人工湿地对农田排水净化效果的研究

王正扬

摘要：大量使用的肥料、杀虫剂和农田土壤中氮、磷等资源养分的缺乏，导致了这些养分随着地表径流、农作物灌溉径流等而进入湖水、河道，从而造成了巨大的土地与水域富营养化问题。农业非点源污染与点源污染的相对危害性规模较大，存在着重复性、隐藏和潜在性，且不易监控与管理。同时由于农村肥料、杀虫剂等的大规模使用，和耕地土壤中氮、磷等养分的严重缺乏，且控制措施往往因为科技和资金的投入等各方面因素影响而无法实施，因此农业非点源污染已成为中国土地和水域环境污染的一种主要源头。

关键词：人工湿地;农田排水;净化效果

由于土壤和水体中富营养化的物质产生机理复杂，处理难度加大，现在还不能构建起经济高效的生物处理技术。近几年来，在富营养化水域中采用人工湿地管理科学技术已成为科学研究的热门话题。由于人工湿地污水处理系统拥有工程造价少、养护运营费用较少以及运营管理技术条件不高等优势，是在经济较不发达的乡村、小城镇和近郊污水处理中较为经济合理的选项，所以深入研究人工湿地污水处理技术对当前的生活环境具有很大的现实意义，并正在引起人类更多的重视。人工湿地技术符合富营养水域污染物控制的特点，对遏制中国目前日益严重的湖泊、江河等富营养化现象有着重要意义。

1人工湿地对农田排水净化效果的研究

人工湿地形成的生态系统，都有着自身的污染净化机理，在湖泊点源与面源污染控制方面有着很好的使用发展前景。从科技应用可能性这一方面考虑，将人工湿地用来解决家庭日常生活城市污水已经很多年，特别是在欧美，人工湿地科技不但能够用于解决中小城市家庭日常生活城市污水外，在一些地方还常常用作家庭日常生活城市污水的处理设备，也可用于解决城市工业污染。在美国、德意志等先进国家，人工湿地科技己经获得成功广泛应用于农村面源的环境污染控制中。但目前，由于大中城市污水厂仍有大量的氮、磷等随制污染流入环保水域，将城市中生活污水处理方式和人工湿地的城市污水处置技术相结合，在降低氮、磷等浓度的同时，还能够提高出流水质。

2农村生活污水的基本特征

农业生活污染物，是对农村居民在生产生活和家庭养殖等处理过程中所生成的污染物的统称。农业生活污水分为厨房炊事污泥（淘米洗菜用水、泔水等）、洗衣、沐浴和卫生间污泥、家庭所养蓄禽粪便、工业废水等。而与一般城镇的生活污水比较，城市农业生活污水不论是排放地点分布情况或是排放量规模大小，不论是污染浓度或是资源化需求均存在突出特点。（1）农村人均用水量明显低于城市。一般而言，农村居民的人均用水量明显小于城市人群。将城乡居民生活用水分为城市居民日常用水和"三产"服务性行业使用水。在城市，"三产"服务性行业使用水约占城市居民活用量的百分之三十以上，农民生存水平与城市居民相比是有很大差异的，农村居民生活用水量通常仅为城市居民日常生活用水量的百分之三十以下。（2）农村生活污水排放系数明显低于城市。对于农业生产来说，生活水在某种意义上就是一项资源。也因此，厨房泔水往往是家禽家畜的好饲料;卫生清洁用水完全可直接倒人周围耕地，且具有相当的土壤肥力，有抗旱润地之效。所以，实际需处理的活污泥数量（即排放系数）并不高等。在县城，活污水排放系数通常为零点八以下，在乡村通常低于零点五。

