人工濕地作為生態(tài)凈化技術的一種,利用填料、植物和微生物之間的物理、化學和生物的協(xié)同作用凈化水體,具有投資成本低、運行費用少、管理要求低等優(yōu)點,被國內外學者廣泛關注。在水產養(yǎng)殖廢水凈化領域,人工濕地對氮、磷、有機物和抗生素等有一定去除效果。人工濕地中的植物可以通過吸收廢水中的營養(yǎng)物質以及輸送氧氣并為微生物提供附著界面,直接或間接對人工濕地系統(tǒng)的凈化效果產生影響。有學者認為,植物對人工濕地系統(tǒng)的凈化貢獻較小,還有學者認為,植物對氮磷的去除有較大影響,這與污水的性質、填料和植物的種類、氣候條件等有關。
隨著人類的生產及生活活動對自然資源的過度開發(fā)利用,造成了環(huán)境的惡化及資源的短缺,同時也不可避免地造成了自然漁業(yè)資源的枯竭,目前水產品的供應越來越多地依賴于水產養(yǎng)殖業(yè),而水產養(yǎng)殖業(yè)本身也產生大量的廢水,不經處理地排放進一步加劇了水產養(yǎng)殖用水資源的萎縮。水產品需求的加大與漁業(yè)生產能力提升困難嚴重地影響到了水產養(yǎng)殖的可持續(xù)發(fā)展,而養(yǎng)殖廢水的凈化處理及回收利用就成為解決這一問題的關鍵。
另一方面,我國水產養(yǎng)殖業(yè)的迅速發(fā)展產生了大量的水產養(yǎng)殖廢水。未經利用的飼料以及水產品代謝物的殘留和分解會導致廢水中含有大量的氮、磷和有機污染物。若養(yǎng)殖廢水不經處理肆意排放會進一步加劇周圍水域的污染,會對水環(huán)境造成危害,同時,養(yǎng)殖廢水中的殘留抗生素會誘導環(huán)境中的微生物產生抗藥性并對水產品產生毒害作用,從而破壞生態(tài)平衡。水產養(yǎng)殖大多位于遠離中心城區(qū)的湖泊、河流等自然水體周圍,有大量閑置土地,因此采用生態(tài)法處理水產養(yǎng)殖廢水具有獨特的優(yōu)勢。
氮通過各種有生命、無生命的轉變,參與各種復雜的地球生物循環(huán)。人工濕地中的氮分有機和無機2種形態(tài),其中無機氮又包括氮氣、氮氧化物、氨氮、亞硝氮和硝氮等。人工濕地中氮遷移、轉化的機理多種多樣,包括氨揮發(fā)、硝化/反硝化、植物和微生物吸收、基質吸附、厭氧氨氧化、氮的固定、氨化、埋藏等。然而,并不是所有的過程都能除氮,只有氨
揮發(fā)、反硝化、植物吸收(收割)?、氨吸收、厭氧氨氧化和有機氮埋藏等過程可以從系統(tǒng)中除氮。其他過程如氨化、硝化等只是改變氮的形態(tài)而不能將氮從系統(tǒng)中實際去除,人工濕地中磷的遷移轉化包括泥炭/土壤堆積、吸附/解吸附、溶解/沉降、植物和微生物吸收、破碎、浸出、礦化、和埋藏,在所有這些因素中基質起著最主要的作用。基質的物理化學作用包括基質對有機磷、無機磷的攔截、沉淀和蓄留作用以及基質直接吸附磷等過程。此外,人工濕地中無機磷一方面在植物吸收及同化作用下被合成為植物的ATP、DNA?及RNA等有機成分,通過植物的收割而從系統(tǒng)中去除;另一方面,可通過微生物的正常同化吸收、聚磷菌的過量積累、對填料的更換而去除。
水產養(yǎng)殖外排水具有污染物濃度低、排放量大等特點,因此其水處理不能像污水處理那樣有較長的停留時間,并且養(yǎng)殖水體的自身污染程度也遠不及污水嚴重。因此適宜建立人工濕地系統(tǒng)進行集中處理。隨著人工濕地技術的引入與應用,當前以池塘循環(huán)水生態(tài)養(yǎng)殖模式為主的水系統(tǒng)處理技術,能夠將人工濕地作為凈水核心與養(yǎng)殖池塘合理配比構建了一種新型的生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)。該系統(tǒng)可有效解決養(yǎng)殖系統(tǒng)對于水體及土地資源的依賴性,有效解決養(yǎng)殖廢水的排放問題,大大減少養(yǎng)殖廢水排放對環(huán)境的污染。同時循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)內部水質穩(wěn)定,有效地改善養(yǎng)殖環(huán)境,并可有效防止因外源性引水而造成的病害傳播及污染物的引入,改善養(yǎng)殖品種的品質,提高水產品的食品安全性,對于促進水產養(yǎng)殖的可持續(xù)發(fā)展具有巨大的促進作用與無限潛力。