农村生活污水 | 稻田人工湿地净化技术

       农村生活污水是居民在生活过程中产生的各种废水的总和，由于农村生活污水中含有大量的氮磷，所以将其直接排放不仅会造成浪费，还会导致农村水体出现富营养化现象。

       近年来，人工湿地被广泛用于农村生活污水的治理；实际上，稻田系统也是一种人工湿地，而且相对于传统的人工湿地处理系统而言，稻田人工湿地系统具有更高的除磷能力。

一、稻田人工湿地

顾名思义，“人工湿地”是指人类为了利用某种湿地功能或用途而营造的湿地，或对天然湿地进行改造而形成的湿地；水稻田和其它农用地不同，稻田的特征与湿地相似，它是一种人工湿地系统。

通过稻田人工湿地处理农村生活污水，就是将农村生活污水作为稻田湿地的灌溉水和水稻生长所需的磷源；由于水稻本身和稻田土壤对氮磷有吸收和固定作用，所以稻田是一种非常高效的水体净化植物，并且稻田人工湿地既是造成农业面源污染的源，也是能够消纳氮磷污染的汇；因此，开发利用稻田人工湿地处理氮磷污水具有很高的经济和社会价值。

二、稻田人工湿地氮、磷去除机制

（一）氮的去除

1. 水稻的吸收作用

氮是水稻合成氨基酸或蛋白质及其他含氮有机物的大量营养元素，在植物的生命活动中发挥着极其重要的作用；水稻一生对氮的吸收总量按收获中的含量来计，每形成100 kg的产量需从土壤中吸收氮素2.1—2.4kg，水稻吸收的氮最终通过收割而去除，但这一部分氮仅占土壤总氮含量的10%左右。

2. 微生物的硝化-反硝化作用

在淹渍条件下，水稻利用通气组织将氧气输送至根部，在根部附近形成一个好氧环境，随着离根系距离的逐渐增大，田间依次出现缺氧、厌氧状态，为硝化菌和反硝化菌的生长创造了有利条件，进而增强稻田微生物的硝化和反硝化作用，提高了田间氮素的净化效率。

3. 氨的挥发作用

在光照和高pH条件下，当氨和铵态氮进入稻田并停留在田面水中时，氨挥发强烈；在石灰性土壤中，尿素的氨挥发损失达到施氮量的30%，占氮素总损失量的48%；在非石灰性土壤中，尿素的氨挥发为9%—11%，占总损失的19%—21%。

4. 土壤吸附与离子交换作用

稻田土壤颗粒带有负电荷，很容易吸附氨离子；同时，生活在水、腐殖层和土壤中细菌、蓝藻等各种微生物对水体中的氮素也有一定的固持作用，但土壤颗粒的吸附能力有限，且只有置换土壤时才能将氮素从系统中去除。

（二）磷的去除

1. 水稻的吸收作用

磷也是植物生长必需的营养元素，水稻吸收无机磷并用它组成卵磷脂、核酸及ATP等，然后通过植物的收割而移去；按收获中的含量来计，每形成100kg的产量需从土壤中吸收磷0.9—1.3kg。

2. 土壤基质的吸附与沉淀作用

大多数情况下，可溶性磷的去除途径主要是基于基质的吸附和沉淀作用；土壤不仅对磷具有吸附作用，而且土壤中的Ca和Fe可与磷酸根发生反应而形成沉淀；但磷的沉淀吸附是一个可逆的过程，当进入水中磷的浓度太低，不能满足水稻生长的需求时，生物可利用因沉淀和吸附积蓄起来的磷。

3. 微生物的去除作用

微生物对磷的去除包括对磷的正常同化和对磷的过量积累；微生物吸收的磷素存在于核酸、核苷酸、磷脂和其他含磷化合物中，是构成细胞的重要组成部分，所有的微生物均含有一定数量的磷。

三、影响稻田人工湿地氮、磷去除的因素

（一）土壤

由于不同地区的土壤母质类型不同，所以土壤对氮磷的吸附效果也有一定的差异。比如说，在沙性土壤中，水分与土壤表面接触后易向下淋失，氮磷运移较深，而黏性土壤易造成氮磷元素的表层累积；除这种直接影响作用外，土壤母质还可以通过影响土壤的质地、通气性以及土壤的水热状况等，间接影响土壤氮素积累和氮矿化过程等。

（二）水力负荷

水力负荷是影响湿地净化效果的关键因子，也是湿地运行的重要参数。通常情况下，湿地氮磷去除效率会随着水力负荷的降低而增强；除量的影响外，负荷构成也会影响净化结果，比如说，当有机负荷较高时，异养细菌的生长占优势，就会抑制硝化细菌的生长，从而影响湿地系统氮的去除。

（三）水稻

水稻具有喜湿耐淹的特性，但长期淹渍会抑制水稻的生长；再加上水稻在不同季节、不同生长期对氮磷的吸收利用存在着明显的差异，且水稻的基因型对氮磷吸收也有重要的影响，所以在构建稻田人工湿地时，必须以水稻耐淹特性为基础，合理设定水力停留时间和水层深度等系统参数。

（四）水分管理

水是稻田人工湿地调控土壤环境、水稻生长发育和氮磷形态的关键因子。当水体在田间滞留期间流速接近于零时，水中悬移质和颗粒态的氮磷得以部分沉淀；当稻田长期处于淹水状态时，空气很难进入土壤，导致土壤中的氧浓度极低，持续的低氧环境对水稻的养分吸收利用产生严重影响，所以要合理地控制稻田水分含量及流速，从而减少氮磷流失，提高系统净化效果。

四、实施案例介绍

在浦江县杭坪镇种植了大约150余亩的稻田，这片稻田承载着杭坪镇近5000人的生活污水处理重任，这是因为稻田的灌溉用水全部来自于杭坪镇的生活污水；生活污水中氨氮含量较多，是一种很好的有机肥，也就是说，这150余亩的稻田原本需要施加两次肥，但当只施加了一次肥之后，就发现水稻秆粗叶盛，长势特别好，并且这片水稻的平均亩产量可达到700公斤以上，可想而知，这片稻田成了该镇天然的“人工湿地”。

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