人工濕地在農村生活污水處理中的應用分析

周姝伶，游 琴

(四川省廣安生態環境監測中心站，四川 廣安 638000)

1 引言

隨著農村飲水安全工程的實施與提質增效，農村居民的用水量增加，導致生活污水排放量急劇增長。由于農村經濟條件和技術水平的限制，建設成本高和運維管理復雜的城市污水處理工藝并不適用于處理農村生活污水[1]。而人工濕地通過模擬自然濕地的生態環境系統，能對進入系統的污水有效凈化，具有投資少、去污強、操作簡單、運維管理方便等優點[2]，尤其適用于處理我國農村地區產生的生活污水。

2 農村生活污水的來源和特點

2.1 農村生活污水的來源

農村生活污水來源主要分為三類：廚房污水，主要由洗碗水、涮鍋水、淘米水、洗菜水等組成，廚房污水含有大量的動植物脂肪和Na、Cl、I等多種元素。尤其是隨著生活水平的提高，肉類食品食用量的增大以及食用油使用量的增多，農村地區的生活污水中油類成分增長明顯；生活洗滌污水，主要由洗衣水、拖地水、洗浴水等組成，洗滌用品含有N、P等化學成分，會導致水體富營養化；糞便污水，除含有較高濃度的有機物、N、P外，還含有大量腸道致病菌、寄生蟲卵、病毒等病原體。

2.2 農村生活污水的特點

(1)農村生活污水污染物濃度一般不高、種類簡單，但含有較多的合成洗滌劑以及細菌病毒、寄生蟲卵等，有機物和TN、TP濃度較高，水質波動較大。

(2)農村生活污水分布范圍較廣，集中處理難度大。

(3)農村生活污水產生量有著明顯的季節性和時間性特征，夏季生活污水產生量相較于其他季節更大，晚上生活污水產生量相較于早上和中午更大[3]。

3 人工濕地處理技術

3.1 人工濕地技術的原理

濕地是地球上具有多種功能的生態系統，可以沉淀、吸收和降解有毒有害物質，達到凈化水源的作用，因而被稱為“地球之腎”。農村生活污水的污染性較低，但產生量的增長已遠超自然環境的自凈能力。為處理污水，人工濕地模擬自然濕地，建立起“基質—微生物—植物”的復合生態系統，通過底部鋪設防滲層，中部填充基質填料，表層種植水生植物，讓基質層與植物根系物理吸附、化學反應去除、微生物分解，實現凈化污水[4]。

3.2 人工濕地的分類

根據系統布水方式的不同或水流方式的差異，一般將人工濕地分為表面流人工濕地、垂直流人工濕地、水平潛流人工濕地3種類型[5]。

3.2.1 表面流人工濕地

表面流人工濕地是各類型人工濕地中最接近自然濕地的一種類型，該處理技術是利用在廢水表面形成的漫流效應，促進流動污水與基質土壤、植物根部接觸，實現對水質的凈化。在表面流人工濕地系統中，一般種植挺水植物，如蘆葦、唐菖蒲等，向濕地表面布水，維持10～30 cm的水層厚度，水力負荷可達200 m3/(hm2·d)[4]。該處理技術具有建造費用低、運行維護簡單、水力負荷小等優點，但也存在占地面積較大、整體凈水能力不高、易滋生蚊蠅等缺點，見圖1[4]。

圖1 表面流人工濕地結構

3.2.2 垂直流人工濕地

圖2 垂直流人工濕地結構

3.2.3 水平潛流人工濕地

水平潛流人工濕地處理是對布設不同基質的填料層進行防滲處理，讓污水依次流經各填料層，避免污水滲漏的同時凈化水質。該處理技術充分發揮了植物、微生物和基質間的協同作用，且沒有惡臭和滋生蚊蠅[7]，由于污水基本在地面以下流動，保溫效果好，寒冷地區也可推廣應用；但該處理技術的處理效果依賴植物的運輸作用，且建造費用較高，見圖3[4]。

圖3 水平潛流人工濕地結構

4 人工濕地在農村生活污水處理中的應用

4.1 填料和植物選擇

4.1.1 填料的選擇

人工濕地的填料可選擇沸石、粉煤灰、活性炭、爐渣、石英砂、水洗砂、紅泥、陶粒、礫石等。以上物質作為填料可為微生物的生長提供穩定的依附表面，同時為水生植物生長提供載體和營養物質。當含有N、P以及其他污染元素的污水流經人工濕地時，填料可通過一系列物理、化學作用凈化污水[9]。

人工濕地的填料可選擇范圍廣，以沸石、爐渣、水洗砂、紅泥4種物質作為填料進行污水凈化實驗，結果表明：對氨氮的吸附量由大到小依次為沸石>紅泥>爐渣>水洗砂。因此，選用沸石作為人工濕地的填料更能產生環境效益。同時沸石在自然界儲存量豐富、價格便宜、無毒無害、容易再生，可大力推廣作為人工濕地的填料。

4.1.2 植物的選擇

人工濕地的植物應選擇耐污能力強、凈化效果佳、抗病蟲害能力強，根系發達、莖葉茂盛，如鳶尾、蘆葦、菖蒲、睡蓮、王蓮、眼子菜、再力花、鳳車草、美人蕉、千屈菜、金魚藻、香根草、蘆竹、梭魚草等。人工濕地植物的選擇，應充分考慮植物的耐污能力和凈化能力。

4.2 建設費用及運維費用分析

人工濕地具有建設費用與運維費用雙低的優勢特點。人工濕地的建設費用主要包括購買填料、植物和租用土地等；運維費用主要來自清理溝道和管理植物的人工費等。人工濕地的建設費用一般在1000～2800元/t，低于其他處理技術建設費用1500～4000元/t；人工濕地的運維費用一般在0.05～0.2元/t，遠低于其他處理技術運維費用0.7～15元/t[2]。

4.3 適用性分析

人工濕地有多種組合形式，工藝簡單，實用性強，處理率穩定，有很高的經濟效益、環境效益和社會效益。與其他處理技術相比，從處理規?？?，人工濕地規模大到可以集中處理整個場鎮產生的生活污水，也可小到僅處理一戶農戶家庭產生的生活污水，適用面很廣；從污染物去除率看，人工濕地處理TN、TP的效果好，能很好地處理難降解污染物，污水處理效率高[9]。濕地表層的植物(比如鳶尾、再力花、蘆葦等)還有景觀美學價值，凈化水體的同時還可以美化環境。因此，人工濕地適合應用于處理農村地區生活污水[16～18]。

5 結論與展望

“十三五”期間對農村人居環境整治的實施，使得農村生活環境得到了很大改善，但農村生活污水治理仍是突出短板。目前城市生活污水治理已初見成效，而農村地區則相對滯后。通過對表面流人工濕地、垂直流人工濕地、水平潛流人工濕地的分析比較可以看出，人工濕地技術建造成本低、凈化能力強、運維管理方便，對處理水量不大、財力有限、技術人員缺乏的農村地區十分實用。要充分利用“十四五”開局之年中央一號文件提出“實施農村人居環境整治提升五年行動”的有利政策環境，因地制宜采用人工濕地或人工濕地與其他技術相結合的組合工藝，高效解決農村生活污水治理難題，為實現鄉村振興助力[19,20]。

人工濕地凈化的機理還有待于從以下方向深究：

(1)深入分析微生物種群、光照、氣溫等因素在污染物去除方面的影響。

(2)研究基質磷素吸附的磷素釋放特征。

(3)優化設計人工濕地床體結構、人工濕地工藝流程以及人工濕地布置形式。