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[摘 要]结合我国农村生活污水的特点和处理现状，分析了人工湿地的去污机理，总结了其优点和目前运行中存在的问题，并介绍了人工湿地技术在国内外农村应用的情况。指出人工湿地作为一种在国外广泛成功应用的水处理工艺，在处理我国农村生活污水方面具有广阔的应用前景和很强的推广意义。
[关键词]农村；生活污水处理；人工湿地
中图分类号：X5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）22-0133-02
我国是一个农业大国，农村用地面积占全国土地总面积的近90%。一直以来广大农村地区的生活污水普遍缺乏有效的处理措施[1]，农村生活污水多数未经处理就直接排放到附近的河流、湖泊等水体中，出现了包括水华现象在内的水质恶化等诸多生态环境问题，严重污染了农村的水源和水环境，也对居民的身心健康造成了潜在的威胁，因此加强农村生活污水的有效处理工作迫在眉睫 [2]。目前，常采用传统的生物处理方法对农村生活污水进行处理，但这些方法普遍存在着基建投资高，动力消耗大，运行管理要求高，剩余污泥难处理以及处理效果不稳定等诸多问题，大大限制了其在农村生活污水处理上的广泛应用[3]。人工湿地系统可有效克服传统污水处理工艺在处理农村污水方面的不足，它不仅可以为各种生物提供良好的栖息地，同时湿地内的植物也具有一定的经济效益，因此是一种良好的农村污水处理工艺，在我国广大的农村地区具有广阔的应用前景。
1.农村生活污水的特征
农村生活污水是指农村地区居民在生活过程中产生的污水，可以分为两类，即以洗菜、洗衣、洗浴废水为主的灰水和以粪尿、厕所冲冼水为主的黑水。其特点可概括如下：
（1）水质特征
农村生活污水中的有机物和氮磷含量较高，并且水体中含有大量的营养盐及细菌、病毒等物质，一般不含有有毒物质，可生化性较高。
（2）分布特征
生活污水中灰水水量较大，一般可占到总水量的50%-80%[4]，但水体中的污染物浓度相对较低，处理较为容易，有一定回用价值[5]；黑水水量少，但水体中含有较多的污染物和病原物质，较难处理，研究发现黑水是农村生活污水的中COD、氮磷的主要贡献者，它是生活污水的主要污染来源[6]。
（3）排放特征
城市污水排放量相比农村生活污水排放量较低，但排放随机性强，属间歇排放，不同时段排水量变化显著[7]。另外，污水还因地区经济发展程度的差异而呈现明显的不同。
2.人工湿地水处理技术
人工湿地（Constructed Wetlands，CW），是一种为处理污水而采用工程手段模拟自然湿地系统建造的构筑物，在构筑物的底部，按一定的坡度填充选定级配的填料，在填料表层土壤中种植一些对污水处理效果好、成活率高、生长周期长以及具有经济价值的水生植物，它主要通过湿地系统内的填料、微生物和水生植物的共同作用来实现污染物的去除[8]。
根据污水在湿地中的流动方式，人工湿地可以分为三种类型：表面流湿地（SFW，Surface Flow Wetland）、潜流湿地（SSFW，Subsurface Wetland）和垂直流湿地（VFW，Vertical Flow Wetland）[9]。
2.1 人工湿地去除污染物的净化机理
人工湿地去除污染物的机理比较复杂，普遍认同的机理是硝化反硝化去除N，沉淀去除P的概括性描述。对净化机理的进一步研究难度很大，因为涉及到生物、物理、化学等多个学科，而且难以从微观角度去定量化[10]。污染物的去除主要是通过微生物、植物、土壤的沉淀作用、吸附与吸收作用、离子交换作用、氧化还原作用和代谢分解作用等途径实现的。
（1）悬浮物的去除
污水中的悬浮物（SS）主要是通过填料的过滤、污泥沉淀及植物根系附着来去除的。通过湿地系统中的填料、植物根系以及微生物体的相互作用，固体悬浮物被填料和植物根系阻拦、截留，最终得到去除。汪俊三等的研究表明高水力负荷人工湿地污水处理系统中的藻类物质及SS的去除率可以达到99.93%[11]。
（2）有机物的去除
人工湿地对有机物的去除效果显著，主要依靠系统中厌氧和好氧微生物的降解作用，植物和基质的沉淀和过滤吸附作用完成。不溶性的有机物主要通过填料的沉淀、过滤作用而被截留，可溶性的有机物则通过填料及植物根系表层所附着的微生物的吸附、降解过程而去除。生物降解的过程由多种微生物通过好氧和厌氧代谢来完成[12]，降解机理可简单描述为[13]。
