蔣 雅 蔣宏國(guó)

（1.湖南省永州生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，湖南 永州 425002；2.永州市生態(tài)環(huán)境局，湖南 永州 425002）

1 研究背景

村民亂排放污水，不僅破壞了農(nóng)村環(huán)境，而且對(duì)流經(jīng)的河流造成了嚴(yán)重的污染。目前，大部分鄉(xiāng)村的溝塘、水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象嚴(yán)重，全國(guó)各地水污染事件不斷發(fā)生。盡管近年來(lái)國(guó)家在水污染治理上投入了大量的財(cái)力、物力，取得了一些較好的成績(jī)，但區(qū)域性的水環(huán)境問(wèn)題依然較為嚴(yán)重。《2020 年中國(guó)生態(tài)環(huán)境狀況公報(bào)》顯示，在開(kāi)展?fàn)I養(yǎng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)的110 個(gè)重要湖泊（水庫(kù)）中，貧營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)湖泊（水庫(kù)）占9.1%，中營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)湖泊（水庫(kù)）占61.8%，輕度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)湖泊（水庫(kù)）占23.6%，中度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)湖泊（水庫(kù)）占4.5%，重度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)湖泊（水庫(kù)）占0.9%，其中太湖、巢湖、滇池均屬于污染型湖泊。對(duì)太湖、巢湖、滇池富營(yíng)養(yǎng)化的成因進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)造成水體富營(yíng)養(yǎng)化的污染源主要來(lái)自生活污水和農(nóng)田的氮、磷流失，工業(yè)廢水對(duì)總氮（TN）、總磷（TP）的貢獻(xiàn)率占10%～16%。大部分水源地、生態(tài)保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)等需要重點(diǎn)保護(hù)的水環(huán)境敏感目標(biāo)在郊區(qū)，農(nóng)村水環(huán)境質(zhì)量狀況對(duì)這些重要區(qū)域影響巨大。因此，整治農(nóng)村水環(huán)境至關(guān)重要。

目前，我國(guó)主要湖泊90%以上已處于中營(yíng)養(yǎng)和富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，而氮磷污染已成為一些重要湖泊的主要污染問(wèn)題［1-2］。廣大農(nóng)村區(qū)域的水污染主要是面源污染，具有點(diǎn)多面廣、收集困難、雨污分流困難、總體上化學(xué)需氧量（COD）濃度偏低及以有機(jī)污染為主等特點(diǎn)，而城鎮(zhèn)污水具有相對(duì)集中、COD 濃度相對(duì)較高、收集相對(duì)容易等特點(diǎn)。對(duì)農(nóng)村污水的處理不能照搬城鎮(zhèn)污水治理的思維方式和技術(shù)，需探索出與處理農(nóng)村污水相匹配的技術(shù)和方法。

2 我國(guó)農(nóng)村水污染處理設(shè)施發(fā)展現(xiàn)狀

在我國(guó)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中，大量的工業(yè)廢物、生活廢物、畜禽養(yǎng)殖排放廢物等對(duì)農(nóng)村生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重破壞。其中，水體污染在農(nóng)村環(huán)境污染中顯得尤為突出，水污染事故時(shí)有發(fā)生，不僅導(dǎo)致糧食減產(chǎn)，而且直接威脅著廣大農(nóng)村地區(qū)農(nóng)民的身體健康，制約了農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。因此，對(duì)于農(nóng)村水污染問(wèn)題必須高度重視，并采取有效的治理措施。如何有效解決廣大農(nóng)村區(qū)域以有機(jī)物為主的分散型污染問(wèn)題，成為“十四五”期間乃至今后幾年十分重要的課題。

