人工濕地組合系統(tǒng)在水生態(tài)治理中的作用

■ 周靜遠(yuǎn)

（作者單位：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)）

一、我國(guó)水生態(tài)處理技術(shù)及治理現(xiàn)狀

生活污水的主要污染物是化學(xué)需氧量（COD）、生物需氧量（BOD）、氨氮、懸浮物（SS）和大腸桿菌等。為了避免受納水體富營(yíng)養(yǎng)化，還需要脫氮和除磷。COD、BOD和氨氮的氧化去除都需要消耗大量氧氣，一般來(lái)說(shuō)，完全氧化1升生活污水中的還原性物質(zhì)大約需要消耗2升空氣中所含的氧氣量，因此，充足、高效的氧氣供給是生活污水處理的必要前提。

生物處理是城鎮(zhèn)污水處理廠的常用技術(shù)，在污水分散處理中主要采用接觸氧化法和序批示生物反應(yīng)器（SBR）法。由于規(guī)模小，多采用地埋式，有的加工成一體化設(shè)備。這類技術(shù)采用強(qiáng)動(dòng)力曝氣，運(yùn)行費(fèi)用高，維護(hù)復(fù)雜。由于我國(guó)缺少污水分散處理設(shè)施的運(yùn)行保障機(jī)制，運(yùn)行費(fèi)用高且維護(hù)復(fù)雜的污水分散處理設(shè)施往往變成擺設(shè)，在農(nóng)村的情況尤其如此。此外，在分散式污水生物處理系統(tǒng)中，一般都沒(méi)有脫氮除磷過(guò)程（如較常用的SBR一體化設(shè)備），其出水即使感官效果較好，也不能減輕受納水體的富營(yíng)養(yǎng)化。

當(dāng)前，我國(guó)水生態(tài)處理技術(shù)主要有地下滲濾、人工濕地、快速滲濾、慢速滲濾等。其中快速滲濾和地表漫流嚴(yán)重危害周?chē)h(huán)境，系統(tǒng)運(yùn)行也受氣會(huì)影響很大，因此很少使用。

（一）地下滲濾

地下滲濾的基本方法和原理是將污水通過(guò)埋在地下的散水管散布于一定面積的土層中，污水在重力作用下向下滲濾的同時(shí)，其中的污染物被土壤攔截、吸附和微生物分解轉(zhuǎn)化而去除。其地表經(jīng)覆蓋后可綠化，經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益好，是歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家污水分散處理的首選技術(shù)。然而，由于傳統(tǒng)技術(shù)日處理1噸污水占地約30平方米，在我國(guó)難以應(yīng)用。為了減少占地面積，人工采用人工土填料替代原生土壤，使日處理1噸污水的占地面積減少到10～15平方米，其占地面積仍然很大，且大幅度增加了工程建設(shè)成本。

（二）人工濕地

人工濕地在發(fā)達(dá)國(guó)家多用于污染水體的水質(zhì)改善和環(huán)境修復(fù)，在我國(guó)常用于污水處理。人工濕地利用植物根系復(fù)氧，國(guó)內(nèi)外大量研究和實(shí)踐證明，植物根系的復(fù)氧能力很有限，日處理1噸污水至少需要10m2的濕地面積，占地面積大，建設(shè)成本高。我國(guó)人工濕地污水處理系統(tǒng)多數(shù)在1至3年內(nèi)失效（變成污水潭），主要原因是為了減少占地面積和降低投資，所建濕地規(guī)模太小，后因氧氣供給不足，導(dǎo)致厭氧菌大量繁殖而變黑變臭。人工濕地在冬季低溫條件下不能正常運(yùn)行（在黃河流域及其以北地區(qū)冬季幾乎失效），夏季可能滋生蚊蟲(chóng)。

近年來(lái)，我國(guó)研發(fā)人員提出了各種以強(qiáng)化“預(yù)處理＋人工濕地”為主的污水處理組合技術(shù)，其中以“預(yù)曝氣＋人工濕地”的效果較好，但其預(yù)處理本身就是一個(gè)生物處理系統(tǒng)，大大提高了運(yùn)行費(fèi)用和管理難度。“多級(jí)跌水復(fù)氧＋人工濕地”不僅危害周?chē)h(huán)境，而且受氣候影響很大；滴濾池的建設(shè)投資大，接觸反應(yīng)時(shí)間太短，需要大比例回流，因此運(yùn)行成本較高。由此可見(jiàn)，經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益好、適用范圍廣、維護(hù)管理簡(jiǎn)便的水生態(tài)治理技術(shù)是我國(guó)所急需的。

二、人工濕地組合系統(tǒng)的可行性

傳統(tǒng)的污水處理技術(shù)發(fā)展歷史較長(zhǎng)，雖處理效果較好，但基建投資大，運(yùn)行費(fèi)用高，需要龐大的充氧曝氣設(shè)施和大規(guī)模的收集管網(wǎng)，而我國(guó)農(nóng)村和中小城鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)薄弱，農(nóng)村污水分散，難以大面積的收集，缺少專業(yè)的技術(shù)管理人員，因此，傳統(tǒng)的污水處理模式難以在我國(guó)農(nóng)村地區(qū)大面積推廣。