好氧代谢：复杂有机物+O2CO2+H2O+稳定产物
厌氧代谢：复杂有机物CO2+CH4+不稳定产物
在上述有机物去除机理分析中，厌氧过程反应较慢，只能去除很少一部分有机物，而好氧代谢迅速，是主要的污染物去除途径。因此在有机污染物供应充足的前提下，溶解氧的供应量是影响有机污染物去除效果的主要因素，此外处理效果还受到进水成分的影响，即进水成分中难降解和不能降解有机物的比例。
（3）氮的去除
濕地中氮素的去除是一个复杂的生物化学过程，含氮物质的去除主要指无机氮的去除。氮素去除途径包括氨氮的挥发作用、植物吸收作用、微生物的硝化-反硝化作用以及基质的吸附作用[14]。研究发现在多种去除途径中微生物的硝化-反硝化作用是湿地系统中氮素的主要去除途径，而氨氮的挥发和植物吸收作用则对氮素的去除贡献较小。硝化-反硝化脱氮过程可描述为植物把氧气输送到底部根区，并在周围形成很多的好氧小区，氮在此部分进行硝化反应； 在远离根部的地区形成缺氧条件，硝态氮进行反硝化反应，其具体降解过程如下所示：
硝化过程：
（4）磷的去除
磷是水体中水生植物和藻类生长的一种重要的营养物质，湿地中磷的去除是通过植物的吸收、基质的吸附沉淀、微生物的积累等多种复杂的物理化学作用完成的。研究发现植物吸收作用对磷的去除贡献率是很少的，湿地中微生物的同化作用去除磷的量也是有限的，一般认为基质的吸附沉淀作用是人工湿地除磷的主要作用机理，其中温度、pH值、有机质、溶解氧、进水磷浓度、基质的理化作用等条件的控制对磷素的有效去除起着至关重要的作用，其具体去除机理可简单表示如下[15]： 5Ca2++3PO43-+OH-Ca5（PO4）3OHAl3++PO43-AlPO4 Fe3++PO43-FePO4
2.2 人工湿地的优点与存在问题
目前，人工湿地系统以其独特的净水效果在处理生活污水特别是农村生活污水方面体现出了显著的优越性，人工湿地水处理技术具有以下优点：
（1）污染物去除范围广，处理效果好且稳定。人工湿地系统可以去除水体中包括氮、磷、悬浮物、有机物、重金属、病原体等在内的多种污染物质，并且在进水浓度较低的条件下其可以将水体中80%以上的有机污染物，60%以上的氮以及90%以上的磷等物质高效去除。
（2）投资成本低、运行费用低、维护管理简单。其造价及运行费远远低于常规处理技术，这也是其可以应用于农村生活污水处理领域的一大优势；
（3）处理效果稳定、去除效率高、出水水质好。
（4）对负荷变化适用性强。人工湿地有较强的调控能力，这较适于处理间歇排放的农村生活污水
（5）美化环境，创造经济价值。人工湿地中种植的植物不仅具有观赏价值，收获后还可以创造一定的经济价值。
虽然人工湿地有上述诸多优点，但在应用过程中也存在一定问题：
（1）人工湿地占地面积大，土地紧张的地方不适合使用；
（2）处理效果受气温影响较大，气温低时处理效果明显下降；
（3）容易发生堵塞，当湿地堵塞时系统的处理效率急速下降；
（4）防渗措施不当时会造成地下水的污染。
（5）湿地中植物的代谢会增加系统的污染负荷、其死亡分解也会增加系统有机质和氮的负荷，同时湿地植物蚊虫滋生导致的闻声问题也不容忽视，需要对植物进行有效选择和管理[7]。
3 人工湿地技术在农业生活污水方面的应用
经过国内外诸多学者的多年来不懈的研究与实践探索，目前人工湿地已经作为一种较为成熟的农村生活污水处理技术，而在世界范围内得到了广泛的推广与应用。
在国外，截止到2004年已建成并投入运行的用于农村生活污水处理的人工湿地系统就超过5000座[16]。在美国，人工湿地技术是美国环保署用于处理保罗农村生活污水在内的分散污水的推荐技术；在英国，有超过500座的芦苇人工湿地广泛应用与农村生活污水的治理中，并且处理效果显著[7]。
在国内，人工湿地被视为最有前途的处理工艺，特别是在控制农村地区面源污染方面具有显著地发展潜力[7.17]。目前，我国已经在北京、深圳、云南等多地建立了示范工程，并在浙江安吉县和四川省遂宁市旗山村建立了小型人工湿地系统，经济有效的解决了农村生活污水的污染问题。虽然人工湿地仅在我国的少数农村地区得到了成功应用，但其显著地优势将使其在农村得到广泛的推广应用.
