人工濕地組合系統在水生態治理中的作用

■ 周靜遠

（作者單位：中國農業大學）

一、我國水生態處理技術及治理現狀

生活污水的主要污染物是化學需氧量（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養化，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，一般來說，完全氧化1升生活污水中的還原性物質大約需要消耗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。

生物處理是城鎮污水處理廠的常用技術，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器（SBR）法。由于規模小，多采用地埋式，有的加工成一體化設備。這類技術采用強動力曝氣，運行費用高，維護復雜。由于我國缺少污水分散處理設施的運行保障機制，運行費用高且維護復雜的污水分散處理設施往往變成擺設，在農村的情況尤其如此。此外，在分散式污水生物處理系統中，一般都沒有脫氮除磷過程（如較常用的SBR一體化設備），其出水即使感官效果較好，也不能減輕受納水體的富營養化。

當前，我國水生態處理技術主要有地下滲濾、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重危害周圍環境，系統運行也受氣會影響很大，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，其中的污染物被土壤攔截、吸附和微生物分解轉化而去除。其地表經覆蓋后可綠化，經濟和環境效益好，是歐美等發達國家污水分散處理的首選技術。然而，由于傳統技術日處理1噸污水占地約30平方米，在我國難以應用。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成本。

（二）人工濕地

人工濕地在發達國家多用于污染水體的水質改善和環境修復，在我國常用于污水處理。人工濕地利用植物根系復氧，國內外大量研究和實踐證明，植物根系的復氧能力很有限，日處理1噸污水至少需要10m2的濕地面積，占地面積大，建設成本高。我國人工濕地污水處理系統多數在1至3年內失效（變成污水潭），主要原因是為了減少占地面積和降低投資，所建濕地規模太小，后因氧氣供給不足，導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行（在黃河流域及其以北地區冬季幾乎失效），夏季可能滋生蚊蟲。

近年來，我國研發人員提出了各種以強化“預處理＋人工濕地”為主的污水處理組合技術，其中以“預曝氣＋人工濕地”的效果較好，但其預處理本身就是一個生物處理系統，大大提高了運行費用和管理難度?！岸嗉壍畯脱酰斯竦亍辈粌H危害周圍環境，而且受氣候影響很大；滴濾池的建設投資大，接觸反應時間太短，需要大比例回流，因此運行成本較高。由此可見，經濟和環境效益好、適用范圍廣、維護管理簡便的水生態治理技術是我國所急需的。

二、人工濕地組合系統的可行性

傳統的污水處理技術發展歷史較長，雖處理效果較好，但基建投資大，運行費用高，需要龐大的充氧曝氣設施和大規模的收集管網，而我國農村和中小城鎮經濟基礎薄弱，農村污水分散，難以大面積的收集，缺少專業的技術管理人員，因此，傳統的污水處理模式難以在我國農村地區大面積推廣。

人工濕地在我國推廣應用的主要難題是污水負荷小，因此需要通過強化預處理降低進水污染物濃度，以提高污水負荷。人工濕地組合系統可自流運行，不需要動力設備。人工濕地工程的造價為傳統二級活性污泥法的16% ～ 20%，為氧化溝的34%，價格低廉。

人工濕地組合系統維護主要是植物的重新種植、雜草的去除和沉積物的清理，技術要求較低。在污水凈化的同時能夠增加綠化面積，美化環境，可在濕地系統中推廣生物質能源植物作為濕地植物，處理能力強且不產生污泥?，F在的中小城鎮和農村，都在搞美化建設，人工濕地既能美化環境又能治理環境污染，具有一舉兩得的效果。

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

因此，人工濕地組合系統具有投資低、出水水質好、增加綠地面積、改善和美化生態環境、維護和運行費用低廉、維護管理方便、簡單等優點，農村和中小城鎮較為豐富的土地資源以及人力和物質資源也是人工濕地得以在我國農村和中小城鎮大面積推廣的一個重要因素。

三、人工濕地組合系統的適用性

近年來，我國不斷地對人工濕地治理污水技術加以深入研究和實踐，并取得良好的社會效益和經濟效益，中國農業大學在人工濕地處理污水方面取得了突破性進展，獲得許多研究成果。其中，在潮汐流人工濕地相關研究、自來水廠污泥除磷性能研究、北方地區濕地植物篩選、家庭組合人工濕地污水處理系統、污水處理廠好氧污泥生物脫水與資源化利用技術等方面取得了豐碩的研究成果。這些技術和研究成果在人工濕地處理農村污水方面發揮著重要作用。

