农村水环境治理现状及人工湿地处理技术的可行性分析
来源：武汉森泰环保工程有限公司 阅读：2257 更新时间：2011-05-13 11:00摘要：论述了当前农村水环境污染及治理现状，分析了人工湿地对农村生活污水中各种有机污染物的去除机理及农村人工湿地的建设策略，并从技术、经济、环境三方面分析了利用人工湿地处理农村生活污水的可行性，综合分析可知在农村采用人工湿地工艺处理生活污水是可行的。
关键词：农村水环境；人工湿地；农村生活污水；可行性分析
简述
简要说明目前农村水环境的现状，分析可用的工作，从规模，水量，经济投入，运行管理方面，论述，提出利用人工湿地的可行性。
农村污水是指农村地区居民在生活和生产过程中形成的污水。农村生活污水是指居民生活过程中厕所排放污水、洗浴、洗衣服和厨房污水等。农村生污污水量大面广，2001年，全国农村生活污水排放量约为83.2亿t，生活污水中大量的污染物质加重受纳水体的污染，造成水体水质恶化，特别是污水中含有大量氮、磷，会使水体富营养化，这个问题引起了人们的普遍关注[1]。
1 农村水环境和污水治理现状
1.1农村水环境现状
20世纪80年代以前，我国农村水环境总体状况良好，水污染问题是局部性的。1980年以来，我国农村水环境质量不断恶化，目前农村水环境问题主要表现在：①排污河两岸、污水灌溉农田及地下水污染严重，许多清水河变成了排污河；②乡镇企业布局分散、生产工艺落后，排污种类多、浓度高，往往是一个企业污染了一条小河、一个池塘、一片农村，对农村水环境造成了严重威害；③城郊集约化畜禽养殖场和农村生活排污问题日益突出，大量的粪便就地堆放、污水就地排放，污染了农村内部及周边水环境和卫生环境，使乡村小河、池塘变成了臭水沟、臭水塘；④农业内部化肥和农药的大量使用、流失，已成为农村地下水和大江、大河及湖泊污染的主要原因[2]。
农村水环境状况将面临一个非常严峻的问题，灌溉水污染严重，地下水超采，污染严重，地表水呈不断恶化趋势，逐渐丧失其原有的生态环境功能[1]。
1.2农村污水治理现状
目前，特别是在湖北省中西部农村及乡镇基本没有污水集中处理设施，村民产生的生活污水处理率基本为零，人畜粪便因得不到妥善处理，粪便污染物会随着雨水径流间接排入附近水体，严重污染当地农村的水源环境，这也是导致农村疫病流行的重要因素。据调查，农村周边已很少有3类水质以上水体，一些养殖业比较发达的的乡镇，周边水体甚至为劣5类水体，农村湿地生态系统已遭受严重破坏，丧失了原有水体自净的功能。污染严重的个别地区，农民饮用水的主要水源浅表层地下水也已不同程度的受到污染。农村人口居住分散，规划滞后，农村污水处理工作难度特别大。过去，我们一直把环保工作重点放在大中城市，而忽视了占全国总面积近90%的广大农村。从而致使农村环境问题日益恶化，而水污染环境问题尤为突出，呈现出迅速恶化趋势[2]。
目前农村污水治理工作尚属起步阶段，仍存在许多困难和问题。一是建设资金严重缺乏。农村生活污水治理设施属于公益性项目，需要大量公共财政资金投入，由于各地财政比较困难，加上大部分乡镇经济薄弱，资金投入严重不足，导致治污项目很难开展；二是认识不到位，农村污水治理尚未引起人们的足够重视。所以就湖北省而言，特别需要研究开发建设成本低、处理效果好、运行无费用或低费用、适合分散型处置的处理技术对农村水污染问题进行治理。
1.3农村水污染治理的对策
湖北是水资源相对充足的省份，所以在充分利用水资源的同时也应积极保护水资源，对农村水污染进行治理。在制定水环境保护措施时，结合自身的经济、环境特点，因地制宜地寻找适合湖北省农村水环境治理与保护措施，达到治理和保护农村水环境的目的。
农村水污染治理应着眼于长远，做好村镇建设的规划，目前湖北省农村普遍存在规划滞后、规划不科学等问题。要加强村镇规划工作，将农村污水和生活垃圾处理等作为重要内容纳入其中。因地制宜，采用分散治理和集中治理相结合的方式进行。①对于畜牧业较发达的农村，宜采用沼气处理技术，结合改厕、改厨、改栏，综合处理畜禽粪尿和生活污水；②另外积极推广生活污水湿地处理模式，充分利用农村池塘、水田的自净能力，结合农村景观建设，开展清淤清洁、养鱼养萍行动，恢复和重建湿地生态系统。
