1. 引言
1.1. 研究背景
在乡村振兴的宏大愿景下，农村生活污水的治理成为了推进农村宜居环境建设和生态文明发展的核心环节之一，其重要性愈发凸显[1]。随着农村经济的快速增长和生活质量的不断提升，农村地区的污水排放量显著增长，传统的排放模式已经无法满足当前环保的要求。未经妥善处理的污水直接排放，不仅严重污染了河流、湖泊等水体，还对地下水安全构成了威胁，进而影响到农村饮水的安全及居民的健康。
目前，我国农村生活污水治理面临着一系列挑战，其中包括污水收集效率低下、污水处理设施覆盖率不足、运营维护管理不到位等问题。据相关统计数据显示，全国农村地区约有数亿人口居住，其中一些地区的污水处理率远远低于城市水平，大量未经处理的污水直接排入环境中，进一步加剧了农村生态环境的压力。因此，在乡村振兴的大背景下，寻找高效、经济且适宜的农村生活污水处理技术成为当务之急。
在此背景下，微氧生物复合人工湿地耦合系统因其独特的优势而逐渐成为农村生活污水治理领域的研究焦点。该系统巧妙地融合了微氧生物处理技术和人工湿地的优点，通过微生物的降解功能、植物的吸收利用以及基质的过滤吸附等多种机制，实现了污水的有效净化，为解决农村生活污水问题提供了一种全新的方案。
1.2. 研究目的
本研究着眼于乡村振兴的大背景下，农村生活污水处理的迫切需要及当前面临的挑战。随着农村经济的迅速发展和农民生活质量的大幅提升，生活污水排放量持续攀升，若未得到有效处理，将会给农村生态环境和居民健康带来严峻考验。因此，开发高效、经济且环保的生活污水处理技术迫在眉睫。
本文致力于详细探究微氧生物复合人工湿地耦合系统作为一种创新污水处理方法，在农村生活污水处理中的可行性和实际成效。该系统通过整合微氧条件、生物降解作用及人工湿地自然净化等多种机制，力求实现污水的有效净化和资源再利用。我们希望通过实地案例研究，评估该系统在不同水质状况下的处理能力，特别是对污水中有机物质、氮、磷等污染成分的去除效果，同时考量系统的经济效益与环境影响。
2. 微氧生物复合人工湿地耦合系统的构成与原理
2.1. 微氧生物复合人工湿地的构成
微氧生物复合人工湿地系统作为一种新颖的污水处理方案，其核心组成部分涵盖了水源导入区、微氧生物反应区、湿地植被区、基质层以及水质输出区等重要环节[2]。水源导入区负责将需处理的乡村生活污水均匀分布至整个系统中，以保障处理过程顺利启动。微氧生物反应区通过调控水中溶解氧含量处于低氧而非完全无氧状态，有助于特定微生物群落的发展，这些微生物能够高效降解污水中的有机物质，并且降低污泥生成量[3]。
湿地植被区栽种有如芦苇、香蒲等具有强耐污性、根系发达的本地水生植物，它们不仅为系统提供了必要的氧气，还能通过根系吸收与微生物的协同作用，进一步提高水质净化效果，同时增添了系统的美观度与生态多样性。基质层选用砾石、陶粒等多种材料作为微生物栖息和生长的支撑体，并借助其吸附、过滤功能去除水中的悬浮颗粒和重金属等有害物质[4]。
最终，水质输出区承担起汇聚经过系统全面净化后的水体任务，确保出水质量符合甚至优于排放标准，可用于农田灌溉或景观补充水源，实现水资源的有效循环利用。该系统结构布局紧凑，各功能区域划分清晰，巧妙融合了生物、物理及化学等多种净化手段，展现出卓越的污水处理效能及优良的生态环境效益[1] [5] [6]。
2.2. 微氧生物复合人工湿地的处理原理
