水污染的危害及防止措施

水污染的危害及防止措施，人工湿地修复

人工湿地因其独特的优势得到了广泛应用，但是在应用过程中也暴露了很多问题，包括易受气候温度影响、占地面积大、基质易堵塞等问题( 见表1) ，这些问题都在一定程度上影响了人工湿地对污水的净化效果，甚至限制了湿地的发展。本篇主要介绍人工湿地运行过程中常见的一些问题，将在下期介绍这些问题的一些解决措施。 （1）受气候温度影响较大人工湿地受气候温度条件影响较大，随季节的变化，人工湿地对污染物的去除效果也随之变化。人工湿地中的植物和微生物对温度尤为敏感，如果植物和微生物在湿地中的生长受到影响，将直接影响人工湿地的处理效果。大量研究表明，水温低于10℃ 时，人工湿地的处理效率会明显下降，且有学者认为，在 4℃ 以下时湿地中的硝化作用趋于停止。同时，在较低温度和氧含量的情况下，微生物活性也会降低，使微生物对有机物的分解能力下降。聂志刚等研究了季节变化对人工湿地处理效果的影响，结果发现，各人工湿地随季节的变化去除率排序为夏季＞秋季＞春季＞冬季，NH4+ -N、高锰酸盐指数变化较大，冬季去除率下降尤为明显。在冬季低温条件下，不仅对人工湿地的去除效果产生影响，同时还存在人工湿地处理工艺脱氮效率低、基质易堵塞、床体缺氧等问题。由于人工湿地受气候温度条件影响较大，这也是限制人工湿地在寒冷地区推广应用的原因之一。

表 1 湿地存在的问题及其影响

（2）占地面积大

表 2 列举了国内外部分人工湿地的占地情况。从中可以看出人工湿地占地面积较大，一般认为人工湿地占地面积大约是传统污水处理工艺的 2 ～ 3倍左右。人工湿地净化的机制与特点决定了其需要较大的占地面积，而对于水平流型人工湿地，由于水力负荷小，使得人工湿地需要占用更多的土地，这就制约了人工湿地的发展，尤其是在用地紧张的地区。此外，由于人工湿地中填料和植物的纳污能力有限，基质易达到饱和，因此，还需要有平行湿地交替运行，使得湿地停床休整时有平行湿地轮流运转，保证湿地的运行效果，这就使得利用人工湿地进行污水处理时需要占用更大的土地面积。

表 2 国内外人工湿地占地情况

（3）基质易堵塞

基质在人工湿地中发挥着重要的作用，但是随着污水处理过程的不断运行，湿地中的微生物也相应繁殖，再加上植物的腐败以及基质的吸附能力逐渐趋于饱和，若维护不当，很容易产生淤积、阻塞现象。最早关于人工湿地出现堵塞现象的报道是由Seidel 等建成的 Krefeld 湿地存在的堵塞和积水现象。在我国的白泥坑、雁田等人工湿地也出现了不同程度的堵塞现象。当堵塞现象发生时，它不仅影响到湿地系统的水力负荷，也会影响湿地系统的寿命以及湿地长期运行的稳定性，甚至使湿地系统丧失功能。

（4）易受植物、基质、水力负荷、运行方式等的影响

植物是人工湿地中重要的组成部分，湿地中的植物不仅可以与基质一起过滤、截流水中悬浮物，还可以吸收水中部分污染物质从而将其去除。另外，由于植物的存在，可以在湿地系统中形成好氧区域和厌氧区域，有了这些好氧区域和厌氧区域，使其具有良好的脱氮除磷效果。但是人工湿地中植物过度单一或是搭配不合理将对人工湿地的正常发挥产生影响。植物种类单一，其净化污水的能力有限，同时受季节的影响更明显；搭配不合理，植物之间因光、水、营养等环境的竞争，影响植物的生长，同时，有些植物之间通过释放化学物质，影响周围植物的生长，进一步影响对污水的净化效果。基质是人工湿地的重要组成部分，基质是湿地中的填料骨架，为微生物提供附着表面，同时具有吸附和离子交换等净化作用。湿地基质种类很多，有土壤、砂、砾石、沸石、石灰石、煤渣、陶粒等，不同的基质对污染物的处理效果差异很大，并且不同粒径的基质以及不同的级配方式对污染物的处理效果也不相同。不同基质为植物和微生物提供的生存环境不同，从而影响水处理的效果。水力负荷、运行方式等对人工湿地的净化效果也有一定的影响，水力负荷过大，污染负荷过重会缩短水力停留时间，降低湿地对污水的净化效果，严重的还会造成湿地堵塞想象。湿地的运行方式对系统的影响也是不容忽视的，宋铁红等研究了人工湿地在间歇流、连续流进水方式下处理生活污水的效率，结果表明，间歇流进水能够提高床体内的含氧量，缓解植物根系放氧不足。提高了污染物去除率。因此，建立人工湿地水处理单元时应充分考虑各个影响因素，争取有效地降低这些因素的影响，充分发挥人工湿地对污水的净化功能。

