人工濕地生態(tài)凈化技術(shù)在“秀美鄉(xiāng)村”建設(shè)中的應(yīng)用

周 杰，夏文斌，張翼維，馬 攀（. 湖南天泉生態(tài)草業(yè)工程有限公司，湖南 長沙 40000；. 長沙市林業(yè)局，湖南 長沙 4005）

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人工濕地生態(tài)凈化技術(shù)在“秀美鄉(xiāng)村”建設(shè)中的應(yīng)用

周 杰1，夏文斌2，張翼維1，馬 攀1
（1. 湖南天泉生態(tài)草業(yè)工程有限公司，湖南 長沙 410000；2. 長沙市林業(yè)局，湖南 長沙 410205）

摘 要：通過對(duì)傳統(tǒng)濕地技術(shù)的創(chuàng)新改進(jìn)，建立了“生態(tài)塘+生態(tài)溝渠+人工濕地”為核心的農(nóng)村污水濕地生態(tài)凈化處理模式，經(jīng)檢測，出水水質(zhì)達(dá)到了《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB18918—2002》一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，具有投資和運(yùn)行費(fèi)用低、處理效果佳、出水水質(zhì)穩(wěn)定及景觀效果好等優(yōu)勢，可廣泛推廣應(yīng)用于“秀美鄉(xiāng)村”建設(shè)。

關(guān)鍵詞：人工濕地；生態(tài)處理技術(shù)；秀美鄉(xiāng)村

隨著中國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人們生活質(zhì)量水平不斷提升，對(duì)環(huán)境質(zhì)量的要求也越來越高。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前農(nóng)村污水處理滯后，污水問題不容樂觀。農(nóng)村污水的分散性，排放的間歇性和隨意性以及基礎(chǔ)設(shè)備的欠缺，加大了農(nóng)村污水處理的難度［1-2］。濕地生態(tài)系統(tǒng)通過植物和微生物吸收、轉(zhuǎn)化和分解達(dá)到凈化水質(zhì)的目的，具有投資少、能耗低、效果好等優(yōu)點(diǎn)，且集污水處理、景觀建設(shè)和經(jīng)濟(jì)效益于一體，在農(nóng)村污水處理中具有良好的應(yīng)用前景［3-6］。

人工濕地生態(tài)系統(tǒng)屬于零能耗系統(tǒng)，系統(tǒng)中資源得到充分利用，符合長沙市提出的以生態(tài)理念、宜居理念、發(fā)展理念建設(shè)“秀美鄉(xiāng)村”的生態(tài)環(huán)境規(guī)劃，能有效解決農(nóng)村污水問題，實(shí)現(xiàn)農(nóng)村水資源無害化、節(jié)約化、資源化。項(xiàng)目組通過對(duì)傳統(tǒng)濕地技術(shù)的創(chuàng)新改進(jìn)，建立以“生態(tài)塘+生態(tài)溝渠+人工濕地”為核心的農(nóng)村污水濕地生態(tài)凈化處理工程，旨在探索出一條適用于湖南地區(qū)秀美鄉(xiāng)村農(nóng)村污水濕地生態(tài)處理模式，為“秀美鄉(xiāng)村”建設(shè)提供示范。

1　實(shí)驗(yàn)區(qū)概況

實(shí)驗(yàn)區(qū)位于湖南省長沙市蓮花鎮(zhèn)立馬村天泉草業(yè)生產(chǎn)基地內(nèi)，蓮花鎮(zhèn)是湖南省兩型示范鎮(zhèn)，立馬村是長沙市“秀美鄉(xiāng)村”示范村。該村具有經(jīng)濟(jì)條件好，積極性高，環(huán)境敏感（靠近湘江）等特點(diǎn)，村內(nèi)有超過1 100戶，約3 300名村民。村內(nèi)農(nóng)田主要為生態(tài)草毯生產(chǎn)用地，村內(nèi)污染物來源復(fù)雜且分散，污水主要來源于上游農(nóng)村生活污水，中游草毯基質(zhì)廠房生產(chǎn)污水和下游農(nóng)業(yè)面源污染農(nóng)田灌溉污水。經(jīng)檢測，主要污染物指標(biāo)CODCr為108.6 mg/L、BOD5為95.4 mg/L、TN為21.9 mg/L，污染比較嚴(yán)重。

2　工程設(shè)計(jì)

