近年來(lái)，隨著(zhù)我國農村居民生活條件的明顯改善，農村生活污水的排放量也隨之增大。2017年我國農村地區污水排放量已近15Gt，預計到2020年，農村生活污水排放量可達27Gt，將超過(guò)全國污水總排放量的50%。農村生活污水的成分主要是N、P等營(yíng)養鹽和有機物、病原體等，重金屬含量較少，可生化性強，直接排入周邊水體對農村環(huán)境安全造成嚴重威脅。目前，我國農村生活污水處理覆蓋率依然很低，據國家建設部2005年的《村莊人居環(huán)境現狀與問(wèn)題》調查報告，全國96%的村莊缺乏相對完善的污水處理設備。至2016年，處理覆蓋率也僅達10%，大部分生活污水仍隨意排放。
我國農村地區地形復雜、地勢多變，尤其是位于以丘陵、山地為主的地區，農村人口呈現“大分散、小聚居”的居住格局。而我國農村生活污水排放的時(shí)間及排量規律不明顯，日排放變化系數一般在3.0-5.0，變化系數可超過(guò)10.0。對岷江流域農村的調查發(fā)現，污水排放時(shí)間集中在早上6點(diǎn)，中午12點(diǎn)到13點(diǎn)以及15點(diǎn)到19點(diǎn)半，但其余時(shí)段的污水排放量與居民的生活習慣等因素有關(guān)，排放量全天無(wú)固定量、居住分散以及污水排放的復雜性，導致我國農村地區建設完善的管網(wǎng)系統的難度系數高，無(wú)法在農村推行城鎮污水的集中處理模式。分散式污水處理可以綜合考慮當地的水文、景觀(guān)和生態(tài)，實(shí)現污水原地處理，具有投資建設費用少、建設周期短和見(jiàn)效快等優(yōu)點(diǎn)，所以采用分散式污水處理成為了處理農村生活污水的一種新趨勢。
如今，一種新興的分散式處理工藝一一庭院式人工濕地，正逐漸步入人們的視野。庭院式人工濕地技術(shù)以基質(zhì)、植物及微生物組成一套系統，通過(guò)物理、化學(xué)和生物作用凈化污水。其投資建設成本較低、運行穩定、維護簡(jiǎn)便、凈化效果好，同時(shí)具有環(huán)境美化作用，尤其適合應用于經(jīng)濟欠發(fā)達的農村地區。本文敘述近年來(lái)國內庭院人工濕地的發(fā)展過(guò)程和相關(guān)技術(shù)，以期為農村生活污水處理提供有益的技術(shù)參考。
一、庭院式人工濕地的基本特征
農戶(hù)自家的庭院通常用作農作物種植或休閑的場(chǎng)所，若利用庭院空地構建人工濕地，將水的生態(tài)化處理與美化院內環(huán)境相結合，可構建出一種能夠建于自家庭院內，適用于單戶(hù)型的生活污水處理裝置一庭院式人工濕地。庭院式人工濕地是一種通過(guò)基質(zhì)植物和微生物的共同作用達到凈化污水的目的的單戶(hù)型人工濕地。它亦可和其他一體化裝置(如沉淀池、厭氧罐等)組合，作為污水深度處理的工藝。庭院式濕地在構建時(shí)可設計成符合農戶(hù)審美的外形，它可以直接建設在農戶(hù)自家的院子中，占地面積大大減少，不存在征地問(wèn)題，與傳統的污水集中處理模式相比，庭院式人工濕地對污水的收集和處理費用可以減少60%以上。因此庭院式人工濕地的群眾接受度要高于傳統的人工濕地。
庭院式人工濕地系統的組成一般包括初沉池和凈化池(即庭院人工濕地主體，包括基質(zhì)、植物和微生物等)。初沉池設置格柵，污水流經(jīng)時(shí)可以去除體積較大的懸浮物；然后流入凈化池，在凈化池內利用基質(zhì)、植物和微生物的聯(lián)合作用去除污水中的COD、氮、磷等污染物;凈化岀水就近排入附近水體。在條件允許的情況下，可在凈化池后面建造一個(gè)小型魚(yú)池，既能增加庭院景觀(guān)情趣，又起到二次沉淀、進(jìn)一步凈化污水的作用，又可提升庭院觀(guān)感阿。與傳統的人工濕地相比，庭院式人工濕地精致小巧，所以它的各項工藝參數都可以準確調整和控制，研究表明，單戶(hù)型家庭生活污水處理的岀水質(zhì)量可以基本達到GB8978-1996一級標準。
