果。植物覆盖操作较为简单，但植物腐烂会释放出一定量的污染物，有可能造成二次污染，因此必须在第二年开春前将覆盖植物清除。此外植物的枯叶会随风飘扬，可能会影响周围的卫生环境。 

-地膜覆盖-

地膜覆盖是根据农业种植中的地膜技术发展来的，将其用作湿地的保温措施。张建等［44］在湿地表面覆盖塑料地膜，发现覆盖地膜后能有效地提高系统对污染物的去除效果，氨氮平均去除率由 29. 4%上升到67. 6% ，COD 的平均去除率由29. 0% 提高到46. 6% ，同时，覆盖地膜后系统温度的升高能提高系统中微生物的活性。雒维国等通过在人工湿地的植物表面覆盖多层 PVC 透气薄膜，有效提高湿地内温度，防止了结冰并减缓了植物休眠，提高了湿地的脱氮效果． 地膜覆盖法其覆盖膜易破、铺设操作较为复杂、投资较高，且来年必须清理并妥善处理，否则会造成白色污染，难以在野外大面积应用． 

-其他覆盖方法-

除了以上的覆盖方法，许多学者还研究将两种方法或几种方法结合使用，既提高了污水的温度，也提高了人工湿地对污水的净化能力。刘学燕等采取 5 cm 空气 + 10 cm 冰层和 5 cm 缝隙 + 15 cm秸秆对人工湿地进行隔离保护，冬季低温条件下能正常运行，但使用不同的覆盖物进行隔离保温，对系统的处理性能有很大的影响，使用空气层加秸秆等隔离物保护的效果优于空气层加冰层保护的效果。该方法是未来保温措施发展的方向，将几种措施结合起来，可以达到扬长避短，但是在实际应用中也要具体情况具体分析，尽量选择适宜的方法对湿地进行保温，减少气候温度条件对人工湿地的影响。

表 3 各设计覆盖层保温方法优缺点

（2）减少占地面积

人工湿地存在占地面积大的问题。据了解，白泥坑人工湿地污水处理场占地 12. 6 亩，雁田人工湿地共占地 10 亩，由于自身处理的特殊性，使得人工湿地技术在占地上的问题很难解决。但是可以采取一些适当的措施减少湿地占用土地资源。首先在选址时要综合考虑规模、环境和经济效益，为了不占用市区宝贵的土地资源，可将工程选在市郊区域，这样做还能减轻风沙等对市区的影响和破坏。另外，可采取组合工艺，如水平流型湿地占用面积大，可以采取将水平流型湿地和其他构型的人工湿地或是其他的污水处理工艺组合，这样既可以减少湿地的占用面积，还可以提高对污水的处理效果。如雷俊山等研究示范工程中垂直-水平流人工湿地系统对生活污水的净化效果。结果表明，在人工湿地水力停留3d的情况下，垂直-水平流人工湿系统对COD、SS、TP 和 TN 均具有明显去除效果。

（3）湿地堵塞的防治措施

随着人工湿地的日益推广和应用，越来越多的人开始研究堵塞问题，目前常用的预防措施有：对进水进行预处理，选择合适的基质粒径和级配、选择合适的植物和污染负荷、合理的运行方式，以及一些强化措施等。