綜合當(dāng)?shù)匚鬯|(zhì)類型、水流地勢、人工濕地類型及出水水質(zhì)要求等因素，根據(jù)《人工濕地污水處理技術(shù)導(dǎo)則》（ RISN—TG006—2009）以及《人工濕地污水處理工程技術(shù)規(guī)范》HJ2005—2010［7］，確定“生態(tài)塘+生態(tài)溝渠+人工濕地”處理工藝（圖1）。污水經(jīng)過改造后的生物塘和生態(tài)溝渠進(jìn)行多級(jí)凈化后，流進(jìn)人工濕地，在人工濕地中進(jìn)行污水的最終凈化處理，達(dá)標(biāo)后的水用于草毯灌溉用水。

2.1生態(tài)塘和生態(tài)溝渠

生物塘和生態(tài)溝渠均由現(xiàn)有池塘、溝渠改造而成（圖2），生物塘分為三級(jí)，一級(jí)生物塘搭配種植荷花和香蒲等水生植物，主要作用為水質(zhì)沉淀，二級(jí)生物塘在基質(zhì)廠排水處，搭配大薸、鳳眼蓮和香菇草等浮水植物，通過植物的吸收等作用對(duì)水質(zhì)進(jìn)行初步凈化。三級(jí)生物塘主要作用為凈化后穩(wěn)定水質(zhì)和蓄水。搭配種植不同種類沉水植物和挺水植物將生態(tài)溝渠進(jìn)行改造。

生態(tài)塘停留時(shí)間為12 h，生態(tài)溝渠停留時(shí)間為8 h，每6個(gè)月清理一次。生活污水通過生物塘以及生態(tài)溝渠內(nèi)“土壤—植物—微生物”自然生態(tài)系統(tǒng)的截留與過濾等物理化學(xué)作用，植物吸收和微生物降解等生物作用實(shí)現(xiàn)污水的初級(jí)凈化。

圖1　“生態(tài)塘+生態(tài)溝渠+人工濕地”處理工藝流程

圖2　人工濕地生態(tài)凈化系統(tǒng)平面圖

圖3　人工濕地剖面圖

2.2人工濕地

人工濕地是濕地生態(tài)凈化系統(tǒng)的核心工程，由“表—潛—表”三級(jí)串聯(lián)的人工濕地單元組成，主要包括表流濕地單元（A）、水平潛流濕地單元（B）、表流濕地單元（C）共4個(gè)單元（圖3）。

2.2.1表流濕地單元 該單元相當(dāng)于一級(jí)沉淀池，對(duì)農(nóng)村污水進(jìn)行初步沉淀、調(diào)節(jié)，通過搭配去污能力強(qiáng)的浮水植物，對(duì)水體進(jìn)行一級(jí)凈化，為水平潛流濕地布水、地表徑流處理和溢洪。

2.2.2水平潛流濕地單元 水平潛流濕地單元即生物處理單元，主要功能是吸附、過濾、生物吸收與降解。該單元采用吸附容量大、通透性好的石灰石作為主體填料，同時(shí)選擇與種植主根系分布在石灰石填料層的多年生木本植物和挺水植物。濕地系統(tǒng)成熟后，填料表層和植物根系將形成大量微生物生長而成的生物膜，污水流經(jīng)水平潛流濕地單元時(shí)，大量的懸浮物被填料和植物根系截留，有機(jī)污染物通過生物膜的吸收、同化及異化作用被除去。水中的氮磷通過植物和微生物的吸收利用，最終通過刈割植物去除。

2.2.3二級(jí)表流濕地單元 該單元亦稱水體景觀單元，主要功能是穩(wěn)定水質(zhì)與景觀功能，出水用于農(nóng)田草毯灌溉，該單元通過合理搭配水生植物，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)穩(wěn)定的同時(shí)，形成良好的景觀效果。

2.3人工濕地關(guān)鍵技術(shù)

人工濕地參照《一種亞熱帶地區(qū)潛流型人工濕地木本植物配置方法》和《木本植物在潛流型人工濕地環(huán)境中的根系誘導(dǎo)方法》［7-8］進(jìn)行設(shè)計(jì)施工，采用人工濕地“表—潛—表”三級(jí)串聯(lián)多級(jí)處理模式，能高效凈化水質(zhì)，其關(guān)鍵技術(shù)主要包括：植物選擇與群落模式、生物收獲、多級(jí)迭流增氧垂直—潛流系統(tǒng)、水力調(diào)控與防止堵塞等方面。

