人工湿地在农村生活污水处理中的应用研究现状

王秀林 刁新星

摘要：随着新农村建设的不断推进，农民的生活方式发生了巨大变化，自来水的普及使得农村人均生活用水量和污水排放量增加，然而农村生活污水的无序排放，未经处理、利用的粪便和各种污水严重污染了土壤、地表水和地下水，成为农村环境的重要污染源。本论文通过对人工湿地在农村生活污水处理中的应用研究分析，为改善农村环境，解决农村生活污水处理问题提供有效的建议。

关键词：农村生活污水;人工湿地

1、研究意义

随着我国社会经济的快速发展，新农村建设不断发展，农村生活环境发生巨大变化，生活环境的提升改变了整体农村面貌，然而，农村的生活污水处理方式却没有因为经济的快速发展得到共同发展，在生活污水处理过程中，未经处理直接排放现象非常普遍，成为了农村环境的重要污染源，长此以往，将严重威胁农村生活环境，因此，对农村生活污水进行有效处理，已迫在眉睫。

就我国农村污水处理的现状来看，存在的问题仍然较多，最突出的一个问题就是农村污水处理设施（如排水管网等）的建设不足、总体覆盖面较小。在农村的街道面上、明水沟中、低洼处以及水库流域内，经常能够看到一些较严重的污染现象。据相关数据调查统计显示，目前在我国260左右个农村中，污水处理设施建设覆盖率<20%，除个别经济发展水平较高的省份以外，其余大部分省份的农村污水处理设施建设数量表现出明显的不足。

农村污水的特点：①污水分散范围广，往往分布于农村的各个地方，并不集中;②污水来源广，包括厨房用水、生活垃圾腐败渗透、清洁用水、人和牲畜家禽的粪尿等，均是农村污水的主要来源;③污水量逐年增多，因为人们的生产生活用水量正在逐年增多。由于这些特点，导致了农村污水的收集和处理非常困难。而在本身就收集和处理困难的情况下，农村的污水处理设施建设又远远不足，自然导致了农村污水处理形势严峻的现状。

污水处理问题一直都是农村的一项重难点问题。污水分散范围广、污水来源广、污水量逐年增多是农村污水的主要特点，这导致了农村污水的处理难度非常大，仅采用传统的集中处理模式往往不足以满足实际污水处理需求。而人工湿地处理技术的建设成本底、运行管理简单、处理效果好的特点非常适合农村生活污水处理。因此，研究和开发能实现全年处理效果稳定，尤其是冬季处理效果稳定的人工湿地技术，对解决农村生活污水处理难题有非常重大意义。

2、国内外研究现状和发展趋势

（1）国内研究现状

目前国内主要应用 人工湿地 处理生活污水，特别是偏远地区、分散式农村以及小城镇的生活污水，不仅处理效果优良且具有显著的环境以及经济效益。姜廷亮等采用人工快渗与 人工湿地 相结合的生态系统，处理南水北调中线库区农村生活污水，结果表明，该工艺对 COD、TN 及 TP的平均去除率分别为 79%、78% 和92%。韩雯雯等采用預处理与 人工湿地结合处理城镇生活污水，稳定运行 8年的检测结果为出水 COD 在 27～68mg/L，可达到城镇污水处理厂污染物排放标准中的一级 A 标准，运行费用在 0.2～0.4 元 /t，经济效益显著。人工湿地 在基金缺乏的农村生活污水的处理上有卓越的环境友好和经济效益，对我国生态文明建设意义重要。

人工湿地主要利用湿地的土壤、植物、微生物三者的物理、化学、生物三种协同作用达到处理污水的效果。其作用机理包括吸附、滞留、过滤、氧化还原、沉淀、微生物分解、转化、和养分吸的作用，是一个综合的生态系统。人工湿地污水处理系统主要由基质、湿地植物和微生物三部分组成。基质的主要作用是为一种载体，起到将污染物吸附和拦截的作用;湿地植物可以利用污水中的N、P等营养物质为自身的生长提供营养;微生物主要是降解污染物的作用。

目前人工湿地在应用中还存在许多问题，例如占地面积大、基质易堵塞、管理不合理等，针对这些方面的问题，国内外的研究已经取得了不错的成果。但气候变化尤其对温度变化的影响依旧没有得到很好的解决。温度的变化可以直接影响人工湿地的处理效果，所以温度变化对人工湿地影响的研究至关重要。

所以，人工湿地易受气温影响，研究表明，当温度高于20℃时，有利于微生物的增殖和生长，并且能够提供高微生物活性，对污染物有强力的吸收和分解的作用。同时，季节的变化导致人工湿地去除效果的变化尤为明显。聂志刚等研究了季节变化对人工湿地的影响，结果表明人工湿地的去除率为夏季>秋季>春季>冬季。主要是因为温度的不同，在冬季低温时，不仅伴随着去除效率的下降，同时还有基质堵塞、床体缺氧等问题，这也是人工湿地在寒冷地区没有推广的重要原因。

（2）国外研究现状

20世纪80年代，人工湿地在世界各国、尤其在欧美开始普及。为了交流和沟通关于人工湿地的设计和运行管理等方面的信息，英国和美国率先构建了相关数据库。英国于1996年建立了人工湿地数据库，共登录了154所人工湿地的相关信息。2000年设立的人工湿地协会开始管理此数据库，主要是处理农村地区生活污水的人工湿地，也包括处理矿产废水、污泥、垃圾填埋场渗出水、工厂废水、路面径流等人工湿地。登录内容主要包括设计与施工参数、运行状况等。至2006年2月，已登录有956所人工湿地。其中有800所人工湿地是处理农村地区生活污水，主要类型是HSSF，占数据库登录数的89%，VF湿地占9%，复合型人工湿地占2%。

