城郊农村生活污水湿地净化治理的运行与维护

陈升威 李伟楠 唐芝琳

（沈阳理工大学，辽宁 沈阳 110159）

1 引言

城郊农村生活污水具有明显的随机性、分散性特点，部分农民的环保节水意识淡薄，导致农村生活污水随意排放的现象存在，污染当地居住环境的现象时有发生。城郊农村生活污水的合理处置不仅能改善当地居民生活条件，对乡村振兴也有重要意义。

针对散发性的生活污水，应选取合适的处置模式，使污水的危害性降到最低。为因地制宜治理城郊农村生活污水，根据当地具体气候情况及可建设条件合理选择人工湿地类型，采取“因地施策、一地一策”的方针，对城郊农村生活污水进行净化治理。人工湿地对生活污水治理净化的能力较好，环境友好性良好，无需过多开挖埋设地下集水管线。尽可能将生活污水就地治理，在减少给水管网建设的同时，还能利用湿地的景观作用带来一定的经济效益和社会效益。

2 城郊农村生活污水治理现状

2.1 城郊农村生活污水来源

城郊农村生活污水的来源广泛、组成复杂、污染物浓度低。以安徽省为例，当地大量农村地区的生活污水仅通过简易沟渠或经化粪池简单处理之后直接排放到周边，对自然环境造成了污染［1］。

农村生活污水大致可以分为厨余污水、洗涤污水、冲刷污水3 类，而生活污水在农村区域的排放往往是较为随意的［2］。其中大量污水的排放主要经由地表渗透和表面溪流汇入河道，没有采用集中有效的处理方式，对自然生态环境具有潜在的污染和影响。

目前城郊农村生活污水处理方式相较于以往有了更多的选择。生活污水的处理方式由原来的简单排放逐步扩展为集中处理、人工湿地、地下渗滤等新型处理方式，逐步向现代化、可持续化发展。

2.2 城郊农村生活污水排放与治理

城郊农村生活污水的可生化性较好，其中的重金属含量一般不会超标，主要的污染物为COD、BOD5、SS、氨氮和总磷，针对上述污染物已经有完整的体系进行净化处置，然而由于城郊农村地区的地域特殊性，大规模建设集中污水处理厂消耗巨大且效果一般，网格化、片区化、小规模化处理污水势在必行。目前国内已有较多地方建设小规模低日处理量污水厂，且运行效果良好，对于城市郊区城镇化率相对较高的区域，建设此类污水厂效益较好，但对于偏远的农村地区的污水处理仍需因地制宜，采取针对性的举措。

为分析不同地域的城市郊区及农村地区的生活污水治理，在南昌市、阜新市、商丘市对城郊农村居民的污水处理问题进行调查，结果显示，简易排放主要是通过就地倾倒和泼洒的方式排放污水，就地网格处理为已建设的化粪池、人工湿地、氧化塘、地下渗滤等处理方式，其中人工湿地净化治理生活污水在部分地区已经开始施行。上述三地污水排放调查情况见表1。

由表1 可见，不同地区的农村生活污水处理仍存在不少简易排放的现象，此现象在城市化程度较高的城镇占比小。生活污水的主要排放途径为两个，一是通过已经建设完毕的集水管网统一处理，二是简单排放至地表径流与河道，并未通过系统处理。通过集水管网统一处理的生活污水对环境不会造成影响，而简单排放对地下水、河流的影响不可忽视，即便生活污水的污染物浓度较低，但是其生化性良好，容易造成局部水体的富营养化。调查显示，在部分农村地区仍然采用较为原始的排放方式，洗碗洗菜水、澡堂废水、高生化性污泥等排放情况较不理想。在农村生活环境大为改善的条件下，生活污水的处理也应该得到重视并加以改观。

在污水处理过程中，就地网格化处理已逐步成为乡镇农村地区未来的发展趋势，并且已经有良好的示范。但是由于乱泼乱倒现象依旧存在，洗衣排水、淋浴排水一起排入坑塘，如何收集分散住户的生活污水是推进就地网格化处理的重中之重。