（1）植物選擇與群落模式：系統(tǒng)建設(shè)重視優(yōu)勢植物選擇和季節(jié)性植物群落模式構(gòu)建，通過豐富系統(tǒng)生物多樣性來強(qiáng)化濕地生態(tài)系統(tǒng)的時(shí)、空與營養(yǎng)結(jié)構(gòu)功能。

（2）植物換季：在潛流濕地單元種植一定數(shù)量的木本植物，對(duì)季節(jié)性植物采用混、間種方式，確保換季時(shí)各單元留存的植物數(shù)量。

（3）生物收獲：濕地植物換季時(shí)統(tǒng)一收獲，通過湖南天泉生態(tài)草業(yè)工程有限公司特有發(fā)酵技術(shù)后生成生態(tài)基質(zhì)，用于生態(tài)園內(nèi)草毯生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化循環(huán)模式。

（4）多級(jí)迭流增氧垂直—潛流系統(tǒng)：一是便于均勻布水和水力調(diào)控，二是有利于防止和處理堵塞，三是污水在每級(jí)迭流過程中具有自然充氧作用，可提高緩沖系統(tǒng)生物再生速率。

（5）水力調(diào)控與防止堵塞：一是采用水閥調(diào)控水量均勻布水，二是構(gòu)建多級(jí)迭流調(diào)節(jié)各級(jí)進(jìn)出水量，三是合理選擇介質(zhì)和設(shè)計(jì)填料層厚度，提高系統(tǒng)通透性。

2.4植物選擇與種植

系統(tǒng)植物配置依據(jù)單元面積大小選擇植物，植物種類數(shù)量達(dá)30種以上，采用分類、分塊配置，單種、混種方式進(jìn)行配置，展示植物多樣性（表1），濕地生態(tài)系統(tǒng)主要水生植物詳見表2。

立馬村內(nèi)水資源豐富，水生植物品種繁多，生物塘和生態(tài)溝渠中植物配置荷花、鳳眼蓮、香蒲、蘆葦及美人蕉等本土植物種植。人工濕地根據(jù)水流方向和水位高度，配置去污能力強(qiáng)的濕地植物為建群植物，在進(jìn)水單元配置去污能力特強(qiáng)的浮水植物狐尾藻和銅錢草；中段單元配置挺水植物（黃菖蒲、德國鳶尾、旱傘草和花葉蘆竹）和木本植物（木槿、木芙蓉和夾竹桃）；出水單元配置浮水植物（睡蓮）、沉水植物（黑藻、金魚藻）和挺水植物（紙莎草、燈芯草、梭魚草、再力花、花葉蘆竹和香蒲等），展示系統(tǒng)植物群落的去污功能。

表1　濕地生態(tài)系統(tǒng)水生植物統(tǒng)計(jì)表

表2　濕地生態(tài)系統(tǒng)的主要水生植物

3　處理效果和結(jié)果分析

3.1出水水質(zhì)

通過對(duì)濕地生態(tài)系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)測3個(gè)月，對(duì)進(jìn)出口水質(zhì)進(jìn)行檢測對(duì)比，結(jié)果顯示（表3），進(jìn)水和出水的CODCr、BOD5、SS、TN、TP和NH3-N等指標(biāo)含量差異明顯，平均去除率均達(dá)到60%以上，BOD5去除率均達(dá)到93.5%。水質(zhì)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB18918—2002 》一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，說明該系統(tǒng)污水處理能力強(qiáng)，能適用于湖南地區(qū)“秀美鄉(xiāng)村”農(nóng)村污水處理的推廣。

表3　濕地生態(tài)系統(tǒng)農(nóng)村污水處理結(jié)果（mg/L）

3.2經(jīng)濟(jì)效益

經(jīng)過人工濕地處理后的水質(zhì)可達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，出水得到循環(huán)利用，不僅能提供優(yōu)質(zhì)水，而且保護(hù)了周邊的生產(chǎn)生活用水，節(jié)水保水效益明顯。據(jù)估算，通過建立人工濕地，湖南農(nóng)村地區(qū)可節(jié)約污水處理費(fèi)約1.02億元/月。另外，農(nóng)村濕地植物生產(chǎn)基地的建設(shè)，可通過生產(chǎn)食品、農(nóng)產(chǎn)品以及其他生產(chǎn)原料，促進(jìn)自然資本合理開發(fā)，同時(shí)能夠填補(bǔ)湖南省大型濕地植物專業(yè)生產(chǎn)基地空白，滿足市場對(duì)濕地植物的需求。