3影响植物净化效果的因素

由于人工湿地工程建在野外，受自然环境的影响很大，因此季节变化对湿地净化功能的有一定的影响，其影响主要是温度变化、季节的突变和植物生长对磷的净化效果。（1）温度变化对人工湿地净化的影响。因为湿地的净化功能大部分是利用湿地微生物来实现，而温度对于细菌的生长繁衍及其活力都有着很重要的影响。各个季节植被的生长发育情况和新陈代谢活动均有所不同，所以湿地植被吸附和利用有机化合物的能力也存在着明显差别。杨昌风等人在模拟人工湿地处理污泥的试验研究中表明当温度变化在22～32℃范围内，池杉体系中对氮肥的去除率会随温度的上升而增加。（2）气候突变的影响。天气致突变对低洼湿植被的危害，主要体现在环境温度变化对植株的影响。由于植株常年生长在养分丰富、气温适中的自然条件下，因此耐寒力相对较弱，气候突变急剧降温和强风也会导致寒害。而在同样的自然环境条件下，截然不同的植株和在相同植株的各个成长阶段都显示了截然不同的耐寒能力，其成因主要是植株的耐寒力和细胞水分有关，而寒害过程也就是原始质脱水的黏稠化的步骤，而植株细菌的耐温度脱水力量越强就越耐寒。（3）人工湿地对有机物的净化作用。人工湿地对有机污染具有很大的消除能力。6种底质对有机物消除效率的由高至低的排序是：砂子片>煤尘渣>瓜子片>砂砾>钢渣>高温炉渣。对有机污染的消除主要通过好氧快速分解和厌氧状态分解实现。污水中的有机污染主要包括不溶性有机合成质粒子和可溶性有机质颗粒二个组成部分。通过巨大的植物根部细胞和基质，使不溶性的有机合成质经过在植物基底和根区表面的重力沉降、截留和吸收等作用被分解除去。而可溶有机合成质则经过对植物根部菌膜的吸收、同化和厌氧好氧生物新陈代谢等分解步骤而被溶解除去。植物根际细菌不但可以降解并吸收有机质，同时所产生的酶型也可以降解有机污染物。

4潜流型人工湿地的经济分析

工程造价与运营收费，是指人们在选用与设计污水处理工艺时需要考虑的问题。美国剖析了三十七个湿地公园污水处理系统的均衡设计造价，当中十九个自由衷面流湿地公园的均衡设计造价为55000美元/hm2，另外十八个潜流型网络系统的均衡设计造价则为215000美元/hm2。由于需要巨额的岩土供应和填筑经费，所以潜流型网络系统的均衡设计造价远较自然表面流網络系统绕高，但从负荷计算，潜流型网络系统却表现出了优势，潜流网络系统的均衡设计造价为一百六十三美元/m3，而自然表面流网络系统则为206美元/m。国内外部分专家预测，潜流式人工湿地污水处理系统的总用地建筑面积约为自由衷面流人工湿地管理系统的十分之一，建设收费一般在130—150万元/m。

德国科学家首先进行了潜流式人工湿地的研究。早期的潜沉型湿地处理系统大多用来解决城市生活污泥及从二次污泥处理厂出水。但通过将近三十多年研制和发展，该技术现已在英国、新西兰、法国、澳洲、巴西、荷兰等多个发达国家进行了应用普及，而部分发达国家也开始采用改技术处理本土的污水处理问题。与此同时使用的范围电也不断拓展，除用来处理污水以外，还应用于都市工业废水、乡村面源污染物、垃圾渗出液暴雨径流体等各类工业废水的处理，并显示出了优异的净化效能，

5结语

湿地拥有多种用途与价格。污水净化也是湿地公园中很关键的一种功能，它运用了自然生态环境体系中的物理、化工和生态因素的三重协同作用，依靠筛选、吸收、共沉、离子交换、植物同化，以及微生物分解来达到对污染的有效净化作用。在中国，对于人工湿地的植物科学研究由于起步相对较晚，对有关湿地公园植物的研究工作还需要不断加强，特别在对于人工湿地污水处理体系这种特定生境中的植物生理生态演变以及功能机制研究方面，还需各领域专家的交流和协作。

参考文献：

[1]范加良.城市建设理论研究（电子版），2016.

[2]许俊杰.东南大学学报（自然科学版），2015.