基于農(nóng)業(yè)面源污染的人工濕地構(gòu)建與應(yīng)用

于繼強(qiáng) 吳華德 邱瑀

摘 要：概述九溪河流域水質(zhì)現(xiàn)狀及污染源構(gòu)成情況，并基于人工濕地技術(shù)凈化機(jī)理、人工濕地治理農(nóng)業(yè)面源污染應(yīng)用進(jìn)展，設(shè)計(jì)人工濕地工藝。以期構(gòu)建治理九溪河流域生活污水與農(nóng)村徑流面源污染的人工濕地系統(tǒng)，為人工濕地技術(shù)在治理農(nóng)業(yè)面源污染的應(yīng)用與研究提供參考。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)面源;人工濕地;污染治理;構(gòu)建

1 九溪河概況

九溪河源于云南省玉溪市江川區(qū)猷頭山，長(zhǎng)約22.5千米，寬9.8～22米，平均坡度10‰，徑流面積約149平方公里，是東風(fēng)水庫(kù)入庫(kù)河流之一，九溪河流域也是保護(hù)東風(fēng)水庫(kù)水資源的重要區(qū)域。

2 九溪河流域污染現(xiàn)狀

2.1 九溪河水質(zhì)現(xiàn)狀

水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，2016年九溪河水質(zhì)為Ⅳ類，CODcr、BOD5、總氮是九溪河主要的超標(biāo)污染物，有機(jī)污染已成為其水污染的主要特征。而農(nóng)村和農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染如人畜糞便、生活污水、農(nóng)田地表徑流等是該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負(fù)荷計(jì)算結(jié)果表明，服務(wù)業(yè)和生活污水排放大量COD;BOD5主要來(lái)自生活污水及人畜糞便;氨氮主要在人畜糞便中產(chǎn)生;總氮、總磷污染主要由化肥的流失造成;而面源是五種污染物的主要污染源。

3 人工濕地技術(shù)在治理農(nóng)業(yè)面源污染的應(yīng)用

3.1 人工濕地對(duì)污水的凈化機(jī)理

人工濕地系統(tǒng)是一種人工模仿自然濕地功能構(gòu)建的水處理生態(tài)系統(tǒng)，一般由人工基質(zhì)及生長(zhǎng)的水生植物組成。人工濕地技術(shù)對(duì)污水的凈化主要是由系統(tǒng)內(nèi)的植物、微生物及土壤通過(guò)物理、化學(xué)及生物的綜合作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的。污水中的懸浮顆粒物被植物根系及基質(zhì)攔截、吸附從而去除。

人工濕地系統(tǒng)去除有機(jī)污染物主要有兩種方法：一是可溶性有機(jī)污染物被植物根系及基質(zhì)上附著的生物膜吸附、吸收;二是不溶性的有機(jī)污染物被基質(zhì)或植物通過(guò)機(jī)械阻留作用捕獲，并可部分被微生物降解。

人工濕地系統(tǒng)對(duì)氮的去除主要依賴微生物的氨化、硝化及反硝化作用，通過(guò)以上過(guò)程最終將氮變成氣態(tài)氮從污水中去除。氮的去除過(guò)程需要濕地系統(tǒng)內(nèi)存在大量的氨化菌、硝化菌、反硝化菌，還要求有適宜的濕地土壤環(huán)境條件[1]。此外，還可以通過(guò)植物的吸收與吸附、基質(zhì)的吸附與離子交換作用來(lái)去除氮。

對(duì)磷的去除主要通過(guò)基質(zhì)的吸附，化學(xué)作用，植物和藻類吸收和同化，微生物的轉(zhuǎn)化和吸收等來(lái)實(shí)現(xiàn)。其中，基質(zhì)對(duì)磷的吸附被認(rèn)為是最有效的去除方式[2]，而化學(xué)吸附是基質(zhì)吸附磷的主要途徑，可溶性磷通過(guò)與基質(zhì)中的Ca、Al、Fe、Mn及其氧化物進(jìn)行配位體交換而吸附、絡(luò)合和沉淀，生成難溶性物質(zhì)而去除。