2.3 农村生活污水湿地净化

人工湿地的优点是净化效果好，工艺设备简单，管理方便，工程基建和运行费用低，生态环境效益显著，其短板是其占地面积较大。相较于传统的污水处理方式，人工湿地的占地面积是污水厂占地面积的一倍以上，并且存在着物种管理的难度，容易受到外界环境变化的影响。如东北某地冬季可长达5 个月，人工湿地在高寒地区的处理能力将大打折扣，甚至没有处理能力。故人工湿地的运行具有一定的地域性和季节性，在秦岭淮河以南区域，冬季寒冷时间较短、结冰期短，对湿地的影响相对较小，且湿地可以采用潜流方式增强抗冻能力。

以宁波市鄞州西部山区山下村采用的厌氧—人工潜流型湿地为例，针对氨氮与COD 的处理，其去除率可达到73.8%和71.7%，对总磷和BOD5的去除率分别高达88.2%与88.7%［3］，可见该方法具有优良的处理能力和低廉的建设成本。在将污水通入人工湿地处理前亦可进行预处理，如排便污水可先通入化粪池或强化厌氧池中，经过预处理之后的污水再汇入人工湿地进行下一步处理，以保护人工湿地的植被生长并提高处理能力。

3 人工湿地的建设

3.1 人工湿地的选择

国家相关设计手册中根据湿地内水体流动方式将湿地分为表流式（FWS）、水平潜流式（HSSF）和垂直潜流式（VF），这三大类湿地构成湿地的基本形态，可针对不同气候不同地理条件选择相适应的人工湿地类型。

针对寒冷气候条件下的区域，通常建设HSSF型人工湿地，在潜流部分亦可灵活布置填料种类和填充度定向去除某种特定污染物，在我国北方等冬季气候寒冷的区域，可选择此类湿地达到净化目的。

除去气候方面影响，湿地的选型亦受地质或空间限制的影响，如建设空间狭小、土质坚硬、大面积开发困难等，针对此类条件，常选取VF 型人工湿地以解决使用空间有限的问题，使水流自上而下垂直或斜向流入湿地，分层分级逐步净化来水中的污染物，其净化效果明显、净化能力突出，但其单位建造价格较为昂贵，在日本城市郊区的生活污水及畜牧业污水净化多采用此种类型［4］，我国南方部分农村地区丘陵密布，可建设面积受限情况常有，可采取VF 型人工湿地。

FWS 型人工湿地最显著的优点就是具有良好的湿地景观且运行成本较低，基本不存在因运行过程中来水中悬浮物颗粒较大影响管路的情况，但是其单位净化能力不如其他人工湿地，且易受到寒冷天气影响。故在我国寒冷期较短的区域内，当建设条件良好，可建设面积充足，净化来水主要为雨水、低浓度洗刷废水时，可优先考虑FWS 型人工湿地。

除此3 种人工湿地类型以外，亦有复合型人工湿地系统，其主要为基本类型的有机串联或与其他污水处理工艺系统整合。在实际建设时，复合型人工湿地往往能最大化利用资源处理污水。近年来，人工湿地在网格化建设中常运用到的是以VF 型人工湿地为主的复合型人工湿地系统，这是因为来水中主要污染物为氨氮和总磷［5-6］。除此之外，还有HSSF-VF型和倒置HSSF-VF（VF-HSSF）型人工湿地，由于HSSF 型人工湿地对硝态氮处理效果理想，此类组合可在进水硝态氮或总氮较高情况下采用。针对其他污染物，如总磷和重金属等，在复合型湿地内选取特异性填料以达到沉积吸附处理的效果［5］。如利用海蛎壳—废砖块组合填料HSSF 型人工湿地对农村地区养猪废水中总磷进行处理，其去除率可达到88.41%［7］。