4 总结
农村地区经济基础薄弱，资金相对短缺，农民的整体文化素质不高，但农村土地资源丰富，因此必须从实际出发。在处理农村生活污水时应尽量遵循低投入、低耗费、低维护等原则。人工湿地作为一个完整的生态处理系统，具有投资低，出水水质好、抗冲击力强、美化生态环境、操作简单、运行维护费用低等优点，能够有效解决农村生活污水引起的水体污染问题，改善农村居民的生态环境，因此在我国广大农村地区具有良好的应用前景和很强的推广意义。
参考文献
[1] 胡恒祥，吕伟娅，梁磊等.农村地区生活污水处理技术研究[J].安徽农业科学，2010，38（31）：17625-17626.
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[3] 孫震宇，李清飞，何新生.人工湿地处理农村生活污水研究[J].科技创新导报，2011（19）：140-141.
[4] AL-AYYOUSI O.Focused environmental assessment of greywater reuse in Jordan [J].Environmental Engineering Policy，2002，3：67-73.
[5] JEPPESEN B.Domestic greywater reuse：Australia’s challenge for the future [J].Desalination， 1996， 106：311-315.
[6] ALMEIDA M C，BUTLER D， FRIEDLER E. At-source domestic wastewater quality[J].Urban Water，1999，1：49-55.
[7] 董贝，刘杨，杨平.人工湿地处理农村生活污水研究与应用[J].水资源保护. 2011，27（2）：80-87.
[8] 应俊辉.利用人工湿地处理农村生活污水的研究.安徽农业科学[J].2007，35（4）：1104-1105.
[9] 徐春华，周琪，宋乐平.人工湿地在农业面源污染控制方面的应用[J]重庆环境科学，2001，23（3）：70-72.
[10] 赵振国，刘丽.人工湿地污水处理技术研究进展[J].东北水利水电，2011（6）：52-54.
[11] 汪俊三，覃环.高水力负荷人工湿地处理富营养化湖水[J].中国给水排水，2005，21（2）：1-4.
[12] 汤显强，黄岁樑.人工湿地去污机理及其国内外应用现状[J].水处理技术，2007，33（2）：9-13.
[13] 王国娟，曹世杰.人工湿地处理富含N、P污水的研究[J].沂蒙科技论坛论文选编：222-227[9]徐春华，周琪，宋乐平.人工湿地在农业面源污染控制方面的应用[J]重庆环境科学，2001，23（3）：70-72.
[14] 王爱萍，周琪.人工湿地处理污水的研究[J].四川环境.2005，24（2）：76-80.
[16] 孙广智等.人工芦苇床污水处理技术[J].污染防治技术，1999，22（1）：1-4.
[17] CHEN Z M，CHEN B，ZHOU J B，et al.A vertical subsurface flow constructed wetland in Beijing [J].Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation，2008，13：1986-1997.
[18] KIVAISI A K. The potential for constructed wetlands for wastewater treatment and reuse in developing countries： a review[J]Ecological Engineering，2001，16：22-24.
