人工濕地對(duì)農(nóng)田排水凈化效果的研究

王正揚(yáng)

摘要：大量使用的肥料、殺蟲(chóng)劑和農(nóng)田土壤中氮、磷等資源養(yǎng)分的缺乏，導(dǎo)致了這些養(yǎng)分隨著地表徑流、農(nóng)作物灌溉徑流等而進(jìn)入湖水、河道，從而造成了巨大的土地與水域富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題。農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染與點(diǎn)源污染的相對(duì)危害性規(guī)模較大，存在著重復(fù)性、隱藏和潛在性，且不易監(jiān)控與管理。同時(shí)由于農(nóng)村肥料、殺蟲(chóng)劑等的大規(guī)模使用，和耕地土壤中氮、磷等養(yǎng)分的嚴(yán)重缺乏，且控制措施往往因?yàn)榭萍己唾Y金的投入等各方面因素影響而無(wú)法實(shí)施，因此農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染已成為中國(guó)土地和水域環(huán)境污染的一種主要源頭。

關(guān)鍵詞：人工濕地;農(nóng)田排水;凈化效果

由于土壤和水體中富營(yíng)養(yǎng)化的物質(zhì)產(chǎn)生機(jī)理復(fù)雜，處理難度加大，現(xiàn)在還不能構(gòu)建起經(jīng)濟(jì)高效的生物處理技術(shù)。近幾年來(lái)，在富營(yíng)養(yǎng)化水域中采用人工濕地管理科學(xué)技術(shù)已成為科學(xué)研究的熱門(mén)話題。由于人工濕地污水處理系統(tǒng)擁有工程造價(jià)少、養(yǎng)護(hù)運(yùn)營(yíng)費(fèi)用較少以及運(yùn)營(yíng)管理技術(shù)條件不高等優(yōu)勢(shì)，是在經(jīng)濟(jì)較不發(fā)達(dá)的鄉(xiāng)村、小城鎮(zhèn)和近郊污水處理中較為經(jīng)濟(jì)合理的選項(xiàng)，所以深入研究人工濕地污水處理技術(shù)對(duì)當(dāng)前的生活環(huán)境具有很大的現(xiàn)實(shí)意義，并正在引起人類(lèi)更多的重視。人工濕地技術(shù)符合富營(yíng)養(yǎng)水域污染物控制的特點(diǎn)，對(duì)遏制中國(guó)目前日益嚴(yán)重的湖泊、江河等富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象有著重要意義。

1人工濕地對(duì)農(nóng)田排水凈化效果的研究

人工濕地形成的生態(tài)系統(tǒng)，都有著自身的污染凈化機(jī)理，在湖泊點(diǎn)源與面源污染控制方面有著很好的使用發(fā)展前景。從科技應(yīng)用可能性這一方面考慮，將人工濕地用來(lái)解決家庭日常生活城市污水已經(jīng)很多年，特別是在歐美，人工濕地科技不但能夠用于解決中小城市家庭日常生活城市污水外，在一些地方還常常用作家庭日常生活城市污水的處理設(shè)備，也可用于解決城市工業(yè)污染。在美國(guó)、德意志等先進(jìn)國(guó)家，人工濕地科技己經(jīng)獲得成功廣泛應(yīng)用于農(nóng)村面源的環(huán)境污染控制中。但目前，由于大中城市污水廠仍有大量的氮、磷等隨制污染流入環(huán)保水域，將城市中生活污水處理方式和人工濕地的城市污水處置技術(shù)相結(jié)合，在降低氮、磷等濃度的同時(shí)，還能夠提高出流水質(zhì)。