①加强对污水的预处理预处理可以降低湿地进水中的悬浮物和有机负荷，有效预防人工湿地堵塞的发生。常见的预处理工艺有格栅、厌氧沉淀、混凝沉淀等。加强污水的预处理，主要是为了去除污水中的悬浮物质，以减少悬浮物对系统造成堵塞。对污水进行预处理虽可有效推迟基质堵塞发生的时间，却不能杜绝基质堵塞的发生，并会增大系统的投资、运行成本以及维护管理难度。因此要对投资、运行成本及由此产生的效果进行权衡。②人工湿地的设计选择合适的湿地植物、基质、水力负荷对于预防基质的堵塞是非常重要的，同时在湿地系统中安装清淤装置或反冲洗装置都有助于改善湿地的堵塞情况。对于人工湿地的基质，在满足出水水质的情况下，应选择粒径大、空隙率高的填料，同时，不同粒径填料之间的配比选择和级配对防止堵塞也十分重要；在选择植物时可考虑选用根际复氧能力强、分泌难降解物质较少的植物作为湿地植物，并根据湿地系统的运行方式适当调整负荷。定期启动湿地内部的清淤系统，及时将有机质沉淀物排出，保证湿地基质间的空隙，使污水在基质间流态稳定并定期进行反冲洗也可改善人工湿地的堵塞。③合适的运行方式人工湿地的间歇运行和适当的湿地干化期，会使基质得到休息，保证基质一定的好氧状态，避免胞外聚合物的过度积累，从而防止基质堵塞。Watson 等也认为，采用间歇投配污水( 即落干和投配交替运行) 会使土壤得到“休息”，保证土壤一定的好氧状态，避免胞外聚合物的过度积累，防止土壤堵塞。目前间歇运行方式在我国的许多工程和实验中，得到了重视和应用，同时也取得了一定的效果。④更换基质大量的研究表明人工湿地中有机物的积累主要发生在表层，而人工湿地的堵塞也主要发生在湿地表层 0 ～ 15 cm 处。因此对于堵塞严重的人工湿地更换湿地表层填料可以改善湿地表层的堵塞，保持人工湿地的稳定运行，但是该方法对大规模的湿地而言工程量较大、更换困难，更换的时候人工湿地需要停床并且更换所花时间长，湿地系统及植物也需要很长时间才能适应，因此在采用该方法时要综合考虑以上有可能带来的问题。⑤停床休整与轮作通过停床休整与轮作，一方面可以使大气中的氧进入湿地内部，促进好养微生物的活性，加快降解基质中沉积的有机物; 另一方面由于系统停止进水，微生物新陈代谢需要的各种营养物得不到持续的补充，从而抑制微生物的生长。这类措施需要建造多个平行湿地，Cooper认为在设计湿地时应采用 4 个或更多的平行湿地，轮流运转，因此，在采用这类措施时要考虑系统的投资费用。⑥投加蚯蚓通过向已经堵塞的人工湿地中投加合适的蚯蚓可以改善湿地堵塞情况，延长其使用寿命，同时在冬季植物收割后，土壤动物可以起到清扫植物碎屑的作用。采用投加蚯蚓的方法费用低廉，施工维护简单; 符合农村社会经济条件，符合生态化处理特点，但这种方法还处于初步研究阶段，实际工程效果还有待进一步验证。

（4）建立完整的数据库

由于人工湿地受植物和基质种类、污染负荷和运行方式的影响较大，应加强不同种类植物和基质对各类污水中污染物的去除机制研究; 目前大型人工湿地工程的运行参数也没有真正的设计、运行和维护规范，基于以上情况，可考虑将正在运行的湿地系统的处理数据集中起来，建立专门的数据库，在数据库的基础上，利用技术及建模开发更多更实用的人工湿地模拟模型软件，降低各种因素对人工湿地的影响。同时，对已获得模型及参数的人工湿地系统各类要素进行更为系统、全面地描述及科学分类，提高已有模型及其参数的可用性． 并结合不同地区的具体情况深入开展人工湿地处理特殊废水的研究工作，取得适合于不同地区、不同环境、不同气候条件及不同特性废水的实用数据库。建立人工湿地数据库，减小建设低效湿地的风险。将模型理论应用到实际中，为人工湿地的广泛应用提供科学的指导。

