人工濕地處理農(nóng)村污水

　　一、農(nóng)村污水現(xiàn)狀

　　農(nóng)村污水具有污染面積大，來源分布廣，結(jié)構(gòu)成分復(fù)雜，收集難度大等特點。污水中懸浮物、有機(jī)物、氮磷含量較高。排放的污水就近排至路邊、水溝甚至農(nóng)田，造成地表水和地下水污染嚴(yán)重，影響居民用水安全。農(nóng)村地形復(fù)雜，居民分散，建筑設(shè)施不完善，且農(nóng)村經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)薄弱，難以建立完善的污水處理系統(tǒng)，農(nóng)村污水處理率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于城鎮(zhèn)，農(nóng)村污水的處理問題迫在眉睫。

　　二、現(xiàn)有的農(nóng)村污水處理技術(shù)及問題

　　2.1 農(nóng)村污水處理技術(shù)

　　目前，國內(nèi)農(nóng)村生活污水常規(guī)治理方式按作用原理分為物理法、化學(xué)法、物理化學(xué)法和生物法4種方法。按照主體技術(shù)單元構(gòu)成，主要分為生物處理技術(shù)、生態(tài)處理技術(shù)和組合處理技術(shù)3種。

　　2.1.1 生物處理技術(shù)

　　生物處理技術(shù)指微生物在酶的催化作用下，利用微生物的新陳代謝功能，將污水中的污染物質(zhì)進(jìn)行分解和轉(zhuǎn)化。根據(jù)微生物對溶解氧需求的不同，生物處理技術(shù)分為好氧生物處理、缺氧生物處理和厭氧生物處理。污水處理中，好氧生物處理法有活性污泥法和生物膜法2大類。

　　2.1.2 生態(tài)處理技術(shù)

　　生態(tài)處理技術(shù)是利用土壤-植物-微生物復(fù)合系統(tǒng)共同作用的原理，通過過濾、吸收和分解作用凈化污水。常用方法有人工濕地、土壤滲濾凈化系統(tǒng)和氧化塘等。

　　2.1.3 組合處理技術(shù)

　　組合處理技術(shù)指上述2種處理技術(shù)的結(jié)合或某1種技術(shù)系統(tǒng)內(nèi)部不同工藝形式的結(jié)合，主要包括3種：生物+生物處理組合，生態(tài)+生態(tài)處理組合，生物+生態(tài)處理組合。每種技術(shù)都有各自的優(yōu)勢和特點，利用生物處理可以降低污水中污染物濃度，生態(tài)處理可以控制運(yùn)行成本，組合工藝可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的處理效益。

　　2.2 鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理存在的問題

　　2.2.1 排水系統(tǒng)不足

　　我國大部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)對污水處理尚未建立完善的系統(tǒng)規(guī)則，雨水、污水沿路邊水溝或道路排入河流，且鄉(xiāng)鎮(zhèn)道路建筑建設(shè)復(fù)雜，分布密集，加上經(jīng)濟(jì)條件等原因，污水收集處理更為困難。

　　2.2.2 缺乏施工標(biāo)準(zhǔn)

　　由于城鄉(xiāng)差異大，鄉(xiāng)鎮(zhèn)缺乏施工標(biāo)準(zhǔn)，只能沿用城市現(xiàn)行的污水處理標(biāo)準(zhǔn)和工藝，對部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)顯然不適用，易造成鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理運(yùn)營成本過高。

　　三、人工濕地

　　人工濕地是通過人為的控制條件，由水、濾料及水生生物組成，在物理、化學(xué)、生物條件下，具有較高的污染物去除效果的一種污水處理技術(shù)。其作用機(jī)理包括吸附、過濾、氧化還原、沉淀、微生物分解、轉(zhuǎn)化及各類動物的作用。在凈化污水的同時，防止環(huán)境的再污染，獲得污水處理與資源化的最佳效益。

　　人工濕地有表面流人工濕地、水平潛流人工濕地和垂直流人工濕地3種。此外，也有與天然濕地組合的系統(tǒng)?？筛鶕?jù)污水或廢水的性質(zhì)、水質(zhì)和水量選用其中任意1種或幾種設(shè)計其工藝流程。

　　3.1 表面流人工濕地

　　該項技術(shù)水流呈推流式前進(jìn)，濕地表面形成一層地表水流，污水緩慢流動，流動過程中與土壤、基質(zhì)、植物，特別是植物根部充分接觸，通過物理、化學(xué)、生物反應(yīng)，達(dá)到凈化的目的。在表面流濕地系統(tǒng)中，種植挺水植物，如蘆葦、唐菖蒲等，向濕地表面布水，維持一定的水層厚度，一般為10~30cm，水力負(fù)荷可達(dá)200m3/(hm2?d)。表面流濕地類似于天然沼澤，造價成本運(yùn)行費(fèi)用較低，但占地面積大，水力負(fù)荷小，凈化污水能力較弱，且夏季易滋生蚊蠅，散發(fā)惡劣氣味?，F(xiàn)有的研究成果如表1所示。