2農(nóng)村生活污水的基本特征

農(nóng)業(yè)生活污染物，是對(duì)農(nóng)村居民在生產(chǎn)生活和家庭養(yǎng)殖等處理過(guò)程中所生成的污染物的統(tǒng)稱。農(nóng)業(yè)生活污水分為廚房炊事污泥（淘米洗菜用水、泔水等）、洗衣、沐浴和衛(wèi)生間污泥、家庭所養(yǎng)蓄禽糞便、工業(yè)廢水等。而與一般城鎮(zhèn)的生活污水比較，城市農(nóng)業(yè)生活污水不論是排放地點(diǎn)分布情況或是排放量規(guī)模大小，不論是污染濃度或是資源化需求均存在突出特點(diǎn)。（1）農(nóng)村人均用水量明顯低于城市。一般而言，農(nóng)村居民的人均用水量明顯小于城市人群。將城鄉(xiāng)居民生活用水分為城市居民日常用水和"三產(chǎn)"服務(wù)性行業(yè)使用水。在城市，"三產(chǎn)"服務(wù)性行業(yè)使用水約占城市居民活用量的百分之三十以上，農(nóng)民生存水平與城市居民相比是有很大差異的，農(nóng)村居民生活用水量通常僅為城市居民日常生活用水量的百分之三十以下。（2）農(nóng)村生活污水排放系數(shù)明顯低于城市。對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，生活水在某種意義上就是一項(xiàng)資源。也因此，廚房泔水往往是家禽家畜的好飼料;衛(wèi)生清潔用水完全可直接倒人周?chē)兀揖哂邢喈?dāng)?shù)耐寥婪柿?，有抗旱?rùn)地之效。所以，實(shí)際需處理的活污泥數(shù)量（即排放系數(shù)）并不高等。在縣城，活污水排放系數(shù)通常為零點(diǎn)八以下，在鄉(xiāng)村通常低于零點(diǎn)五。

3影響植物凈化效果的因素

由于人工濕地工程建在野外，受自然環(huán)境的影響很大，因此季節(jié)變化對(duì)濕地凈化功能的有一定的影響，其影響主要是溫度變化、季節(jié)的突變和植物生長(zhǎng)對(duì)磷的凈化效果。（1）溫度變化對(duì)人工濕地凈化的影響。因?yàn)闈竦氐膬艋δ艽蟛糠质抢脻竦匚⑸飦?lái)實(shí)現(xiàn)，而溫度對(duì)于細(xì)菌的生長(zhǎng)繁衍及其活力都有著很重要的影響。各個(gè)季節(jié)植被的生長(zhǎng)發(fā)育情況和新陳代謝活動(dòng)均有所不同，所以濕地植被吸附和利用有機(jī)化合物的能力也存在著明顯差別。楊昌風(fēng)等人在模擬人工濕地處理污泥的試驗(yàn)研究中表明當(dāng)溫度變化在22～32℃范圍內(nèi)，池杉體系中對(duì)氮肥的去除率會(huì)隨溫度的上升而增加。（2）氣候突變的影響。天氣致突變對(duì)低洼濕植被的危害，主要體現(xiàn)在環(huán)境溫度變化對(duì)植株的影響。由于植株常年生長(zhǎng)在養(yǎng)分豐富、氣溫適中的自然條件下，因此耐寒力相對(duì)較弱，氣候突變急劇降溫和強(qiáng)風(fēng)也會(huì)導(dǎo)致寒害。而在同樣的自然環(huán)境條件下，截然不同的植株和在相同植株的各個(gè)成長(zhǎng)階段都顯示了截然不同的耐寒能力，其成因主要是植株的耐寒力和細(xì)胞水分有關(guān)，而寒害過(guò)程也就是原始質(zhì)脫水的黏稠化的步驟，而植株細(xì)菌的耐溫度脫水力量越強(qiáng)就越耐寒。（3）人工濕地對(duì)有機(jī)物的凈化作用。人工濕地對(duì)有機(jī)污染具有很大的消除能力。6種底質(zhì)對(duì)有機(jī)物消除效率的由高至低的排序是：砂子片>煤塵渣>瓜子片>砂礫>鋼渣>高溫爐渣。對(duì)有機(jī)污染的消除主要通過(guò)好氧快速分解和厭氧狀態(tài)分解實(shí)現(xiàn)。污水中的有機(jī)污染主要包括不溶性有機(jī)合成質(zhì)粒子和可溶性有機(jī)質(zhì)顆粒二個(gè)組成部分。通過(guò)巨大的植物根部細(xì)胞和基質(zhì)，使不溶性的有機(jī)合成質(zhì)經(jīng)過(guò)在植物基底和根區(qū)表面的重力沉降、截留和吸收等作用被分解除去。而可溶有機(jī)合成質(zhì)則經(jīng)過(guò)對(duì)植物根部菌膜的吸收、同化和厭氧好氧生物新陳代謝等分解步驟而被溶解除去。植物根際細(xì)菌不但可以降解并吸收有機(jī)質(zhì)，同時(shí)所產(chǎn)生的酶型也可以降解有機(jī)污染物。

