我国农村生活污水与农田退水面源氮磷污染生态净化技术

一、生态净化技术研究现状

生态净化技术是指模拟自然生态系统，利用自然构筑物处理生产与生活污水的技术，其结合了自然系统易维护和人类工程技术高效、资源利用合理等优势。基于CiteSpace 6.2.R4软件和CNKI数据库的文献计量分析发现，我国对人工湿地的研究较多，但对生态缓冲带、生态浮床、生态潜坝、生态护坡、生态沟渠、前置库等技术研究较少，且集中于面源污染氮磷去除方面。与国际相比，我国在生态净化技术方面已达到同等水平。

二、生态净化技术的区域发展特征

生态净化技术具有污染物去除率高、组成灵活、抗冲击能力强、基建费和运行费低等优点，在国内外农村地区应用越来越多。在实际应用中，可根据不同地区的地貌、气候、土地情况，调整植物与基质搭配、结构布局和设施形状。我国重庆、贵州等西南丘陵地区具有喀斯特地貌，且农户分布分散、农田不集中，宜选生态滤池、人工湿地技术。南方地区大规模栽培水稻田，孕育出了独特的生态净化技术——稻田消纳技术，其可再利用及消纳面源排水中的氮磷，在南方稻作区潜力巨大。稻田-人工湿地耦合技术充分利用了地区特点和互补优势，该工艺在我国东部沿海地区已示范应用。在青藏高原地区，长期较低温度和乏氧导致传统工艺微生物菌种活性降低和溶解氧含量下降，可利用青藏高原独有的光伏太阳能优势，以加热和曝气方式解决上述问题。我国西北黄土高原地区，土质结构疏松、土壤盐碱化严重，生态净化系统中需减少浮水植物种植比例，运用抗逆性较强的禾本科植物。我国东北地区，平均农村污水处理覆盖率为13%，冬季严寒，宜采用土壤渗滤系统、稳定塘、潜流人工湿地，通过采取保温措施（如植物覆盖、冰雪覆盖、地膜保温、温室保温）或构造特殊湿地系统（如双层潜流人工湿地），使人工湿地等生态净化示范工程在-30~-20℃时净化效果仍较为理想。

三、生态净化技术体系建立

1.单一生态净化技术

生态净化技术是指模拟自然生态系统处理污水的技术，通常根据工程特征进行命名，但并没有对其进行系统分类。本文结合农村面源污染治理的“4R”理论以及湿地的分类及其在流域中的应用情况，将农村生活污水与农田退水生态净化技术分为人工湿地、近自然湿地、自然湿地三类，并构建梯级净化技术体系，具体分类情况见下图。

2.生态净化工艺联用技术

对于复杂的面源污染来源和日益严格的环境质量标准，单一工艺的去污效率很难达到要求。工艺联用可扬长避短，发挥各自优势，且对复杂污染适应性更强。有研究者通过构建调节池+生物滤池+潜流人工湿地+生态净化塘组合设备处理广西桂林地区农村生活污水，该装置对COD、TN、NH3-N和TP平均去除率分别为 87.57%、72.18%、80.98% 和 74.54%。本文针对农村生活污水、农田退水两种面源污染应用场景分别提出了处理工艺联用体系（如下图）。农村生活污水主要是农村人口聚居区内产生的灰水、黑水等生活污水，主要处理思路为：先经前处理工艺，再进入人工湿地、稳定塘或土地渗滤等修复性工艺中降解。针对农田退水时空分布分散的特点，采用多屏障生态拦截技术，主要处理思路为：生态沟渠和生态田埂作为田间首道拦截工程，处于水陆交错地带的生态缓冲带作为进入自然水体前的最后拦截工程。

四、面源生态净化典型技术在我国的应用

1.人工湿地推广情况

人工湿地作为生态修复类技术的代表，凭借优良去除效果，成为世界上研究最多、应用最广的生态净化技术。2003年后，我国人工湿地的污水处理能力的增长率已显著高于传统污水厂。我国除台湾、香港和澳门外，人工湿地总面积已超过6.7万 km2，主要分布在“胡焕庸线”以东。有研究者紧扣人工湿地净化效率和长效运行机制，首次在人工湿地标准中考虑全国气候分区，并针对各分区提出相应的设计参数，其编制的《人工湿地水质净化技术指南》为人工湿地设计、施工与验收、运维提供全流程指导。我国人工湿地应用已经进入搭建设计-运维数据库、设计施工与运维并重的初步阶段。

2.生态缓冲带推广情况

缓冲带是典型生态拦截类技术，可有效减少农田施肥后径流氮流失，适用于我国山区和丘陵地区。对于生态缓冲带，已有学者在四川、贵州、云南、江西、山东、陕西、山西以及东北黑土区等地开展植物种类筛选、水平空间结构布设及配置模式研究。植物生态护坡技术已在我国东北寒冷区域、云贵丘陵和高山地带、江浙等新垦山地进行应用。等高植物篱已作为国家重点科技成果推广项目，在四川宁南县推广2000 hm2，在山西三川河流域、汾河水库上游推广70万 hm2，在陕北推广1万hm2。我国植被缓冲带应用已通过技术验证，从试验阶段进入推广阶段；2021年生态环境部印发了《河湖生态缓冲带保护修复技术指南》，为各地河湖生态缓冲带范围确定、保护修复措施选择、后期维护等提供了系统性全流程指导。