[关键词]农村；生活污水处理；人工湿地
中图分类号：X5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）22-0133-02
我国是一个农业大国，农村用地面积占全国土地总面积的近90%。一直以来广大农村地区的生活污水普遍缺乏有效的处理措施[1]，农村生活污水多数未经处理就直接排放到附近的河流、湖泊等水体中，出现了包括水华现象在内的水质恶化等诸多生态环境问题，严重污染了农村的水源和水环境，也对居民的身心健康造成了潜在的威胁，因此加强农村生活污水的有效处理工作迫在眉睫 [2]。目前，常采用传统的生物处理方法对农村生活污水进行处理，但这些方法普遍存在着基建投资高，动力消耗大，运行管理要求高，剩余污泥难处理以及处理效果不稳定等诸多问题，大大限制了其在农村生活污水处理上的广泛应用[3]。人工湿地系统可有效克服传统污水处理工艺在处理农村污水方面的不足，它不仅可以为各种生物提供良好的栖息地，同时湿地内的植物也具有一定的经济效益，因此是一种良好的农村污水处理工艺，在我国广大的农村地区具有广阔的应用前景。
1.农村生活污水的特征
农村生活污水是指农村地区居民在生活过程中产生的污水，可以分为两类，即以洗菜、洗衣、洗浴废水为主的灰水和以粪尿、厕所冲冼水为主的黑水。其特点可概括如下：
（1）水质特征
农村生活污水中的有机物和氮磷含量较高，并且水体中含有大量的营养盐及细菌、病毒等物质，一般不含有有毒物质，可生化性较高。
（2）分布特征
生活污水中灰水水量较大，一般可占到总水量的50%-80%[4]，但水体中的污染物浓度相对较低，处理较为容易，有一定回用价值[5]；黑水水量少，但水体中含有较多的污染物和病原物质，较难处理，研究发现黑水是农村生活污水的中COD、氮磷的主要贡献者，它是生活污水的主要污染来源[6]。
（3）排放特征
城市污水排放量相比农村生活污水排放量较低，但排放随机性强，属间歇排放，不同时段排水量变化显著[7]。另外，污水还因地区经济发展程度的差异而呈现明显的不同。
2.人工湿地水处理技术
人工湿地（Constructed Wetlands，CW），是一种为处理污水而采用工程手段模拟自然湿地系统建造的构筑物，在构筑物的底部，按一定的坡度填充选定级配的填料，在填料表层土壤中种植一些对污水处理效果好、成活率高、生长周期长以及具有经济价值的水生植物，它主要通过湿地系统内的填料、微生物和水生植物的共同作用来实现污染物的去除[8]。
根据污水在湿地中的流动方式，人工湿地可以分为三种类型：表面流湿地（SFW，Surface Flow Wetland）、潜流湿地（SSFW，Subsurface Wetland）和垂直流湿地（VFW，Vertical Flow Wetland）[9]。
2.1 人工湿地去除污染物的净化机理
人工湿地去除污染物的机理比较复杂，普遍认同的机理是硝化反硝化去除N，沉淀去除P的概括性描述。对净化机理的进一步研究难度很大，因为涉及到生物、物理、化学等多个学科，而且难以从微观角度去定量化[10]。污染物的去除主要是通过微生物、植物、土壤的沉淀作用、吸附与吸收作用、离子交换作用、氧化还原作用和代谢分解作用等途径实现的。
（1）悬浮物的去除
污水中的悬浮物（SS）主要是通过填料的过滤、污泥沉淀及植物根系附着来去除的。通过湿地系统中的填料、植物根系以及微生物体的相互作用，固体悬浮物被填料和植物根系阻拦、截留，最终得到去除。汪俊三等的研究表明高水力负荷人工湿地污水处理系统中的藻类物质及SS的去除率可以达到99.93%[11]。
（2）有机物的去除
人工湿地对有机物的去除效果显著，主要依靠系统中厌氧和好氧微生物的降解作用，植物和基质的沉淀和过滤吸附作用完成。不溶性的有机物主要通过填料的沉淀、过滤作用而被截留，可溶性的有机物则通过填料及植物根系表层所附着的微生物的吸附、降解过程而去除。生物降解的过程由多种微生物通过好氧和厌氧代谢来完成[12]，降解机理可简单描述为[13]。
好氧代谢：复杂有机物+O2CO2+H2O+稳定产物
厌氧代谢：复杂有机物CO2+CH4+不稳定产物
在上述有机物去除机理分析中，厌氧过程反应较慢，只能去除很少一部分有机物，而好氧代谢迅速，是主要的污染物去除途径。因此在有机污染物供应充足的前提下，溶解氧的供应量是影响有机污染物去除效果的主要因素，此外处理效果还受到进水成分的影响，即进水成分中难降解和不能降解有机物的比例。
（3）氮的去除