　　3.2 水平潛流人工濕地

　　水平潛流濕地由一個或多個填料床組成，床體填充材料基質(zhì)，床底設(shè)隔水層，污水從布水管進(jìn)入礫石區(qū)，按照特定順序流經(jīng)各個填料床，最終從出水管流出。該項技術(shù)水力負(fù)荷及污染負(fù)荷較大，對BOD、COD、SS及重金屬處理效果較好，且沒有惡臭和蚊蠅現(xiàn)象。但與表面流濕地相比控制較復(fù)雜，對植物的運(yùn)輸作用表現(xiàn)出較大的依賴性，且對植物根系凈化和脫氮除磷效果欠佳，使得整體凈化效果較差。在人工濕地填料床的兩側(cè)科學(xué)設(shè)置入水口礫石區(qū)和出水口礫石區(qū)，可以使中間基質(zhì)區(qū)能夠具有較好的處理效果以有效解決這些問題。現(xiàn)有的研究成果如表2所示。

　　3.3 垂直潛流人工濕地

　　垂直潛流濕地指污水從表層流至不同介質(zhì)層最終流向床底，通過物理、化學(xué)和生物反應(yīng)使污水得到凈化。在濕地表層，溶解氧充足，硝化能力強(qiáng)，下層缺氧適于反硝化，當(dāng)碳源足夠可以進(jìn)行反硝化去除總氮。垂直潛流濕地占地面積較小，在建設(shè)施工時投入成本較低，但操作上較為復(fù)雜，受氣候因素和自然環(huán)境影響較大，這在很大程度上阻礙此項技術(shù)在我國農(nóng)村大面積推廣應(yīng)用?，F(xiàn)有的研究成果如表3所示。

　　3.4 人工濕地凈化污水的基本原理

　　污水進(jìn)入人工濕地以后，被水生植物吸收，植物根系發(fā)生生物化學(xué)反應(yīng)，將污水中的有機(jī)污染物降解，并釋放出CO2，以氮磷作為營養(yǎng)元素，有機(jī)物經(jīng)好氧微生物分解為無機(jī)物，被植物根系吸收，再加上土壤、砂石的過濾作用，水質(zhì)得以凈化，詳見表4。

　　人工濕地實質(zhì)是利用基質(zhì)-微生物-植物的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，經(jīng)物理、化學(xué)和生物的綜合反應(yīng)，通過過濾、吸附、沉淀、離子交換、植物吸收和微生物吸附、吸收、分解等機(jī)制共同使污水高效凈化。

　　四、人工濕地的適用性

　　人工濕地的適用性相當(dāng)豐富，其組合形式多樣，污水處理效果穩(wěn)定，若運(yùn)行管理得當(dāng)，將會帶來很高的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會效益。

　　污水處理效益方面，嚴(yán)格運(yùn)行和管理機(jī)制的人工濕地處理污水效果穩(wěn)定可靠，對B0D、COD、SS等處理效果明顯高于生物處理，此外，對重金屬及難降解有機(jī)污染物也有較高的凈化能力。建設(shè)成本上，投資費(fèi)用低，一般為生物處理的1/3~1/4，運(yùn)行費(fèi)用低，為生物處理的1/5~1/6。操作簡便，不需復(fù)雜的自動控制系統(tǒng)，設(shè)備的管理工作也很少，可減少人力成本。

　　景觀美學(xué)價值方面，可在濕地表層種植水生植物，如蘆葦、唐菖蒲等，形成一個獨特的動植物生態(tài)體系。水生植物能夠結(jié)合污水處理功能形成自然景觀，對環(huán)境美化效益而言具有極高實際價值。

　　五、局限性

　　我國人工濕地自引用到發(fā)展至今日，其工藝成果隨著研究不斷發(fā)展，處理污水的能力不斷提高和完善。除了理論研究外，很多工程建設(shè)應(yīng)用也推進(jìn)了人工濕地的進(jìn)一步研究和推廣。但是，目前應(yīng)用經(jīng)驗不足是我國人工濕地的最大問題。缺乏長期的運(yùn)行系統(tǒng)，資料提供不足，使我國人工濕地的建設(shè)和應(yīng)用發(fā)展相對緩慢，同時，人工濕地的建設(shè)和管理體制也無法快速更進(jìn)。

　　從地域和氣候條件來看，人工濕地需要土地面積較大，需依附原有的天然濕地，再加上人工進(jìn)行保護(hù)而組成的半人工半天然濕地才真正具有污染處理優(yōu)勢。凈化能力受氣候條件、植物生長影響較大。我國南北跨越大，南北方氣候條件差異大，北方冬季氣候嚴(yán)寒，人工濕地難以過冬，大量植物腐敗，很容易造成二次污染，若將人工濕地翻新重建，則耗費(fèi)大量人力財力。(來源：徐州工程學(xué)院環(huán)境工程學(xué)院)