净化污水的“地球之肾”

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在生态系统里,湿地最重要的功能之一是水体净化。来自其他地方的污水进入湿地,在这里完成净化之后,再重新回到其他生境中以供再次利用。这个过程有点像是血液经过肾、被肾滤去其中的废物,所以人们把湿地誉为“地球之肾”。不过,细究起来,肾只是把血液中的废物排入尿中、泄出体外而已,并没有亲自对付这些废物,而湿地却能实打实地降解污水中的有毒有害物质。

  天然湿地净水三部曲

  湿地这个巨大的污水净化器,是通过物理、化学和生物三种方法净化污水的。

  第一部:物理沉淀法

  当污水进入湿地的时候,因为水体物理性质的变化,原先悬浮的颗粒会聚合沉淀下来,就像河水中的泥沙在入海口处汇聚沉下来形成沙洲一样。此外,这些悬浮颗粒还会被湿地土壤或植物体吸附,像筛子一样把清水过滤出去。就拿氮和磷这两种造成水体富营养化的“罪首”元素来说吧,如果水里它们的含量过多,就会造成水中植物生长异常、鱼类死亡等不良后果。因此,把污水排往水体之前,净氮、净磷是十分必要的,而相当一部分氮和磷就是通过这种物理降解的过程离开水体的。

  第二部:化学溶解法

  湿地水体会溶解土壤、河岸等地方的一些化学物质,当污水流进来时,这些化学物质可以和污水中的化学物质发生反应,也能起到一定的净化作用。比如当湿地中含钙离子(Ca2+)时,就可以和富磷污水中的磷酸根离子(PO43-)反应,生成难溶于水的磷酸钙沉淀下来,这样就进一步降低了水中磷元素的浓度。

  第三部:生物转换法

  当然,在污水净化中起到主要作用的,还要属湿地中的各种生物了。其中,植物和微生物是去污好拍档,它们的相互配合尤其令人叹服——20世纪70年代,德国生态学家发现,长在湿地中的挺水植物会用露在水面上的叶片吸收氧气,把氧气向下输导到根部,于是在根系附近形成了富含氧气的区域,适合喜欢氧气的好氧菌的繁殖。在远离植物根系的地方,又因为氧气含量低,那些适应缺氧环境的兼性菌和完全不喜欢氧气的厌氧菌可以尽情繁衍。这样,在湿地水体中就同时存在适合好氧菌、兼性菌和厌氧菌这三大类微生物生存的微环境,它们同时发力,在植物的配合下一起降解污染物,污水就这样慢慢变干净了。

  举例来说,相当一部分氮就是这样被消除掉的—含氮有机物先是被微生物转化为氨离子(NH4+),氨离子在好氧的硝化菌作用下转化为亚硝酸根(NO2-)和硝酸根(NO3-)离子,它们又可以被兼性的反硝化菌转化成氮气(N2)。氨离子、亚硝酸根和硝酸根可以被湿地植物直接吸收,而氮气可以离开水体释放到空气中。经过这一番处理,留在水里面的氮就很少了。

  “处理湿地”的净化功能

  虽然天然湿地具有这样强的污水净化功能,但人们还是不满意,觉得效率有点低。为了加快污水的净化速度,科学家们专门打造了人工的“污水净化器”——人工“处理湿地”。

  要想设计一块理想的用于污水净化的人工湿地,需要预先选定合适的基质(包括土壤和人工介质)、水生植物和微生物,还要对其形态做细心的设计。比如,有时候需要让水露天流动,这就是“表流湿地”,有时候需要让水在土壤表层以下流动,这就是“潜流湿地”。当然,不管这些人工湿地最后建成什么样子,目的都是要充分挖掘基质、水生植物和微生物的潜力,让它们相互配合,从物理、化学和生物三个方面一齐努力,实现把污水处理成无毒无害物质的目标。

  今天,无论是农业污水、工业废水、垃圾渗滤液还是地下管道污水,甚至是城市在阴湿天气时产生的各种地面径流(如机场、停车场等路面因为暴雨产生的短期径流),都可以用人工处理湿地来净化。比起专门的污水处理厂来,人工处理湿地的建造和运行费用更低,更易于维护,不会造成二次污染,还可以提供美化环境、野生动物栖息、娱乐休闲等附加功能呢。

  第一块人工湿地

  专门用于污水净化的人工湿地,已经有一百多年的历史了。1903年建在英国约克郡的人工湿地被认为是世界上第一个这样的人工湿地,它一直运行到1992年。自从德国学者揭开植物和微生物配合净水的奥秘之后,人工湿地生态系统更是在世界各地受到重视。

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