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1、農(nóng)村生活污水和人工濕地概述

1.1 農(nóng)村生活污水特點

與城市生活污水集中排放相比，農(nóng)村在污水排放方面存在較大差異，而這也是應用人工濕地處理技術(shù)時需要注意的事項。與城市相比，我國絕大多數(shù)農(nóng)村區(qū)域的人口密度較低，生活污水排放量較小。同時，農(nóng)村生活污水排放存在明顯的時間特征，絕大多數(shù)生活污水在早、中、晚三個時間段排放，污染物種類單一。目前來看，農(nóng)村生活污水主要含有有機物、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，重金屬等污染物含量較低，污水處理技術(shù)應用要求較為寬泛。

1.2 人工濕地處理技術(shù)的原理

人工濕地處理技術(shù)主要采用過濾、吸附、微生物分解等方式對污水進行處理，從而分離和去除污染物，凈化水體。具體來講，將排放的生活污水引入人工濕地，生活污水將持續(xù)下沉，滲透至人工濕地底部。滲透期間，生活污水經(jīng)過沉淀池、格柵等設施，其中分布的生物群落將對污水中的各類懸浮物進行過濾與降解。污水中的有機物得到吸收和轉(zhuǎn)化，生物分解處理可以有效去除污水中的有機物，將大分子有機化合物分解為小分子化合物。生活污水中的氨氮具有揮發(fā)性，在處理過程中將自我去除。農(nóng)村生活污水處理后，人們可以將其作為中水循環(huán)使用，或是將其排放至周邊河流中。

2、常見的人工濕地處理技術(shù)

現(xiàn)階段，根據(jù)布水方式，人工濕地可以劃分為表面流、垂直流以及水平潛流三種，不同類型系統(tǒng)的污水處理流程存在明顯差異。

2.1 表面流人工濕地

表面流人工濕地的原理是在處理農(nóng)村生活污水時，污水在濕地表面的介質(zhì)層保持流動狀態(tài)，通過表層介質(zhì)、水生類植物根莖、生物膜共同起到的生物降解與吸附轉(zhuǎn)化作用，完成污水凈化處理，如圖1所示。其間將農(nóng)村生活污水引入人工濕地，污水在介質(zhì)層產(chǎn)生浸流現(xiàn)象，緩慢向人工濕地底部滲透。在滲透過程中，污水與基層土質(zhì)、水生類植物、生物膜等產(chǎn)生接觸與各類作用，最終實現(xiàn)污水凈化目的。與其他處理技術(shù)相比，表面流人工濕地處理技術(shù)操作簡單，處理成本較低，前期投入小。但是，這種農(nóng)村生活污水處理方式較為被動，在處理大量污水時有可能出現(xiàn)污水滯留、散發(fā)惡臭氣體的問題，主要適用于污水排放總量較小、排放時間較為規(guī)律的農(nóng)村污水處理工程中。

2.2 垂直流人工濕地

垂直流人工濕地的原理是農(nóng)村生活污水通過濕地表面，以垂直狀態(tài)流經(jīng)濕地介質(zhì)床，處理后的污水從人工濕地底部排出；污水可以排至濕地底部，持續(xù)流向濕地介質(zhì)表層，并在流動過程中被不斷凈化。污水在人工濕地中保持一定的流動速度，基于水生類植物根莖攔截、微生物降解、土壤過濾等多種作用，最終將污染物去除。垂直流人工濕地有很高的應用價值，其處理效率高，污水中氨氮等營養(yǎng)物質(zhì)去除，總體使用成本低。但是，從這項技術(shù)的實際應用情況來看，生活污水處理效果與速度會受到氣候條件、環(huán)境因素的影響，存在不確定性。當前，這項技術(shù)僅在我國部分農(nóng)村區(qū)域得到推廣和普及。

2.3 水平潛流人工濕地

水平潛流人工濕地的原理是將農(nóng)村生活污水由濕地一端引入，在污水流經(jīng)濕地介質(zhì)層時，基于介質(zhì)攔截、生物膜降解等多種處理方式，完成污水凈化處理。人們提前在人工濕地中布置若干基質(zhì)填料床，對床體進行防滲處理。在后續(xù)人工濕地運行過程中，污水將會依次流經(jīng)各處基質(zhì)填料床，這樣即可依次去除污水中的各類污染物，同時預防生活污水滲透、污染周邊水源等問題。但是，在技術(shù)應用過程中，污水處理效果會受到植物運輸作用的影響，若植物運輸與根系攔截效果不佳，則會導致生活污水處理效果變差。因此，在選用水平潛流人工濕地時，人們要根據(jù)現(xiàn)場實際情況，合理設置入水口及出水口的礫石區(qū)，以改善人工濕地系統(tǒng)中間基質(zhì)區(qū)的污水凈化效果，盡量減小植物根系攔截與運輸作用對污水處理的負面影響。

3、人工濕地處理技術(shù)在農(nóng)村污水處理中的應用

3.1 以家庭為單位構(gòu)建人工濕地

在早期人工濕地處理技術(shù)的應用推廣過程中，人們往往選擇在農(nóng)村建設集中式人工濕地，從而進行統(tǒng)一管理。但是，農(nóng)村人口分布不集中，人們需要修建配套生活污水管網(wǎng)工程，將污水引入人工濕地，導致前期投入較高。同時，實際生活污水處理效果與預期往往存在一定出入，這不利于人工濕地處理技術(shù)的推廣。因此，一般應選擇以家庭為單位，在農(nóng)村建設若干小型人工濕地，將人工濕地的前期建設和運行成本控制在合理范圍內(nèi)。農(nóng)村生活污水具有污染物濃度低的特征，隨著污水處理量的減小，污水凈化效果變得更好。調(diào)查結(jié)果顯示，小型人工濕地可以有效去除農(nóng)村生活污水的化學需氧量和磷元素。但是，農(nóng)村居民需要承擔部分前期投入成本，部分居民出于成本考慮，不愿意建設家庭式人工濕地。因此，地方政府可向農(nóng)村居民提供一定的資金扶持，但需要對專項資金流向進行跟蹤管理，禁止資金挪用。

3.2 科學控制影響人工濕地處理效果的各種因素

人工濕地運行期間存在諸多不確定因素，在部分情況下，生活污水處理效率可能偏低，無法滿足實際污水處理需求和系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)要求，同時它可能轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌奈廴驹?。例如，表面流人工濕地處理大量污水時，有可能出現(xiàn)污水滯留、散發(fā)惡臭氣體等問題。因此，人們要做好濕地基質(zhì)選材工作，綜合分析處理成本、污水處理效率等指標，配置具有良好綜合處理性能的基質(zhì)。以砂礫、爐灰為例，在使用砂礫作為基質(zhì)時，生活污水總磷去除率為4%左右，而在使用爐灰作為基質(zhì)時，生活污水總磷去除率可以提高至45%左右。系統(tǒng)設計環(huán)節(jié)，人們應根據(jù)微生物生長需要的環(huán)境來營造濕地溫度、氧氣濃度等指標，以便有效發(fā)揮微生物處理的作用。

3.3 多種人工濕地處理技術(shù)并用

人工濕地處理技術(shù)主要有三種，它們都具有明顯的優(yōu)缺勢。若采用單一技術(shù)，則往往存在應用局限與技術(shù)屏障。因此，技術(shù)選擇環(huán)節(jié)，管理人員要根據(jù)實際情況，對多項處理技術(shù)進行并用，以突破技術(shù)屏障。例如，人工濕地可以配置厭氧反應器，對農(nóng)村生活污水中的可溶性固體物進行過濾處理。