人工濕地對農田排水凈化效果的研究

王正揚

摘要：大量使用的肥料、殺蟲劑和農田土壤中氮、磷等資源養分的缺乏，導致了這些養分隨著地表徑流、農作物灌溉徑流等而進入湖水、河道，從而造成了巨大的土地與水域富營養化問題。農業非點源污染與點源污染的相對危害性規模較大，存在著重復性、隱藏和潛在性，且不易監控與管理。同時由于農村肥料、殺蟲劑等的大規模使用，和耕地土壤中氮、磷等養分的嚴重缺乏，且控制措施往往因為科技和資金的投入等各方面因素影響而無法實施，因此農業非點源污染已成為中國土地和水域環境污染的一種主要源頭。

關鍵詞：人工濕地;農田排水;凈化效果

由于土壤和水體中富營養化的物質產生機理復雜，處理難度加大，現在還不能構建起經濟高效的生物處理技術。近幾年來，在富營養化水域中采用人工濕地管理科學技術已成為科學研究的熱門話題。由于人工濕地污水處理系統擁有工程造價少、養護運營費用較少以及運營管理技術條件不高等優勢，是在經濟較不發達的鄉村、小城鎮和近郊污水處理中較為經濟合理的選項，所以深入研究人工濕地污水處理技術對當前的生活環境具有很大的現實意義，并正在引起人類更多的重視。人工濕地技術符合富營養水域污染物控制的特點，對遏制中國目前日益嚴重的湖泊、江河等富營養化現象有著重要意義。

1人工濕地對農田排水凈化效果的研究

人工濕地形成的生態系統，都有著自身的污染凈化機理，在湖泊點源與面源污染控制方面有著很好的使用發展前景。從科技應用可能性這一方面考慮，將人工濕地用來解決家庭日常生活城市污水已經很多年，特別是在歐美，人工濕地科技不但能夠用于解決中小城市家庭日常生活城市污水外，在一些地方還常常用作家庭日常生活城市污水的處理設備，也可用于解決城市工業污染。在美國、德意志等先進國家，人工濕地科技己經獲得成功廣泛應用于農村面源的環境污染控制中。但目前，由于大中城市污水廠仍有大量的氮、磷等隨制污染流入環保水域，將城市中生活污水處理方式和人工濕地的城市污水處置技術相結合，在降低氮、磷等濃度的同時，還能夠提高出流水質。

2農村生活污水的基本特征

農業生活污染物，是對農村居民在生產生活和家庭養殖等處理過程中所生成的污染物的統稱。農業生活污水分為廚房炊事污泥（淘米洗菜用水、泔水等）、洗衣、沐浴和衛生間污泥、家庭所養蓄禽糞便、工業廢水等。而與一般城鎮的生活污水比較，城市農業生活污水不論是排放地點分布情況或是排放量規模大小，不論是污染濃度或是資源化需求均存在突出特點。（1）農村人均用水量明顯低于城市。一般而言，農村居民的人均用水量明顯小于城市人群。將城鄉居民生活用水分為城市居民日常用水和"三產"服務性行業使用水。在城市，"三產"服務性行業使用水約占城市居民活用量的百分之三十以上，農民生存水平與城市居民相比是有很大差異的，農村居民生活用水量通常僅為城市居民日常生活用水量的百分之三十以下。（2）農村生活污水排放系數明顯低于城市。對于農業生產來說，生活水在某種意義上就是一項資源。也因此，廚房泔水往往是家禽家畜的好飼料;衛生清潔用水完全可直接倒人周圍耕地，且具有相當的土壤肥力，有抗旱潤地之效。所以，實際需處理的活污泥數量（即排放系數）并不高等。在縣城，活污水排放系數通常為零點八以下，在鄉村通常低于零點五。

