基于農業面源污染的人工濕地構建與應用

于繼強 吳華德 邱瑀

摘 要：概述九溪河流域水質現狀及污染源構成情況，并基于人工濕地技術凈化機理、人工濕地治理農業面源污染應用進展，設計人工濕地工藝。以期構建治理九溪河流域生活污水與農村徑流面源污染的人工濕地系統，為人工濕地技術在治理農業面源污染的應用與研究提供參考。

關鍵詞：農業面源;人工濕地;污染治理;構建

1 九溪河概況

九溪河源于云南省玉溪市江川區猷頭山，長約22.5千米，寬9.8～22米，平均坡度10‰，徑流面積約149平方公里，是東風水庫入庫河流之一，九溪河流域也是保護東風水庫水資源的重要區域。

2 九溪河流域污染現狀

2.1 九溪河水質現狀

水質監測結果表明，2016年九溪河水質為Ⅳ類，CODcr、BOD5、總氮是九溪河主要的超標污染物，有機污染已成為其水污染的主要特征。而農村和農業非點源污染如人畜糞便、生活污水、農田地表徑流等是該流域水污染最直接和最主要的因素之一。

2.2 污染源解析

九溪河流域污染源排放污染負荷計算結果表明，服務業和生活污水排放大量COD;BOD5主要來自生活污水及人畜糞便;氨氮主要在人畜糞便中產生;總氮、總磷污染主要由化肥的流失造成;而面源是五種污染物的主要污染源。

3 人工濕地技術在治理農業面源污染的應用

3.1 人工濕地對污水的凈化機理

人工濕地系統是一種人工模仿自然濕地功能構建的水處理生態系統，一般由人工基質及生長的水生植物組成。人工濕地技術對污水的凈化主要是由系統內的植物、微生物及土壤通過物理、化學及生物的綜合作用來實現的。污水中的懸浮顆粒物被植物根系及基質攔截、吸附從而去除。

人工濕地系統去除有機污染物主要有兩種方法：一是可溶性有機污染物被植物根系及基質上附著的生物膜吸附、吸收;二是不溶性的有機污染物被基質或植物通過機械阻留作用捕獲，并可部分被微生物降解。

人工濕地系統對氮的去除主要依賴微生物的氨化、硝化及反硝化作用，通過以上過程最終將氮變成氣態氮從污水中去除。氮的去除過程需要濕地系統內存在大量的氨化菌、硝化菌、反硝化菌，還要求有適宜的濕地土壤環境條件[1]。此外，還可以通過植物的吸收與吸附、基質的吸附與離子交換作用來去除氮。

對磷的去除主要通過基質的吸附，化學作用，植物和藻類吸收和同化，微生物的轉化和吸收等來實現。其中，基質對磷的吸附被認為是最有效的去除方式[2]，而化學吸附是基質吸附磷的主要途徑，可溶性磷通過與基質中的Ca、Al、Fe、Mn及其氧化物進行配位體交換而吸附、絡合和沉淀，生成難溶性物質而去除。

3.2 我國人工濕地治理面源污染的應用

我國人工濕地的研究開始于20世紀五六十年代對于污水生物處理的研究，“七五”期間開展了多方面的人工濕地研究。1990年，國家環境保護總局華南環境科學研究所和深圳東深供水局在深圳建成了中國第一個人工濕地示范項目：白泥坑人工濕地[3]。近年來，人工濕地技術逐漸發展和成熟，并被廣泛應用于非點源污染治理中。田猛等[4]基于人工濕地和快速滲濾機理，發明了人工濕地透水壩技術，且將其應用于太湖流域農業面源污染控制。楊揚等[5]在云南大理洱海使用的植物碎石床人工濕地和湖濱帶濕地技術，對減少地表徑流和農業排水中的有機質、氮和磷負荷方面具有較好的效果。

4 濕地構建

河尾濕地位于九溪河下游，主要作用是凈化河口村生活污水與村莊徑流面源污染，成為九溪河河水入庫前的最后一道屏障，以確保飲用水源地東風水庫的水質安全。

濕地綜合考慮進水水質情況、處理負荷、現場占地面積、項目投資、污染物的處理效果等因素，選用：預處理+潛流人工濕地+表流人工濕地的組合工藝。其中預處理系統包括沉砂滯留池和挺水植物區，起到沉積泥沙，攔截懸浮物，去除部分污染物的作用;垂直流人工濕地進行好氧過濾，硝化和降解有機物;水平流人工濕地用于深層過濾，反硝化和有機物降解。

垂直流人工濕地基質選擇條件包括：（1）充分考慮基質對氮和磷的強化吸附能力，選擇具有強去污力的基質：（2）選擇滲透系數高且孔隙度大的基質，以減少濕地堵塞現象的發生，保證濕地正常運行;（3）選擇價格低廉、安全無毒的基質，以降低人工濕地成本。

濕地植物的選擇應考慮：（1）優選適應性強，成本低，易于管理的本土植物（2）選擇耐污能力強、凈化能力強的植物;（3）選擇對病蟲害具有較強抗性，且耐鹽、耐高溫、耐寒性強的濕地植物，確保植物生長穩定;（4）選擇具有一定景觀價值，經濟價值和綜合利用價值的植物[6]。

濕地景觀旨在展示村莊的民俗風情，并為周邊居民提供休閑和娛樂的場所。建立親水平臺，滿足游客親水和戲水的需求;濱水空間以自然式護岸為主，使水體和綠地融為一體，豐富了水系景觀;岸線的設計通過親水平臺、棧橋、卵石灘、景石、植物等元素來實現，以美化岸線景觀，并提供親水空間。

5 結語

作為一種自然生物處理方法，人工濕地處理工藝已被證明是治理農業面源污染的一種有效手段，不僅具有較好的水質凈化效果，而且具有較好的生態經濟效益，在國內外越來越得到普遍關注和廣泛應用。為了提高污水中污染物的處理效率，有必要進一步研究人工濕地技術的原理以及材料、工藝參數的選擇。并針對不同自然條件、人文特點及水體污染情況完善人工濕地的優化設計，以促進人工濕地技術在農業面源污染控制方面的應用實踐。

參考文獻：

[1]張政.付融冰.顧國維等.人工濕地脫氮途徑及其影響因素分析[J]. 生態環境學報， 2006，15（6）：1385-1390.

[2]陳秀榮.周琪.人工濕地脫氮除磷特性研究[J]. 環境污染與防治， 2005， 27（7）：526-529.

[3]周奔.人工濕地系統在我國污水處理中的應用以及發展前景[J]. 科技資訊， 2007， （5）： 122-123.

[4]田猛， 張永春. 用于控制太湖流域農村面源污染的透水壩技術試驗研究[J]. 環境科學學報， 2006， 26（10）：1665-1670.