二、庭院式人工濕地的相關(guān)應用
發(fā)達國家在農村污水處理中廣泛應用了各種類(lèi)型的庭院式人工濕地，大大提高了污水處理效能。日本的凈化槽技術(shù)是將傳統的化糞池技術(shù)進(jìn)行改良，應用于排水管網(wǎng)不能覆蓋、污水無(wú)法進(jìn)行集中處理的偏遠地區。在挪威，1〜7戶(hù)家庭所產(chǎn)生的生活污水，先進(jìn)行化糞池預處理，然后由就地建造的集成式微型處理設備進(jìn)行生化處理，處理后污水單獨執行環(huán)境管理局認可的排放標準，其中生物法處理的出水典型BOD7標準為15〜20g/m3。
美國采用化糞池與土壤吸附相結合的分散式處理系統處理郊區污水。分散式處理系統在美國肯塔基州與南卡羅萊州的使用率已達40%，在北卡羅萊納州使用率也有48%，在美國加利福尼亞州，當地家庭采用半間歇垂直流濕地處理洗滌廢水，出水COD和BOD的去除率均能達到95%以上，氨氮的去除率也可達到60%以上，水質(zhì)達到當地非飲用灰水再利用水質(zhì)標準。
在德國，為了處理單戶(hù)家庭或小型村莊的產(chǎn)生的生活污水，當地建造了約5000座小型潛流濕地，這些濕地絕大多數用于處理20戶(hù)居民以下的社區污水㈤。在尼泊爾的加徳滿(mǎn)都谷地地區，通過(guò)構建濕地，配置池塘和噴泉系統將景觀(guān)效益與凈化效益結合，處理后的家庭污水再回用于園藝，此類(lèi)濕地系統的BOD和COD去除率可達到80%和98%。
庭院式人工濕地只處理單戶(hù)產(chǎn)生的污水，因而具備良好的抗沖擊負荷能力。為處理朝鳳庵村的餐飲廢水，北京市昌平區設置了1套由地下二級沉淀池和柳樹(shù)濕地床組成的庭院式人工濕地復合系統，其TP去除率在79.5%〜90.7%，氨氮去除率在84.5%〜96.0%，COD的去除率平均達94.5%。廣東珠海上洲村建設了農戶(hù)型水平潛流與垂直流人工濕地處理農戶(hù)生活污水，出水平均中COD、BOD5和TP含量已達到GB18918-2002的-級A標準。海南省保亭縣建立了1種庭院式人工濕地生態(tài)系統，這種系統結合了雨水收集、水培農業(yè)、人工濕地等多項技術(shù)，有效解決了當地水資源供應不足以及資源浪費等問(wèn)題。經(jīng)監測，該系統的出水中BOD5小于2mg/L，COD小于5mg/L，達到了GB5084-2005農田灌溉水質(zhì)標準，可用于植物灌溉，實(shí)現水資源的循環(huán)利用。
三、庭院式濕地的植物配置
庭院式濕地采用的工程植物需要選擇耐污性好、凈化能力強的物種，并保證植物的觀(guān)賞性。我國濕地植物種類(lèi)多樣，為庭院式人工濕地植物的配置提供了豐富資源庫，然而，植物選擇要因地制宜，盲目套用其他地區的模式可能會(huì )導致處理效率低、系統運行不穩定，甚至會(huì )造成生物入侵問(wèn)題。配置工程植物時(shí)也可適當增加農戶(hù)自選種類(lèi)，進(jìn)一步提高人工濕地的可適性和觀(guān)賞價(jià)值。
3.1 常見(jiàn)的庭院式濕地植物
植物是構成人工濕地系統的主體。全球發(fā)現的濕地高等植物多達6700余種，但只有一小部分被廣泛應用于人工濕地。根據生活型劃分為挺水植物、浮水植物和沉水植物旳。常見(jiàn)的挺水植物有美人蕉、梭魚(yú)草、再力花、蘆葦等(表1)；常見(jiàn)的浮水植物有睡蓮、王蓮等;常見(jiàn)的沉水植物有金魚(yú)藻、眼子菜等。
3.2 植物的耐污與凈化污水能力