微氧生物复合人工湿地系统的核心理念是融合微氧状态、生物降解与湿地天然净化机制，以达到有效处理乡村生活污水的目标。系统通过添加适量氧气，创造出一种处于好氧与厌氧间的微氧环境，这种特殊环境有利于特定微生物群落的繁衍，这些微生物能高效降解有机物、氮、磷等污染物[7]。
当污水进入系统时，首先需经过初步处理以去除较大的悬浮颗粒物，之后再流入湿地主体。在湿地内部，污水缓缓流过，借助植物根系、填充材料层及微生物三者的联合作用进行净化。植物通过吸收作用减少水体中的部分养分，而其根系也为微生物提供了理想的附着场所，有助于生物膜的形成[8]。
在微氧环境下，好氧菌与兼性厌氧菌共同协作，将有机物质转化为二氧化碳和水；硝化细菌在此环境中进行硝化作用，将氨氮转化为硝酸盐，为后续的反硝化过程奠定基础。湿地中的反硝化作用则主要发生在缺氧或厌氧区域，将硝酸盐还原成氮气释放至空气中，从而实现氮元素的有效去除。湿地中的磷元素主要通过植物吸收、微生物同化以及填充材料吸附等方式去除。
微氧生物复合人工湿地系统通过构建复杂的生态系统，充分利用物理、化学和生物过程，实现了对乡村生活污水全面且高效地净化处理[7] [9] [10]。
3. 微氧生物复合人工湿地耦合系统在农村生活污水治理中应用
3.1. 系统设计与工艺流程
该系统主要由三个部分组成：预处理模块、微氧生物处理模块以及复合型人工湿地模块。
预处理模块利用格栅、沉砂池等物理方式，去除污水中的较大颗粒和悬浮物，从而降低后续处理的负担。
接着，污水进入微氧生物处理模块，在这里通过维持较低的溶解氧浓度(大约0.2~0.5 mg/L)，激发异养菌与自养菌之间的协同效应，有效地分解有机物，并去除氮磷等污染物。这一过程得益于微生物群落的多样性，显著提升了系统的抗逆境能力和稳定性[7]。
经过微氧生物处理的污水流入复合型人工湿地模块。该模块融合了表流和潜流湿地的优点，通过植物吸收、微生物分解及基质吸附等多种机制，进一步改善水质。湿地内的水生植物，如芦苇和香蒲等，不仅能美化环境，还能通过根系吸收营养物质，助力氮磷的去除。砾石、土壤等湿地基质为微生物提供优良的附着面，有利于它们的生长和繁殖。
整个处理流程实现了对污水的有效净化，具备低成本、低能耗、易于维护和生态友好的优势，特别适合在乡村地区推广实施。
3.2. 处理效果与运行维护
在实际运用中，微氧生物复合人工湿地集成系统呈现出显著的净化成效。此系统借助微氧状态与生物作用的双重协同，高效削减了农村生活污水中的COD、BOD5、氨氮及总磷等核心污染物。各地示范项目的监测数据表明，该系统对COD的平均削减率超过85%，BOD5的削减率更是达到了90%以上，而氨氮与总磷的处理效率同样维持在高水平，最终水质普遍超越了国家农村生活污水处理排放标准[11]。
从运营维护角度来看，该系统拥有简单易用、维护费用低廉的优点。只需定期清除湿地植物残留物、适时补充微生物菌株并调整水流分配，即可确保系统的长期稳定运行。通过引入自动化监控体系，实现了关键指标的实时监测与预警功能，大大减少了人工干预的需求和复杂性。值得一提的是，湿地植物不仅能美化周边环境，还可以通过合理利用产生经济效益，为系统的持续运作注入了新的活力。微氧生物复合人工湿地集成系统在农村生活污水处理领域展现了出色的净化效果与运维特性。
3.3. 经济性与可行性分析
