王曉雪，李杰，鐘成華＊＊，陳龍，張文東

（1.重慶工商大學(xué)環(huán)境與生物工程學(xué)院，重慶400067;2.重慶市南岸區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，重慶 400060）

1 三峽庫(kù)區(qū)小城鎮(zhèn)生活污水處理現(xiàn)狀

三峽蓄水位達(dá)175 m后，三峽庫(kù)區(qū)將形成600多km長(zhǎng)、蓄水量400億km3、水域面積1 000平km2的巨大水庫(kù)，水庫(kù)回水末端抵達(dá)重慶市主城區(qū)。長(zhǎng)江水流速度由建庫(kù)前的2.66 m/s降至0.38 m/s，江水稀釋自凈能力將大為減弱，水環(huán)境容量降低。同時(shí)庫(kù)區(qū)水體營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)負(fù)荷過(guò)大，特別是氮、磷物質(zhì)，它們的濃度與國(guó)內(nèi)已發(fā)生富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象水庫(kù)的氮、磷濃度相近，甚至偏高，水體可能富營(yíng)養(yǎng)化［1］。在2003年9月到2004年3月，包括大寧河、朱衣河、神女溪、梅溪河等次級(jí)河流都觀測(cè)到部分河段藻類活動(dòng)旺盛的跡象，營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)出現(xiàn)異常［2］。因此為確保庫(kù)區(qū)水質(zhì)，對(duì)庫(kù)區(qū)進(jìn)行水環(huán)境治理是當(dāng)務(wù)之急。

隨著三峽庫(kù)區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和污染治理，工業(yè)污染源與城市居民生活污水得到了很好的處理與控制，而小城鎮(zhèn)污水大部分處于無(wú)序排放狀態(tài)。據(jù)環(huán)保部門調(diào)查，沿江城鎮(zhèn)2004年有近5億t生活污水直接排江，含有化學(xué)需氧量、氨氮、總磷分別為 99 647、8 281.76、1 442.11 t，影響不容忽視［3］。

在這些中小城鎮(zhèn)修建傳統(tǒng)的二級(jí)污水處理廠是不切實(shí)際的。原因:（1）庫(kù)區(qū)多數(shù)小城鎮(zhèn)人口在3 000～5 000人左右，居住分散，且?guī)靺^(qū)多為山地，污水收集困難且昂貴;（2）庫(kù)區(qū)是全國(guó)八大片貧困區(qū)域之一，居民收入低，即使國(guó)家投資修建污水處理廠，地方也承擔(dān)不起昂貴的運(yùn)行費(fèi)用;（3）由于受處理工藝的限值，傳統(tǒng)污水處理廠氮、磷去除效果差，在庫(kù)區(qū)已運(yùn)行的多數(shù)污水廠出水水質(zhì)中氮、磷都超標(biāo)［4］。因此，研究一種能夠降低投資成本和運(yùn)行費(fèi)用，除氮、磷能力強(qiáng)的污水處理技術(shù)十分必要，如人工濕地技術(shù)。

2 人工濕地簡(jiǎn)介及應(yīng)用現(xiàn)狀

人工濕地（constructed wetlands）:是為了人類利用和利益，通過(guò)模擬自然濕地，人為設(shè)計(jì)與建造的由飽和基質(zhì)、挺水與沉水植被、動(dòng)物和水體組成的復(fù)合體［5］。其構(gòu)造可簡(jiǎn)述為:在一定長(zhǎng)寬比及底面坡降的淺池內(nèi)或低洼地上、按一定的坡度填充選定的填料、在填料表層土壤中種植一些處理性能好、成活率高、生長(zhǎng)周期長(zhǎng)、根系發(fā)達(dá)、美觀且具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的植物，構(gòu)成一個(gè)濕地生態(tài)系統(tǒng)。人工濕地利用生態(tài)系統(tǒng)中基質(zhì)-水生植物-微生物的物理、化學(xué)和生物的三重協(xié)同作用的綜合效應(yīng)，包括沉淀、吸附、過(guò)濾、分解、固定、離子交換、絡(luò)合反應(yīng)、硝化合反硝化作用、營(yíng)養(yǎng)元素的攝取、生物代謝活動(dòng)的轉(zhuǎn)化和細(xì)菌、真菌的異化作用等，來(lái)實(shí)現(xiàn)污水地高效凈化［4］。