3.3生態(tài)效益

濕地生態(tài)系統(tǒng)建成后起到凈化過濾水體的作用，減少了水污染，使環(huán)境得到了保護(hù)，大幅度減少對(duì)地下水的污染，將使“秀美鄉(xiāng)村”周邊的生態(tài)環(huán)境得到明顯改善，使農(nóng)村污水得到無害化、穩(wěn)定化、減量化、資源化處理，能夠極大改善農(nóng)村生態(tài)環(huán)境。同時(shí)，濕地生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)較大的蓄水庫，可在暴雨和河流漲水期儲(chǔ)存過量的降水，發(fā)揮水調(diào)節(jié)和水資源供應(yīng)的功能。

3.4社會(huì)效益

濕地生態(tài)系統(tǒng)在治理污水的同時(shí)，能夠美化生態(tài)環(huán)境，改善農(nóng)村人居環(huán)境，成為當(dāng)?shù)刂匾糜涡蓍e場所，帶動(dòng)地方旅游經(jīng)濟(jì)發(fā)展，培養(yǎng)第三產(chǎn)業(yè)新的增長點(diǎn)。

“秀美鄉(xiāng)村”濕地生態(tài)系統(tǒng)項(xiàng)目將極大提高立馬村在長沙的知名度，有利于加強(qiáng)濕地資源開發(fā)，成為農(nóng)村污水處理示范點(diǎn)，對(duì)我國“美麗鄉(xiāng)村”建設(shè)具有積極推動(dòng)作用，而且濕地生態(tài)系統(tǒng)建成后可促進(jìn)當(dāng)?shù)丶捌渲苓吔?jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

4　結(jié) 語

隨著農(nóng)村水污染范圍不斷擴(kuò)大、水污染程度不斷加劇，整治農(nóng)村的水環(huán)境就顯得至關(guān)重要。人工濕地利用沉降、濕地植物根系吸附、微生物處理方式進(jìn)行污水處理，是一種低能耗、高效益、低成本的污水處理方式，適宜于農(nóng)村污水處理。

人工濕地生態(tài)處理模式在農(nóng)村污水處理的應(yīng)用過程中，采用“生物塘+生態(tài)溝渠+人工濕地”的生態(tài)處理模式，通過對(duì)潛流單元搭配耐水性木本植物，對(duì)季節(jié)性植物采用混、間種方式，減少了季節(jié)變化對(duì)污水處理效果的影響，且能以植物收獲的方式快速削減系統(tǒng)BOD總量，并將收獲植物用于生產(chǎn)基質(zhì)原料，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)資源循環(huán)利用。系統(tǒng)核心區(qū)域采用多級(jí)迭流增氧垂直-潛流系統(tǒng)和植物的合理搭配，解決布水不均和系統(tǒng)堵塞，使系統(tǒng)有效發(fā)揮系統(tǒng)中植物、微生物與基質(zhì)的協(xié)同效應(yīng)，加強(qiáng)系統(tǒng)去氮除磷效果，能確保出水質(zhì)達(dá)到了《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB18918—2002》一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，在技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上和運(yùn)行管理上都是可行的，適合在“秀美鄉(xiāng)村”建設(shè)中推廣。

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（責(zé)任編輯：肖彥資）

Application of Artificial Wetland Ecological Purification Technology in Beautiful Country Construction

ZHOU Jie1，XIA Wen-bin2，ZHANG Yi-wei1，MA Pan1
（1. Hunan Tian Quan Ecological Grass Engineering Company Limited， Changsha 410000， PRC；2.Forestry Bureau of Changsha City， Changsha 410205， PRC）

Abstract：By improving traditional wetland technology， the study built a rural sewage ecological purification model with “ecological pond + ecological ditch + artificial wetland” as the core. The results of the detection showed that the outflow water quality reached the first Class A standard of Urban Sewage Treatment Plant Pollution Emission Standards GB18918-2002. The techniques had advantages of high removal efficiency， stable outflow water quality and good landscape effects with low investment and running expenses， which were suitable for the broad promotion and application in beautiful country construction.

Key words：artificial wetland； ecological purification technology； beautiful country

中圖分類號(hào)：X703.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006-060X（2016）03-0055-04

DOI：10.16498/j.cnki.hnnykx.2016.03.018

收稿日期：2016 -01-28

基金項(xiàng)目：長沙市社會(huì)發(fā)展科技支撐重點(diǎn)項(xiàng)目（k1508139-31）

作者簡介：周 杰（1987-），男，湖南長沙市人，工程師，主要從事人工濕地和無土生態(tài)基質(zhì)草毯研究以及園林綠化工作。

通訊作者：張翼維