人工濕地在農(nóng)村生活污水處理中的應(yīng)用研究現(xiàn)狀

王秀林 刁新星

摘要：隨著新農(nóng)村建設(shè)的不斷推進(jìn)，農(nóng)民的生活方式發(fā)生了巨大變化，自來水的普及使得農(nóng)村人均生活用水量和污水排放量增加，然而農(nóng)村生活污水的無序排放，未經(jīng)處理、利用的糞便和各種污水嚴(yán)重污染了土壤、地表水和地下水，成為農(nóng)村環(huán)境的重要污染源。本論文通過對人工濕地在農(nóng)村生活污水處理中的應(yīng)用研究分析，為改善農(nóng)村環(huán)境，解決農(nóng)村生活污水處理問題提供有效的建議。

關(guān)鍵詞：農(nóng)村生活污水;人工濕地

1、研究意義

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，新農(nóng)村建設(shè)不斷發(fā)展，農(nóng)村生活環(huán)境發(fā)生巨大變化，生活環(huán)境的提升改變了整體農(nóng)村面貌，然而，農(nóng)村的生活污水處理方式卻沒有因?yàn)榻?jīng)濟(jì)的快速發(fā)展得到共同發(fā)展，在生活污水處理過程中，未經(jīng)處理直接排放現(xiàn)象非常普遍，成為了農(nóng)村環(huán)境的重要污染源，長此以往，將嚴(yán)重威脅農(nóng)村生活環(huán)境，因此，對農(nóng)村生活污水進(jìn)行有效處理，已迫在眉睫。

就我國農(nóng)村污水處理的現(xiàn)狀來看，存在的問題仍然較多，最突出的一個(gè)問題就是農(nóng)村污水處理設(shè)施（如排水管網(wǎng)等）的建設(shè)不足、總體覆蓋面較小。在農(nóng)村的街道面上、明水溝中、低洼處以及水庫流域內(nèi)，經(jīng)常能夠看到一些較嚴(yán)重的污染現(xiàn)象。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)顯示，目前在我國260左右個(gè)農(nóng)村中，污水處理設(shè)施建設(shè)覆蓋率<20%，除個(gè)別經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高的省份以外，其余大部分省份的農(nóng)村污水處理設(shè)施建設(shè)數(shù)量表現(xiàn)出明顯的不足。

農(nóng)村污水的特點(diǎn)：①污水分散范圍廣，往往分布于農(nóng)村的各個(gè)地方，并不集中;②污水來源廣，包括廚房用水、生活垃圾腐敗滲透、清潔用水、人和牲畜家禽的糞尿等，均是農(nóng)村污水的主要來源;③污水量逐年增多，因?yàn)槿藗兊纳a(chǎn)生活用水量正在逐年增多。由于這些特點(diǎn)，導(dǎo)致了農(nóng)村污水的收集和處理非常困難。而在本身就收集和處理困難的情況下，農(nóng)村的污水處理設(shè)施建設(shè)又遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，自然導(dǎo)致了農(nóng)村污水處理形勢嚴(yán)峻的現(xiàn)狀。

污水處理問題一直都是農(nóng)村的一項(xiàng)重難點(diǎn)問題。污水分散范圍廣、污水來源廣、污水量逐年增多是農(nóng)村污水的主要特點(diǎn)，這導(dǎo)致了農(nóng)村污水的處理難度非常大，僅采用傳統(tǒng)的集中處理模式往往不足以滿足實(shí)際污水處理需求。而人工濕地處理技術(shù)的建設(shè)成本底、運(yùn)行管理簡單、處理效果好的特點(diǎn)非常適合農(nóng)村生活污水處理。因此，研究和開發(fā)能實(shí)現(xiàn)全年處理效果穩(wěn)定，尤其是冬季處理效果穩(wěn)定的人工濕地技術(shù)，對解決農(nóng)村生活污水處理難題有非常重大意義。

2、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

（1）國內(nèi)研究現(xiàn)狀

目前國內(nèi)主要應(yīng)用 人工濕地 處理生活污水，特別是偏遠(yuǎn)地區(qū)、分散式農(nóng)村以及小城鎮(zhèn)的生活污水，不僅處理效果優(yōu)良且具有顯著的環(huán)境以及經(jīng)濟(jì)效益。姜廷亮等采用人工快滲與 人工濕地 相結(jié)合的生態(tài)系統(tǒng)，處理南水北調(diào)中線庫區(qū)農(nóng)村生活污水，結(jié)果表明，該工藝對 COD、TN 及 TP的平均去除率分別為 79%、78% 和92%。韓雯雯等采用預(yù)處理與 人工濕地結(jié)合處理城鎮(zhèn)生活污水，穩(wěn)定運(yùn)行 8年的檢測結(jié)果為出水 COD 在 27～68mg/L，可達(dá)到城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)中的一級 A 標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)行費(fèi)用在 0.2～0.4 元 /t，經(jīng)濟(jì)效益顯著。人工濕地 在基金缺乏的農(nóng)村生活污水的處理上有卓越的環(huán)境友好和經(jīng)濟(jì)效益，對我國生態(tài)文明建設(shè)意義重要。