人工濕地污水處理系統(tǒng)在20世紀(jì)70年代Kickuth提出“根區(qū)法”理論后開(kāi)始在世界各地逐漸受到重視并被運(yùn)用的。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，在歐洲共有6 000多座處理城市污水的人工濕地，北美有1 000多座處理城市污水和多種工業(yè)污水的濕地系統(tǒng)，南美、亞洲、大洋洲等也已建成大量人工濕地以處理城市及工業(yè)污水。

在我國(guó)，早在“七五”期間就進(jìn)行了人工濕地的研究工作。近年來(lái)我國(guó)人工濕地處理污水的技術(shù)取得了迅速的發(fā)展，自我國(guó)第一個(gè)人工濕地污水處理工程——深圳白泥坑人工濕地建成以來(lái)，陸續(xù)建成了一大批污水處理人工濕地，如深圳龍崗沙田人工濕地、洪湖人工濕地、上海松江五厙科技農(nóng)業(yè)示范區(qū)人工濕地、觀瀾湖高爾夫球會(huì)有限公司職工宿舍生活污水人工濕地、云南撫仙湖人工濕地、武漢二郎廟污水處理廠人工濕地、江蘇鹽城市的無(wú)水資源化海涂生態(tài)示范工程、沈陽(yáng)滿堂河生態(tài)污水處理示范廠、山東東營(yíng)濕地生態(tài)污水處理廠等?，F(xiàn)在人工濕地不但用于生活污水的處理，還用于處理酸性礦山排水、農(nóng)業(yè)廢水、城市暴雨、城鄉(xiāng)景觀水、石油產(chǎn)業(yè)廢水和富營(yíng)養(yǎng)化水體多種類型的廢水。

應(yīng)用實(shí)踐表明，人工濕地處理污水的效果是理想的，其基建投資和運(yùn)行成本都比較低廉，分別是傳統(tǒng)二級(jí)處理的1/5-1/2和1/10-1/5，而且還可以產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益。譬如深圳洪湖公園用凈化過(guò)的水澆花草，一年中可節(jié)省上百萬(wàn)元［6］，北京市北郊昌平衛(wèi)星城的人工濕地系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)為1.18萬(wàn)元/a，污水處理成本為0.065 元/m3，收獲蘆葦?shù)漠a(chǎn)值為 0.93 萬(wàn)元/a，具有低耗高效的優(yōu)點(diǎn)［7］。

3 人工濕地在三峽庫(kù)區(qū)應(yīng)用的可行性分析

三峽庫(kù)區(qū)地處東經(jīng)106°-111°50'，北緯29°16'-31°25'，東起湖北省宜昌，西迄重慶江津市，幅員面積5.79 km2。屬濕潤(rùn)亞熱帶季風(fēng)氣候，具有冬暖春早，夏熱伏旱，秋魚(yú)連綿，濕度大和云霧多、風(fēng)力小等特征，年平均氣溫17～19℃，無(wú)霜期300～340 d，年平均降雨量1 140-1 200 mm，地區(qū)分布相對(duì)均勻。因此，三峽庫(kù)區(qū)具有發(fā)展人工濕地技術(shù)的優(yōu)越的氣候條件。