2 利用人工湿地治理农村生活污水
2.1 人工湿地污水处理工艺简介
人工湿地是由人工建造和控制运行的与沼泽地类似的地面，将污水、污泥有控制的投配到经人工建造的湿地上，污水与污泥在沿一定方向流动的过程中，主要利用土壤、人工介质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用，对污水、污泥进行处理的一种技术。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、植物遮蔽、残留物积累、蒸腾水分和养分吸收及各类动物的作用。
人工湿地对废水的处理有十分复杂的净化机理，人工湿地运行稳定后，填料表面吸附了许多微生物形成的大量生物膜，植物根系分布于湿地表面，人工湿地依靠物理、化学、生物的协同作用完成污水的净化过程，强化了自然湿地生态系统的去污能力[3]。
2.1.1 人工湿地对SS的去除
污水中可沉降的SS主要依靠湿地系统中物理沉降作用去除。由于湿地水流极其缓慢，水浅，加上植物茎杆的阻挡作用，SS在进水口几米内能有效地去除。实验表明，所有的固体物在系统最初的20%面积处得到去除。胶体状的SS主要依靠微生物的作用、填料渗滤作用去除。
2.1.2 人工湿地对有机物的去除
人工湿地对有机物有着较强的降解能力，污水中不溶有机物通过湿地的沉淀、过滤作用，可以很快地被截留而被微生物利用，而污水中的可溶有机物则可通过植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代谢降解过程被分解去除，因此湿地床对有机物的去除作用是物理的截留沉淀和生物的吸收降解共同作用的结果。反应过程中主要氧源来自水面复氧和植物向根区的过量氧传导。湿地系统对BOD5的去除可达80%以上。有研究表明，污水在湿地床内流动时，污水COD的降解速率会随着迁移距离的延长，呈现逐渐减慢的趋势，关于这一现象还有待研究。
2.1.3 人工湿地对氮的去除
氮是植物生长不可缺少的一种元素，污水中的无机氮通常包括NH3－N和NO3－N，它们均可以被湿地中植物吸收。合成植物蛋白质，最终通过植物的收割从湿地中得到去除。另外，人工湿地中的填料也可通过一些物理和化学的途径如吸收、吸附、过滤、离子交换等去除一部分污水中的氮 。
但是，湿地系统中氮的去除是主要的还是通过湿地中微生物的硝化和反硝化作用。人工湿地中种植的水生物植物的重要功能之一就是将氧气从上部输送至植物根部，从而在植物根区附近形成一个好氧环境，而随着离根系距离的逐渐增大，湿地中依次出现缺氧、厌氧状态。这样的条件有利于硝化菌和反硝化菌的生长。为硝化反应和反硝化反应的进行提供了条件。
2.1.4 人工湿地对磷的去除
污水中磷的存在形态取决于污水中磷的类型。最常见的有磷酸盐、聚磷酸盐和有机磷酸盐等。人工湿地对磷的却除是通过植物的吸收、微生物的去除作用和填料的吸收过滤等几方面的作用共同完成的。
2.2 人工湿地处理农村生活污水的可行性
2.2.1 经济可行性
我国广大农村居住比较分散，农村生活污水具有水量小，不利于生活污水的集中收集和处理，且有机物浓度偏高、日变化系数大等特别。大多数农村地广人稀，经济发展一般，还没有能力在环境治理方面投入较大的资金，需要一种投资相对小，运行稳定，运行费用低的污水处理工艺。目前我国普遍采用二级生化工艺来集中大规模处理居民的生活污水，与之配套的是庞大的管网投资，而建造中小型人工湿地污水处理设施，从一定程度上可以缓解水污染目益增多与资金短缺的矛盾。故人工湿地这种古老的污水处理工艺，将在新时代重新发挥更大的作用[4]。
2.2.2 技术可行性
