基于农业面源污染的人工湿地构建与应用

于继强 吴华德 邱瑀

摘 要：概述九溪河流域水质现状及污染源构成情况，并基于人工湿地技术净化机理、人工湿地治理农业面源污染应用进展，设计人工湿地工艺。以期构建治理九溪河流域生活污水与农村径流面源污染的人工湿地系统，为人工湿地技术在治理农业面源污染的应用与研究提供参考。

关键词：农业面源;人工湿地;污染治理;构建

1 九溪河概况

九溪河源于云南省玉溪市江川区猷头山，长约22.5千米，宽9.8～22米，平均坡度10‰，径流面积约149平方公里，是东风水库入库河流之一，九溪河流域也是保护东风水库水资源的重要区域。

2 九溪河流域污染现状

2.1 九溪河水质现状

水质监测结果表明，2016年九溪河水质为Ⅳ类，CODcr、BOD5、总氮是九溪河主要的超标污染物，有机污染已成为其水污染的主要特征。而農村和农业非点源污染如人畜粪便、生活污水、农田地表径流等是该流域水污染最直接和最主要的因素之一。

2.2 污染源解析

九溪河流域污染源排放污染负荷计算结果表明，服务业和生活污水排放大量COD;BOD5主要来自生活污水及人畜粪便;氨氮主要在人畜粪便中产生;总氮、总磷污染主要由化肥的流失造成;而面源是五种污染物的主要污染源。

3 人工湿地技术在治理农业面源污染的应用

3.1 人工湿地对污水的净化机理

人工湿地系统是一种人工模仿自然湿地功能构建的水处理生态系统，一般由人工基质及生长的水生植物组成。人工湿地技术对污水的净化主要是由系统内的植物、微生物及土壤通过物理、化学及生物的综合作用来实现的。污水中的悬浮颗粒物被植物根系及基质拦截、吸附从而去除。

人工湿地系统去除有机污染物主要有两种方法：一是可溶性有机污染物被植物根系及基质上附着的生物膜吸附、吸收;二是不溶性的有机污染物被基质或植物通过机械阻留作用捕获，并可部分被微生物降解。

人工湿地系统对氮的去除主要依赖微生物的氨化、硝化及反硝化作用，通过以上过程最终将氮变成气态氮从污水中去除。氮的去除过程需要湿地系统内存在大量的氨化菌、硝化菌、反硝化菌，还要求有适宜的湿地土壤环境条件[1]。此外，还可以通过植物的吸收与吸附、基质的吸附与离子交换作用来去除氮。

对磷的去除主要通过基质的吸附，化学作用，植物和藻类吸收和同化，微生物的转化和吸收等来实现。其中，基质对磷的吸附被认为是最有效的去除方式[2]，而化学吸附是基质吸附磷的主要途径，可溶性磷通过与基质中的Ca、Al、Fe、Mn及其氧化物进行配位体交换而吸附、络合和沉淀，生成难溶性物质而去除。

3.2 我国人工湿地治理面源污染的应用

我国人工湿地的研究开始于20世纪五六十年代对于污水生物处理的研究，“七五”期间开展了多方面的人工湿地研究。1990年，国家环境保护总局华南环境科学研究所和深圳东深供水局在深圳建成了中国第一个人工湿地示范项目：白泥坑人工湿地[3]。近年来，人工湿地技术逐渐发展和成熟，并被广泛应用于非点源污染治理中。田猛等[4]基于人工湿地和快速渗滤机理，发明了人工湿地透水坝技术，且将其应用于太湖流域农业面源污染控制。杨扬等[5]在云南大理洱海使用的植物碎石床人工湿地和湖滨带湿地技术，对减少地表径流和农业排水中的有机质、氮和磷负荷方面具有较好的效果。

4 湿地构建

河尾湿地位于九溪河下游，主要作用是净化河口村生活污水与村庄径流面源污染，成为九溪河河水入库前的最后一道屏障，以确保饮用水源地东风水库的水质安全。

湿地综合考虑进水水质情况、处理负荷、现场占地面积、项目投资、污染物的处理效果等因素，选用：预处理+潜流人工湿地+表流人工湿地的组合工艺。其中预处理系统包括沉砂滞留池和挺水植物区，起到沉积泥沙，拦截悬浮物，去除部分污染物的作用;垂直流人工湿地进行好氧过滤，硝化和降解有机物;水平流人工湿地用于深层过滤，反硝化和有机物降解。

垂直流人工湿地基质选择条件包括：（1）充分考虑基质对氮和磷的强化吸附能力，选择具有强去污力的基质：（2）选择渗透系数高且孔隙度大的基质，以减少湿地堵塞现象的发生，保证湿地正常运行;（3）选择价格低廉、安全无毒的基质，以降低人工湿地成本。

湿地植物的选择应考虑：（1）优选适应性强，成本低，易于管理的本土植物（2）选择耐污能力强、净化能力强的植物;（3）选择对病虫害具有较强抗性，且耐盐、耐高温、耐寒性强的湿地植物，确保植物生长稳定;（4）选择具有一定景观价值，经济价值和综合利用价值的植物[6]。

湿地景观旨在展示村庄的民俗风情，并为周边居民提供休闲和娱乐的场所。建立亲水平台，满足游客亲水和戏水的需求;滨水空间以自然式护岸为主，使水体和绿地融为一体，丰富了水系景观;岸线的设计通过亲水平台、栈桥、卵石滩、景石、植物等元素来实现，以美化岸线景观，并提供亲水空间。

5 结语

作为一种自然生物处理方法，人工湿地处理工艺已被证明是治理农业面源污染的一种有效手段，不仅具有较好的水质净化效果，而且具有较好的生态经济效益，在国内外越来越得到普遍关注和广泛应用。为了提高污水中污染物的处理效率，有必要进一步研究人工湿地技术的原理以及材料、工艺参数的选择。并针对不同自然条件、人文特点及水体污染情况完善人工湿地的优化设计，以促进人工湿地技术在农业面源污染控制方面的应用实践。

参考文献：

[1]张政.付融冰.顾国维等.人工湿地脱氮途径及其影响因素分析[J]. 生态环境学报， 2006，15（6）：1385-1390.

[2]陈秀荣.周琪.人工湿地脱氮除磷特性研究[J]. 环境污染与防治， 2005， 27（7）：526-529.

[3]周奔.人工湿地系统在我国污水处理中的应用以及发展前景[J]. 科技资讯， 2007， （5）： 122-123.

[4]田猛， 张永春. 用于控制太湖流域农村面源污染的透水坝技术试验研究[J]. 环境科学学报， 2006， 26（10）：1665-1670.