（5）管理不合理

人工湿地工程在运行过程中还存在着管理上的问题，随着人工湿地的运行，很多枯枝落叶就会落到人工湿地表面，若不及时的清理掉这些枯枝落叶，会影响人工湿地的处理效果，甚至会造成人工湿地的堵塞。某些植物的枯枝落叶经水淋或微生物的作用释放出克生物质，抑制植物自身的生长，如宽叶香蒲枯枝烂叶腐烂后阻碍其自身新芽的萌发和新苗的生长［34］；同时植物还可能通过释放化学物质，促进或抑制周边植物的生长，Szczepański［35］报道了宽叶香蒲、水葱、木贼、苔草等植物体腐烂产生的化感物质对芦苇生长、繁殖具有抑制作用。因此，要加强对湿地植物的管理。但是目前对湿地的管理力度还不够，很多地方缺乏管理理念，认为人工湿地后期的维护管理不重要，导致人工湿地在运行一段时间后污水处理能力下降，失去了人工湿地原有的应用价值，缩短了人工湿地的使用寿命。

（6）设计缺乏规范化

人工湿地是一个涉及生物学、水力学、水文学和水化学的复杂生态系统，然而，其系统的设计多建立在统计数据和经验公式的基础上，缺少关于大规模人工湿地充分详细的高质量数据，目前，对人工湿地的设计仍然是建立在一定假设条件和忽略某些影响因素的基础上，导致了参数的不确定性。目前国内只有一套《人工湿地污水处理工程技术规范》( 征求意见稿) ，还没有一部国家正式承认的湿地设计手册，也没有与之相关的标准，更没有推导出单项的设计指标、简要的工程参数等。如在利用人工湿地处理生活污水时，人们往往选择 BOD5 作为人工湿地的特征污染物进行人工湿地设计，但是在利用人工湿地处理工业废水、农田排水等其他污水时，还是选用 BOD5 作为特征污染物进行人工湿地设计，导致了人工湿地的设计不合理，同时在人工湿地设计过程中也出现各种公式滥用甚至混用的现象，这些因缺乏人工湿地设计规范，很大程度上阻碍了人工湿地的推广应用。

（7）生态服务功能单一

根据 Costanza 等对生态系统服务的划分原则，湿地生态系统服务的内涵可分为 5 类：①提供产品; ②防洪减灾; ③调节作用; ④保护生物多样性; ⑤社会文化载体。人工湿地能够净化污水，还能吸收 CO2 释放 O2，调节微气候，阻滞沙尘，清新空气，降低噪声，杀灭病菌，从而为人们提供更舒适的生活环境和休闲娱乐场所，同时还具有很高的文化科研功能。但是在实际应用过程中，人工湿地并没有表现出如此丰富的生态服务功能，相对来说比较单一，在工程应用上湿地植物的种类少，且基本属于水生草本，造成湿地结构单一的问题，同时植物的景观价值较低，相比于传统的污水处理技术，景观生态价值是人工湿地的优势之一，湿地具有生物栖息地的生态价值，但是景观价值的增加可能会提高湿地的成本，因此，在人工湿地的设计中，投资者就削弱了其相比于传统污水处理技术的优势。同时在冬季的时候大部分植物一般会出现地上部枯死的现象，还因为管理者的定期收割植物，都使人工湿地丧失了一定的景观价值。另外，由于植物的收割或干枯，影响微生物活性，降低了冬季人工湿地污水处理效果。