濕地土壤滲濾系統(tǒng)在南方農(nóng)村生活污水治理中的應(yīng)用研究
——以衡陽(yáng)農(nóng)村為例

曾春霞 ，曹晨書

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)，湖南 長(zhǎng)沙 410128;2.衡陽(yáng)師范學(xué)院，湖南 衡陽(yáng) 421008)

濕地土壤滲濾系統(tǒng)在南方農(nóng)村生活污水治理中的應(yīng)用研究
——以衡陽(yáng)農(nóng)村為例

曾春霞1，2，曹晨書1

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)，湖南 長(zhǎng)沙 410128;2.衡陽(yáng)師范學(xué)院，湖南 衡陽(yáng) 421008)

分析了衡陽(yáng)地區(qū)農(nóng)村自然條件和農(nóng)村生活污水排水的特點(diǎn)，介紹了衡陽(yáng)本土的除污植物的選用，探討適用于衡陽(yáng)農(nóng)村生活污水處理的濕地土壤滲濾系統(tǒng)模型以及除污工藝流程。

濕地土壤;滲濾系統(tǒng);農(nóng)村;生活污水;治理

人工濕地是常見(jiàn)的一種分散式污水處理方法，人工濕地作為一種低投資、低能耗、低處理成本和較好凈化效果的廢水生態(tài)處理技術(shù)已逐漸被世界許多國(guó)家所接受，土壤生態(tài)系統(tǒng)是利用土壤－植物根系—微生物系統(tǒng)的生態(tài)作用凈化污水的人工濕地處理方式之一。農(nóng)村生活污水主要由廚廁用水、洗滌用水組成，生活污水中的有害物質(zhì)主要以氮、磷化合物和含碳有機(jī)物為主，CODCr、BOD5、TN、TP等物質(zhì)的質(zhì)量濃度分別可達(dá)到250 mg·L－1，130 mg·L－1，18 mg·L－1和 4 mg·L－1左右。［1］

一 衡陽(yáng)農(nóng)村生活污水處理工藝的選用

衡陽(yáng)農(nóng)村地區(qū)地形主要以丘陵為主，自然村農(nóng)戶以分散居住和小聚居為主，生活污水大多分散隨意排放，成為農(nóng)村面源污染的主要來(lái)源，受地形影響，生活污水收集成本高、技術(shù)要求高，集中處理難度較大，在現(xiàn)階段還難以實(shí)現(xiàn)，生活污水排放現(xiàn)狀對(duì)周邊環(huán)境造成的污染將越來(lái)越嚴(yán)重。生活污水的治理問(wèn)題一直是影響農(nóng)村環(huán)境改善和新農(nóng)村建設(shè)的重要因素，對(duì)農(nóng)村分散型生活污水的處理迫在眉睫。目前衡陽(yáng)大部分農(nóng)村經(jīng)濟(jì)收入較低，受經(jīng)濟(jì)和知識(shí)水平的限制，對(duì)農(nóng)村分散型生活污水的處理只能采取成本低，技術(shù)含量低，簡(jiǎn)單易行的工藝。農(nóng)村生活污水處理常見(jiàn)的有兩種方式:集中處理和分散處理，衡陽(yáng)農(nóng)村丘陵地區(qū)可以利用當(dāng)?shù)氐奶烊黄陆?，適宜建造無(wú)動(dòng)力濕地土壤生態(tài)系統(tǒng)處理分散型生活污水。

二 濕地土壤滲濾系統(tǒng)