人工濕地主要利用濕地的土壤、植物、微生物三者的物理、化學(xué)、生物三種協(xié)同作用達(dá)到處理污水的效果。其作用機(jī)理包括吸附、滯留、過濾、氧化還原、沉淀、微生物分解、轉(zhuǎn)化、和養(yǎng)分吸的作用，是一個(gè)綜合的生態(tài)系統(tǒng)。人工濕地污水處理系統(tǒng)主要由基質(zhì)、濕地植物和微生物三部分組成。基質(zhì)的主要作用是為一種載體，起到將污染物吸附和攔截的作用;濕地植物可以利用污水中的N、P等營養(yǎng)物質(zhì)為自身的生長提供營養(yǎng);微生物主要是降解污染物的作用。

目前人工濕地在應(yīng)用中還存在許多問題，例如占地面積大、基質(zhì)易堵塞、管理不合理等，針對這些方面的問題，國內(nèi)外的研究已經(jīng)取得了不錯(cuò)的成果。但氣候變化尤其對溫度變化的影響依舊沒有得到很好的解決。溫度的變化可以直接影響人工濕地的處理效果，所以溫度變化對人工濕地影響的研究至關(guān)重要。

所以，人工濕地易受氣溫影響，研究表明，當(dāng)溫度高于20℃時(shí)，有利于微生物的增殖和生長，并且能夠提供高微生物活性，對污染物有強(qiáng)力的吸收和分解的作用。同時(shí)，季節(jié)的變化導(dǎo)致人工濕地去除效果的變化尤為明顯。聶志剛等研究了季節(jié)變化對人工濕地的影響，結(jié)果表明人工濕地的去除率為夏季>秋季>春季>冬季。主要是因?yàn)闇囟鹊牟煌?，在冬季低溫時(shí)，不僅伴隨著去除效率的下降，同時(shí)還有基質(zhì)堵塞、床體缺氧等問題，這也是人工濕地在寒冷地區(qū)沒有推廣的重要原因。

（2）國外研究現(xiàn)狀

20世紀(jì)80年代，人工濕地在世界各國、尤其在歐美開始普及。為了交流和溝通關(guān)于人工濕地的設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理等方面的信息，英國和美國率先構(gòu)建了相關(guān)數(shù)據(jù)庫。英國于1996年建立了人工濕地?cái)?shù)據(jù)庫，共登錄了154所人工濕地的相關(guān)信息。2000年設(shè)立的人工濕地協(xié)會開始管理此數(shù)據(jù)庫，主要是處理農(nóng)村地區(qū)生活污水的人工濕地，也包括處理礦產(chǎn)廢水、污泥、垃圾填埋場滲出水、工廠廢水、路面徑流等人工濕地。登錄內(nèi)容主要包括設(shè)計(jì)與施工參數(shù)、運(yùn)行狀況等。至2006年2月，已登錄有956所人工濕地。其中有800所人工濕地是處理農(nóng)村地區(qū)生活污水，主要類型是HSSF，占數(shù)據(jù)庫登錄數(shù)的89%，VF濕地占9%，復(fù)合型人工濕地占2%。

人工濕地在歐洲、美洲和澳大利亞等地已有較多處理農(nóng)村地區(qū)污水的實(shí)例。據(jù)統(tǒng)計(jì)，至2004年歐洲有超過5000座濕地系統(tǒng)在運(yùn)行，主要用于處理農(nóng)村或小規(guī)模的生活污水;美國環(huán)保署也推薦使用人工濕地技術(shù)處理包括農(nóng)村生活污水在內(nèi)的分散型污水;日本的人工濕地主要用于農(nóng)村地區(qū)的河流和湖泊的凈化，具有濕地面積小、水力負(fù)荷大的特征;對于發(fā)展中國家農(nóng)村地區(qū)污水的處理，人丁濕地則被視為最有前途的處理工藝。

Lutterbeck 等 使 用 組 合 人工濕地 處理巴西西南部農(nóng)村生活污水，該集成系統(tǒng)由厭氧單元、4 個(gè)地下 人工濕地 和2 個(gè)光電反應(yīng)器組成。結(jié)果顯示，原水受污染情況嚴(yán)重，COD、BOD5 和TP 分別為 1074.5 mg/L、903.7 mg/L 和 16.6 mg/L，經(jīng)處理后上述表征參數(shù)大量降低，分別為 15.7 mg/L、4.7 mg/L 和 1.3 mg/L，完全符合巴西和國際的法律要求。Temel 等使用不同類型的組合人工濕地處理生活污水，其中系統(tǒng) ? 為“厭氧反應(yīng)器—垂直潛流 人工濕地—水平流 人工濕地”，系統(tǒng) II 為“厭氧反應(yīng)器—水平潛流 人工濕地—水平流人工濕地”。實(shí)驗(yàn)結(jié)果也很樂觀：兩系統(tǒng)對 COD、BOD、TKN 和 SS 的去除率分 別 為 80 和 78%、81 和 82%、63和 69%、79 和 89%。此外，且可有效清除系統(tǒng)內(nèi)細(xì)菌，去除率分別為94%、93%。國外學(xué)者研究 人工濕地 處理性能的同時(shí)通常會附加生態(tài)毒理學(xué)分析，對比系統(tǒng)處理后出水與原水的細(xì)胞毒性、基因毒性以及誘變性。體現(xiàn)了水質(zhì)監(jiān)測中毒性分析的重要性。這充分考慮處理污水對生態(tài)的破壞性，便于對系統(tǒng)的效率進(jìn)行更廣泛的評價(jià)，而這是國內(nèi)研究中欠缺考慮的地方。

