人工湿地在农村生活污水处理中的应用

分析了人工湿地的处理效果及影响因素，提出了人工湿地在农村生活污水处理中的应用优势。关键词：人工湿地；农村生活污水；处理；运行管理中图分类号：X703 文献标志码：B 文章编号:1009-7767（2019）02-0199-04Application of Constructed Wetland in Rural Domestic Sewage TreatmentLiu Haiyu, Wang Xin, Bai Kang1人工湿地的定义、类型及净化机理人工湿地和垂直流人工湿地通常用于废水的二次处

1.1人工湿地的定义人工湿地是由人工建造和控制运行的与沼泽地

理。用于处理筛选的原废水的垂直流人工湿地也已被

引入并成功应用。此外，法国垂直流人工湿地在单一 系统中提供综合污泥和废水处理，因为不需要对废水

类似的地面，由土壤和填料组成填料床，并在床体表面 种植具有处理性能好、成活率高、抗水性强、生长周期

进行初级处理，因此节省了建设成本。长、美观等特点且具有经济价值的水生植物。将污水、 污泥有控制地投配到人工湿地上，污水与污泥在沿一定 方向流动的过程中，主要利用填料、植物、微生物的协

各种人工湿地见图1〜5,其特点见表1。同作用，去除废水中的污染物，以达到对污水、污泥进 行处理的目的。1.2人工湿地的组成、类型及流态人工湿地一般由5部分组成：1）具有各种透水性的 基质;2）适于在饱和水和厌氧基质中生长的植物;3）水 体;4）微生物种群;5）构筑物。人工湿地按污水在基质中的流动方式可分为以下 几种类型：表面流人工湿地（FWS-CW）、水平潜流人工 湿地（H F-CW）、垂直流人工湿地（VF-CW）、组合式人

工湿地（C-CW）。表面流人工湿地中的污水在湿地土壤 表层流动，水深较浅（一般为0.1〜0.6 m）,是植被茂密

的单元。水平潜流人工湿地中的污水在湿地床的表面 下流动，一方面可以充分利用填料表面生长的生物膜、

丰富的植物根系及填料截留等作用，提高处理效果和

处理能力，另一方面由于水在地表下流动，保温性好， 处理效果受气温影响较小,卫生条件较好，是目前国际

上研究和应用较广的一种湿地类型，但投资比表面流

人工湿地略高。为了防止多孔过滤材料堵塞，水平潜流

图2水平潜流人工湿地（HF-CW）2019异第2期（3心第37卷彳苯仪* 199S：环境保护工程Environmental Protection Engineering表1各种类型人工湿地的特点类型特点1. 废水水平流过沙子或砾石，水位保持在表面

下方；水平潜流

2. 由于水饱和条件，主要发生厌氧降解过程；3. 需要有效的初级处理来去除颗粒物质以防止

过滤器堵塞；人工湿地4. 使用挺水植物（大型植物）；5. 用于二级或三级处理1. 废水间歇性地装载并垂直渗透过滤器；2. 在两次加载之间，空气重新进入孔隙并使过垂直流人滤器通气，从而主要发生好氧降解过程；图3垂直流人工湿地（VF-CW）工湿地 3.需要有效的初级处理来去除颗粒物质以防止过滤器堵塞；4.使用挺水植物（大型植物）1. 垂直流人工湿地用于处理过滤废水；法国垂直 流人工湿地2. 湿地的两个阶段串联和并行运行；3. —步完成污泥和废水处理；4. 不需要初级处理单元1. 外观类似于天然湿地；2. 需要大的表面积，通常是轻载；表面流人

3.可以使用各种植物属，如挺水植物香蒲、芦浮植物Eichomia（水葫芦）、浮萍等；工湿地 苇、Sc草等;沉水植物Potamogeon、Elodea等；漂

图4 法国垂直流人工湿地第1阶段4.主要用于三级处理主要取决于所选择的基质类型；生化反应主要指微生 物在好氧、兼氧及厌氧状态下通过开环、断键分解成简

单分子、小分子等，从而实现对污染物的降解和去除。 其中构成人工湿地的4个基本要素都具有单独的污

水净化能力，尤其是人工湿地中的微生物在污水净化

过程中起到了极其重要的作用。1） 有机物：人工湿地中微生物的活动是污水中有

机物降解的基础机制。植物根系将氧气输送到根区，形 成根表面的氧化状态，污水中的大部分有机物在这一

图5法国垂直流人工湿地第2阶段区域被好氧微生物分解成二氧化碳和水。在根部的还 原状态区域，则是经过厌氧细菌的发酵作用将有机物

1.3人工湿地的净化机理用于污水处理的人工湿地主要通过填料、植物和

分解成二氧化碳和甲烷释放。这样就形成了连续的好

氧、缺氧和厌氧环境。2） SS：SS主要依靠物理拦截、沉降和过滤作用去除。微生物的协同作用来实现对污水的净化。包括物理作 用、化学反应及生化反应，其中物理作用主要指过滤、