人工濕地在我國(guó)推廣應(yīng)用的主要難題是污水負(fù)荷小，因此需要通過(guò)強(qiáng)化預(yù)處理降低進(jìn)水污染物濃度，以提高污水負(fù)荷。人工濕地組合系統(tǒng)可自流運(yùn)行，不需要?jiǎng)恿υO(shè)備。人工濕地工程的造價(jià)為傳統(tǒng)二級(jí)活性污泥法的16% ～ 20%，為氧化溝的34%，價(jià)格低廉。

人工濕地組合系統(tǒng)維護(hù)主要是植物的重新種植、雜草的去除和沉積物的清理，技術(shù)要求較低。在污水凈化的同時(shí)能夠增加綠化面積，美化環(huán)境，可在濕地系統(tǒng)中推廣生物質(zhì)能源植物作為濕地植物，處理能力強(qiáng)且不產(chǎn)生污泥?，F(xiàn)在的中小城鎮(zhèn)和農(nóng)村，都在搞美化建設(shè)，人工濕地既能美化環(huán)境又能治理環(huán)境污染，具有一舉兩得的效果。

人工濕地組合系統(tǒng)常用的景觀植物有水蔥、雨久花、香蒲、黃花鳶尾、柳樹(shù)、蘆葦、芡實(shí)、千屈菜和菖蒲等，這些植物對(duì)BOD5去除率可達(dá)85%-95%，對(duì)COD去除率可達(dá)80%以上，出水BOD5在10mg/l左右，SS小于20mg/l具有較強(qiáng)的處理效果。

因此，人工濕地組合系統(tǒng)具有投資低、出水水質(zhì)好、增加綠地面積、改善和美化生態(tài)環(huán)境、維護(hù)和運(yùn)行費(fèi)用低廉、維護(hù)管理方便、簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，農(nóng)村和中小城鎮(zhèn)較為豐富的土地資源以及人力和物質(zhì)資源也是人工濕地得以在我國(guó)農(nóng)村和中小城鎮(zhèn)大面積推廣的一個(gè)重要因素。

三、人工濕地組合系統(tǒng)的適用性

近年來(lái)，我國(guó)不斷地對(duì)人工濕地治理污水技術(shù)加以深入研究和實(shí)踐，并取得良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)在人工濕地處理污水方面取得了突破性進(jìn)展，獲得許多研究成果。其中，在潮汐流人工濕地相關(guān)研究、自來(lái)水廠污泥除磷性能研究、北方地區(qū)濕地植物篩選、家庭組合人工濕地污水處理系統(tǒng)、污水處理廠好氧污泥生物脫水與資源化利用技術(shù)等方面取得了豐碩的研究成果。這些技術(shù)和研究成果在人工濕地處理農(nóng)村污水方面發(fā)揮著重要作用。

潮汐流人工濕地床對(duì)COD、BOD5和氨氮的去除率分別達(dá)到79.0%、80.2%和61.8%，去除負(fù)荷分別達(dá)到283.2、179.7和30.1g/(m2·d)，高于其它類型濕地系統(tǒng)。該濕地床對(duì)總磷的去除率及去除負(fù)荷分別為28.7%和2.9 g/(m2·d)。潮汐流人工濕地床具有較好的污水處理效果。

潮汐流人工濕地床具有很強(qiáng)的復(fù)氧能力，其供氧全部來(lái)自潮汐作用。進(jìn)水中溶解氧濃度低于出水，水體中的氧在濕地床中出現(xiàn)反補(bǔ)現(xiàn)象。在耗氧中，有機(jī)物氧化需氧量大于氨氮氧化的需氧量。潮汐流人工濕地床中供氧能夠滿足有機(jī)物的降解和氨氮硝化作用的耗氧。針對(duì)潮汐流處理污水?dāng)?shù)量家少的問(wèn)題，他們發(fā)明了捆綁式潮汐流人工濕地，捆綁式潮汐流人工濕地為7個(gè)直徑為20cm的潮汐流柱組成。捆綁式潮汐流人工濕地能處理農(nóng)村兩三家的污水，且具有較好的處理效果。

自來(lái)水廠污泥除磷性能研究，脫水明礬污泥是自來(lái)水廠副產(chǎn)物，目前大多進(jìn)行填埋處理。明礬污泥中含有豐富的鋁、鐵離子，能大大提高其對(duì)磷的吸附能力。采用自來(lái)水廠污泥，作為人工濕地基質(zhì)。研究表明，此濕地系統(tǒng)對(duì)磷的去除率由40～50%增加到87%，系統(tǒng)出水TP的濃度為0.66mg/l。