（3）發(fā)展趨勢

目前，人工濕地的污水處理體系在全世界已經(jīng)獲得了普遍的應(yīng)用。人工濕地最早在國外得到運(yùn)用并得到了發(fā)展，同時(shí)在應(yīng)用過程中伴隨著占地面積大、基質(zhì)堵塞、氣候變化等一系列的問題，導(dǎo)致處理的污水出水水質(zhì)較差，去除污染物的效率顯著下降，處理效果變差。針對以上問題的研究在國外取得了不錯(cuò)的進(jìn)展。

在國際上對于人工濕地污水處理系統(tǒng)的研究，集中于對污染物去除效果的研究和工程技術(shù)的應(yīng)用。雖然在寒冷地區(qū)應(yīng)用人工濕地污水處理系統(tǒng)存在困難，但因?yàn)槿斯竦赜性S多優(yōu)點(diǎn)，如何解決溫度帶來的影響是一個(gè)研究方向。

因此，通過針對耐寒濕地植物的研究，開發(fā)一種能克服季節(jié)變化的人工濕地處理技術(shù)將具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]符東，王成端，廖義等.人工濕地凈化污水機(jī)理的研究現(xiàn)狀分析[J].綠色科技，2014（5）：187-190.

[2]冀澤華，馮沖凌，吳曉芙等.人工濕地污水處理系統(tǒng)填料及其凈化機(jī)理研究進(jìn)展[J].生態(tài)學(xué)雜志，201635（8）：2234-2243.

[3]姜廷亮，汪翠萍，劉曉吉等.人工快滲-人工濕地處理農(nóng)村生活污水[J].水處理技術(shù)，2017（8）：87-89.

[4]韓雯雯，滕少香.人工濕地處理中小城鎮(zhèn)污水的應(yīng)用研究[J].山東化工，2017，46（13）：174-175.

[5]周建偉.淺談人工濕地在河道治理中的應(yīng)用[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2017（21）：135.

[6]Lutterbeck C，Zerwes FV，Radtke J F，et al.Integratedsystem with constructed wetlands for the treatment of domestic wastewaters generated at a rural property - Evaluation of general parameters ecotoxicity and cytogenetics[J].Ecological Engineering，2018，115（C）：1-8.

[7]Temel F A，AvcE，Ardal Y.Full scale horizontal subsurface flow constructed wetlands to treat domestic wastewater by Juncus acutus and Cortaderia selloana[J].International Journal of Phytoremediation，2018，20（3）：264.

[8]李洪良，邵孝侯，黃鑫等.農(nóng)田污水灌溉的危害研究進(jìn)展與解決對策[J].節(jié)水灌溉，2007（2）：14-17.

[9]徐小麗.有關(guān)我國農(nóng)村污水的現(xiàn)狀和處理對策分析[J].低碳世界，2015（4）：3-4.

[10]賀衛(wèi)寧，鄧征宇.鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理技術(shù)決策分析及對策[J].中外建筑，2012（2）：98-99.

[11]張立.探討影響城市污水處理系統(tǒng)的因素及變革[J].群文天地，2010（10）：91-92.

[12]張文磊，姜秀麗，劉金龍等.潛流人工濕地施工技術(shù)的應(yīng)用探討———以北京未來科技城濱水公園建設(shè)工程為例[J].中國水利，2015（2）：29-32.

[13]李子富，吳豐富，姜楠等.人工濕地技術(shù)研究進(jìn)展[J].中國科技成果，2011，12（8）：44-46.

[14]黃垚洇，石雷，張玉瑜.聚丙烯球?qū)Ρ砻媪魅斯竦氐讜r(shí)空分布的影響[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2018，42（07）：75-82.

[34]張華，孫盛.我國表面流人工濕地系統(tǒng)對污染物去除效果研究現(xiàn)狀[J].廣東林業(yè)科技，2015，31（4）：121-127.

[15]張曉一，陳盛，查麗娜等.表面流人工濕地和復(fù)合型生態(tài)浮床處理污水廠尾水的脫氮性能分析[J].環(huán)境工程，2019（6）：46-51.

[16]白振光，陳現(xiàn)明，等.人工濕地在山區(qū)農(nóng)村生活污水處理中的應(yīng)用與工程設(shè)計(jì)[J].環(huán)境工程，2014，32（1）：14-15.

江西省教育廳科技課題：耐寒植物組合人工濕地處理農(nóng)村生活污水技術(shù)開發(fā)與研究;課題編號：204415