（5）加强人工湿地的维护管理

定期对植物进行收割可以减少植物之间因化感作用相互影响或是因植物的枯枝落叶经水淋或微生物的作用释放出克生物质，抑制自身的生长；同时，从审美的角度来看，在每年秋天收割植物后会使来年春天植物生长更旺盛和美观。人工湿地植物病虫害也是湿地管理中需要注意的问题。人工湿地作为一个人工生态系统，也会发生病虫害，病虫害的发生对人工湿地的运行效果特别是对植物的产量将会造成较大影响，进而影响湿地对污水的净化效果。但是在使用杀虫剂控制植物病虫害时，所用的杀虫剂不能对人工湿地系统产生影响，否则不仅会降低湿地的处理效果，同时还会造成二次污染。人工湿地在低温运行时对湿地的管理非常重要，低温对人工湿地造成了不利的影响，采取一定的保温措施，可以减缓植物的休眠，促进人工湿地对污染物的去除效果。对人工湿地采取一定预防堵塞的措施和应对措施，对进水进行预处理和定期对湿地进行清淤都可以减少湿地堵塞情况的发生。从现有人工湿地工程的考察发现，清淤不及时导致了大量淤泥沉积，影响湿地的净化效果。因进水中污染物类型、浓度等的差异会使人工湿地对氮磷的去除率造成较大的影响，保持人工湿地进水水质的稳定是非常重要的。同时，实时监测出水水质，可以保证出水水质达标排放。定期对人工湿地处理系统进行详细检查，包括进出水管是否堵塞，护堤及闸阀是否损坏，湿地是否有渗漏情况等，若出现这些情况，要及时采取相应的应对措施，因为这些情况会造成人工湿地中水位及水量的变化，水位的改变会影响人工湿地处理系统的水力停留时间，同时对大气中的氧向水相扩散造成影响，进而影响人工湿地对污染物的去除效果。表面流人工湿地易滋生蚊蝇以及因负荷过高形成厌氧而释放出难闻的气体，因此，对于表面流型人工湿地要采取相关措施控制蚊蝇及气味。在湿地边壁设 15 ～ 20 cm 超高，可以防止外来水进入湿地，通过水位控制装置进行快速排水，可以防止因夏季暴雨而使湿地长期处于水淹状态。图 1 为人工湿地管理的内容，其中管理的范围涉及湿地植物、水质的管理还有其他的相关部分的管理。科学的运行管理可以保持人工湿地处理系统对污染物稳定、高效地去除效果，同时适当的管理维护，还可以解决人工湿地可能带来的负面生态问题，充分发挥其美化景观、丰富物种的生态效应。

图 1 人工湿地管理内容

（6）形成一套完整的人工湿地设计方法

人工湿地作为一种生态处理工艺，还没有形成一套合理的人工湿地设计方法，设计缺乏规范化，想要形成一套合理的人工湿地设计方法，首先必须要了解其净化机理，确定湿地中基质、植物和微生物的作用，明确其转化过程，综合考虑植物、基质、厂址、进出水装置、防渗层和保温层等各种影响因素，同时将现行人工湿地系统的处理数据集中起来，建立完整的数据库，确定具体的物料平衡方程、反应公式和相关动力学参数，运用软件对模型、参数及方程进行反复的修正和验证，使人工湿地工艺系统的设计方法更为系统和全面。同时，在相关部门的统一领导下，在科研、设计和施工单位共同参与下，编制出一套完整的湿地设计手册，并制定相应的设计规范和标准，推导出单项的设计指标，有利于人工湿地的推广应用。

（7）湿地生态系统恢复与重建

针对目前人工湿地生态服务功能单一的现状，要采取一定的措施恢复和重建人工湿地生态服务功能。对湿地的恢复和重建方面，美国政府及有关部门引起了足够的重视，给予了极大的支持，做出了巨大的努力，取得了明显的成效。欧洲一些国家也开展了大量水域生态系统回复工作，并取得明显成效。总的看来，发达国家政府和科学家们关注的焦点已迅速从内陆水体生物生产力的开发转移到水环境保护上来。恢复和重建受损湿地已越来越被人们所认识并逐步形成研究的热点。余国营以湖泊湿地、沼泽和沼泽化湿地为研究对象，提出了湿地生态系统恢复和重建的研究内容为： ① 湿地恢复与重建生态学研究方法和技术； ② 湿地功能划分及其相应指标体系研究；③ 湿地净化功能与环境容量研究；④ 水产养殖与水环境质量变化的相互关系及优化模式研究；⑤ 湿地营养负荷、循环途径及其与水体富营养化的关系研究；⑥ 湿地生态系统恢复重建生态工程技术开发；⑦ 湿地生态系统恢复重建综合评价体系( 指标、方法与规范) 。