人工湿地技术在农村生活污水治理中的应用及改进措施
（徐州生物工程职业技术学院，徐州，221006）
摘 要：随着农村城镇化推进，我国农村水环境污染突出，人工湿地技术凭借基质-植物-微生物协同作用净化污水，具投资低、生态友好等优势，是有效治理途径。其按水流分表面流、垂直流、水平潜流三类，对比显示垂直流污染物去除效果最优。广东、湖南案例表明该技术处理水质可达标，当前应用存在处理效果不稳定、堵塞、植物管理不当及运维难等问题，可通过优化工艺、基质改良、植物配置及完善管理机制解决。未来需加强该技术研究推广，完善体系，助力农村生态改善与美丽乡村建设。
关键词：农村生活污水；人工湿地技术；污染物；
1 引言
随着我国农村城镇化推进及生活方式改变，农村水环境污染问题愈发突出。2024年9月26日，国务院新闻办“推动高质量发展” 系列发布会中，生态环境部副部长郭芳指出，“十四五”以来全国新增完成6.7万个行政村环境整治，农村生活污水治理率超45%，农村生态环境显著改善。但我国村庄数量多、覆盖面广，南北方地域差异大，居民生活习惯不同，且农村污水收集处理系统不完善、基础薄弱。目前仍有超一半农村生活污水未有效处理便直排，导致水体污染严重、河道黑臭频发，既影响农村居民生活质量与健康，破坏农村生态平衡，还制约农村绿色可持续发展。
在此背景下，依据不同农村特点寻找适配污水处理技术成关键。人工湿地技术作为生态污水处理技术，通过构筑人工湿地，利用基质、植物、微生物的物理 - 化学 - 生物三重协同作用净化污水，使其达标排放。该技术因投资少、建设运行成本低、处理效果好、维护简单、生态友好，被视作解决农村生活污水污染的有效途径之一。
2 人工湿地处理技术原理和分类
2.1 人工湿地处理技术原理
人工湿地是通过筛选基质层填料、湿地植物、微生物等材料，经人工驯化养护后，在适宜地形与土壤上构建的、模拟自然湿地结构与功能的人工生态系统[1]。其借助湿地内特殊基质、植物茎叶根系及各类微生物构成的生化环境，通过吸附、过滤、截留、沉淀、分解等物理、化学、生物化学协同作用，实现污水与污泥的净化及污染物去除[2]，本质是基于人工构筑生态工程的分散式污水处理系统。
2.2 人工湿地处理技术分类
根据水流方式的不同，人工湿地处理技术可分为表面流、垂直流和水平潜流三种类型。
2.2.1 表面流人工湿地处理技术
该系统与自然湿地类似，水位较浅（0.1~0.3m）[3]，污水主要在地表呈推流式流动。表层种植大量湿地植物（以挺水性植物为主），靠植物根茎截留污水中的悬浮物，通过物理截留降低污染物含量。其优势在于水位浅、构造简单、操作难度低，工程量与建设成本较小[4]；但存在处理效果较差、易受季节气候影响的问题，且污水直接暴露于空气中，易产生臭味并滋生蚊蝇[5]。
2.2.2 垂直流人工湿地处理技术
污水在此系统中从表面垂直向下或向上流动，穿过基质填料底部，经多层填料的截留、吸附等物理作用净化水体。系统配备完善的布水与集水系统，可将污水均匀分散至各处理单元[6]。其优点显著：耐水力负荷冲击能力强、处理效率高、氧传递效果好、硝化能力突出，对高氮磷污水净化效果佳；但构造复杂，虽占地面积小（可全建于地下），却需更大土方工程，建造成本与后期维护费用高，且对运行管理要求严格。系统以硝化反应为主，氧气依赖大气扩散、液质传导及植物传输供应，处理效果随供氧量变化[7]。
2.2.3 水平潜流人工湿地处理技术
系统由土壤、基质填充床（单床或多床）构成，表层种植湿地植物，利用高度差使污水在系统内部自然流动。流动过程中，污水与基质、植物、微生物接触，通过基质过滤吸附杂质、植物根系吸收无机盐、微生物分解有机物的协同作用实现净化[8]。因污水仅在基质填料层内流动、不暴露于空气，卫生条件好，无恶臭与蚊蝇问题；且出水水质高，脱氮除磷效果优于其他两类系统[1]。但易出现布水不均、氧通量不足的问题：保证布水均匀需扩大占地面积，氧通量不足则会降低植物与微生物的净化效能。
