生態(tài)濕地在農(nóng)村水污染控制中的應(yīng)用

朱歡迎，周 明，劉 霄，劉 劍

(昆明理工大學(xué)土木工程學(xué)院，云南昆明 650500)

由于廣大農(nóng)村沒有污水收集管網(wǎng)或管網(wǎng)不完善，以至于大部分的未經(jīng)收集和處理的農(nóng)村污水直接排入水體，對農(nóng)村河流及周邊環(huán)境造成了污染。因此，加強(qiáng)對農(nóng)村水污染問題的研究，及時采取有效控制、治理的措施，對加快我國農(nóng)村環(huán)境綜合整治及生態(tài)文明建設(shè)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 我國農(nóng)村水污染源

1.1 來源及特點(diǎn)

農(nóng)村污水主要來源于當(dāng)?shù)鼐用竦纳a(chǎn)、生活污水、生活垃圾、人畜糞便、農(nóng)田產(chǎn)生的面源污染(農(nóng)田徑流和農(nóng)田固廢物)以及旅游污染。排放的污水主要以村民生活污水為主，其特點(diǎn)為分布分散、有機(jī)物含量高、可生化性好、有毒有害物質(zhì)含量低、水質(zhì)水量波動性大等［1］。

1.2 現(xiàn)行的收集方式

由于農(nóng)村排水設(shè)施不完善，距離城市排水系統(tǒng)又較遠(yuǎn)，且排水管網(wǎng)系統(tǒng)的投資費(fèi)用高，加上污水收集與集中處理困難，所以污水收集模式應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)乜衫玫挠欣麠l件，因地制宜，采用集中處理與分散處理相結(jié)合的方法。目前，農(nóng)村污水收集模式主要有集中收集模式、分散收集模式以及管網(wǎng)截污收集模式［2］。

2 濕地凈化污水機(jī)理

人工濕地是一種由人工模擬自然濕地建造和監(jiān)督控制［3］的生態(tài)系統(tǒng)，它利用與自然生態(tài)系統(tǒng)相似的物理、化學(xué)和生物的三重協(xié)同作用來實(shí)現(xiàn)對氮、磷［4］等有機(jī)污染物的去除。污水流過濕地，經(jīng)沉淀、過濾、吸附、離子交換、微生物分解以及植物吸收等過程，實(shí)現(xiàn)對污水的處理［5］以及對水環(huán)境的修復(fù)［6］，同時還可提高生物多樣性及美化生態(tài)環(huán)境，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)環(huán)境效益［7］。其系統(tǒng)由以下五個部分組成:有透水性的基質(zhì)、好氧和厭氧微生物、能在飽和狀態(tài)的基質(zhì)中生長的植物、無脊椎或脊椎動物以及在基質(zhì)表面或表面下流動的水體［8］。通常按污水在系統(tǒng)中的流動方式將其分為表面流人工濕地和潛流人工濕地。其中潛流人工濕地有水平和垂直人工濕地兩種類型，前者的脫氮除磷效果不及后者，但后者在處理含氨氮濃度高的污水中優(yōu)勢更加突出［2，9］。目前，常見的濕地凈化污水技術(shù)主要有生物氧化塘濕地技術(shù)、表面流濕地技術(shù)以及組合景觀濕地技術(shù)。

3 人工濕地生態(tài)技術(shù)凈化污水工程應(yīng)用實(shí)例

3.1 窯泥溝濕地介紹

窯泥溝人工濕地為撫仙湖第一個入湖河水人工濕地治理技術(shù)試驗工程，占地面積32.98 畝，主要收集窯泥溝和相鄰農(nóng)灌中溝集水域內(nèi)的入湖河水。一期工程日處理水量為3 520 t，經(jīng)二期擴(kuò)建后提高到日處理量10 000 t，種植的植物有蘆葦、睡蓮、馬蹄蓮、浮萍等，設(shè)計出水水質(zhì)及去除率見表1 所示:

表1 窯泥溝人工濕地設(shè)計進(jìn)出水水質(zhì)表Tab.1 Design Parameters of Yaonigou Artificial Wetland

工藝流程圖如圖1 和圖2 所示。

圖1 一期工藝流程圖Fig.1 Flow Chart of First Phase Process

圖2 二期工藝流程圖Fig.2 Flow Chart of Second Phase Process

3.2 濕地系統(tǒng)主要設(shè)計參數(shù)

濕地系統(tǒng)污水的水力停留時間一般為48 h，在枯水期可達(dá)到6 d。沉淀池面積為900 m2，水深1.0 ～1.5 m，種植美人蕉和香蒲，通過打撈和沉降對其進(jìn)行凈化;生物氧化塘面積為4 660 m2，水深1.5 ～2.0 m，種植菱、水芹和睡蓮，采用三塘并聯(lián)方式進(jìn)行凈化;潛流人工濕地面積為900 m2，分成四個15 m×15 m 單元，每個單元內(nèi)填充0.6 m 厚的礫石或煤渣，水深為0.4 ～0.6 m，采用四組并聯(lián)進(jìn)行凈化;表面流人工濕地，分成兩級(一級面積為2 300 m2，二級面積為1 300 m2)，水深為0. 2 ～0.3 m，種植慈菇和蓮，采用兩級串聯(lián)進(jìn)行凈化處理。

