一種運用粒料砌塊的防堵塞人工濕地凈化農(nóng)村生活污水的研究

徐揚　曾春山　王代容

摘要人工濕地具有氮磷去除能力強、維護管理耗費低等優(yōu)勢，使其成為解決我國農(nóng)村水污染問題的理想工藝，然而人工濕地普遍存在的堵塞問題阻礙了該技術(shù)的廣泛推廣。采用一種基于粒料砌塊的防堵塞人工濕地處理廣東農(nóng)村生活污水，結(jié)果顯示，人工濕地在短期及長期運行階段內(nèi)均可發(fā)揮較好的氨氮（NH4+-N）、總磷（TP）與化學(xué)需氧量（COD）去除效果，其中運行長期時間內(nèi)對各項污染物的去除率在50%～70%，表明采用粒料砌塊技術(shù)可較為有效地保證人工濕地的長期凈化效果。

關(guān)鍵詞人工濕地；堵塞；粒料砌塊；生活污水；去除效率

中圖分類號X703文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2018）25-0182-04

Purification Effect on Rural Domestic Sewage by Using an Anticlogging Constructed Wetland Based on an Aggregates Block Method

XU Yang1，2，ZENG Chunshan1，2，WANG Dairong1，2 et al

（1.Environmental Horticulture Research Institue of Guangdong Academy of Agriculture Sciences，Guangdong Provincial Key Lab of Ornamental Plant Germplasm Innovation and Utilization，Guangzhou，Guangdong 510006；2. Key Laboratory of Urban Agriculture in South China， Ministry of Agriculture， P.R.China，Guangzhou，Guangdong 510640）

AbstractHigher disposal rate of N and P and lower cost on maintaining and management makes constructed wetland to be an ideal method to purify rural domestic sewage， however， the ubiquitous clogging is one of the major impediments to the promotion of constructed wetland. An anticlogging constructed wetland based on an aggregates block method was used to purify rural domestic sewage in Guangdong， results indicated that this constructed wetland showed a good disposal rate on NH4+N， TP and COD in both short and long term. The disposal rate on every contaminant were all during 50% and 70% in the longterm， which demonstrated that the aggregates block method can be an effective way to maintain the longterm purifying efficiency of constructed wetland.

Key wordsConstructed wetland；Clogging；Aggregates block；Domestic sewage；Disposal rate

在環(huán)保領(lǐng)域，人工濕地（Constructed wetland）一般指為了人類的利用和利益，由人工建造和監(jiān)督控制的，人為地將飽和基質(zhì)、水生植物、動物和水體組成的模擬自然濕地的復(fù)合體[1-2]。作為一種污水處理工藝，人工濕地具有氮磷去除能力強、維護管理便利、工程基建與運行耗費低等特點[3]。

經(jīng)濟的迅猛發(fā)展、城市化進(jìn)程加快與農(nóng)村人口密度的增加，已導(dǎo)致我國多個地區(qū)的農(nóng)村水污染問題愈發(fā)嚴(yán)重。以廣東省為例，已形成點源與面源污染共存、生活污染與生產(chǎn)污染疊加的態(tài)勢，兼具復(fù)合性與長期性的水污染直接危害著農(nóng)村居民飲用水安全和生態(tài)環(huán)境。水污染問題早已成為廣東省“十三五”規(guī)劃綠色發(fā)展的重要內(nèi)容之一，探索符合農(nóng)村社會經(jīng)濟現(xiàn)狀與環(huán)境問題特征的水污染處理手段則是解決農(nóng)村水環(huán)境問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。人工濕地較低的運行管理投入使其較符合廣大農(nóng)村的負(fù)擔(dān)能力與普遍需求，同時人工濕地的高氮磷去除率使其對農(nóng)村水環(huán)境問題具有較高的針對性。此外，人工濕地較高的景觀可塑性使其更易融入農(nóng)村自然景觀，使人工濕地成為解決農(nóng)村水環(huán)境問題、推進(jìn)綠色發(fā)展的理想手段[3]。

人工濕地污水處理技術(shù)吸引了國內(nèi)外學(xué)者開展了大量研究，隨著技術(shù)研發(fā)的不斷深入，人工濕地技術(shù)的局限性也逐漸凸顯。長期運行的人工濕地容易出現(xiàn)堵塞的情況，這將導(dǎo)致人工濕地水力傳導(dǎo)系數(shù)降低、除污效果變差、運行壽命縮短等問題，嚴(yán)重限制人工濕地的長期運行穩(wěn)定性，成為阻礙人工濕地推廣應(yīng)用的最大障礙[4]。研究指出，人工濕地積累的有機物主要集中在人工濕地系統(tǒng)的表層[5]，因此針對系統(tǒng)表層降低堵塞情況可為提高人工濕地長期運營壽命提供了理論可能性，同時這也是人工濕地污水處理技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵方向之一。

