人工濕地處理農(nóng)村生活污水的應(yīng)用研究

于高峰 劉明慧

（臨沂市環(huán)境保護(hù)局，山東 臨沂 276000）

0 引言

隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國農(nóng)村地區(qū)生活水平不斷提高，污水排放量也不斷增加，據(jù)統(tǒng)計(jì)。2007年，我國農(nóng)村污水排放總量已超過90億t，而實(shí)際處理率上不及1%。預(yù)計(jì)到2015年，中國村鎮(zhèn)污水排放量約為270億t。但是長期以來，農(nóng)村生活污水的處理設(shè)施相對(duì)滯后，絕大部分生活污水沒有經(jīng)過處理就直接排放，已成為我國江河湖泊水體水質(zhì)下降的主要原因[1]。

人工濕地污水處理技術(shù)是通過人工建造類似沼澤地的地面，將污水有控制地投配到濕地上，使污水在濕地土壤沿一定方向流動(dòng)的過程中，利用土壤、植物和微生物間的理化、生物三重作用實(shí)現(xiàn)對(duì)污水的凈化。

1 國內(nèi)外研究進(jìn)展

人工濕地是通過人工設(shè)計(jì)和建造的一種新型污水處理工藝。第一個(gè)完整的人工濕地系統(tǒng)是1974年在西德建成的，我國首例采用人工濕地處理污水的研究工作始于1988年[1]。

目前各國利用人工濕地處理農(nóng)村生活污水在技術(shù)上已基本成熟。據(jù)統(tǒng)計(jì)，至2010年歐洲有超過9000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[2]。美國肯塔基州，有1800多座小型人工濕地用于分散污水治理；英國蘆葦濕地2010年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為530余座[3-4]。而在我國，人工濕地系統(tǒng)更是被視為控制面源污染的有效措施，近年來針對(duì)農(nóng)村生活污水的小型濕地不斷增加。僅安徽績溪縣2010-2012年就新增900余個(gè)小型人工濕地[1]。

2 人工濕地處理農(nóng)村生活污水的優(yōu)勢(shì)

人工濕地處理系統(tǒng)由于緩沖容量大、處理效果好、工藝簡單、投資少、運(yùn)行費(fèi)用低，非常適合中、小型村莊生活污水的集中處理，因而有廣泛的市場(chǎng)。人工濕地在處理農(nóng)村生活污水方面有如下優(yōu)勢(shì)。

2.1 工藝簡單，投入成本低

農(nóng)村的生活污水過于分散、難以治理；同時(shí)，污水處理缺乏專業(yè)技術(shù)管理人員、運(yùn)行費(fèi)用低廉，人工濕地系統(tǒng)最大的優(yōu)勢(shì)就在于其簡單性。

人工濕地處理污水的工程建設(shè)費(fèi)用較低,采用復(fù)合垂直流人工濕地技術(shù)的單位投資成本約1100元/噸，大約為一般二級(jí)污水處理廠的1/3。處理污水的運(yùn)行成本也非常低，一般為每噸污水0.15元，它是傳統(tǒng)二級(jí)處理的1/10-1/5。此外，人工濕地系統(tǒng)的日常運(yùn)行管理維護(hù)較為簡單，而且濕地處理所用的植物還可以作為工業(yè)原料和生活資源[2]。

2.2 污染物去除效率高，處理方式多樣化

人工濕地系統(tǒng)去除污染物的范圍廣泛，包括N、P、SS、有機(jī)物和病原體等。在進(jìn)水濃度較低的條件下，人工濕地對(duì)BOD5的去除率可達(dá)85%-95%，COD的去除率可達(dá)80%以上。廢水中大部分有機(jī)物作為異樣微生物的養(yǎng)分，最終被轉(zhuǎn)化為微生物有機(jī)體、CO2和H2O。于慧卿等[5]采用人工濕地對(duì)皂河生活污水進(jìn)行處理，結(jié)果表明，在進(jìn)水COD、BOD5、氨氮、總磷(TP)分別為 334-488mg/L、92-201mg/L、37.02-49.97mg/L、4.55-5.47mg/L情況下，人工濕地出水COD為40-50mg/L、BOD5為15-20mg/L、氨氮為20-25mg/L、TP在1mg/L以下，均能達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)中二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。

眾多研究者[1,5]發(fā)現(xiàn)人工濕地技術(shù)不僅可對(duì)污水進(jìn)行集中處理，而且可因地制宜進(jìn)行分散處理；不僅可用于生活污水、城市綜合污水處理，還可用于部分行業(yè)廢水的處理，如農(nóng)業(yè)、養(yǎng)殖、礦山等。與此同時(shí)，這一系統(tǒng)常年運(yùn)行比較穩(wěn)定，即使在冬季也有較好的凈化效果。

2.3 具有良好的環(huán)境治理效應(yīng)

人工濕地技術(shù)的突出優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)凈化功能強(qiáng)，劣Ⅴ類的地表水經(jīng)過處理后出水指標(biāo)可達(dá)到Ⅱ-Ⅲ類，原生活污水經(jīng)過處理可達(dá)《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(8978-1996)一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。深圳與歐盟合作研究的人工濕地技術(shù)，經(jīng)多年實(shí)踐已取得明顯的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益；該工程就是將蘆葦?shù)葻釒А啛釒е参锇幢壤渲?，再栽種到由沙子、細(xì)石等填料構(gòu)成的水池里，達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。