3.2 我國(guó)人工濕地治理面源污染的應(yīng)用

我國(guó)人工濕地的研究開始于20世紀(jì)五六十年代對(duì)于污水生物處理的研究，“七五”期間開展了多方面的人工濕地研究。1990年，國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局華南環(huán)境科學(xué)研究所和深圳東深供水局在深圳建成了中國(guó)第一個(gè)人工濕地示范項(xiàng)目：白泥坑人工濕地[3]。近年來(lái)，人工濕地技術(shù)逐漸發(fā)展和成熟，并被廣泛應(yīng)用于非點(diǎn)源污染治理中。田猛等[4]基于人工濕地和快速滲濾機(jī)理，發(fā)明了人工濕地透水壩技術(shù)，且將其應(yīng)用于太湖流域農(nóng)業(yè)面源污染控制。楊揚(yáng)等[5]在云南大理洱海使用的植物碎石床人工濕地和湖濱帶濕地技術(shù)，對(duì)減少地表徑流和農(nóng)業(yè)排水中的有機(jī)質(zhì)、氮和磷負(fù)荷方面具有較好的效果。

4 濕地構(gòu)建

河尾濕地位于九溪河下游，主要作用是凈化河口村生活污水與村莊徑流面源污染，成為九溪河河水入庫(kù)前的最后一道屏障，以確保飲用水源地東風(fēng)水庫(kù)的水質(zhì)安全。

濕地綜合考慮進(jìn)水水質(zhì)情況、處理負(fù)荷、現(xiàn)場(chǎng)占地面積、項(xiàng)目投資、污染物的處理效果等因素，選用：預(yù)處理+潛流人工濕地+表流人工濕地的組合工藝。其中預(yù)處理系統(tǒng)包括沉砂滯留池和挺水植物區(qū)，起到沉積泥沙，攔截懸浮物，去除部分污染物的作用;垂直流人工濕地進(jìn)行好氧過(guò)濾，硝化和降解有機(jī)物;水平流人工濕地用于深層過(guò)濾，反硝化和有機(jī)物降解。

垂直流人工濕地基質(zhì)選擇條件包括：（1）充分考慮基質(zhì)對(duì)氮和磷的強(qiáng)化吸附能力，選擇具有強(qiáng)去污力的基質(zhì)：（2）選擇滲透系數(shù)高且孔隙度大的基質(zhì)，以減少濕地堵塞現(xiàn)象的發(fā)生，保證濕地正常運(yùn)行;（3）選擇價(jià)格低廉、安全無(wú)毒的基質(zhì)，以降低人工濕地成本。

濕地植物的選擇應(yīng)考慮：（1）優(yōu)選適應(yīng)性強(qiáng)，成本低，易于管理的本土植物（2）選擇耐污能力強(qiáng)、凈化能力強(qiáng)的植物;（3）選擇對(duì)病蟲害具有較強(qiáng)抗性，且耐鹽、耐高溫、耐寒性強(qiáng)的濕地植物，確保植物生長(zhǎng)穩(wěn)定;（4）選擇具有一定景觀價(jià)值，經(jīng)濟(jì)價(jià)值和綜合利用價(jià)值的植物[6]。

濕地景觀旨在展示村莊的民俗風(fēng)情，并為周邊居民提供休閑和娛樂(lè)的場(chǎng)所。建立親水平臺(tái)，滿足游客親水和戲水的需求;濱水空間以自然式護(hù)岸為主，使水體和綠地融為一體，豐富了水系景觀;岸線的設(shè)計(jì)通過(guò)親水平臺(tái)、棧橋、卵石灘、景石、植物等元素來(lái)實(shí)現(xiàn)，以美化岸線景觀，并提供親水空間。

5 結(jié)語(yǔ)

作為一種自然生物處理方法，人工濕地處理工藝已被證明是治理農(nóng)業(yè)面源污染的一種有效手段，不僅具有較好的水質(zhì)凈化效果，而且具有較好的生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益，在國(guó)內(nèi)外越來(lái)越得到普遍關(guān)注和廣泛應(yīng)用。為了提高污水中污染物的處理效率，有必要進(jìn)一步研究人工濕地技術(shù)的原理以及材料、工藝參數(shù)的選擇。并針對(duì)不同自然條件、人文特點(diǎn)及水體污染情況完善人工濕地的優(yōu)化設(shè)計(jì)，以促進(jìn)人工濕地技術(shù)在農(nóng)業(yè)面源污染控制方面的應(yīng)用實(shí)踐。

參考文獻(xiàn)：

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[2]陳秀榮.周琪.人工濕地脫氮除磷特性研究[J]. 環(huán)境污染與防治， 2005， 27（7）：526-529.

[3]周奔.人工濕地系統(tǒng)在我國(guó)污水處理中的應(yīng)用以及發(fā)展前景[J]. 科技資訊， 2007， （5）： 122-123.

[4]田猛， 張永春. 用于控制太湖流域農(nóng)村面源污染的透水壩技術(shù)試驗(yàn)研究[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)， 2006， 26（10）：1665-1670.