3.3 工程實(shí)際運(yùn)行效果

據(jù)2002 年觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計，濕地系統(tǒng)水力負(fù)荷年平均為437 mm/d，其中氮負(fù)荷年平均為3.315 g/m2·d;攔污池共清除各類懸浮垃圾962.4 t，月平均清除量為68.8 t，其中最高月清除量高達(dá)178.3 t;各項指標(biāo)在3 月、7 月及12 月的去除率如圖3 所示。

圖3 去除率隨季節(jié)變化趨勢Fig.3 Removal Rate with Seasons Change Trend

由圖3 可知各指標(biāo)的去除率，隨季節(jié)變化趨勢較大。特別是在7 月份，各指標(biāo)的去除率較高，這是因為7 月份，云南氣溫較高，通常為21 ～24 ℃，而且7 月份也屬于云南的雨季，窯泥溝處于豐水期，雖然水力負(fù)荷較大，但TN 的濃度相對較低，所以會對去除率產(chǎn)生一定的影響;窯泥溝在3 月份處于枯水期，在12 月份處于平水期，水量的不充足會使進(jìn)水的C/N 比值偏低，進(jìn)而也會影響到N 的去除;由圖可知3 月份、7 月份的去除率比12 月份的要高，這是因為春、夏季節(jié)，植物的生長比較快，對污染物的吸收量也相對多，而冬季，隨著植物的枯萎、死亡，不僅會減少對污染物的吸收，而且還會釋放部分的P，使得出水中P 的含量有所增加。

4 結(jié)語

現(xiàn)在農(nóng)村正處于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的新時期，在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時，能保護(hù)好生態(tài)環(huán)境，已成為今后農(nóng)村污水處理技術(shù)研究的方向。針對農(nóng)村水污染特點(diǎn)及現(xiàn)狀，作者認(rèn)為從以下幾個方面對農(nóng)村水污染進(jìn)行控制。

(1)增強(qiáng)村民的環(huán)境保護(hù)意識，加強(qiáng)村民的社會參與度。

(2)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整。因農(nóng)村污水主要來源于農(nóng)業(yè)面源污染，所以改善農(nóng)村的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中的比重，多發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)，發(fā)展生態(tài)旅游，發(fā)揮生態(tài)濕地的景觀效果。

(3)退耕還林，退田還湖。由于村落中的植被物種單一，原有的生態(tài)系統(tǒng)退化，生態(tài)機(jī)能基本喪失，所以亟須重建和修復(fù)村落生態(tài)系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的物種多樣性，以增強(qiáng)其納污能力。

(4)完善村落污染治理設(shè)施。農(nóng)村污水成分較簡單，通過排水管網(wǎng)及排水溝集中收集、處理排放或用于灌溉;景區(qū)污水中含有餐飲廢水、洗車廢水等，成分較復(fù)雜，所以應(yīng)建立相對獨(dú)立的收集、處理設(shè)施;生活垃圾分類堆放，回收可再次利用的部分，提高資源利用率，降低其再次污染概率;人畜糞便集中堆放，可用作農(nóng)田肥料、池塘魚類餌料等。

［1］譚學(xué)軍，張惠鋒，張辰.農(nóng)村生活污水收集與處理技術(shù)現(xiàn)狀及進(jìn)展［J］.凈水技術(shù)，2011，30(2):5-9，13.

［2］魏群，陳如融，吳賢華，等.農(nóng)村污水收集模式與常用處理技術(shù)［J］.廣西城鎮(zhèn)建設(shè)，2012，39(3):96-100.

［3］宋志文，畢學(xué)軍，曹軍.人工濕地及其在我國小城市污水處理中的應(yīng)用［J］.生態(tài)學(xué)雜志，2003，22(3):74-78.

［4］陳德強(qiáng)，吳振斌，成水平，等. 人工濕地—氧化塘工藝組合對氮和磷去除效果研究［J］. 四川環(huán)境，2004，23(06):4-6，109.

［5］楊佩瑾.人工濕地技術(shù)的概述及應(yīng)用實(shí)例［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2009，6(31):112-113.

［6］何娟.人工濕地技術(shù)在我國南方中小城鎮(zhèn)污水處理中的應(yīng)用［J］.科技風(fēng)，2010，23(19):161-162.

［7］張迎穎，丁為民，錢瑋燕，等. 人工濕地污水處理技術(shù)的工藝與設(shè)計［J］.工業(yè)用水與廢水，2009，40(01):5-10.

［8］陳新萍.人工濕地技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用分析［J］.資源節(jié)約與環(huán)保，2014，31(01):113.

［9］李旭東，周琪，張榮社，等.三種人工濕地脫氮除磷效果比較研究［J］.地學(xué)前緣，2005，12(S):73-76.