在重慶永川，建立了服務(wù)人口約2 000人，日處理生活污水200 t，采用污水預(yù)處理與人工濕地處理相結(jié)合的城鎮(zhèn)生活污水處理工藝。工程運(yùn)行兩年期間，其對(duì)CODCr、BOD5、SS、NH3-N和TP的去除率分別為89.5%、92.5%、92.7%、83.7%和72.2%，出水優(yōu)于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級(jí)A類標(biāo)準(zhǔn)［8］。同時(shí)通過(guò)比較，該工程用地略高于傳統(tǒng)污水處理廠，而單位污水投資略低于傳統(tǒng)污水處理廠，單位污水處理費(fèi)用、單位污水耗電明顯低于傳統(tǒng)污水處理廠（表1）。因此，在三峽地區(qū)用人工濕地處理生活污水，經(jīng)濟(jì)上與技術(shù)上都是可行的。

表1 重慶永川人工濕地系統(tǒng)與其它污水處理廠的經(jīng)濟(jì)比較［7］

當(dāng)然，人工濕地也有一些難以解決的問(wèn)題，尤其是占地面積大過(guò)大（是一般二級(jí)污水處理廠占地的1～3倍）是其致命的缺陷。而受水庫(kù)淹沒(méi)影響和移民的二次占地，三峽庫(kù)區(qū)人均耕地面積從0.073 hm2下降到0.06～0.067 hm2，建造人工濕地似乎將會(huì)進(jìn)一步加劇人地矛盾。但是，三峽庫(kù)區(qū)山地丘陵面積占97.3%，其中大于30度的坡地面積占一半以上，山高坡陡，加之由風(fēng)化的花崗巖、紫色巖發(fā)育的土壤在庫(kù)區(qū)所占比重大，土壤抗侵蝕性差，保水保土力弱，造成庫(kù)區(qū)水土流失嚴(yán)重。根究三峽庫(kù)區(qū)地勢(shì)特點(diǎn)，近幾年，有人開(kāi)始［9，10］提出一種針對(duì)山地和丘陵地帶城市污水的處理工藝——人工山地濕地污水處理系統(tǒng)（圖1）。系統(tǒng)采用厭氧消化池-三級(jí)波式流人工濕地-生物塘組合工藝處理養(yǎng)殖廢水和生活污水，出水可以達(dá)到再生水回用于農(nóng)業(yè)用水農(nóng)田灌溉標(biāo)準(zhǔn)或污水綜合排放國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 人工山地濕地污水處理工藝流程

工藝的特點(diǎn)有:（1）各級(jí)單元塘之間具有較強(qiáng)的互助和互補(bǔ)性，使得其具有更高的氮、磷的去除率;（2）我國(guó)的《水土保持法》第14條規(guī)定:“禁止在25°以上陡坡地開(kāi)墾種植農(nóng)作物”，因此利用山地建造濕地不用占用耕地面積;（3）所建的鋼筋混凝土構(gòu)筑物和濕地植物可以起到固坡和景觀的作用;（4）采用跌水曝氣的曝氣方式，無(wú)能耗，不需投加化學(xué)藥劑，處理成本低廉;（5）操作維護(hù)簡(jiǎn)單，抗沖擊能力強(qiáng)，不產(chǎn)生污泥，無(wú)二次污染問(wèn)題;（6）能夠提供一部分經(jīng)濟(jì)植物和魚(yú)蝦等產(chǎn)品。

在三峽地區(qū)用人工濕地處理生活污水，不但經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上可行，更可以化弊為利，把人工濕地占地面積大的缺點(diǎn)轉(zhuǎn)化為固坡防沙的優(yōu)點(diǎn)。另外，人工濕地規(guī)?？纱罂尚。に囲`活多變。其污水處理范圍，大到一個(gè)城鎮(zhèn)，小到一條街道甚至單戶家庭。因此在居民居住集中的區(qū)域，可以修建大型的人工濕地生態(tài)系統(tǒng)，而在居民分散的村落，可以以戶為單位修建分散式人工濕地污水處理池。