微氧生物复合人工湿地耦合系统在农村生活污水处理中显示出显著的经济效益，这主要体现在较低的投资成本、低廉的运营费用以及简便的长期维护上。相比传统的污水处理设施，这种系统的构建材料主要是自然或可回收资源，比如土壤与植物等，这大大减少了初期建设的成本投入。而且，系统通过自然生物进程实现污水净化，不需要复杂的机械设备或大量的能源消耗，从而显著降低了运营成本。
从可行性的角度来看，该系统具有极强的适应能力，可以灵活地处理不同规模和成分的农村生活污水，有效地去除有机物、氮磷等污染物，达到环保排放的标准。系统能够很好地融入农村的生态环境之中，不会占用宝贵的耕地资源，并且对周边环境的影响很小，有助于提高整个乡村地区的环境质量。根据国内外的成功案例来看，微氧生物复合人工湿地技术已经在许多农村地区得到了成功的应用，显示出了良好的处理效果和广泛的适用性，进一步证实了其在农村生活污水处理中的可行性[12] [13]。
4. 微氧生物复合人工湿地耦合系统治理农村生活污水效果评价
4.1. 水质净化效果评价
在评估微氧生物复合人工湿地耦合系统对乡村生活污水的水质净化效能时，本文运用了一系列核心水质参数进行综合考量，如化学需氧量(COD)、氨氮(NH3-N)、总磷(TP)及悬浮固体(SS)。实验证明，经过该系统的处理，COD的去除率达到了平均85%以上的高水平，有效减少了水体中的有机物质含量，显著降低了水体富营养化的风险。氨氮的去除率保持在70%~80%的范围内，有助于减少水体中的氮污染，提升了水质的安全性。
总磷的去除效率也十分显著，平均去除了60%以上的磷，这对于抑制水体中藻类的过度繁殖、维护水生生态系统的平衡具有重要意义。与此悬浮固体的去除率高达90%以上，确保了出水清澈透明，极大地提升了感官上的水质感受[5] [6] [10] [14] [15]。
这些关键指标的明显改善不仅符合国家关于乡村生活污水处理后的排放标准，还进一步优化了周边水域的生态环境，为乡村振兴背景下的生态环境建设提供了坚实的基础。通过比较分析可以看出，微氧生物复合人工湿地耦合系统展现了高效且稳定的污水处理能力，成为乡村生活污水处理的理想解决方案之一。
4.2. 植物生长与生态效应评价
微氧生物复合人工湿地系统在处理乡村生活污水中显著地促进了植物生长并优化了周边生态环境。系统内部利用微氧环境，加强了好氧与厌氧微生物的协作作用，有效地分解了污水中的有机物、氮、磷等有害物质，为湿地植物如芦苇、香蒲等营造了一个更加洁净的生存空间。这些植物在吸收水分和营养的过程中，进一步净化了水质，形成了一种良性生态循环。
根据实际监测数据表明，系统投入使用后，湿地植被覆盖率明显提高，植物长势旺盛，根系发达，这不仅稳固了土壤结构，还提升了湿地的整体生态服务能力。湿地作为天然的过滤器，有效地去除了水体中的悬浮颗粒和重金属，降低了下游水体受污染的风险。湿地作为生物多样性的关键区域，吸引着多种鸟类、昆虫等生物前来栖息，丰富了乡村地区的生态系统多样性，增强了景观美感。
微氧生物复合人工湿地系统通过改善水质、促进植物生长、提升生态服务能力和保护生物多样性等多重机制，对周边生态环境产生了显著的积极影响，为乡村振兴背景下的生态文明建设贡献了重要力量。
4.3. 社会效益评价
在农村生活污水处理领域，微氧生物复合人工湿地耦合系统取得了显著的社会效益。从环境保护角度来看，该系统能够高效去除污水中的有机物质、氮磷等有害物质，降低水体富营养化的风险，从而保护农村水环境的生态平衡，为村民提供更加清洁的水源。借助自然湿地植物的光合作用和微生物的分解作用，该系统实现了碳的固定和循环，有助于减少温室气体排放，对抗全球气候变化发挥着积极作用。