我國(guó)南方氣候比較適宜植物生長(zhǎng)，人工濕地發(fā)展的比較早，但在發(fā)展上還存在一些不規(guī)范和不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖龇āａ槍?duì)我國(guó)北方地區(qū)冬季較為寒冷，植物成活率低的狀況，通過(guò)對(duì)香蒲、蘆葦、水蔥、千屈菜、香黃花鳶尾、柳樹(shù)6種我國(guó)北方地區(qū)常見(jiàn)的植物的凈化效果和耐污能力的研究，得出柳樹(shù)在北方抗寒耐水性能比較好，且具有發(fā)達(dá)的根系，可以通過(guò)葉面的光合作用向床體根區(qū)傳輸更多的氧，進(jìn)而有助于維持床體好氧微生物火星，提高有機(jī)物及氨氮的氧化分解，柳樹(shù)對(duì)各種污染指標(biāo)都有較好的處理效果，TP和TN的去除率分別達(dá)到了99.6%和92.1%。這極大地推動(dòng)了我國(guó)北方地區(qū)的人工濕地的發(fā)展。

隨著人口的增加和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，污水排放量近年來(lái)迅猛增加，導(dǎo)致我國(guó)水源污染、水體富營(yíng)養(yǎng)化及環(huán)境水質(zhì)惡化日趨嚴(yán)重。農(nóng)村地區(qū)缺乏公共的地下排水管網(wǎng)，生活污水直接威脅著生活環(huán)境和飲水安全。人工濕地水處理系統(tǒng)是一種農(nóng)村污水處理的新型生態(tài)系統(tǒng)，建設(shè)運(yùn)營(yíng)成本低、工藝簡(jiǎn)單，適合排水管網(wǎng)不完備的城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村等地區(qū)，為農(nóng)村生活污水的凈化處理提供了一條可行性選擇，大大改善了農(nóng)村的生活環(huán)境。同時(shí)，各污染指標(biāo)較好的去除效果為人工濕地組合系統(tǒng)在農(nóng)村的推廣應(yīng)用奠定基礎(chǔ)，為解決農(nóng)村污水任意排放問(wèn)題提供了一種新途徑。

四、人工濕地組合系統(tǒng)的技術(shù)推廣模式

技術(shù)的發(fā)明在于應(yīng)用和推廣，而應(yīng)用和推廣就會(huì)有新的模式，人工濕地組合系統(tǒng)針對(duì)農(nóng)村分散的特點(diǎn)，分為小戶型、連戶型和村鎮(zhèn)型三種類型加以推廣。

（一） 小戶型水生態(tài)凈化技術(shù)

小戶型生態(tài)凈化技術(shù)主要針對(duì)農(nóng)戶分布相對(duì)分散的村莊設(shè)計(jì)，適用于處理單戶農(nóng)戶日常生活生產(chǎn)的污水以及廁所廢水。

（二）連戶型水生態(tài)凈化技術(shù)

連戶型污水生態(tài)凈化技術(shù)可以處理十戶農(nóng)戶左右的生活污水，適用于有集中污水排放系統(tǒng)的農(nóng)村地區(qū)，在技術(shù)上兼有小戶型技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，由于規(guī)模的擴(kuò)大，大大降低了污水處理成本，降低占地面積，操作管理更為方便。

（三）村鎮(zhèn)型水生態(tài)凈化技術(shù)

村鎮(zhèn)型水生態(tài)凈化技術(shù)針對(duì)迅速發(fā)展的農(nóng)村養(yǎng)殖業(yè)，人工濕地結(jié)合其它有機(jī)物處理系統(tǒng)，如化糞池、沼氣發(fā)酵等，有效地提高了系統(tǒng)的處理能力，減小了占地面積，實(shí)現(xiàn)可靠、高效的污水處理，順應(yīng)了我國(guó)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，這些類型適合我國(guó)農(nóng)村現(xiàn)階段的發(fā)展要求。

五、人工濕地組合系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，水生態(tài)環(huán)境狀況越來(lái)越惡化，污染事故時(shí)有發(fā)生，不僅對(duì)糧食造成減產(chǎn)，而且直接威脅著農(nóng)民的身體健康。由于大量生產(chǎn)和生活廢棄物未經(jīng)處理直接排入水體，加之公共衛(wèi)生設(shè)施跟不上發(fā)展的需要，農(nóng)村飲用水源大多受到污染，農(nóng)村水生態(tài)環(huán)境不容忽視，需要立法加以規(guī)范。

人工濕地組合系統(tǒng)在解決農(nóng)村水污染問(wèn)題上順應(yīng)了農(nóng)村的發(fā)展要求，在農(nóng)村環(huán)境治理，建設(shè)社會(huì)主義新農(nóng)村、實(shí)現(xiàn)村容整潔等方面將起到非常重要的作用。但這一系統(tǒng)也有其缺點(diǎn)和不足，要想使農(nóng)村水污染得到合理而又有效的治理，還需要與其它技術(shù)的合理組合。人工濕地組合系統(tǒng)雖然取得突破性進(jìn)展，但還不足以滿足社會(huì)發(fā)展的需要，還需要在技術(shù)等方面進(jìn)行深化，以適應(yīng)農(nóng)村污水處理的不同需求，發(fā)揮其更大的優(yōu)勢(shì)。