廣大農(nóng)村地區(qū)的水環(huán)境污染問(wèn)題已引起相關(guān)部門(mén)的高度重視，湖南省已將農(nóng)村污水的治理作為污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)中“夏季攻勢(shì)”的重要內(nèi)容。為了指導(dǎo)農(nóng)村污水治理，原中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)部于2013年11 月11 日發(fā)布了《農(nóng)村生活污水處理項(xiàng)目建設(shè)與投資技術(shù)指南》等指導(dǎo)性文件，用于指導(dǎo)全國(guó)農(nóng)村污水治理。近年來(lái),各地治理農(nóng)村污水的積極性很高，在農(nóng)村污水治理方面做了大量的工作，配備了許多污水處理設(shè)施。但許多地方對(duì)該文件理解不透，沒(méi)有進(jìn)行深入研究，只是照搬我國(guó)城鎮(zhèn)污水處理廠的做法，建成了許多鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)及村級(jí)的集中式污水處理廠，并建設(shè)長(zhǎng)距離的污水收集管網(wǎng)，把污水引到污水處理廠進(jìn)行處理。同時(shí)，多采用投資較高的生化處理方法，如傳統(tǒng)活性污泥法（包括A/O、A2/O）、氧化溝法、生物接觸氧化法等。而多年的實(shí)踐表明，當(dāng)前我國(guó)集中式的污水處理廠存在投資大、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用高等問(wèn)題［3］。調(diào)查顯示，在鄉(xiāng)鎮(zhèn)及村級(jí)建設(shè)集中式的傳統(tǒng)生化處理廠，出現(xiàn)了以下5 種問(wèn)題。一是由于管網(wǎng)建設(shè)費(fèi)用高，污水處理廠雖已建成，但管網(wǎng)不配套，致使污水難以收集到污水處理廠處理，從而出現(xiàn)了許多“曬太陽(yáng)”工程。二是即使投入大量的資金建設(shè)了相當(dāng)長(zhǎng)距離的污水收集管網(wǎng)，但因管線長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)的農(nóng)村地區(qū)地形、地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由于垮塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害導(dǎo)致管網(wǎng)毀損嚴(yán)重，維護(hù)困難，后期難以正常運(yùn)行。三是由于農(nóng)村區(qū)域遼闊，在現(xiàn)有財(cái)力狀況下，難以同時(shí)建設(shè)雨水管網(wǎng)和污水管網(wǎng)（農(nóng)村區(qū)域往往雨污合流），加之農(nóng)村區(qū)域污水管網(wǎng)容易破損等，導(dǎo)致雨污分流困難，污水處理廠進(jìn)水的COD 濃度偏低，污水處理廠的生化處理系統(tǒng)運(yùn)行不暢。四是農(nóng)村區(qū)域土地多是農(nóng)田保護(hù)區(qū)，往往為了選一個(gè)集中式的污水處理廠地址大傷腦筋。據(jù)調(diào)查，為了避開(kāi)農(nóng)田保護(hù)區(qū)，往往要鋪設(shè)本不必要的污水收集管道，從而增加不必要的投資和運(yùn)維費(fèi)用。五是集中式的傳統(tǒng)生化處理廠建設(shè)不僅不能產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，而且運(yùn)維費(fèi)用較高，從而導(dǎo)致污水處理廠運(yùn)行困難。因此，必須因地制宜，分地施策，采用切實(shí)可行的鄉(xiāng)村污水處理思路和技術(shù)方法。

3 移動(dòng)式污水處理設(shè)施在農(nóng)村廢水處理中的應(yīng)用

3.1 移動(dòng)式污水處理設(shè)施簡(jiǎn)介

所謂移動(dòng)式污水處理設(shè)施，是相對(duì)于傳統(tǒng)地址固定的污水處理設(shè)施而言的。移動(dòng)式污水處理設(shè)施指的是可以移動(dòng)的污水處理設(shè)施，具有體積小、可以組合分拆等特點(diǎn)，其所采用的處理工藝可根據(jù)地形、污水特點(diǎn)、水量和處理目標(biāo)等條件進(jìn)行設(shè)計(jì)、制作，且這種設(shè)施在一個(gè)地方使用后可以移到其他地方直接使用或做改動(dòng)后繼續(xù)使用，可以根據(jù)需要確定處理規(guī)模。移動(dòng)式污水處理設(shè)施的表現(xiàn)形式多種多樣，不論采用何種處理工藝，只要可以根據(jù)需要進(jìn)行移動(dòng)（小一些的可用人工移動(dòng)，大一點(diǎn)可用機(jī)械移動(dòng)），都可歸于這一類(lèi)。在廣大農(nóng)村地區(qū)常見(jiàn)的一種移動(dòng)式污水處理設(shè)施為人工生態(tài)浮場(chǎng)。近年來(lái)，利用人工浮床栽種濕生植物治理富營(yíng)養(yǎng)化水體的研究屢見(jiàn)報(bào)道［4］。采用可浮于水面的輕質(zhì)材料，與植物、微生物菌膜、水體等形成人工生態(tài)浮場(chǎng)，通過(guò)吸附、吸收、轉(zhuǎn)化、物理化學(xué)反應(yīng)等過(guò)程處理廢水。其處理廢水的原理與人工濕地相似，可根據(jù)需要選用適宜的輕質(zhì)材料與植物，還可根據(jù)需要馴化適宜的微生物菌團(tuán)［5］。與城鎮(zhèn)固定式的污水處理廠相比，移動(dòng)式污水處理設(shè)施具有搬移方便、組合靈活、形式多樣、循環(huán)利用、投資節(jié)省、容易維護(hù)和效益明顯等特點(diǎn)。下面重點(diǎn)介紹的人工移動(dòng)生態(tài)浮場(chǎng)是眾多移動(dòng)式污水處理設(shè)施中的一種。