筆者設(shè)計了一種防堵塞的人工濕地系統(tǒng)，采用粒料砌塊工藝將濕地系統(tǒng)表層基質(zhì)模塊化，以達(dá)到減少堵塞的目的。以廣東省廣州市增城區(qū)群愛村為試驗地點，運用該工藝處理農(nóng)村生活污水并探討其長期運行效果。

科學(xué)合理的植物配置是影響人工濕地污水處理效果的重要因素之一。劉穎等[7]研究了包括梭魚草、鳶尾及菖蒲在內(nèi)的10種水生植物對生活污水的凈化效果，發(fā)現(xiàn)各植物的年平均污染物去除率處于40%～70%，其中梭魚草對NH4+-N與COD有較高的去除率，菖蒲與鳶尾對TP均具有較高的去除率，此外鳶尾對TN的去除率達(dá)到最高。由于人工濕地對NH4+-N的去除主要通過植物吸收與根系微生物的硝化與反硝化作用實現(xiàn)[8]，梭魚草以其豐富的根際微生物活性及較大的總根系面積使其成為去除NH4+-N的首選[9]，同時也有研究指出梭魚草具有較佳的重金屬去除效果[10]。人工濕地對磷的去除主要通過植物吸收、基質(zhì)吸附與微生物轉(zhuǎn)化共同完成，生長旺盛的菖蒲與鳶尾一方面可吸收無機磷酸鹽，同時可通過光合作用與呼吸作用促進(jìn)微生物對磷的過量積累，提高凈化率[9]。人工濕地對COD的去除主要依靠基質(zhì)吸附與微生物的降解等作用[6，11]，代謝旺盛的梭魚草等可為根際微生物較理想的生存環(huán)境，進(jìn)而促進(jìn)對COD的降解與去除。該研究選取梭魚草、菖蒲與鳶尾作為人工濕地植物配置，對各污染物的去除率總體處于50%～70%，一方面高效地去除了污染物，另一方面也可提高農(nóng)村的生態(tài)與景觀效益[7]。

運營過程中人工濕地的堵塞問題是影響人工濕地系統(tǒng)長期有效工作的關(guān)鍵問題之一[4，12]，同時技術(shù)水平相對較低的農(nóng)村施工隊伍難以滿足人工濕地的持續(xù)高質(zhì)量維護，使得堵塞后的維護問題成為了阻礙人工濕地技術(shù)推廣的障礙[4]。該研究采用基于粒料砌塊的人工濕地處理農(nóng)村生活污水，變相增大的孔隙尺寸一定程度上可緩解系統(tǒng)表層有機質(zhì)堵塞問題[5]，模塊化的粒料砌塊降低了更換表層基質(zhì)的難度與技術(shù)要求，同時其在長期運營時保持了穩(wěn)定、較高的NH4+-N、TP與COD去除率，使該技術(shù)工藝有利于保持人工濕地系統(tǒng)的長期高質(zhì)量運作，進(jìn)而也有利于將人工濕地技術(shù)進(jìn)一步推廣。

采用粒料砌塊的防堵塞人工濕地技術(shù)展現(xiàn)了較廣闊的應(yīng)用前景，在未來應(yīng)進(jìn)一步制定粒料砌塊等模塊化基質(zhì)工藝統(tǒng)一的制備標(biāo)準(zhǔn)；同時不同模塊化工藝對農(nóng)村生活污水的凈化效果仍有待更深入的比較研究，為進(jìn)一步提高該工藝與人工濕地的廣泛適用性提供依據(jù)。此外，將粒料砌塊技術(shù)與其他技術(shù)手段相結(jié)合也是有前景的發(fā)展方向，如間歇運行與輪休可有效減少不可濾有機物的積累速度[13-14]，適量添加HCl、NaOH等化學(xué)物質(zhì)可在一定程度上恢復(fù)基質(zhì)的有效孔隙空間[15]，投入蚯蚓等動物可發(fā)揮疏通基質(zhì)、清除基質(zhì)表面有機沉淀的作用等[16]，可降低基質(zhì)的堵塞率并提高系統(tǒng)的水力傳導(dǎo)性能，從而達(dá)到維持人工濕地長期高質(zhì)量運營的效果。

4結(jié)論

綜合分析，運用粒料砌塊的人工濕地在運行短期與長期內(nèi)均發(fā)揮了較好的NH4+-N、TP與COD去除能力，運用粒料砌塊防堵塞的技術(shù)是人工濕地長期有效運行的重要保證。該研究的結(jié)果為探索解決人工濕地普遍存在的堵塞問題提供了依據(jù)，同時也為進(jìn)一步將該技術(shù)結(jié)合其他人工濕地管理、維護工藝奠定了基礎(chǔ)。

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