潮汐流人工濕地床對COD、BOD5和氨氮的去除率分別達到79.0%、80.2%和61.8%，去除負荷分別達到283.2、179.7和30.1g/(m2·d)，高于其它類型濕地系統。該濕地床對總磷的去除率及去除負荷分別為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的復氧能力，其供氧全部來自潮汐作用。進水中溶解氧濃度低于出水，水體中的氧在濕地床中出現反補現象。在耗氧中，有機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物的降解和氨氮硝化作用的耗氧。針對潮汐流處理污水數量家少的問題，他們發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村兩三家的污水，且具有較好的處理效果。

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

我國南方氣候比較適宜植物生長，人工濕地發展的比較早，但在發展上還存在一些不規范和不嚴謹的做法。針對我國北方地區冬季較為寒冷，植物成活率低的狀況，通過對香蒲、蘆葦、水蔥、千屈菜、香黃花鳶尾、柳樹6種我國北方地區常見的植物的凈化效果和耐污能力的研究，得出柳樹在北方抗寒耐水性能比較好，且具有發達的根系，可以通過葉面的光合作用向床體根區傳輸更多的氧，進而有助于維持床體好氧微生物火星，提高有機物及氨氮的氧化分解，柳樹對各種污染指標都有較好的處理效果，TP和TN的去除率分別達到了99.6%和92.1%。這極大地推動了我國北方地區的人工濕地的發展。

隨著人口的增加和經濟的快速發展，污水排放量近年來迅猛增加，導致我國水源污染、水體富營養化及環境水質惡化日趨嚴重。農村地區缺乏公共的地下排水管網，生活污水直接威脅著生活環境和飲水安全。人工濕地水處理系統是一種農村污水處理的新型生態系統，建設運營成本低、工藝簡單，適合排水管網不完備的城鎮、鄉村等地區，為農村生活污水的凈化處理提供了一條可行性選擇，大大改善了農村的生活環境。同時，各污染指標較好的去除效果為人工濕地組合系統在農村的推廣應用奠定基礎，為解決農村污水任意排放問題提供了一種新途徑。

四、人工濕地組合系統的技術推廣模式

技術的發明在于應用和推廣，而應用和推廣就會有新的模式，人工濕地組合系統針對農村分散的特點，分為小戶型、連戶型和村鎮型三種類型加以推廣。

（一） 小戶型水生態凈化技術

小戶型生態凈化技術主要針對農戶分布相對分散的村莊設計，適用于處理單戶農戶日常生活生產的污水以及廁所廢水。

（二）連戶型水生態凈化技術

連戶型污水生態凈化技術可以處理十戶農戶左右的生活污水，適用于有集中污水排放系統的農村地區，在技術上兼有小戶型技術的優點。同時，由于規模的擴大，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）村鎮型水生態凈化技術

村鎮型水生態凈化技術針對迅速發展的農村養殖業，人工濕地結合其它有機物處理系統，如化糞池、沼氣發酵等，有效地提高了系統的處理能力，減小了占地面積，實現可靠、高效的污水處理，順應了我國農村經濟發展的需要，這些類型適合我國農村現階段的發展要求。

五、人工濕地組合系統的發展趨勢

我國是農業大國，水生態環境狀況越來越惡化，污染事故時有發生，不僅對糧食造成減產，而且直接威脅著農民的身體健康。由于大量生產和生活廢棄物未經處理直接排入水體，加之公共衛生設施跟不上發展的需要，農村飲用水源大多受到污染，農村水生態環境不容忽視，需要立法加以規范。

人工濕地組合系統在解決農村水污染問題上順應了農村的發展要求，在農村環境治理，建設社會主義新農村、實現村容整潔等方面將起到非常重要的作用。但這一系統也有其缺點和不足，要想使農村水污染得到合理而又有效的治理，還需要與其它技術的合理組合。人工濕地組合系統雖然取得突破性進展，但還不足以滿足社會發展的需要，還需要在技術等方面進行深化，以適應農村污水處理的不同需求，發揮其更大的優勢。