人工湿地在欧洲、美洲和澳大利亚等地已有较多处理农村地区污水的实例。据统计，至2004年欧洲有超过5000座湿地系统在运行，主要用于处理农村或小规模的生活污水;美国环保署也推荐使用人工湿地技术处理包括农村生活污水在内的分散型污水;日本的人工湿地主要用于农村地区的河流和湖泊的净化，具有湿地面积小、水力负荷大的特征;对于发展中国家农村地区污水的处理，人丁湿地则被视为最有前途的处理工艺。

Lutterbeck 等 使 用 组 合 人工湿地 处理巴西西南部农村生活污水，该集成系统由厌氧单元、4 个地下 人工湿地 和2 个光电反应器组成。结果显示，原水受污染情况严重，COD、BOD5 和TP 分别为 1074.5 mg/L、903.7 mg/L 和 16.6 mg/L，经处理后上述表征参数大量降低，分别为 15.7 mg/L、4.7 mg/L 和 1.3 mg/L，完全符合巴西和国际的法律要求。Temel 等使用不同类型的组合人工湿地处理生活污水，其中系统 Ӏ 为“厌氧反应器—垂直潜流 人工湿地—水平流 人工湿地”，系统 II 为“厌氧反应器—水平潜流 人工湿地—水平流人工湿地”。实验结果也很乐观：两系统对 COD、BOD、TKN 和 SS 的去除率分 别 为 80 和 78%、81 和 82%、63和 69%、79 和 89%。此外，且可有效清除系统内细菌，去除率分别为94%、93%。国外学者研究 人工湿地 处理性能的同时通常会附加生态毒理学分析，对比系统处理后出水与原水的细胞毒性、基因毒性以及诱变性。体现了水质监测中毒性分析的重要性。这充分考虑处理污水对生态的破坏性，便于对系统的效率进行更广泛的评价，而这是国内研究中欠缺考虑的地方。

（3）发展趋势

目前，人工湿地的污水处理体系在全世界已经获得了普遍的应用。人工湿地最早在国外得到运用并得到了发展，同时在应用过程中伴随着占地面积大、基质堵塞、气候变化等一系列的问题，导致处理的污水出水水质较差，去除污染物的效率显著下降，处理效果变差。针对以上问题的研究在国外取得了不错的进展。

在国际上对于人工湿地污水处理系统的研究，集中于对污染物去除效果的研究和工程技术的应用。虽然在寒冷地区应用人工湿地污水处理系统存在困难，但因为人工湿地有许多优点，如何解决温度带来的影响是一个研究方向。

因此，通过针对耐寒湿地植物的研究，开发一种能克服季节变化的人工湿地处理技术将具有广阔的应用前景。

参考文献

[1]符东，王成端，廖义等.人工湿地净化污水机理的研究现状分析[J].绿色科技，2014（5）：187-190.

[2]冀泽华，冯冲凌，吴晓芙等.人工湿地污水处理系统填料及其净化机理研究进展[J].生态学雜志，201635（8）：2234-2243.

[3]姜廷亮，汪翠萍，刘晓吉等.人工快渗-人工湿地处理农村生活污水[J].水处理技术，2017（8）：87-89.

[4]韩雯雯，滕少香.人工湿地处理中小城镇污水的应用研究[J].山东化工，2017，46（13）：174-175.

[5]周建伟.浅谈人工湿地在河道治理中的应用[J].科技经济导刊，2017（21）：135.

[6]Lutterbeck C，Zerwes FV，Radtke J F，et al.Integratedsystem with constructed wetlands for the treatment of domestic wastewaters generated at a rural property - Evaluation of general parameters ecotoxicity and cytogenetics[J].Ecological Engineering，2018，115（C）：1-8.

[7]Temel F A，AvcE，Ardal Y.Full scale horizontal subsurface flow constructed wetlands to treat domestic wastewater by Juncus acutus and Cortaderia selloana[J].International Journal of Phytoremediation，2018，20（3）：264.

[8]李洪良，邵孝侯，黄鑫等.农田污水灌溉的危害研究进展与解决对策[J].节水灌溉，2007（2）：14-17.

[9]徐小丽.有关我国农村污水的现状和处理对策分析[J].低碳世界，2015（4）：3-4.

[10]贺卫宁，邓征宇.乡镇污水处理技术决策分析及对策[J].中外建筑，2012（2）：98-99.

[11]张立.探讨影响城市污水处理系统的因素及变革[J].群文天地，2010（10）：91-92.

[12]张文磊，姜秀丽，刘金龙等.潜流人工湿地施工技术的应用探讨———以北京未来科技城滨水公园建设工程为例[J].中国水利，2015（2）：29-32.

[13]李子富，吴丰富，姜楠等.人工湿地技术研究进展[J].中国科技成果，2011，12（8）：44-46.

[14]黄垚洇，石雷，张玉瑜.聚丙烯球对表面流人工湿地氮磷时空分布的影响[J].环境科学与技术，2018，42（07）：75-82.

[34]张华，孙盛.我国表面流人工湿地系统对污染物去除效果研究现状[J].广东林业科技，2015，31（4）：121-127.

[15]张晓一，陈盛，查丽娜等.表面流人工湿地和复合型生态浮床处理污水厂尾水的脱氮性能分析[J].环境工程，2019（6）：46-51.

[16]白振光，陈现明，等.人工湿地在山区农村生活污水处理中的应用与工程设计[J].环境工程，2014，32（1）：14-15.

江西省教育厅科技课题：耐寒植物组合人工湿地处理农村生活污水技术开发与研究;课题编号：204415