3影響植物凈化效果的因素

由于人工濕地工程建在野外，受自然環境的影響很大，因此季節變化對濕地凈化功能的有一定的影響，其影響主要是溫度變化、季節的突變和植物生長對磷的凈化效果。（1）溫度變化對人工濕地凈化的影響。因為濕地的凈化功能大部分是利用濕地微生物來實現，而溫度對于細菌的生長繁衍及其活力都有著很重要的影響。各個季節植被的生長發育情況和新陳代謝活動均有所不同，所以濕地植被吸附和利用有機化合物的能力也存在著明顯差別。楊昌風等人在模擬人工濕地處理污泥的試驗研究中表明當溫度變化在22～32℃范圍內，池杉體系中對氮肥的去除率會隨溫度的上升而增加。（2）氣候突變的影響。天氣致突變對低洼濕植被的危害，主要體現在環境溫度變化對植株的影響。由于植株常年生長在養分豐富、氣溫適中的自然條件下，因此耐寒力相對較弱，氣候突變急劇降溫和強風也會導致寒害。而在同樣的自然環境條件下，截然不同的植株和在相同植株的各個成長階段都顯示了截然不同的耐寒能力，其成因主要是植株的耐寒力和細胞水分有關，而寒害過程也就是原始質脫水的黏稠化的步驟，而植株細菌的耐溫度脫水力量越強就越耐寒。（3）人工濕地對有機物的凈化作用。人工濕地對有機污染具有很大的消除能力。6種底質對有機物消除效率的由高至低的排序是：砂子片>煤塵渣>瓜子片>砂礫>鋼渣>高溫爐渣。對有機污染的消除主要通過好氧快速分解和厭氧狀態分解實現。污水中的有機污染主要包括不溶性有機合成質粒子和可溶性有機質顆粒二個組成部分。通過巨大的植物根部細胞和基質，使不溶性的有機合成質經過在植物基底和根區表面的重力沉降、截留和吸收等作用被分解除去。而可溶有機合成質則經過對植物根部菌膜的吸收、同化和厭氧好氧生物新陳代謝等分解步驟而被溶解除去。植物根際細菌不但可以降解并吸收有機質，同時所產生的酶型也可以降解有機污染物。

4潛流型人工濕地的經濟分析

工程造價與運營收費，是指人們在選用與設計污水處理工藝時需要考慮的問題。美國剖析了三十七個濕地公園污水處理系統的均衡設計造價，當中十九個自由衷面流濕地公園的均衡設計造價為55000美元/hm2，另外十八個潛流型網絡系統的均衡設計造價則為215000美元/hm2。由于需要巨額的巖土供應和填筑經費，所以潛流型網絡系統的均衡設計造價遠較自然表面流網絡系統繞高，但從負荷計算，潛流型網絡系統卻表現出了優勢，潛流網絡系統的均衡設計造價為一百六十三美元/m3，而自然表面流網絡系統則為206美元/m。國內外部分專家預測，潛流式人工濕地污水處理系統的總用地建筑面積約為自由衷面流人工濕地管理系統的十分之一，建設收費一般在130—150萬元/m。

德國科學家首先進行了潛流式人工濕地的研究。早期的潛沉型濕地處理系統大多用來解決城市生活污泥及從二次污泥處理廠出水。但通過將近三十多年研制和發展，該技術現已在英國、新西蘭、法國、澳洲、巴西、荷蘭等多個發達國家進行了應用普及，而部分發達國家也開始采用改技術處理本土的污水處理問題。與此同時使用的范圍電也不斷拓展，除用來處理污水以外，還應用于都市工業廢水、鄉村面源污染物、垃圾滲出液暴雨徑流體等各類工業廢水的處理，并顯示出了優異的凈化效能，

5結語

濕地擁有多種用途與價格。污水凈化也是濕地公園中很關鍵的一種功能，它運用了自然生態環境體系中的物理、化工和生態因素的三重協同作用，依靠篩選、吸收、共沉、離子交換、植物同化，以及微生物分解來達到對污染的有效凈化作用。在中國，對于人工濕地的植物科學研究由于起步相對較晚，對有關濕地公園植物的研究工作還需要不斷加強，特別在對于人工濕地污水處理體系這種特定生境中的植物生理生態演變以及功能機制研究方面，還需各領域專家的交流和協作。

參考文獻：

[1]范加良.城市建設理論研究（電子版），2016.

[2]許俊杰.東南大學學報（自然科學版），2015.