濕地土壤生態(tài)系統(tǒng)是通過(guò)模擬天然濕地土壤結(jié)構(gòu)和功能，設(shè)計(jì)和建造的人工濕地土壤系統(tǒng)，它主要由顆料大小不等的具有垂直結(jié)構(gòu)的土壤基質(zhì)、地表濕地、微生物以及除污植物構(gòu)成，通過(guò)濕地土壤－微生物－植物系統(tǒng)的物理、化學(xué)、生物的綜合凈化功能，逐級(jí)凈化，去除污水中氮、磷等有害物質(zhì)，使出水水質(zhì)得到明顯改善。濕地土壤生態(tài)系統(tǒng)具有工藝簡(jiǎn)便、投資少、運(yùn)行成本低、生態(tài)環(huán)境效益顯著、除污效果顯著等優(yōu)點(diǎn)，適合于村鎮(zhèn)生活污水的處理，它在農(nóng)村生活污水處理中應(yīng)用較廣，深圳、成都、武漢等地先后建立一批示范工程。［2］生活污水處理的實(shí)例表明，人工濕地對(duì)COD、BOD5及SS的去除率均達(dá)到了85%以上，達(dá)到了國(guó)家生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。［3－4］

1.除污植物的篩用。

除污植物要選用耐污能力強(qiáng)，去污效果好，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，生長(zhǎng)期長(zhǎng)，根系發(fā)達(dá)，有一定經(jīng)濟(jì)價(jià)值的濕地植物。衡陽(yáng)農(nóng)村屬于亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū)，濕地植物種類豐富。具有除污功能的濕地植物如席草、石菖蒲、竹葉菜、美人蕉、水蔥、茭白、水葫蘆、浮萍、水藻、睡蓮、水芹菜等，［5］在衡陽(yáng)的廣大農(nóng)村都有分布。其中水葫蘆生長(zhǎng)迅速，生長(zhǎng)量大;衡陽(yáng)地區(qū)的農(nóng)戶有把水葫蘆作為豬飼料的傳統(tǒng);菖蒲適應(yīng)性強(qiáng)，耐旱耐濕，在水邊栽培生長(zhǎng)好;燈心草除污能力強(qiáng)，對(duì)COD去除率較高;席草在衡南縣和衡山許多農(nóng)村種植比較普遍，這些地區(qū)的農(nóng)戶種植席草，生產(chǎn)涼蓆已形成固定的產(chǎn)業(yè);美人蕉生長(zhǎng)快，即可做家畜的青飼料又可作觀賞植物;慈菇和茭白可以食用，且綜合凈化率高，這些是衡陽(yáng)農(nóng)村地區(qū)的常見(jiàn)植物。利用席草、水葫蘆、竹葉菜、美人蕉、慈菇和茭白作為主要的氮、磷吸收植物，可以就地取材，既能治理環(huán)境又能增加農(nóng)戶的經(jīng)濟(jì)收入，利于提高農(nóng)戶治理污染的積極性，值得在衡陽(yáng)廣大農(nóng)村推廣。這些植物都可以作為衡陽(yáng)農(nóng)村地區(qū)除污植物的首選，有著良好的應(yīng)用前景。

2.濕地土壤滲濾系統(tǒng)模型。

在土壤生態(tài)系統(tǒng)的實(shí)際組建中，要考慮植物的根系密度、根系表面積、地下莖密度。［6］此外，還要盡量選擇本地的耐污能力強(qiáng)，并具有一定經(jīng)濟(jì)價(jià)值的土著植物，根據(jù)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境條件按一定比例在空間分布和時(shí)間分布方面進(jìn)行合理安排，使整個(gè)土壤生態(tài)系統(tǒng)高效運(yùn)轉(zhuǎn)，形成穩(wěn)定可持續(xù)利用的生態(tài)系統(tǒng)。［7］濕地土壤生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建方式主要有:第一，由單一種類植物構(gòu)建的土壤生態(tài)系統(tǒng);第二，由兩種不同種類的植物混合構(gòu)建的土壤生態(tài)系統(tǒng);第三，由3種以上不同種類的植物構(gòu)建的土壤生態(tài)系統(tǒng)。［8］單一種類植物構(gòu)建的土壤生態(tài)系統(tǒng)在治理生活污水中的功能較單一，只能吸收和轉(zhuǎn)化一兩種有害物質(zhì)，這種生態(tài)系統(tǒng)抗病害的能力較弱，不易長(zhǎng)期穩(wěn)定地運(yùn)行。根據(jù)衡陽(yáng)農(nóng)村的實(shí)際情況，在分散居住的自然村，每戶農(nóng)戶產(chǎn)生的生活污水量少，適宜采用單一種類植物構(gòu)建的土壤生態(tài)系統(tǒng)，可選擇觀賞性的濕地植物如美人蕉、巴蕉、竹葉草等植物來(lái)構(gòu)建土壤濕地生態(tài)系統(tǒng)，達(dá)到除污的目的。人口較集中的自然村適宜選擇由多種類型的植物構(gòu)建的土壤生態(tài)系統(tǒng)。