3.2 湿地植物的选取

湿地植被可选取的类型众多，以长治市湿地植物调查为例，在长治境内湿地植物有217 种［8］，在实际建设过程中并不需要严格选择某种湿地植物，可根据特定气候条件选择适宜当地的湿地植物。例如，当某地降水量集中分布在夏季，秋冬降水量稀少时，可采取一年生植物广泛种植，达到绝对优势以维持湿地正常运行。

根据特定情况选取植物时，除了关注建设区域内气候条件，亦需要注意控制运行成本，在布设湿地植物时，在尽可能采用适宜且低成本植物的同时保证运行质量。利用植物季节性演替的特性综合当地季节变换一同考量，如第一季度尚处在冰冻期或寒冷期，湿地植物生长较不适宜；第二季度进入一年生植物的快速生长期；第三季度由于日照时间充分且温度较为适宜，挺水类植物较为繁茂，芦苇、香蒲生长旺盛；第四季度逐步进入寒冷期，多年类草本植物依旧可以发挥作用。

3.3 试运行期间数据采集

试运行期的长短取决于湿地植物生长演替进展情况，从人工湿地建设完毕，到湿地整体植物的生长和演替逐步稳定时，这期间即为试运行期。在试运行期间内，湿地植物的生长状况、群落占比等数据尤为重要，当出现某一植物反常衰退或死亡时，应注意及时补充或更换植株，直到整体湿地能借助最少外力的情况下正常运行。

4 人工湿地的运行维护与管理

4.1 人工湿地的运行维护

成功通过试运行的人工湿地在进入正式运行之后，需要注意的是，同试运行期间一样，需要按周期定时收集湿地植物的分布情况和生长情况，以保证湿地的正常运转；对出水质量的监测不可间断，以及时衡量湿地净化水质的能力。

当湿地类型为FWS 时，由于其表流的特征，运行成本和管理难度较低，主要关注湿地植被的收割和电器设备的保养；湿地类型为HSSF，VF 及其复合型时，除了植被收割和电器保养外，还需要注意运行处理过程中其内部管路的畅通，当出现淤堵情况时及时找到淤堵点加以处理，同时其曝气系统在实际使用时容易出现当进水水质波动较大而导致曝气头阻塞的情况。由于地势原因，HSSF 和VF 型湿地常配有中途提升泵，中途提升泵的养护也是这两类湿地正常运行的关键。

在运行维护日常设备过程中，除了监测实时运行数据以外，还需要针对来水质量波动及时调整各设备运行状态，如突发强降雨或山洪等极端气候条件时，水量波动剧烈，需要及时打开溢流堰或倒流渠，以防过量水量损坏湿地内的构造和设备，降低损害。

4.2 城郊农村湿地的运行维护管理方式

由于城郊农村地域的特殊性，其地理位置一般离主城区较远，相关运行维护人员的配置有一定难度，针对管理湿地方面人手短缺的问题，可创新采用“湿地长”的管理方法，培训城郊居民和农村村民对处理其废水的湿地进行运行维护工作并给予相应报酬，在节省外派运维专门人员开销的同时，培养当地居民的环保意识。

同时，湿地的建设需要资本投入，可通过招商引资吸引外来资本投入城郊农村污水处理市场，以湿地为主体改善当地居住环境，从而推动当地第三产业发展，雇用当地居民负责湿地日常运行维护，还可以此拓展相关产业，如旅游业和养殖业。目前针对FWS 型湿地已有稻花鱼等灵活养殖产业的发展，提升了当地居民可支配收入，改善了当地的宜居性。

5 结语

城郊农村生活污水的净化治理正逐步成为我国非城镇化地区环境方面的重要课题，正确处理低流量散发性生活污水是当下改善城郊农村水环境的切入点。抓住不同地域不同条件的差异，采取因地制宜的方法，选取适合的人工湿地类型并加以组合为系统，搭配适宜当地的湿地植被以达到最适处理条件，采用创新“湿地长”的管理办法扩展湿地实用价值，让湿地不仅是处理生活污水的容器，更具有良好的经济价值、社会价值，大幅度提升城郊农村居民的生活幸福感。