2.3 不同类型人工湿地对比分析
李长虹等通过在相同条件下对表面流、垂直流、水平潜流三种类型人工湿地系统处理富营养化水质的净化作用进行研究对比[9]。从污染物去除指标看，垂直流人工湿地整体最优，除CODCr上限（86.35%）与表面流（86.32%）接近外，其余指标去除率上限均为三类最高（如BOD586.95%、TN 82.35%、NH4+-N 79.23%），且下限普遍更高（如TP 32.05%，高于表面流26.32%、水平潜流23.15%），尤其氮磷去除优势显著，契合其“氧传递好、硝化能力强”的特性。表面流人工湿地表现次之，多数指标去除率介于两者之间，如BOD5下限（49.85%）高于水平潜流（45.98%），TN、NH4+-N去除率虽低于垂直流，但明显高于水平潜流，仅高锰酸钾指数等少数指标略逊于垂直流，整体稳定性优于水平潜流。水平潜流人工湿地效果最差，所有指标去除率范围均为三类最低，尤其TP下限（23.15%）、NH4+-N上限（55.63%）、TN上限（62.35%）与垂直流差距明显，这与其“氧通量不足、布水不均”问题相关，导致微生物与植物净化效能受限。综合来看，垂直流最优，表面流次之，水平潜流最差；水平潜流需通过改善供氧、优化布水提升富营养化水质处理效能。
3 农村生活污水人工湿地处理技术应用现状
3.1 我国农村生活污水来源及现状
3.1.1 生活污水来源
我国农村生活污水主要分四类：一是厨房污水，含淘米洗菜、洗碗刷锅水，携大量动植物脂肪、淀粉、蛋白质等有机物及清洁剂残渣；二是生活洗涤污水，包括洗衣拖地、洗漱沐浴水，因洗涤用品含N、P，易致水体富营养化；三是粪便污水，除高浓度有机物、N、P外，还含肠道致病菌、寄生虫卵、病毒等病原体；四是其他杂排水，以庭院清洁污水（冲洗院落、农具）和雨水混合污水（农村多雨污合流）为主，可能混有泥沙、农药残留及杂物[9]。
3.1.2 生活污水特点
农村生活污水核心特点为排放分散、水质水量变化大、污染物成分复杂。排放上，农村居民居住分散，污水处理管网建设不足，污水收集率低[10]，且因人口分散，难通过管道集中收集处理[11]，制约污水处理工作。水质水量波动显著，受生活习惯、季节影响，如早晚用水集中时排放量高，其他时段低；农忙季排放量少、水质稳，节假日人员流动大时，排放量及COD、BOD5、氮磷含量均升高；不同地区因人口密度、生活水平，水质与排放量差异也大。污染物成分复杂，除有机物、氮磷、悬浮物等常规污染物外，可能含农药残留；部分地区因小型作坊、企业，污水还可能携带铅、汞、镉等重金属及酚类、苯类有毒物质，既危害生态环境，又影响人体健康。
3.2 农村生活污水人工湿地处理应用现状及案例
3.2.1 应用案例—广东某水源水质保护工程
以广东省某市水源水质保护工程项目为例，该项目位于水库上游中心圩镇，人口200人左右，污水为典型的农村生活污水。该工程采用表面流人工湿地工艺，占地面积约为600 m2，分两座并联运行，单池外形尺寸为30.0m×10.0m×1.0m。湿地基质土壤选用附近农田表土配以30%的粒径为10~40mm的碎石，采用根植方式种植了芦苇。经过一段时间的运行，得到主要水质监测数据见表1[12]。
由表1可知，经该污水处理系统处理后，各项污水水质指标均可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918 - 2002）一级B排放标准的要求，可用于该村的农田灌溉，既节约了水资源，又减少了对环境的污染。
3.2.2 应用案例—湖南某城镇农村生活污水项目