N、P是水生植物生長(cháng)所必需的營(yíng)養元素，人工濕地中工程植物的代謝消耗水體中的氮、磷等，連續3年監測濕地植物的生長(cháng)與污水中營(yíng)養物質(zhì)的去除情況，發(fā)現植物直接影響污水凈化的效果，并且高含量的N、P污水影響植物正常生長(cháng)，進(jìn)而降低濕地凈化效能。配置植物時(shí)應重點(diǎn)考慮植物的耐污能力。工程植物對于污染物的耐受能力和凈化能力存在差異，再力花可在NH4+-N的質(zhì)量濃度50mg/L的水體中生長(cháng)，花葉蘆竹在NH4+-N的質(zhì)量濃度30mg/L以上不能生長(cháng)。對比菖蒲、香根草、薏苡等7種植物的N、P凈化能力，香根草對TN的去除率高達90.70%；香根草、美人蕉、黃菖蒲對TP的去除率分別達到86.39%、83.99%和75.59%，美人蕉的N、P積累量高達1344g和137.1g。同時(shí)，研究發(fā)現在NO3--N、PO43-，的質(zhì)量濃度分別為20.3>20.1mg/L的條件下，菖蒲、山鶯尾和再力花對氮、磷的去除能力最強網(wǎng)。
3.3 庭院植物的觀(guān)賞價(jià)值
植物觀(guān)賞價(jià)值也是構建庭院人工濕地的重要因素，合理搭配的觀(guān)賞植物可以裝點(diǎn)庭院濕地，凈化污水的同時(shí)調節和豐富住戶(hù)的精神生活。目前庭院人工濕地中常用的觀(guān)賞植物包括鶯尾、美人蕉、千屈菜等具有觀(guān)賞價(jià)值的濕地植物。路易斯安娜鶯尾(lris hexagona)花色繁多、葉形優(yōu)美，夏季可賞花，冬季可觀(guān)葉，新陳代謝旺盛，一年四季均可發(fā)揮凈化水體的功能。最常見(jiàn)的濕地植物美人蕉，花期長(cháng)，適宜在濕地中栽植，是庭院觀(guān)花、觀(guān)葉良好的兼具高凈化力的濕地植物。有“水上天堂鳥(niǎo)”美譽(yù)的再力花植株高大挺拔，花序呈藍紫色，素雅別致，是水景綠化的上品花卉佝。再力花對富營(yíng)養化水體的凈化能力較高，TN的去除率能達到95%以上。這些植物，在美化庭院、凈化水體方面有巨大的應用價(jià)值旳。
除了考慮植物本身的觀(guān)賞價(jià)值，還要從種間搭配、合理布局與景觀(guān)美學(xué)等方面綜合考慮植物的配置網(wǎng)。在水平布局上要注意有觀(guān)花植物與觀(guān)葉植物、常綠植物與落葉植物等的搭配，在空間配置上要考慮挺水植物與沉水植物搭配等，時(shí)間配置上要注意四季有花，各季節有獨特的景觀(guān)網(wǎng)。通過(guò)合理配置人工濕地植物群落的物種結構、生長(cháng)序列及色調組成，濕地景觀(guān)在視覺(jué)上可與當地的自然景觀(guān)、人文景觀(guān)融為一體。同時(shí)，合理的植物配置，一定程度上能夠加強濕地凈化污水的能力，有利于實(shí)現生態(tài)系統的完全與半完全自我循環(huán)。
四、問(wèn)題與展望
庭院式人工濕地的出現和發(fā)展為農村地區處理生活污水提供了新思路，是未來(lái)農村生活污水處理的一種新趨勢。目前庭院式人工濕地的應用仍存在一些薄弱之處，在今后研究中，可以更多側重以下幾個(gè)方面：
1)針對性地將庭院式人工濕地和其他處理工藝組合，形成適合庭院施工、運行和維護的適宜性技術(shù)，構建多級庭院水平潛流濕地、庭院垂直流濕地及組合濕地等，通過(guò)篩選基質(zhì)、改進(jìn)滯留池、調節間歇運行時(shí)間等方式強化工藝的脫氮除磷效果。
2)依托成熟的工藝組合，定量化對比挺水植物、浮水植物、沉水植物在污染物的吸收、吸附、富集、降解以及根系泌氧等方面的特征，挖掘具有良好凈化潛力的觀(guān)賞性植物及其組合。在此基礎上，采用高通量測序手段對長(cháng)期運行的庭院式濕地中的根際微生物群落進(jìn)行解析，以揭示庭院濕地處理效能波動(dòng)的微生物演變機制。
3)考慮濕地植物的季節性配置和功能性配置，融入現代園林設計理念，增加庭院式人工濕地的藝術(shù)性，構建具有“一年四季生機盎然、功能植物交替凈化”特征的庭院式人工濕地，真正將農村生活污水的處理和農村環(huán)境的綠化美化融為一體，提升生態(tài)效益。（ >
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