一種運用粒料砌塊的防堵塞人工濕地凈化農村生活污水的研究

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勢，使其成為解決我國農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村生活污水，結果顯示，人工濕地在短期及長期運行階段內均可發揮較好的氨氮（NH4+-N）、總磷（TP）與化學需氧量（COD）去除效果，其中運行長期時間內對各項污染物的去除率在50%～70%，表明采用粒料砌塊技術可較為有效地保證人工濕地的長期凈化效果。

關鍵詞人工濕地；堵塞；粒料砌塊；生活污水；去除效率

中圖分類號X703文獻標識碼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

在環保領域，人工濕地（Constructed wetland）一般指為了人類的利用和利益，由人工建造和監督控制的，人為地將飽和基質、水生植物、動物和水體組成的模擬自然濕地的復合體[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]。

經濟的迅猛發展、城市化進程加快與農村人口密度的增加，已導致我國多個地區的農村水污染問題愈發嚴重。以廣東省為例，已形成點源與面源污染共存、生活污染與生產污染疊加的態勢，兼具復合性與長期性的水污染直接危害著農村居民飲用水安全和生態環境。水污染問題早已成為廣東省“十三五”規劃綠色發展的重要內容之一，探索符合農村社會經濟現狀與環境問題特征的水污染處理手段則是解決農村水環境問題的關鍵環節。人工濕地較低的運行管理投入使其較符合廣大農村的負擔能力與普遍需求，同時人工濕地的高氮磷去除率使其對農村水環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村自然景觀，使人工濕地成為解決農村水環境問題、推進綠色發展的理想手段[3]。

人工濕地污水處理技術吸引了國內外學者開展了大量研究，隨著技術研發的不斷深入，人工濕地技術的局限性也逐漸凸顯。長期運行的人工濕地容易出現堵塞的情況，這將導致人工濕地水力傳導系數降低、除污效果變差、運行壽命縮短等問題，嚴重限制人工濕地的長期運行穩定性，成為阻礙人工濕地推廣應用的最大障礙[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的表層[5]，因此針對系統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發展的關鍵方向之一。

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

科學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、鳶尾及菖蒲在內的10種水生植物對生活污水的凈化效果，發現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[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、基質吸附與微生物轉化共同完成，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境，進而促進對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村的生態與景觀效益[7]。

運營過程中人工濕地的堵塞問題是影響人工濕地系統長期有效工作的關鍵問題之一[4，12]，同時技術水平相對較低的農村施工隊伍難以滿足人工濕地的持續高質量維護，使得堵塞后的維護問題成為了阻礙人工濕地技術推廣的障礙[4]。該研究采用基于粒料砌塊的人工濕地處理農村生活污水，變相增大的孔隙尺寸一定程度上可緩解系統表層有機質堵塞問題[5]，模塊化的粒料砌塊降低了更換表層基質的難度與技術要求，同時其在長期運營時保持了穩定、較高的NH4+-N、TP與COD去除率，使該技術工藝有利于保持人工濕地系統的長期高質量運作，進而也有利于將人工濕地技術進一步推廣。

采用粒料砌塊的防堵塞人工濕地技術展現了較廣闊的應用前景，在未來應進一步制定粒料砌塊等模塊化基質工藝統一的制備標準；同時不同模塊化工藝對農村生活污水的凈化效果仍有待更深入的比較研究，為進一步提高該工藝與人工濕地的廣泛適用性提供依據。此外，將粒料砌塊技術與其他技術手段相結合也是有前景的發展方向，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等化學物質可在一定程度上恢復基質的有效孔隙空間[15]，投入蚯蚓等動物可發揮疏通基質、清除基質表面有機沉淀的作用等[16]，可降低基質的堵塞率并提高系統的水力傳導性能，從而達到維持人工濕地長期高質量運營的效果。

4結論

綜合分析，運用粒料砌塊的人工濕地在運行短期與長期內均發揮了較好的NH4+-N、TP與COD去除能力，運用粒料砌塊防堵塞的技術是人工濕地長期有效運行的重要保證。該研究的結果為探索解決人工濕地普遍存在的堵塞問題提供了依據，同時也為進一步將該技術結合其他人工濕地管理、維護工藝奠定了基礎。

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