3） 氮：氮通过作物-土壤的同化、吸附、氨的挥发、

沉积作用，污水进入湿地后，经过基质层及密集的植 物茎叶和根系，可以过滤、截留污水中的悬浮物，使其

硝化-反硝化等过程得到去除。人工湿地的脱氮机理主 要是生物硝化-反硝化，植物吸收的氮占去除总氮的比

进一步沉积在基质中;化学反应主要指化学沉淀、吸附、 例 <10%。4） 磷：磷主要通过植物吸收及填料的物理化学作

离子交换、拮抗和氧化还原反应等，化学反应的发生

200 彳苯技水 2019 No.2 (Mar.) Vol.37环境保护工程HEnvironmental Protection Engineering用（土壤的吸附、络合及与Ca、Al、Fe和土壤颗粒的沉 6）既能净化污水又能美化环境，形成良好的生态

淀反应）去除。环境。1.4人工湿地处理生活污水的特点2农村生活污水的现状1） 能保持全年较高的水力负荷。岀水BOD5、SS、大 1） 村镇数量多、处理设施少。肠菌群可优于生物处理出水，除磷能力较强，采用多级

我国村镇数量非常多，截至2016年，我国村庄数 人工湿地具有相当的脱氮能力，对污水中的重金属及

量261.7万个，建制镇数量2.09万个，建制镇供水达

难降解有机物也有较强的净化能力。106.5亿亦曲。其中有生活污水处理设施的建制镇占 2） 处理效果稳定、有效、可靠，服务年限长，冬季能

28%,有生活污水处理设施的村庄占20%,除了上海、

连续运行。江苏、浙江、山东等经济较发达地区外，其余地区生活 3） 不需要复杂的构筑物，易于建设,基建投资一般

污水处理设施数量极少冋。为生物处理的1/3〜1/4。2） 污水总量大、水质水量差别大。4） 能耗省，运行费为生物处理的1/5〜1/6。我国农村人口巨大，村镇户籍总人口 9.58亿人⑴, 5） 运行操作简便，设备少，便于维护，可实现无人

导致农村整体污水量比较大。不同地区农村参考用水

值守。量见表20表2不同地区农村参考用水量冋

U（人・d）类型东北东南华北西北西南华南经济条件好，有独立淋浴、水冲厕所、洗衣机、旅游区80 〜13590〜200100〜14575 〜14080〜160100〜180经济条件好，有独立厨房和淋浴设施40〜9080 〜10040〜8050〜9060〜12060〜120经济条件一般，有简单卫生设施40〜7060~9030〜5030〜6040〜8050〜80无水冲厕所和淋浴设施，水井较远需自挑水20〜4040〜7020〜4020 〜3520〜5040〜60农村生活污水水质对水环境的影响也不容忽视， 和规定的去向，排向室外的污水或在街道上漫流，或沿

村镇污水氮负荷总量已超过城市，经济条件的高低，是 排水明沟流到低洼处、沟塘水库及流域。否养殖畜禽、种植农作物等生活习惯，房屋内是否有水

5） 有机物质量浓度高、排放不均匀。农村生活污水

冲厕所、淋浴等排水设施，地理位置是否靠近旅游景 排放量一般较少，有机物质量浓度相对偏高，生活污 区等因素，导致不同地区的污水水质、水量差别很大。水的排放为不均匀排放，日变化系数大（一般在3.0~

农村生活污水大部分存在明显的有机污染特征。 5.0之间）,有时是随意的，瞬间变化大。尤其是村前、屋后的河塘沟渠水质污染最为严重。究其

6） 处理简单,处理效率低。原因：一是农村生活污水、生活垃圾、人畜粪便等管理 3.2农村生活污水处理模式不善,生活污水未经处理随便排放，农作物秸秆随意焚 1） 散户分散处理模式：即将单户或几户住户的污

烧、遗弃，蔬菜残枝烂叶随地堆放，随着地表径流排入

水就近处理，通常采用小型污水处理设备或自然处理

河道，严重污染乡村河道水质；二是农村河道淤积严 等形式。重，淤泥待清理；三是畜禽养殖废水随便排放，加剧了 2） 村落集中处理模式：即将村落内所有住户产生

水体的富营养化；四是化肥农药用量居高不下。的污水进行收集，集中到村污水处理站统一处理，通常 3农村生活污水的特点及处理模式根据污水处理要求采用生物与生态组合工艺等形式。3.1农村生活污水的特点3） 纳入城镇排水管网：主要是城镇近郊区的村庄，

1） 面广、分散。村庄分散的地理分布特征造成污水 通过管网将污水输送至城镇污水处理厂统一处理。分散，难于收集。4人工湿地的处理效果及影响因素2） 来源多。除了来自人粪便、厨房产生的污水外，

4.1人工湿地的去除效果（见表3） 还有家庭清洁、生活垃圾堆放渗滤而产生的污水。4.2人工湿地处理效果的影响因素3） 增长快。随着农民生活水平的提高以及农村生

4. 2.1季节性变化对处理效果的影响活方式的改变，生活污水的产生量也随之增长。试验资料表明，人工湿地冬季对SS的去除率略低 4） 随意排放。农村生活污水缺少配套的排水管网