3.2 人工移動(dòng)浮床的試驗(yàn)

試驗(yàn)在湘南地區(qū)某農(nóng)村的2 個(gè)污水池塘內(nèi)進(jìn)行，A 池塘面積約800 m2，A 池塘除下雨補(bǔ)水外，沒(méi)有污水進(jìn)塘，也沒(méi)有污水流出，平均水深約1.4 m；B 池塘面積約800 m2，平均水深1.5 m，B 池塘每天有農(nóng)業(yè)面源污水流入和流出，水位基本控制不變，水體處于流動(dòng)狀態(tài)。試驗(yàn)在2020 年6—8 月進(jìn)行，每個(gè)池塘人工生態(tài)綜合場(chǎng)栽培總面積約600 m2。試驗(yàn)期間氣溫高（日平均溫度26 ℃以上），降水量較大，日照充足（每年平均的夏季日照時(shí)間達(dá)677.5 h），正是該地植物生長(zhǎng)的最佳時(shí)期。

選用100 cm×100 cm×6 cm 的平板泡沫，將泡沫浸水面制成多孔蜂窩狀，泡沫背水面按間距5 cm、孔徑2 cm 打孔，植物栽種前60 d 將泡沫的浸水面浸在污水廠的兼性塘里，當(dāng)蜂窩狀的孔內(nèi)掛滿菌膜后開(kāi)始栽種植物。在多年研究的基礎(chǔ)上，選種水稻、美人蕉、空心菜、蘆葦、水芹和狐尾藻6 種植物進(jìn)行試驗(yàn)，20 d 后檢測(cè)成活率，70 d 后收獲植株，測(cè)定其生物量、池塘水質(zhì)變化以及植物內(nèi)的氮、磷含量等，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 植物的成活率及生長(zhǎng)量

試驗(yàn)結(jié)果表明，所栽種的6種植物成活率均較高，水稻、美人蕉、空心菜、水芹和狐尾藻的成活率接近100%；處于流動(dòng)狀態(tài)池塘的植物成活率和生長(zhǎng)量稍高；不同植物之間，水稻和空心菜的成活率較高，空心菜和水芹的生長(zhǎng)量較大。在A 池塘中水稻、美人蕉、空心菜、蘆葦、水芹和狐尾藻從水中吸收的總氮量分別為 7.047、2.090、4.891、4.352、6.654、5.626 kg，水稻、美人蕉、空心菜、蘆葦、水芹和狐尾藻從水中吸收的總磷分別為0.856、0.200、0.693、1.091、0.823、0.627 kg。在B 池塘中，水稻、美人蕉、空心菜、蘆葦、水芹及狐尾藻從水中吸收的總氮量分別為7.946、2.738、5.696、14.898、7.182、6.143 kg，6 種植物從水中共吸收總氮量44.603 kg；從水中吸收總磷量分別為 1.092、0.280、0.707、1.638、0.974、0.718 kg。

這幾種南方常見(jiàn)植物對(duì)氮、磷的吸收量較大，同時(shí)對(duì)水體中的COD、生化需氧量（BOD5）等均有較大的降解作用?？紤]到水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要限制因子是磷，因此以總磷量的凈化效果來(lái)看，這6 種植物中蘆葦、水稻、水芹的凈化效果較佳。