从 1974 年德国的第一个人工湿地试验开始 ,美国、英国、澳大利亚、捷克共和国等国家相继在此领域进行了大量的研究，均得到了较为满意的效果，出水水质可以达到二级污水排放标准的水质要求。通常情况下，对 COD，BOD5，SS的处理效率均可达到 70 %～90 %；对细菌性污染物的处理效果可以达到 99 %；对 N 的净化效果一般也可达到 50 %；P的净化效果比 N 稍差一些。
与国外相比，我国人工湿地处理废水的研究较晚，最早是在1987 年天津市环保所建成了我国第一个占地 6 hm2、处理规模为 1 400 m3/ d 的芦苇床湿地工程 ,标志着我国人工湿地废水处理系统的应用研究正式开始[5 ]；1990 年 7 月又在深圳建设了白泥坑人工湿地污水处理系统。随后在北京、沈阳、山东潍坊、新疆阿图什等地也相继建造了一批人工湿地废水处理系统，取得了许多重要的试验数据和系统运行参数，为我国人工湿地系统的研究奠定了良好的基础。大量的小试和中试研究结果表明，在我国大部分地区应用人工湿地污水处理技术是可行的[6]。
2.2.3 环境可行性
人工湿地系统能较充分地利用湿地植物以及基质的自然净化能力，并在污水净化过程中促进生物的生长，增加绿化面积，利用人工湿地处理系统处理生活污水的同时，也可以做到美化环境，为市民、游人创造了良好的生态人居环境，取得了显著的社会效益、环境效益和经济效益[7]。
3 人工湿地的建设策略
一要注意采取综合措施，实施综合治理。由于农村水环境问题情况十分复杂，污染源分散、种类繁多，即有点源污染又有面源污染，既有农村内部的问题也有来自工业和城市的问题，而且涉及多个部门和领域，因此农村水环境改善工作必须采取综合措施，综合治理，包括法律制度措施、工程技术措施和个人行动规范措施。在工程技术措施上，要综合采取减少污染源措施（如清洁生产、节约用水）、提高农田及水环境自净能力措施以及人工污水处理措施，仅仅采取人工处理措施是十分有限的，而且在经济上难以承受[8]。
二要充分利用和提高农村地域的自然净化能力。即充分利用农村周边的河流、渠系、池塘、农田和荒地等，开展土地污水处理、污水灌溉，建设氧化塘或自然湿地，构建水循环系统和水生植物与荒地结合的生态净化系统，以及建设生态农业等措施。
4 结语
随着国民经济的发展，农村污染问题日益严重，针对农村人口分布分散和资金短缺情况，采用合理的、行之有效的污水处理技术对农村污水进行处理是可行并且非常必要的。
⑴农村污水COD，BOD5，SS等浓度较低，经过人工湿地处理后，完全可以保证出水达到二级污水排放标准的水质要
求。
⑵农村经济发展一般，还没有能力在环境治理方面投入较大的资金，人工湿地建成后运行费用基本为零，且使用寿命较长，解决了农村因为资金问题而无法投资建设污水处理设施的问题。
⑶人工湿地系统在污水净化的同时增加绿化面积，达到美化环境的目的，为市民、游人创造了良好的生态人居环境。
参考文献：
[1] 席北斗，魏自民，夏训峰.农村生态环境保护与综合治理 [M]. 新时代出版社，2008.
[2]杨继富，李久生，郝桂玲.改善我国农村水环境的总体思路和建议[C].中国水利学会第二届青年科技论文集，2005：8-13.
[3] 王世和.人工湿地污水处理理论与技术 [M]. 科学出版社，2007.
[4]唐晶，吕锡武，吴琦平，吴义锋.生物、生态组合技术处理农村生活污水研究[J].中国给水排水，2008，24（17）：1-4.
[5]高拯民.城市污水土地处理利用设计手册[N] .北京:中国标准出版社,1990. 241-244.
[6]张虎成，俞穆清，贾春明.吉林西部建设人工湿地污水处理系统可行性研究[J].东北师大学报自然科学版，2005，37（1）：99-103.
[7] 汪俊三.植物碎石床人工湿地污水处理技术和我的工程案例 [M]. 北京：中国环境科学出版社，2009.
[8] 尹军，崔玉波.人工湿地污水处理技术 [M]. 北京：化学工业出版社，2006.