从社会层面来看，该系统的实施推动了农村基础设施的升级，改善了村民的生活条件和幸福感。通过回收利用处理后的水资源，例如用于农业灌溉或景观美化，不仅节约了宝贵的水资源，也促进了水资源的循环利用。该系统需要定期维护和技术支持，这为当地居民提供了就业机会，促进了农村经济的多元化发展。通过参与污水处理过程的培训和教育活动，村民们提高了环保意识和责任感，为打造绿色、和谐、可持续发展的乡村社区打下了坚实的基础。
5. 结论与展望
5.1. 研究结论
本研究通过对微氧生物复合人工湿地耦合系统应用于农村生活污水处理的深入探究，取得了一系列重要的发现。该系统凭借其独特的微氧环境和生物复合效应，显著提高了污水处理的效能与稳定性，尤其在去除COD、氨氮、总磷等关键污染物质方面，其效率均达到了甚至超过了国家标准，展示了出色的净化性能。
系统中植物与微生物间的协同作用不仅加速了污染物的分解，还加强了生态系统的稳定性和自我修复能力，这对农村生态环境的改善具有积极意义。从经济性和可行性角度分析，该系统相比传统的污水处理技术，在投资成本、运营维护便捷性以及能耗等方面均展现出明显的优势，非常适合于农村地区的广泛应用。
长期的监测和评估结果显示，该系统对于周边植被的成长和生物多样性的提升有着正面的作用，进一步证明了其在农村生活污水处理中的综合效益与可持续发展性。微氧生物复合人工湿地耦合系统为农村生活污水处理提供了一种科学、经济且环保的解决方案，符合乡村振兴的需求。
5.2. 未来研究展望
随着乡村振兴战略的持续推进，微氧生物复合人工湿地耦合系统在农村污水处理领域展现出巨大的应用潜力。未来研究应重点关注系统优化和技术革新，例如采用基因工程技术改进湿地微生物群落结构，增强其对特定污染物的分解能力；引入智能化监控与控制系统，实现水质动态监测和工艺参数自动调整，以提升处理效率和系统的稳定性。
探索该系统与其他污水处理技术的协同应用，比如与厌氧消化、膜分离技术相结合，构建更为高效且成本效益显著的综合性处理方案，将是未来发展的关键趋势之一。持续追踪评估系统的长期运行效果，尤其是其对土壤、地下水以及周边生态系统的长远影响，对于确保生态安全和推动可持续发展至关重要。
在“互联网 + 环保”的时代背景下，运用大数据、云计算等现代信息技术，搭建农村污水处理设施的运维管理信息平台，实现远程监控、数据挖掘与智慧决策，将进一步提高微氧生物复合人工湿地耦合系统的管理效能和运营水平。在农村生活污水处理领域，未来的微氧生物复合人工湿地耦合系统研究与应用将更加侧重于技术创新、系统整合及智能化管理，为乡村振兴与生态文明建设贡献更多力量。
基金项目
本文系以下项目研究成果：四川省高等教育学会研究课题：“乡村振兴背景下为四川省三州深度贫困县定向培养环保应用型人才模式的研究”(项目编号：GUXH2024ZHDA-006)；2024年四川省大学生创新创业训练计划项目：乡村振兴背景下微氧生物复合人工湿地耦合系统治理农村生活污水(项目编号：202411116004)；曝气技术与人工湿地组合处理黑臭水体及黑臭底泥关键技术研究(项目编号：202411116057)；“特种废水处理”四川省高校重点实验室开放课题：UASB-SBR-人工湿地协同高效处理规模化畜禽养殖废水研究与实践(项目编号：SWWT2023-7)。
NOTES
*第一作者。
#通讯作者。