要實(shí)現(xiàn)庫(kù)區(qū)人工濕地的大規(guī)模的應(yīng)用，還需要社會(huì)各界的共同努力。如國(guó)土部門應(yīng)該對(duì)人工濕地的建造予以規(guī)劃、管理與審批;財(cái)政部門應(yīng)該對(duì)建造人工濕地的個(gè)人或企業(yè)給與一定的財(cái)政上的鼓勵(lì);一些企業(yè)，如鋼鐵企業(yè)、電力企業(yè)應(yīng)該免費(fèi)或廉價(jià)的提供鋼渣、粉煤灰等濕地基質(zhì)以降低人工濕地建造成本;環(huán)保部門應(yīng)該給與一定的技術(shù)上的指導(dǎo)，研發(fā)一些適用的工藝及具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的濕地植物，如瓜果蔬菜、草本植物與林木等，使人工濕地不但是污水處理系統(tǒng)，更是人們創(chuàng)收的“聚寶盆”。

4 結(jié)論

人工濕地技術(shù)處理生活污水具有基建投資少、運(yùn)行成本低、管理維護(hù)簡(jiǎn)單、去除營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)效果好、實(shí)現(xiàn)污水資源化等優(yōu)點(diǎn)。而其應(yīng)用于三峽庫(kù)區(qū)小城鎮(zhèn)生活污水處理還具不占用耕地、固坡防沙減少水土流失等獨(dú)特的生態(tài)作用。因此，人工濕地生態(tài)系統(tǒng)在三峽庫(kù)區(qū)具有廣闊的發(fā)展前景。根據(jù)居住人口和生活污水量的不同修建不同規(guī)模的人工濕地。在居民居住集中的小城鎮(zhèn)，可以修建大型的人工濕地生態(tài)系統(tǒng)，而在居民分散的村落，可以修建分散式人工濕地污水處理池。我國(guó)是一個(gè)多山的國(guó)家，人工山地濕地不但在三峽庫(kù)區(qū)具有良好的運(yùn)用價(jià)值，而且在全國(guó)山地丘陵地區(qū)都有參考價(jià)值。同時(shí)它還給予啟示，人工濕地技術(shù)的應(yīng)用應(yīng)該因地制宜，化弊為利。

［1］張晟，呂平毓.三峽庫(kù)區(qū)成庫(kù)初期營(yíng)養(yǎng)鹽及浮游植物分布特性［J］.重慶環(huán)境科學(xué)，2005，27（1-2）:13-16

［2］李永健.庫(kù)區(qū)富營(yíng)養(yǎng)化研究報(bào)告.重慶市環(huán)境科學(xué)研究院

［3］成水平.人工濕地廢水處理系統(tǒng)的生物學(xué)基礎(chǔ)研究進(jìn)展［J］.湖泊科學(xué)，1996，8（3）:268-272

［4］長(zhǎng)江三峽工程生態(tài)與環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)污染源（工業(yè)和生活污染）監(jiān)測(cè)重點(diǎn)站2004年度報(bào)告.重慶市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心

［5］HAMMER D A.ConstrUctedwetlandsforwastewatertreatineni［J］.MunieiPal Industrialand Aghcultoral:LewisPublishersIne，1989（5）:20

［6］崔鳳山.關(guān)于運(yùn)用人工濕地處理城市污水的思考［J］.環(huán)境導(dǎo)報(bào)，2003（3）:40

［7］楊敦，周琪.人工濕地脫氮技術(shù)的機(jī)理及應(yīng)用［J］.中國(guó)給水排水，2003，19（1）:23-24

［8］黎莉莉，張晟.人工濕地在處理小城鎮(zhèn)生活污水中的應(yīng)用［J］.2005，27（1-2）:54-56

［9］吳俊明，鐘成華.淺談復(fù)合式山地濕地污水處理系統(tǒng)在三峽庫(kù)區(qū)的應(yīng)用［J］.安全與環(huán)境工程，2006（3）:76-78

［10］李杰，鐘成華，鄧春光.厭氧池+人工濕地+生物唐系統(tǒng)處理奶牛養(yǎng)殖場(chǎng)廢水［J］.中國(guó)給水排水，2008，24（9）:83-85