于夏、秋两季，但差距不大。这是因为湿地系统对SS的2019异第2期（3 H）第37卷彳苯綾水201U环境保护工程Environmental Protection Engineering表3人工湿地的典型去除效率0参数水平潜流人工湿地垂直流人工湿地法国垂直流人工湿地表面流人工湿地处理步骤（主要应用）二级二级初混和二级三级总悬浮固体>80%>90%>90%>80%有机物质需求（以氧气计）>80%>90%>90%>80%氨氮20 %〜30 %>90%>90%>80%总氮30 %〜50 %<20%<20%30 %〜50 %总磷（长期）10 %〜20 %10 %〜20 %10 %〜20 %10 %〜20 %大肠菌群2 logio2〜4 log］。1 〜3 logio1 logio去除率仅与SS的存在状态及湿地的填料特性有关， 形成动态平衡，植物的生长紧随季节发生周期性变化, 受季节变化影响较小。此时系统的处理效果得以充分发挥，运行稳定。当停留时间为1〜5d时,COD的去除率冬季比夏 处理农村生活污水的人工湿地从启动到稳定运行

季低10 %左右，但随着停留时间的延长，二者的去除 一般需要1〜2年时间。率又趋于一致。5.2日常运行管理季节变化对NH/-N的去除率影响很大（冬季较夏 人工湿地日常运行管理主要注意以下几个方面：季降低30%〜40%）,主要是由于温度下降影响了硝化 1） 植物栽种初期的管理主要是保证其成活率。植

细菌和亚硝化细菌的活性，同时影响了植物对NH/-N

物栽种最好在春季,植物容易成活。如在冬季栽种则应

的吸收和对湿地的供氧。做好防冻措施，如在夏季栽种则应做好遮阳防晒措施。 夏、冬季对TP的去除率比较接近，冬季稍有下降， 总之要根据实际情况采取措施确保栽种的植物能成活。这与湿地系统的除磷机理有关。2） 控水。植物栽种初期为了使植物的根扎得比较

4. 2.2 土壤孔隙堵塞对处理效果的影响深，需要通过控制湿地的水位促使植物根茎向下生长。适度的土壤孔隙堵塞可以扩大人工湿地内部的 3） 做好日常护理防止其他杂草滋生，及时清除枯

非饱和流动区域，提高处理效果，但过度的土壤孔隙 枝落叶防止其腐烂污染。堵塞将使污水难以通过土壤层，堵塞后前一个周期的 4） 暴风雨后,植物发生歪倒，要及时扶培，排除积水。进水尚未完全流出，后一个周期已开始进水，从而阻碍

5） 对不耐寒的植物在冬季来临之前要做好防冻措

了空气中的氧气向填料层扩散，系统处理效果下降。施或及时收割掉，降低负荷。针对物理因素引起的土壤孔隙堵塞问题，宜采用 6结语团粒结构好、具有较大孔隙率的壤性土作为填充介质，

农村生活污水处理需要推广使用无需专人管理、 还应对预处理工艺的选择进行重点考虑。对于SS、有 简单持续运行的技术，处理后的水质满足农田灌溉需

机物含量高的污水，可采用厌氧生物滤池、酸化水解 要，探求实现“零排放”的可行性。人工湿地必然是处理 池、斜管沉淀池等强化一级处理工艺。农村生活污水最适宜的技术。Ba有3种方法可预防土壤生物堵塞：1）间歇投配；

2）曝气充氧;3）施用微生物抑制剂或溶菌剂。参考文献：5人工湿地的运行管理[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部.2016年城乡建设统计

5.1初期启动公报[EB/OL], （2017-08-18）[2018-09-26], http：//www.mohurd.

在启动初期的不稳定阶段，水生植物栽种后必须 gov.cn/xytj/tjzljsxytjgb/tjxxtjgb/201708/t20170818_232983.html.立即充水。并将湿地内水位控制在填料面层以下25 cm

[2] 杭世君.村镇污水处理问题分析与思考[DB/OL]. （2018-06-21）

左右处。按设计流量运行1个月后，再将湿地内水位 [2018-09-26]. http ：//huanbao.bjx.com.cn/news/20180919/928982. shtml.降至填料面层以下50 cm处，促进水生植物根系向填

[3] 陈梅雪.农村污水处理关键问题[DB/OL], （2018-04-13）[2018-

料床深部生长。根据观测,待植物根系生长达到要求后， 09-26]. http: //www.h2o-china.com/news/273487.html.将湿地内水位调节至填料面层下10 cm处，即进入正

收稿日期:2018-09-28常稳定运行阶段。人工湿地在稳定运行阶段系统内部

作者简介：刘海玉，女，高级工程师，学士，主要从事水环境治理工作。202 彳找枝* 2019No.2(Mar.) Vol.37