莲藕人工湿地系统净化对农村废污水净化效果研究与示范

□王 剑 张克利

人工湿地系统是由土壤—水生植物—微生物和基质组成的生态系统，净化污水效果显著,是控制面源污染的有效措施。在国内是一项正在研究、应用和发展的污水处理新技术，由于它具有高效率、低投资、低能耗和低运转费等优点，适合我国的国情，尤其适用于广大农村地区处理污水。为有效净化农村污水，进行了莲藕人工湿地系统净化农村污水的示范工程研究。试验表明，示范工程净化农村污水效果显著。

1.系统示范工程概述

在双桥村建设示范工程，将村里的天然坑塘改造成生态净化塘，水库岸边的养殖池塘改造成人工湿地。该村西边紧邻水库，东高西低。村里有人口2188 人，平均排出生活污水（不含粪尿和厕所冲洗水）220t/d；另外,随雨水冲刷，产生大量农田径流。2017年在村里新建一座污水处理站。但是由于村民是沿坡而居，高程落差较大，污水处理站不能完全收集、处理农村污水。为全面深度净化农村污水，设计建造系统示范工程。系统试验运行期间分别取用经污水处理站处理过和未处理过的农村污水。

2.系统示范工程工艺流程

经过对国内外人工湿地的建设与运行情况进行调查研究，并结合实际情况，确定采用复合型工艺流程，系统整体工艺流程见图1。

图1 系统示范工程的工艺流程图

3.系统示范工程建设及试运行

3.1 系统水生植物的选择

陡河水库库区生长莲、香蒲、芦苇、金鱼藻、菹草等土著水生植物，长势良好。莲是耐污能力极强的挺水植物，对富营养水体的抗性极强，喜欢有机质含量丰富的土壤，其生长过程吸收大量的营养物质。另外，香蒲、芦苇、金鱼藻、菹草等水生植物不但能有效净化水中主要污染物，还能被牲畜、鱼类、家禽等所利用，实现污水资源化利用。经过系统分析，最终确定在人工湿地栽种莲，在生态净化塘栽种香蒲、芦苇、金鱼藻、菹草等水生植物。

3.2 系统示范工程的建设

2017年3月开始，经过调查和科学论证，对原有的坑塘进行设计改造。

3.2.1 生态净化塘

在村里的5 口天然坑塘里面栽种香蒲、芦苇、金鱼藻、菹草等水生植物，在水体里放养鲢、鳙、鲫鱼鱼种，引种螺、贝类等底栖生物，改造成生态净化塘。其功能是利用水生植物、藻类、微生物、水生动物吸收污水中营养物质，达到净化水的目的；同时水生动植物繁殖生长，实现污水生态化处理和资源化利用。

3.2.2 莲藕人工湿地

水库岸边20 处已废弃的人工养殖池塘，选择其中6 处改造成人工湿地，在底泥里均匀加入适量的煤渣和粉煤灰，改造成湿地植物床，并栽种莲藕。其功能是利用莲藕的生长和沉积过滤悬浮物以及土壤中的微生物，吸收去除污水中的碳氮磷污染物。

3.2.3 引、配水沟渠

依据地形，自高向低，修建引水、配水沟渠。其功能是将农村污水分别引流到污水处理站、生态净化塘和莲藕人工湿地。

3.3 系统示范工程的试运行

在工程实施中，启动阶段水生植物栽种后，引入经污水处理站处理过的农村污水，根据植物的生长习性和设计水位运行湿地系统，促进各种水生植物成活、生长并使根部向基底深处发展。经过一年的试运行，湿地系统进入成熟阶段后，整个系统处于动态平衡，水生动植物和微生物的生长随季节呈周期性变化，湿地的处理效能得以充分发挥。运行稳定后，系统内的水生动植物可根据需要进行捕捞、收割，收割和捕捞可以提高系统的处理效率。

此项研究设计的系统，充分利用地形和高差，污水自流运行，不需使用动力设备。

4.系统示范工程运行和净化效果

2018年5月起，随着水生动植物生长，系统内建立生态平衡，能量物质进入循环状态，系统示范工程正式运行。从5月初—10月底，对系统的水质进行了7 次水质监测，其中6 次是系统对农村生活污水处理的结果，第7 次是系统对农田径流处理的结果。

4.1 系统对农村生活污水的净化效果

农村生活污水经污水处理站处理后，由总进水口流入生态净化塘，由总出水口流出莲藕人工湿地。系统对农村生活污水的净化效果，其结果见图2～图6。

图2 CODCr指标变化及去除率曲线图

图3 NH3-N 指标变化及去除率曲线图

图4 TN 指标变化及去除率曲线图

图5 TP 指标变化及去除率曲线图

图6 SS 指标变化及去除率曲线图

图2～图6中的监测结果表明，系统示范工程净化入库农村生活污水效果明显，其对农村生活污水中CODCr、NH3- N、TN、TP、SS的去除率分别最高可达74%、76%、83%、84%、93%。 这表明该系统已经形成了一个对水中污染物具有良好净化效果的水生生态系统，物质能量进行生态循环，达到一个动态平衡。

通过各指标去除率曲线图可以看出：随着天气转暖和气温升高，水生动植物生长速度变快，系统的净化功能也随之增强，对应的污染物指标去除率曲线均呈现明显上升趋势。7月份，由于污水处理站频繁出现故障，导致流入生态净化塘的污水浓度过大，从而影响系统的整体去除率。8月份，污水站运行正常后，系统的去除率出现明显上升。

4.2 系统对农田径流的净化效果

8月2日双桥村降中雨，形成农田径流。农村径流未经污水处理站处理，直接流入系统。系统对农田径流处理的监测结果和净化效果见表1。

表1 莲藕人工湿地系统对农田径流污染物去除效果表（降雨量23.6mm，降雨历时110min）

表1 的监测结果表明，系统示范工程净化中雨级别的农田径流效果明显，对主要污染物去除率均较高。

图2～图6 和表1 的监测结果表明，系统示范工程净化入库农村污水效果显著，净化后水达到《农村生活污水排放标准》一级A 标准，允许排放到水源地水体。通过系统净化，减轻了水源地污染负荷。

系统不仅带来了社会效益，还创造了经济效益，为水库创造了生态效益。

通过近一年的处理运行，系统示范工程运行状况良好，其建设和主体运行都达到了示范工程的预期目标。

5.讨论与分析

此项研究将6 处人工养殖池塘改造成了人工湿地，处理污水能力有限，只能完全接纳处理村里生活污水和中雨级别的农田径流，对于大、暴雨级别的农田径流，尚不能有效接纳和处理。为应对大、暴雨级别的农田径流，应将其余14 口养殖池塘也改造成人工湿地，可以增加接纳、处理农田径流能力，做到全面处理农村污水。

6.结论

此项研究建立的系统示范工程在正常运行状态下，其对所处理农村污水中CODCr、NH3-N、TN、TP、SS 的去除率分别最高可达74%、78%、83%、84%、95%，达到了示范工程的预期目标。该系统示范工程具有操作简便、污染物净化能力强、系统稳定性好、运行处理费用低等特点，并且还创造了经济效益、社会效益和生态环境效益。

莲藕人工湿地系统对农村污水净化处理效果显著，达到排放标准,而且具有重要的现实意义和良好的示范作用，具有较高的推广价值，为湖泊、水库农村污水治理，提供了重要的技术参考和工程示范。