4潛流型人工濕地的經(jīng)濟(jì)分析

工程造價(jià)與運(yùn)營(yíng)收費(fèi)，是指人們?cè)谶x用與設(shè)計(jì)污水處理工藝時(shí)需要考慮的問(wèn)題。美國(guó)剖析了三十七個(gè)濕地公園污水處理系統(tǒng)的均衡設(shè)計(jì)造價(jià)，當(dāng)中十九個(gè)自由衷面流濕地公園的均衡設(shè)計(jì)造價(jià)為55000美元/hm2，另外十八個(gè)潛流型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的均衡設(shè)計(jì)造價(jià)則為215000美元/hm2。由于需要巨額的巖土供應(yīng)和填筑經(jīng)費(fèi)，所以潛流型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的均衡設(shè)計(jì)造價(jià)遠(yuǎn)較自然表面流網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)繞高，但從負(fù)荷計(jì)算，潛流型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)卻表現(xiàn)出了優(yōu)勢(shì)，潛流網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的均衡設(shè)計(jì)造價(jià)為一百六十三美元/m3，而自然表面流網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)則為206美元/m。國(guó)內(nèi)外部分專家預(yù)測(cè)，潛流式人工濕地污水處理系統(tǒng)的總用地建筑面積約為自由衷面流人工濕地管理系統(tǒng)的十分之一，建設(shè)收費(fèi)一般在130—150萬(wàn)元/m。

德國(guó)科學(xué)家首先進(jìn)行了潛流式人工濕地的研究。早期的潛沉型濕地處理系統(tǒng)大多用來(lái)解決城市生活污泥及從二次污泥處理廠出水。但通過(guò)將近三十多年研制和發(fā)展，該技術(shù)現(xiàn)已在英國(guó)、新西蘭、法國(guó)、澳洲、巴西、荷蘭等多個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家進(jìn)行了應(yīng)用普及，而部分發(fā)達(dá)國(guó)家也開(kāi)始采用改技術(shù)處理本土的污水處理問(wèn)題。與此同時(shí)使用的范圍電也不斷拓展，除用來(lái)處理污水以外，還應(yīng)用于都市工業(yè)廢水、鄉(xiāng)村面源污染物、垃圾滲出液暴雨徑流體等各類(lèi)工業(yè)廢水的處理，并顯示出了優(yōu)異的凈化效能，

5結(jié)語(yǔ)

濕地?fù)碛卸喾N用途與價(jià)格。污水凈化也是濕地公園中很關(guān)鍵的一種功能，它運(yùn)用了自然生態(tài)環(huán)境體系中的物理、化工和生態(tài)因素的三重協(xié)同作用，依靠篩選、吸收、共沉、離子交換、植物同化，以及微生物分解來(lái)達(dá)到對(duì)污染的有效凈化作用。在中國(guó)，對(duì)于人工濕地的植物科學(xué)研究由于起步相對(duì)較晚，對(duì)有關(guān)濕地公園植物的研究工作還需要不斷加強(qiáng)，特別在對(duì)于人工濕地污水處理體系這種特定生境中的植物生理生態(tài)演變以及功能機(jī)制研究方面，還需各領(lǐng)域?qū)＜业慕涣骱蛥f(xié)作。

參考文獻(xiàn)：

[1]范加良.城市建設(shè)理論研究（電子版），2016.

[2]許俊杰.東南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015.