人工湿地在处理农村污水中的应用

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人工湿地在处理农村污水中的应用
作者:王芳李进
来源:《消费导刊·理论版》2009年第19期
[摘要]人工湿地是由基质、植物、微生物和水体组成污水处理生态系统。

农村污水已经是我国非点源污染的重要组成部分。

本文简要归纳人工湿地的特征,综述人工湿地技术处理农村污水的机理,包括对一些有机物污染物,氮,磷等的去除。

[关键词]人工湿地农村污水污染物的去除
人工湿地污水处理技术,是利用人工水生态系统内土壤、植物和微生物等物理、化学、生物三重协同作用来去除或削减水中污染物的方法。

我国农村每年产生的生活污水约80多亿t,污水量还在不断增加,而80%以上的村庄没有有效的污水处理设施,往往将污水随意地排入周围的水系之中,造成地表和地下水源的严重污染,农村污水已经是我国非点源污染的重要组成部分[1]。

近年来,国家对“三农”问题的重视程度不断提高,提出了建设生态文明式的新型农村的要求,并将农村生活污水处理作为新农村建设的一项重要内容。

人工湿地系统作为一种投资少、工艺简单、能耗低、维护简单方便的农业面源污染控制系统,对于我国农村是适合的,它不仅可以有效地去除氮磷污染物,还为各种生物提供了良好的栖息地。

湿地内的植物收获后还可获得一定的经济效益。

在我国广大农村地区具有良好的应用前景。

一、人工湿地处理农村污水的技术
(一)人工湿地去除污染物的机理
污水中的不溶性有机物通过湿地的沉淀、过滤作用,可以很快地被截留进而被微生物利用;污水中可溶性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而被分解去除。

随着处理程度的进行,湿地床中的微生物也繁殖生长,通过对湿地床填料的定期更换及对湿地植物的收割而将新生的有机体从系统中去除[2]。

人工湿地在气温比较低的丹麦、加拿大、韩国、美国等国家被用来处理农村生活污水,都取得了比较好的运行效果[2-3]。

(二)人工湿地处理污水技术
人工湿地分为潜流和表面流二种形式。

潜流式人工湿地因水流在底面流动更容易适应寒冷气候,适合在北方地区运行。

在北方地区运行的湿地,必须考虑冬季降温导致植物死亡和微生物
失活而使人工湿地运行效率降低的问题。

在冬季,人工湿地对BOD、COD、TSS等的去除率与温度高的夏季接近[4]。

对N、P有机物的去除效果要低于其他季节[4-5]。

N、P有机物的去除是人工湿地在北方低温季节能否高效运行的关键。

考虑冬季气温降低导致人工湿地系统活性降低对N、P有机物去除率等因素,许多研究者都对传统的人工湿地技术进行了一定的改进比较。

比较常用的是在处理系统前增加预处理措施,如增加化粪池、浮动生物床等,也有的在系统中增加曝气以提高溶解氧度[6]。

北方地区进入冬季后气温很低,为使湿地能正常运行,须对人工湿地进行保温。

常用的保温包括覆盖冰雪、稻草、麦杆、PVC透气薄膜、收割湿地植物、炭化后的芦苇屑等措施[7-8]。

在有条件的农村地区也可以建造封闭式的人工湿地处理系统。

湿地植物对N、P物质的吸收,在整个人工湿地处理系统中起着重要的作用。

选择植物时,应该选择与当地条件相适应、繁殖性能强、氧气转输能力好的抗寒性植物[9]。

二、人工湿地处理农村污水的应用研究
(一)人工湿地处理生活污水的机理
人工湿地是模拟自然湿地的人工生态系统,在一定长宽比和底面坡度的洼地上用土壤和填料(如砾石等)混合组成填料床,并有选择性地在床体表面植入植物,从而形成一个独特的动植物生态体系。

当污水在床体的填料缝隙中流动或在床体表面流动时,经砂石、土壤过滤,植物富集吸收,植物根际微生物活动等多种作用,其中的污染物质和营养物质被系统吸收、转化或分解,从而使水质得到净化[10-11]。

(二)有机物去除
人工湿地对有机物有较强的去除能力。

不溶性有机物通过湿地的沉淀、过滤可以很快从污水中被截留下来,让微生物和原生动物及后生动物加以利用;可溶性有机物则通过生物膜的吸附及微生物的代谢过程被去除。

人工湿地成熟后填料表面和植物根部生长了大量的微生物并形成生物膜,污水流经时悬浮颗粒物被填料及根系阻挡截留,有机物则通过生物膜的吸附及同化作用而被去除[12]。

(三)湿地脱氮
人工湿地作为一个生态污水处理系统,具有较强的脱氮能力,脱氮机理主要是植物和其他生物体的吸收、氨化作用、硝化和反硝化作用以及氨气挥发、铵离子交换(或填料吸附)[12-13]。

其中,硝化和反硝化作用是人工湿地污水处理中氮去除的主要机理。

(四)湿地除磷
人工湿地污水中磷的去除是依靠填料和湿地中沉积物的吸附、微生物和植物的吸收、气态磷的挥发等来实现的。

其中,填料和沉积物的吸附是人工湿地磷去除的主要方式,当填料对磷的吸附趋于饱和后,湿地对磷的去除效率明显下降[14-15]。

(五)人工湿地的植物选择
湿地植物作为人工湿地系统的核心部分,其选择直接影响污水的处理效果[16]。

湿地植物选择应遵循以下原则[17-18]:(1)生命力和生长势强;(2)耐污染能力强;(3)生长周期长,植物可适应季节的变化;(4)安全性好,对当地的生态环境不会构成隐患和威胁;(5)经济价值、文化价值和景观价值较高。

如:结合人工湿地植物选择原则,筛选出适合西部农村地区的湿地植物种类,如表1所示。

结语
(一)我国对农村污水处理进行了一系列的规划,但因起步晚,与国外相比,目前各种法律和法规还不够健全。

有关政府部门应加快建立健全相关标准及技术措施,加大农村污水处理的力度,加强农村污水的宏观管理。

(二)人工湿地系统除具有净化污水、绿化环境的作用外,还有较大的生物产量,这些产出都可变为有用的资源,如污泥用于生产有机肥料或营养土供园林使用,沼气作生产生活的燃料,植物作工业原料出售等。

(三)人工湿地植物床、塘系统,可为野生动植物提供良好的栖息地,有利于保护物种多样性,构建人与自然和谐发展的新农村。

(四)人工湿地能有效解决农村地区生活污水引起的面源污染问题,还能改善农村居民的生态观念、美化环境,实现人和自然和谐共处。

参考文献
[1]郑安。

农村污水处理亟待重视[J]中华建设,2007(9):11-12
[2]李亚峰,刘佳,王晓东,等。

垂直流人工湿地在寒冷地区的应用[J]沈阳建筑大学学报:自然科学版,2006,22(2):281-284
[3]雒维国,王世和,黄娟,等。

潜流型人工湿地低温域脱氮效果研究[J]中国给水排
水,2005,21(8):37-40
[4]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,2006:185-194。