周姝伶，游 琴

(四川省廣安生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，四川 廣安 638000)

1 引言

隨著農(nóng)村飲水安全工程的實(shí)施與提質(zhì)增效，農(nóng)村居民的用水量增加，導(dǎo)致生活污水排放量急劇增長(zhǎng)。由于農(nóng)村經(jīng)濟(jì)條件和技術(shù)水平的限制，建設(shè)成本高和運(yùn)維管理復(fù)雜的城市污水處理工藝并不適用于處理農(nóng)村生活污水[1]。而人工濕地通過(guò)模擬自然濕地的生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)，能對(duì)進(jìn)入系統(tǒng)的污水有效凈化，具有投資少、去污強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、運(yùn)維管理方便等優(yōu)點(diǎn)[2]，尤其適用于處理我國(guó)農(nóng)村地區(qū)產(chǎn)生的生活污水。

2 農(nóng)村生活污水的來(lái)源和特點(diǎn)

2.1 農(nóng)村生活污水的來(lái)源

農(nóng)村生活污水來(lái)源主要分為三類：廚房污水，主要由洗碗水、涮鍋水、淘米水、洗菜水等組成，廚房污水含有大量的動(dòng)植物脂肪和Na、Cl、I等多種元素。尤其是隨著生活水平的提高，肉類食品食用量的增大以及食用油使用量的增多，農(nóng)村地區(qū)的生活污水中油類成分增長(zhǎng)明顯；生活洗滌污水，主要由洗衣水、拖地水、洗浴水等組成，洗滌用品含有N、P等化學(xué)成分，會(huì)導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化；糞便污水，除含有較高濃度的有機(jī)物、N、P外，還含有大量腸道致病菌、寄生蟲卵、病毒等病原體。

2.2 農(nóng)村生活污水的特點(diǎn)

(1)農(nóng)村生活污水污染物濃度一般不高、種類簡(jiǎn)單，但含有較多的合成洗滌劑以及細(xì)菌病毒、寄生蟲卵等，有機(jī)物和TN、TP濃度較高，水質(zhì)波動(dòng)較大。

(2)農(nóng)村生活污水分布范圍較廣，集中處理難度大。

(3)農(nóng)村生活污水產(chǎn)生量有著明顯的季節(jié)性和時(shí)間性特征，夏季生活污水產(chǎn)生量相較于其他季節(jié)更大，晚上生活污水產(chǎn)生量相較于早上和中午更大[3]。

3 人工濕地處理技術(shù)

3.1 人工濕地技術(shù)的原理

濕地是地球上具有多種功能的生態(tài)系統(tǒng)，可以沉淀、吸收和降解有毒有害物質(zhì)，達(dá)到凈化水源的作用，因而被稱為“地球之腎”。農(nóng)村生活污水的污染性較低，但產(chǎn)生量的增長(zhǎng)已遠(yuǎn)超自然環(huán)境的自凈能力。為處理污水，人工濕地模擬自然濕地，建立起“基質(zhì)—微生物—植物”的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，通過(guò)底部鋪設(shè)防滲層，中部填充基質(zhì)填料，表層種植水生植物，讓基質(zhì)層與植物根系物理吸附、化學(xué)反應(yīng)去除、微生物分解，實(shí)現(xiàn)凈化污水[4]。

3.2 人工濕地的分類

根據(jù)系統(tǒng)布水方式的不同或水流方式的差異，一般將人工濕地分為表面流人工濕地、垂直流人工濕地、水平潛流人工濕地3種類型[5]。

3.2.1 表面流人工濕地

表面流人工濕地是各類型人工濕地中最接近自然濕地的一種類型，該處理技術(shù)是利用在廢水表面形成的漫流效應(yīng)，促進(jìn)流動(dòng)污水與基質(zhì)土壤、植物根部接觸，實(shí)現(xiàn)對(duì)水質(zhì)的凈化。在表面流人工濕地系統(tǒng)中，一般種植挺水植物，如蘆葦、唐菖蒲等，向濕地表面布水，維持10～30 cm的水層厚度，水力負(fù)荷可達(dá)200 m3/(hm2·d)[4]。該處理技術(shù)具有建造費(fèi)用低、運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單、水力負(fù)荷小等優(yōu)點(diǎn)，但也存在占地面積較大、整體凈水能力不高、易滋生蚊蠅等缺點(diǎn)，見圖1[4]。

圖1 表面流人工濕地結(jié)構(gòu)

3.2.2 垂直流人工濕地

圖2 垂直流人工濕地結(jié)構(gòu)

3.2.3 水平潛流人工濕地

水平潛流人工濕地處理是對(duì)布設(shè)不同基質(zhì)的填料層進(jìn)行防滲處理，讓污水依次流經(jīng)各填料層，避免污水滲漏的同時(shí)凈化水質(zhì)。該處理技術(shù)充分發(fā)揮了植物、微生物和基質(zhì)間的協(xié)同作用，且沒有惡臭和滋生蚊蠅[7]，由于污水基本在地面以下流動(dòng)，保溫效果好，寒冷地區(qū)也可推廣應(yīng)用；但該處理技術(shù)的處理效果依賴植物的運(yùn)輸作用，且建造費(fèi)用較高，見圖3[4]。