濕地中氮素的去除是一个复杂的生物化学过程，含氮物质的去除主要指无机氮的去除。氮素去除途径包括氨氮的挥发作用、植物吸收作用、微生物的硝化-反硝化作用以及基质的吸附作用[14]。研究发现在多种去除途径中微生物的硝化-反硝化作用是湿地系统中氮素的主要去除途径，而氨氮的挥发和植物吸收作用则对氮素的去除贡献较小。硝化-反硝化脱氮过程可描述为植物把氧气输送到底部根区，并在周围形成很多的好氧小区，氮在此部分进行硝化反应； 在远离根部的地区形成缺氧条件，硝态氮进行反硝化反应，其具体降解过程如下所示：
硝化过程：
（4）磷的去除
磷是水体中水生植物和藻类生长的一种重要的营养物质，湿地中磷的去除是通过植物的吸收、基质的吸附沉淀、微生物的积累等多种复杂的物理化学作用完成的。研究发现植物吸收作用对磷的去除贡献率是很少的，湿地中微生物的同化作用去除磷的量也是有限的，一般认为基质的吸附沉淀作用是人工湿地除磷的主要作用机理，其中温度、pH值、有机质、溶解氧、进水磷浓度、基质的理化作用等条件的控制对磷素的有效去除起着至关重要的作用，其具体去除机理可简单表示如下[15]： 5Ca2++3PO43-+OH-Ca5（PO4）3OHAl3++PO43-AlPO4 Fe3++PO43-FePO4
2.2 人工湿地的优点与存在问题
目前，人工湿地系统以其独特的净水效果在处理生活污水特别是农村生活污水方面体现出了显著的优越性，人工湿地水处理技术具有以下优点：
（1）污染物去除范围广，处理效果好且稳定。人工湿地系统可以去除水体中包括氮、磷、悬浮物、有机物、重金属、病原体等在内的多种污染物质，并且在进水浓度较低的条件下其可以将水体中80%以上的有机污染物，60%以上的氮以及90%以上的磷等物质高效去除。
（2）投资成本低、运行费用低、维护管理简单。其造价及运行费远远低于常规处理技术，这也是其可以应用于农村生活污水处理领域的一大优势；
（3）处理效果稳定、去除效率高、出水水质好。
（4）对负荷变化适用性强。人工湿地有较强的调控能力，这较适于处理间歇排放的农村生活污水
（5）美化环境，创造经济价值。人工湿地中种植的植物不仅具有观赏价值，收获后还可以创造一定的经济价值。
虽然人工湿地有上述诸多优点，但在应用过程中也存在一定问题：
（1）人工湿地占地面积大，土地紧张的地方不适合使用；
（2）处理效果受气温影响较大，气温低时处理效果明显下降；
（3）容易发生堵塞，当湿地堵塞时系统的处理效率急速下降；
（4）防渗措施不当时会造成地下水的污染。
（5）湿地中植物的代谢会增加系统的污染负荷、其死亡分解也会增加系统有机质和氮的负荷，同时湿地植物蚊虫滋生导致的闻声问题也不容忽视，需要对植物进行有效选择和管理[7]。
3 人工湿地技术在农业生活污水方面的应用
经过国内外诸多学者的多年来不懈的研究与实践探索，目前人工湿地已经作为一种较为成熟的农村生活污水处理技术，而在世界范围内得到了广泛的推广与应用。
在国外，截止到2004年已建成并投入运行的用于农村生活污水处理的人工湿地系统就超过5000座[16]。在美国，人工湿地技术是美国环保署用于处理保罗农村生活污水在内的分散污水的推荐技术；在英国，有超过500座的芦苇人工湿地广泛应用与农村生活污水的治理中，并且处理效果显著[7]。
在国内，人工湿地被视为最有前途的处理工艺，特别是在控制农村地区面源污染方面具有显著地发展潜力[7.17]。目前，我国已经在北京、深圳、云南等多地建立了示范工程，并在浙江安吉县和四川省遂宁市旗山村建立了小型人工湿地系统，经济有效的解决了农村生活污水的污染问题。虽然人工湿地仅在我国的少数农村地区得到了成功应用，但其显著地优势将使其在农村得到广泛的推广应用.
4 总结
农村地区经济基础薄弱，资金相对短缺，农民的整体文化素质不高，但农村土地资源丰富，因此必须从实际出发。在处理农村生活污水时应尽量遵循低投入、低耗费、低维护等原则。人工湿地作为一个完整的生态处理系统，具有投资低，出水水质好、抗冲击力强、美化生态环境、操作简单、运行维护费用低等优点，能够有效解决农村生活污水引起的水体污染问题，改善农村居民的生态环境，因此在我国广大农村地区具有良好的应用前景和很强的推广意义。
参考文献
[1] 胡恒祥，吕伟娅，梁磊等.农村地区生活污水处理技术研究[J].安徽农业科学，2010，38（31）：17625-17626.
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