3.處理工藝流程。

衡陽(yáng)農(nóng)村農(nóng)戶家庭大部分的廚房廢水和洗衣用水隨意潑撒在屋前房后的排水溝中，沒(méi)有專門的排水設(shè)施，排水不暢，很容易形成臭水溝，直接排入水塘和河流，造成水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化，影響飲水水質(zhì)。衡陽(yáng)農(nóng)村地區(qū)人均收入較低，經(jīng)濟(jì)實(shí)力不強(qiáng)，科技水平相對(duì)落后，專業(yè)技術(shù)人員缺乏。對(duì)針上述情況，可因地制宜地采用以下人工濕地處理工藝。

(1)明溝生態(tài)排水槽。

相對(duì)距離較遠(yuǎn)的單個(gè)農(nóng)戶家庭因排水量不大，可就地利用房屋前的排水溝，在排水溝的兩側(cè)種值美人蕉、巴蕉、竹葉草，這些除污濕地植物，植株較大，生長(zhǎng)速度快，分蘗快，在衡陽(yáng)農(nóng)村很常見(jiàn)，價(jià)廉易得，熊纓等研究表明美人蕉對(duì)氮磷的積累量都較高，對(duì)生活污水綜合凈化能力強(qiáng)，對(duì) CODcr、TN、TP的去除率大，可分別達(dá)到70.2%、65.8% 、89.6% 。［9］挺水植物通過(guò)吸收后收割去除氮的能力可達(dá)200－2500 kg/(hm2·年)，特別是高產(chǎn)的水葫蘆有較高的除氮能力，大約為2000 kg/(hm2·年);［8］地面植物初步凈化后的污水，通過(guò)溝渠兩側(cè)土壤自然滲透，利用土壤系統(tǒng)的生物化學(xué)作用，對(duì)污水進(jìn)行過(guò)濾凈化，可達(dá)到除污的目的。

(2)人工濕地土壤生態(tài)系統(tǒng)。

人工濕地土壤生態(tài)系統(tǒng)適合小聚居的十戶以下的農(nóng)戶聯(lián)合構(gòu)建的污水處理系統(tǒng)，處理系統(tǒng)分為四部分:污水排放格柵，引流槽可利用地形，自上而下，設(shè)為暗溝，沉淀濾池，土壤生態(tài)濾床。

工藝流程圖

農(nóng)戶排放的生活污水分兩部分，一部分直接排放在房屋前明溝的污水和排入化糞池的廁所用水，通過(guò)每戶的污水排放暗溝口，排放口設(shè)置格柵，大小為13－16mm，去除固體廢棄物和粒徑較大的顆粒物和懸浮物質(zhì);引流槽可利用地形，自上而下，設(shè)為暗溝，污水通過(guò)引流槽流至厭氧沉淀池，可通過(guò)微生物降解有機(jī)物質(zhì)，調(diào)節(jié)水質(zhì)和水量;沉淀池初次凈化的水利用坡降流入人工濕地生態(tài)床，人工濕地生態(tài)床分為生態(tài)池和漫流床兩部分，從沉淀池出來(lái)的污水先經(jīng)過(guò)生態(tài)池，生態(tài)池模擬天然池塘，池底土層分為三層，上部為粒徑30－80 mm的粗礫石層，中部為細(xì)砂層，下部以粘土層為主，池中配以沉水植物、浮水植物和挺水植物，沉水植物以水草、水藻為主，浮水植物采用睡蓮、水葫蘆、浮萍、竹葉菜等，挺水植物采用席草、茭白、菖蒲、慈菇等，通過(guò)生態(tài)池凈化后的水進(jìn)入土壤生態(tài)濾床，生態(tài)濾床為模擬濕地生態(tài)土壤系統(tǒng)，通過(guò)土壤－微生物－植物的物理、化學(xué)和生態(tài)作用來(lái)達(dá)到深度處理生活污水的目的。較常見(jiàn)的土壤層分為三層，表層土壤主要是由適合植物生長(zhǎng)的耕作土構(gòu)成，下層由細(xì)砂礫石組成，地上部分種植美人蕉、茭白、芭蕉等除污植物。通過(guò)濕地生態(tài)系統(tǒng)凈化后的水可用來(lái)灌溉農(nóng)田，實(shí)現(xiàn)生活污水的資源化和無(wú)害化處理。