3.3 人工移動(dòng)生態(tài)浮場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用

從環(huán)境角度來(lái)看，水體富營(yíng)養(yǎng)化是由于水體中氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素過(guò)度富集而導(dǎo)致水生生態(tài)系統(tǒng)初級(jí)生產(chǎn)力增加的一種異?，F(xiàn)象；但從資源角度來(lái)看，水體營(yíng)養(yǎng)也是一種農(nóng)業(yè)資源。如何有效利用這些資源既是一種挑戰(zhàn)，也是一種機(jī)遇。人工生態(tài)浮場(chǎng)栽培農(nóng)作物的水上農(nóng)業(yè)資源化治理富營(yíng)養(yǎng)化水體模式是一種很好的選擇。目前，人工生態(tài)浮場(chǎng)主要用于以下方面：一是直接應(yīng)用于農(nóng)村中低污染的面源處理，如富營(yíng)養(yǎng)化的池塘、水溝、小河等；二是與其他方法結(jié)合，作為深度處理農(nóng)村污染源一種有效技術(shù)，如利用狐尾藻生態(tài)場(chǎng)對(duì)養(yǎng)豬污水進(jìn)行深度處理，利用空心菜生態(tài)場(chǎng)對(duì)牛蛙養(yǎng)殖污水進(jìn)行深度處理，利用水芹菜生態(tài)場(chǎng)對(duì)小河污水進(jìn)行處理等。

但在利用單一人工生態(tài)浮場(chǎng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一些不足，如單一人工生態(tài)浮場(chǎng)難以將較差的水質(zhì)（如劣V類(lèi)水體等）在短時(shí)內(nèi)處理達(dá)到Ⅲ類(lèi)水體。在未來(lái)的研究中，需要從以下方面進(jìn)一步提高這一技術(shù)的有效性：①?gòu)?qiáng)化研究的針對(duì)性，篩選出針對(duì)不同污染類(lèi)別的特征植物，高效處理不同的污染水體，如目前的研究結(jié)果認(rèn)為狐尾藻可作為養(yǎng)豬污水深度處理的首選植物；②研究植物與浮床菌團(tuán)的共生、協(xié)同作用，利用不同的菌團(tuán)匹配不同的植物，既要篩選出相匹配的植物和菌團(tuán)，又要研究出支撐植物和菌團(tuán)的浮床材料，如目前直接用塑料網(wǎng)（代替浮床）作為狐尾藻的支撐架，將植物和菌團(tuán)固定在水面，減少了投資成本；③研究生態(tài)浮床與其他污水處理工程的結(jié)合方式，如將生態(tài)浮床與農(nóng)村景觀建設(shè)相結(jié)合；④研究這些植物作為食品或飼料的安全性，以進(jìn)一步提高處理效果和實(shí)用價(jià)值。

4 結(jié)語(yǔ)

水體污染，特別是農(nóng)村水域污染問(wèn)題，是當(dāng)今世界面臨的最主要的環(huán)境問(wèn)題之一，加強(qiáng)農(nóng)村水環(huán)境治理十分重要。利用移動(dòng)式污水處理設(shè)施對(duì)農(nóng)村面源廢水開(kāi)展相關(guān)試驗(yàn)，結(jié)果表明許多植物對(duì)特定的污染物有不同的凈化作用，而凈化效率與浮床的材質(zhì)、制作方式、培養(yǎng)的菌團(tuán)、地理位置、氣象條件、水體中的污染物類(lèi)別及濃度等有關(guān)。在實(shí)際工程應(yīng)用中可因地制宜，將污水處理、植物生產(chǎn)、景觀建設(shè)等有機(jī)結(jié)合起來(lái)。未來(lái)應(yīng)針對(duì)不同地區(qū)、不同類(lèi)型的污水，研究出靈活多樣的高效移動(dòng)式污水處理設(shè)施，并通過(guò)不斷實(shí)踐，總結(jié)出每種設(shè)施的最佳工藝參數(shù)，高效解決農(nóng)村的水污染問(wèn)題，以取得較好的環(huán)境效益、生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益。