1 研究背景
党的十九大报告提出，对于美丽乡村建设，要做到乡风文明、治理有效、生态宜居，改善人民生活质量是乡村振兴不可或缺的一部分。其中，污水处理更是生态治理改善的核心。在未进行系统化的污水处理系统建设前，乡村将污水直接排入附近水体，使得水体环境恶化，地表及地下水遭受污染，严重降低乡村生态环境质量。而系统化的污水处理建设，能够有效集中污水去向，净化排水水质，改善乡村水体质量，进一步建设文明的美丽乡村。
在污水处理方式中，人工湿地具有更突出的特点。其借助自然填料、人工介质、植物和微生物的物理、化学和生物三重协同作用，可去除水体中的有机物、悬浮固体、磷、氮等。
同时，除去人工湿地自身的生态效益，其建造过程中也可能对环境产生负面影响。本文希望通过进行数据核算与案例分析，权衡生态效益与负面影响，给出相对合理的政策建议以及规划方案。
2 案例分析
本研究分析的案例为赤壁市沧湖生态农业开发区农村生活污水处理项目。具体分析的分项目为沧湖管委会的污水处理系统工程建设。在污水处理系统建设过程中会同时产生工程建设对环境的负面影响以及工程建成后因污水处理带来的正向的生态效益。本研究通过工程建设的生命周期评价方法以及污水处理过程中带来的水、碳、能源、食物效益对污水处理系统建设的环境影响进行分析。
负向环境影响
①确定研究边界
在计算过程中仅考虑整个工艺流程中污水处理系统部分建造材料的环境影响，对于污水管网系统、设备安装以及其他部分不予考虑。
②获取分析清单
各材料主要用量通过项目设计书工程概算部分的人、材、机分析表获得。
③生命周期影响评价
利用生命周期分析的方法，对建设人工湿地污水处理系统过程中所用的各类材料在能源、水和土地占用三个方面的环境影响进行计算。
在数据分析过程中，我们将数据进行纵向与横向对比。纵向即不同类别的材料，横向即不同的环境影响类型。
(1) 横向——按环境影响类型分类
能源、水、土地占用三方面的环境影响如下：
如下图1所示，对于能源相关的环境影响部分，主要消耗的能源是化石燃料，其次是水能与核能，这可能与这三种能源是主要的发电用能源有关；对于水相关的环境影响部分，主要环境影响是淡水生态毒性与海洋生态毒性，其次是水消耗；对于土地占用部分，主要环境影响是对于农业用地的占用。总体上来说，在整个污水处理系统建设过程中，主要的环境影响是能源方面化石燃料的消耗。
图1 人工湿地建设的环境影响
(2) 纵向——按材料类型分类
不同材质的环境影响程度如下：
如下图2所示，纵观所有的环境影响类型，钢是各类环境影响的最大贡献者，其次是钢筋与混凝土。特别地，在对生物质能燃料的消耗中，水利用也是最大贡献者之一。总体上来说，在整个污水处理系统建设过程中，主要产生环境影响的材料是钢。
图2 不同材质在不同环境影响中的占比
④生命周期影响分析
在环境影响上，整个污水处理系统主要产生的环境影响为化石燃料消耗、水体生态毒性和农业用地占用；从材料角度，钢材对于环境影响的贡献较大，而钢材对应的更多是非人工湿地的灰水处理设施，故污水处理系统的环境影响主要贡献部分仍是建材部分，污水处理关键环节对环境影响占比较小。
正向生态效益
①水效益
通过项目设计书中污水处理系统的设计进水指标与设计出水指标可得相关污染物去除率如下。总磷(TP)去除率：83.3%、氨氮(NH3-N)去除率：68%-80%、化学耗氧量(CODcr)去除率：80%、生物耗氧量(BOD5)去除率：93.3%、悬浮物(SS)去除率：91.7%。
②能源效益
与传统污水处理技术相比，人工湿地本身的能源需求非常低。一般来说，处理一吨灰水的能耗量在0.5-2.5千瓦时之间。同时，人工湿地植物自身可以作为木质纤维类的新生物质资源，通过能源化——如植物通过生物质固体成型燃料技术、沼气技术和燃料乙醇技术加以利用。其平均地上生物量相比于第一、二代能源原料更高。本例中的美人蕉更是在一众人工湿地植物中有更高的生物量。
③食物效益
沧湖管委会污水收集量1.84 m3/d，按污水处理出水量70%计算，人工湿地处理后的水量为470.85 m3/y。湖北省每平方米水稻需要用水量约为3.57-5 m3；沧湖管委会人工湿地年净水量可以满足水稻种植的面积为113.03 m2。所以人工湿地处理后的水能满足作物的蓝水需求，增加农作物产量，带来食物效益。
④碳效益
沧湖管委会污水处理系统使用的湿地植物美人蕉年固碳量为1.129 kg，可有效减少大气中的CO2含量。人工湿地中植物的种植将减少大气中的碳含量，减缓气候变化进程。植物固碳促进农业生产，提升农田质量，改善人民生产生活条件，增加经济效益。植物固碳促进土壤质量的改善。植物体内的碳元素可以被释放到土壤中，供微生物利用，提高土壤有机质含量，增强土壤保水能力和肥力，并促进土壤生态系统的稳定和发展。促进土壤固碳，维护生态平衡，保护生物多样性。
3 农村人工湿地规划方案及政策建议
规划方案
通过前面的研究不难发现，农村人工湿地建设的规划方案应从降低负向环境影响与加强正向生态效益两方面入手。
在降低负向环境影响方面，由数据分析结果可知，人工湿地部分的环境影响较小，故可尝试降低好氧单元的环境影响，或改进好氧单元使用的污水处理方法，增加其正向生态效益以平衡负向环境影响。同时，由于建材为造成的环境影响的主要原因，故可以在工程建设中选择更为环保的材料，从而减少其负面环境影响。
在加强正向生态效益方面，由于人工湿地的污水处理能力由植物、基底以及人工湿地类型决定，可以在人工湿地植物选择上使用固碳能力、污染物去除能力更强的植物，如芦苇；同时对人工湿地底部基质填料以及人工湿地类型进行最优选择，优化其净水能力。
在这两方面的基础上，进一步发挥人工湿地的优点，可使其生态效益最大化。可以通过发挥人工湿地绿化、美化环境的功能，结合建设地气候条件与物种特性，可以将人工湿地污水处理系统建设成村中的景观性设施，提升居民生活质量；同时，在人工湿地污水处理系统的选址上，可以结合建设地水文环境进行设计，关注水体流向，充分利用自然条件加强污水处理的效果。
政策建议
首先，加强人工湿地建设意义宣传，推广以人工湿地为核心的污水处理方式。其次，完善人工湿地的管理体系，定期对人工湿地进行清理，发挥其污水处理的最大效益。最后，在乡村建设规划中提供湿地规划的选择可能性，将人工湿地建设实现维护生态循环的生态建设目标。