以湖南省某城镇的农村生活污水项目为例，该乡镇年平均气温16.8℃，现有人口1.0万人，规划近期人口1.2万人，总污水量996.34 m3/d，远期人口2万人，总污水量为1932.50 m3/d。该项目选用“生物转盘-人工湿地”组合工艺技术进行污水处理，农村生活污水经管网收集进入粗格栅和调节池，后通过提升泵站进入细格栅渠，再自流进入调节池，再进入生物转盘进行处理，处理后进入水体净化装置，然后进入人工湿地过滤净化，滤后水进行紫外线消毒后外排。结合2022年3月-12月正常运行的水质数据，生活污水经过处理后水质稳定，实际进、出水水质见表 2。
由表2可知CODCr、NH3-N、TP等出水水质均满足规范排放要求；CODCr的去除效果较好，去除率介于86.36%~95.56%，平均去除率为91.06%；NH3-N的去除率介于63.95%~80.45%，平均去除率为66.72%；TP的去除率介于75.00%~92.21%，平均去除率为83.33%[13]。
4农村生活污水人工湿地处理技术应用问题分析
4.1 处理效果不稳定
人工湿地处理效果受水质水量波动、气候温度影响显著。农村污水排放具间歇性与随机性，水质水量波动大，导致出水难稳定达标；温度影响生物化学反应，低温会降低生物活性，使污染物降解不彻底，处理效率下降[14]；水体结冰还会干扰污水水力传输与溶解氧供应，削弱系统处理能力。
4.2 堵塞问题
4.3 植物选择与管理问题
当前农村人工湿地常用植物种类较少，且管理重视不足。植物单一不仅影响景观，还降低生态系统稳定性与抗干扰能力，且因不同植物污染物去除能力有差异，单一植物难全面净化污水；缺乏定期施肥、修剪、病虫害防治等措施，易导致植物生长不良，削弱其污染物吸收降解能力，甚至死亡。
4.4 运行维护管理困难
农村缺乏专业污水处理技术人员，人员对湿地运维知识了解少，遇设备故障、水质异常等问题难及时处理，导致系统停运；湿地运维需设备维修、植物管理、水质监测等资金，但农村经济落后、资金来源有限，难以保障运维资金，影响系统长期稳定运行。
5 农村生活污水人工湿地处理技术改进措施
5.1 优化工艺设计
针对农村污水水质水量波动大的特点，可采用人工湿地工艺组合或与其他技术结合的方式提升处理稳定性。如水平潜流与垂直潜流湿地串联，或人工湿地与厌氧沼气池、生物接触氧化池组合，前者发挥两类湿地优势，后者经预处理减轻湿地负荷，均提升污染物去除效果。同时，需依水质水量变化设计水力停留时间：污水量大时缩短时间以增处理量，量小时延长时间以提去除率。
5.2 基质改良与植物根系管理
针对基质堵塞问题，解决基质堵塞问题，可选用砾石、沸石、火山岩等粒径大、孔隙率高、透水性及吸附性好的基质并合理搭配，或对污水预处理以减少悬浮物；定期反冲洗基质（用反向水流除孔隙污染物）或更换，维持基质透水性。针对根系堵塞，定期修剪植物根系，控制生长范围与密度。
5.3 优化植物选择配置与管理
结合当地气候、污水性质，选多种适配人工湿地的植物并合理搭配，构建稳定植物群落，利用不同植物生长周期、根系特点及净化功能的差异，发挥协同作用提升处理效果。同时建立植物管理制度，定期施肥、修剪、防治病虫害；冬季采取稻草覆盖、覆膜等保温措施，保障植物越冬，维持湿地冬季处理效果。
5.4 完善管理机制
6 结论
人工湿地处理技术经济、高效且生态友好，是农村生活污水处理的优选方案，在农村具广阔应用前景，然而目前应用中存在处理效果不稳定、堵塞、植物选择与管理不当及运行维护困难等问题，可通过优化工艺设计、基质改良与根系管理、植物配置优化及完善管理机制等措施，提升处理效果与运行稳定性，更好适配农村污水治理需求。未来农村污水治理中，需进一步加强人工湿地技术的研究与应用推广，不断完善技术体系、提高治理水平，为改善农村生态环境、建设美丽乡村提供有力支撑。
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