三 技術(shù)要求與注意事項(xiàng)

濕地土壤滲濾系統(tǒng)要取得預(yù)期的除污效果，在建造過(guò)程中需要解決幾個(gè)技術(shù)關(guān)鍵。第一，厭氧沉淀池和土壤生態(tài)濾床的大小，要根據(jù)實(shí)際的農(nóng)戶排水量和停留時(shí)間，設(shè)計(jì)合理的進(jìn)出水控制和水池的空間容積;第二，人工濕地土壤的配制，土壤的分層、土壤顆粒大小是土壤配制的關(guān)鍵，土壤配制是否合理，決定土壤滲濾系統(tǒng)能否正常運(yùn)行;第三，日常的運(yùn)行和維護(hù)，需要培訓(xùn)一兩個(gè)參與項(xiàng)目的農(nóng)民掌握維護(hù)技術(shù);第四，合理利用系統(tǒng)清理的底泥和除污植物，清理的污泥可作為農(nóng)作物的肥料返田，生態(tài)池中的濕地植物可作家畜的青飼料，建立“除污系統(tǒng)－種植業(yè)－養(yǎng)殖業(yè)”模式的生態(tài)立體農(nóng)業(yè);第五，加強(qiáng)濕地植物病蟲(chóng)害的防治，保證濕地土壤生態(tài)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，濕地植物要定期收割，以徹底清除濕地植物吸收的氮、磷等污染物質(zhì);［6］第六，采取適當(dāng)?shù)募?lì)機(jī)制，對(duì)于積極參與治理項(xiàng)目并且取得較好效果的農(nóng)戶進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)，擴(kuò)大宣傳和推廣，提高農(nóng)戶的積極性。

［1］靖元孝，楊丹菁，等.兩棲榕在人工濕地的生長(zhǎng)特性及其對(duì)污水的凈化效果［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2003，23(3):614－619.

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Infiltrating System of Wetland Soil in Rural Sewage Treatment in South China

Zeng Chunxia1，2，Cao Chenshu1

(1.Hunan Agricultural University，Changsha Hunan 410128;2.Hengyang Normal University，Hengyang Hunan 421008)

This article analyzed the characteristics of the rural living conditions and the emission of sewage in Hengyang.It introduces the pollution－removing plants in Hengyang and proposes a tentative infiltrating model of wetland soil as well as its pollution－removing process.The purpose of the paper is to probe into the Wetland Soil Filtration Model and the clarifying process in the disposal of rural sewage in Hengyang.

moist soil;infiltrating system;rural areas;sewage;treatment

X703

A

1672－6758( 2012) 07－0146－2

曾春霞，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，衡陽(yáng)師范學(xué)院。研究方向:生態(tài)環(huán)境。

曹晨書，講師，湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)。研究方向:濕地植物資源的利用。

衡陽(yáng)市科技局計(jì)劃項(xiàng)目(2009KS04)

Class No.:X703Document Mark:A

(責(zé)任編輯:鄭英玲)