2.4 生態(tài)修復(fù)功能強(qiáng)大

人工濕地系統(tǒng)水質(zhì)凈化技術(shù)的基本原理是：在一定的填料上種美人蕉、蘆葦?shù)忍囟ǖ闹参?，將污水投放到濕地上即可得到凈化?？梢?，人工濕地不僅在提供水資源、調(diào)節(jié)氣候、涵養(yǎng)水源、降解污染物、保護(hù)生物多樣性方面發(fā)揮了重要作用；它還能吸收二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳等，增加氧氣、凈化空氣、消除城市熱島效應(yīng)、吸收噪聲等，具有強(qiáng)大環(huán)境調(diào)節(jié)功能和生態(tài)效益。

3 人工濕地農(nóng)村污水處理方面存在的問題

由于其特殊的自然生態(tài)系統(tǒng)特征，人工濕地在實(shí)際的推廣運(yùn)行方面仍然存在許多問題。其中最主要的就是氣候影響、各地經(jīng)濟(jì)狀況以及植物選擇問題。

3.1 人工濕地污水處理效率易受氣候、植物生長等因素的影響

總體上來講，植物生長狀況越好處理效果越好。對(duì)于北方來講，冬夏溫差大，冬季溫度較低，難以維持生態(tài)系統(tǒng)的正常運(yùn)行或保證污水處理效果；夏季人工濕地處理效率明顯好于冬季。CHEN等[6]比較了中國北方地區(qū)人工濕地一年四季的運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)低溫環(huán)境下植物吸收作用下降，濕地的去除作用明顯下降。因此在選用該技術(shù)時(shí)，要選取合適的植物，并且要充分考慮植物的過冬問題，兼顧觀賞性和經(jīng)濟(jì)性。

3.2 人工濕地處理易受各地土地、居住方式及經(jīng)濟(jì)狀況等的影響

人工濕地處理技術(shù)適用于農(nóng)村集中式和分散式的污水處理。對(duì)于居住較為分散、土地寬裕的村莊，可選用分散式處理系統(tǒng)，建設(shè)小規(guī)模處理系統(tǒng)，同時(shí)滿足凈化污水和美化環(huán)境的效果。而集中式人工濕地處理系統(tǒng)，更適宜于居住集中、土地有限的農(nóng)村，尤其是新建的農(nóng)村社區(qū)，各戶將污水通過管網(wǎng)或溝渠排入處理系統(tǒng)集中處理。

3.3 人工濕地易發(fā)生堵塞

人工濕地處理系統(tǒng)目前還普遍存在對(duì)氮、磷等污染物的去除效果相對(duì)較低，長期運(yùn)行易發(fā)生堵塞等問題。必須通過擴(kuò)大濕地面積、減小負(fù)荷等手段來達(dá)到一定的出水水質(zhì)要求。因此，可聯(lián)合其他處理工藝，提高人工濕地污染物的去除效率，解決系統(tǒng)的易堵塞問題；對(duì)污水進(jìn)行預(yù)處理后進(jìn)入人工濕地系統(tǒng)是促進(jìn)其推廣應(yīng)用的關(guān)鍵。如李先寧等[7]在蚯蚓人工濕地對(duì)農(nóng)村生活污水凈化效果的研究中發(fā)現(xiàn)，該工藝在一定的水力負(fù)荷下穩(wěn)定運(yùn)行，處理農(nóng)村生活污水的COD、TN和TP平均出水濃度分別為41.02mg/L、12.58mg/L和0.44mg/L，出水水質(zhì)均低于國家城鎮(zhèn)污水處理廠排放標(biāo)準(zhǔn)一級(jí)排放A標(biāo)準(zhǔn)。

我國農(nóng)村污染治理近兩年才剛剛起步。據(jù)國土資源部污染控制處相關(guān)負(fù)責(zé)人說，農(nóng)村生活污水是我國水污染的重點(diǎn)排放來源，其排放量占全國排放總量的三成多。但由于廣大農(nóng)村的生活污水至今還沒有采取污染治理措施，村鎮(zhèn)居民排放的生活污水基本以漫流、滲透方式排向農(nóng)田和水體，形成廣泛的面源污染。因此從水污染治理行業(yè)的發(fā)展動(dòng)態(tài)來看，農(nóng)村水環(huán)境污染治理已經(jīng)呈現(xiàn)了巨大商機(jī)。

［1］ZHAO H.Policy and practice for rural wastewater treatment in China[M].Beijing:Department of Rural Development Ministry of Coustruction,China,2007.

［2］董貝,劉楊,楊平.人工濕地處理農(nóng)村生活污水研究與應(yīng)用進(jìn)展[J].水資源保護(hù),2011,1,27,2:80-87.

［3］YE F X,LI Y.Enhancement of nitrogen removal in towery hybrid constructed wetland to treat domeatic wastewater for small rural communition[J].Ecological Engineering,2009,35:1043-1050.

［4］HABERL R,PERFLER R,MAYER H.Constructed wetlands in Europe[J].Water Science Technology,1995,32(3):305-315.

［5］于慧卿,何延新,黃宇廣,李澍,牛濤濤,張豪,尹鵬.人工濕地處理生活污水的研究[J].湖南農(nóng)業(yè)科學(xué),2011,5(12):75-78.

［6］CHEN Z M,CHEN B,ZHOU J B,et al.A ventical subsurface flow conatructed wetland in Beijing[J].Communication in Nonlinear Science and Numerical Simulation,2008,13:1986-1997.

［7］李先寧,金秋,姜偉,謝祥峰,連小瑩.蚯蚓人工濕地對(duì)農(nóng)村生活污水凈化效果試驗(yàn)研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2010,3(1):146-149.