圖3 水平潛流人工濕地結(jié)構(gòu)

4 人工濕地在農(nóng)村生活污水處理中的應(yīng)用

4.1 填料和植物選擇

4.1.1 填料的選擇

人工濕地的填料可選擇沸石、粉煤灰、活性炭、爐渣、石英砂、水洗砂、紅泥、陶粒、礫石等。以上物質(zhì)作為填料可為微生物的生長(zhǎng)提供穩(wěn)定的依附表面，同時(shí)為水生植物生長(zhǎng)提供載體和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。當(dāng)含有N、P以及其他污染元素的污水流經(jīng)人工濕地時(shí)，填料可通過(guò)一系列物理、化學(xué)作用凈化污水[9]。

人工濕地的填料可選擇范圍廣，以沸石、爐渣、水洗砂、紅泥4種物質(zhì)作為填料進(jìn)行污水凈化實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明：對(duì)氨氮的吸附量由大到小依次為沸石>紅泥>爐渣>水洗砂。因此，選用沸石作為人工濕地的填料更能產(chǎn)生環(huán)境效益。同時(shí)沸石在自然界儲(chǔ)存量豐富、價(jià)格便宜、無(wú)毒無(wú)害、容易再生，可大力推廣作為人工濕地的填料。

4.1.2 植物的選擇

人工濕地的植物應(yīng)選擇耐污能力強(qiáng)、凈化效果佳、抗病蟲害能力強(qiáng)，根系發(fā)達(dá)、莖葉茂盛，如鳶尾、蘆葦、菖蒲、睡蓮、王蓮、眼子菜、再力花、鳳車草、美人蕉、千屈菜、金魚藻、香根草、蘆竹、梭魚草等。人工濕地植物的選擇，應(yīng)充分考慮植物的耐污能力和凈化能力。

4.2 建設(shè)費(fèi)用及運(yùn)維費(fèi)用分析

人工濕地具有建設(shè)費(fèi)用與運(yùn)維費(fèi)用雙低的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。人工濕地的建設(shè)費(fèi)用主要包括購(gòu)買填料、植物和租用土地等；運(yùn)維費(fèi)用主要來(lái)自清理溝道和管理植物的人工費(fèi)等。人工濕地的建設(shè)費(fèi)用一般在1000～2800元/t，低于其他處理技術(shù)建設(shè)費(fèi)用1500～4000元/t；人工濕地的運(yùn)維費(fèi)用一般在0.05～0.2元/t，遠(yuǎn)低于其他處理技術(shù)運(yùn)維費(fèi)用0.7～15元/t[2]。

4.3 適用性分析

人工濕地有多種組合形式，工藝簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)，處理率穩(wěn)定，有很高的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益。與其他處理技術(shù)相比，從處理規(guī)模看，人工濕地規(guī)模大到可以集中處理整個(gè)場(chǎng)鎮(zhèn)產(chǎn)生的生活污水，也可小到僅處理一戶農(nóng)戶家庭產(chǎn)生的生活污水，適用面很廣；從污染物去除率看，人工濕地處理TN、TP的效果好，能很好地處理難降解污染物，污水處理效率高[9]。濕地表層的植物(比如鳶尾、再力花、蘆葦?shù)?還有景觀美學(xué)價(jià)值，凈化水體的同時(shí)還可以美化環(huán)境。因此，人工濕地適合應(yīng)用于處理農(nóng)村地區(qū)生活污水[16～18]。

5 結(jié)論與展望

“十三五”期間對(duì)農(nóng)村人居環(huán)境整治的實(shí)施，使得農(nóng)村生活環(huán)境得到了很大改善，但農(nóng)村生活污水治理仍是突出短板。目前城市生活污水治理已初見成效，而農(nóng)村地區(qū)則相對(duì)滯后。通過(guò)對(duì)表面流人工濕地、垂直流人工濕地、水平潛流人工濕地的分析比較可以看出，人工濕地技術(shù)建造成本低、凈化能力強(qiáng)、運(yùn)維管理方便，對(duì)處理水量不大、財(cái)力有限、技術(shù)人員缺乏的農(nóng)村地區(qū)十分實(shí)用。要充分利用“十四五”開局之年中央一號(hào)文件提出“實(shí)施農(nóng)村人居環(huán)境整治提升五年行動(dòng)”的有利政策環(huán)境，因地制宜采用人工濕地或人工濕地與其他技術(shù)相結(jié)合的組合工藝，高效解決農(nóng)村生活污水治理難題，為實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)村振興助力[19,20]。

人工濕地凈化的機(jī)理還有待于從以下方向深究：

(1)深入分析微生物種群、光照、氣溫等因素在污染物去除方面的影響。

(2)研究基質(zhì)磷素吸附的磷素釋放特征。

(3)優(yōu)化設(shè)計(jì)人工濕地床體結(jié)構(gòu)、人工濕地工藝流程以及人工濕地布置形式。