我国农业废水处理技术的应用现状与发展趋势 11页

'我国农业废水处理技术的应用现状与发展趋势　　　随着农村经济的快速发展，农民生活水平得到了极大的改善，农村生活方式发生了很大的转变，产生的大量生活污水随意排放；规模化畜禽养殖业的快速发展，在为人民群众提供大量畜禽和水产品的同时，产生的大量养殖废水大部分未经处理直接排放到河流、湖泊中；在发展农业生产的过程中，大量化肥、农药、地膜的使用，对粮食的增产发挥了重要的作用，但是在部分地区，由于使用不合理，大量N、P随农田排灌水和雨洪径流进入地表水和地下水。这些在农业生产和生活过程中产生的农业废水是造成我国农业面源污染的主要原因之一。　一、我国农业面源污染现状及农业废水处理技术研究的重要性　　1、农业面源污染现状 　　在农业源污染中，比较突出的是畜禽养殖业污染问题，我国规模化养殖场每年畜禽粪便和污水排放总量超过200亿t，但90%以上没有污染处理设施。畜禽养殖业的化学需氧量、总N和总P分别占农业源的96%、38%和56%。由于人多地少，为提高产量，我国农业生产中大量使用化肥、农药、地膜等化学投入品，造成严重的农业面源污染。据统计，目前我国农用化肥年施用量达到4600多万吨，平均每氮素化肥施用量已达，分别是法国、德国、美国的倍、倍、倍，但利用率只有30%左右，比发达国家低20～30%。我国农药年施用量145万t，平均每农药使用量为150g左右，约是欧盟国家的3倍，但一季的利用率也只有30%左右，仅相当于欧盟国家的一半。全国遭受不同程度农药污染的农田面积达到9112万hm2。　　2、农业废水处理技术研究的重要性　　在我国，农业废水的来源主要有三个方面：　　农村生活污水。　　随着农村居民生活水平的提高,生活用水量逐年增加，生活污水的排放量也增大，据有关部门统计，全国农村每年产生生活污水约80亿t。　　规模化畜禽养殖废水。　　随着规模化畜禽养殖业的飞速发展，畜禽养殖场产生大量废水，主要是是畜禽粪尿和圈舍冲洗水，据统计，我国每年规模化畜禽养殖的废水排放量超过100亿t。　　农田径流/农田尾水。 　　随着农业生产中化肥使用量的快速增长和不合理施用,加上农田漫灌和雨水径流的冲刷，使得农田径流水/农田尾水中N、P等污染物进入河流、湖泊、内海等水域。由于我国农村地区污水收集管网设施不健全，废水处理设施缺乏，大部分的生活污水、畜禽养殖废水和农田径流水/农田尾水未经处理直接排放到周边河流、湖泊等,对地表水和地下水造成了严重的污染，引起水体富营养化加剧，严重影响了水产养殖业的健康发展。　　由此可见,对于农村水污染问题必须引起高度的重视,并采取有效的治理措施，实现农业废水的无害化处理和资源化利用。　　　1、农村生活污水　　近年来，国外的专家学者对农村生活污水的处理越来越关注，农村生活污水处理技术逐渐成熟，工艺呈现出多样性。而现阶段，我国小城镇污水处理率还不到10%，农村地区生活污水的处理率更低，绝大部分生活污水未经处理直接排放。随着对三江、三湖污染治理的重视程度不断提高，我国在农村生活污水处理技术方面的研究也越来越多，很多处理技术已经建成了试点示范工程，处理效果显著。目前农村生活污水治理存在一个较大的难点，即基建投资以及运行费用较大，农村经济实力以及技术力量很难满足常规城市生活污水处理厂的技术要求等。因此，急需要开发高效、低能耗、低成本的农村生活污水无害化与资源化处理技术，引进适合我国国情的国外发达国家的先进技术与工艺，解决农村生活污水污染问题。　　2、规模化畜禽养殖废水　　畜禽业是我国农业和农村经济的重要组成部分,畜禽养殖业大力发展所带来的环境污染问题日益严重, 不仅影响经济发展,而且还危及生态安全,已成为人们普遍关注的社会问题。畜禽养殖场产生的粪便和污水造成地表水、地下水、土壤和环境空气的严重污染,直接影响了人们的身体健康和正常生产生活。畜禽养殖场未经处理的污水中含有大量污染物质,其污染负荷很高,这种高浓度有机废水直接排入或随雨水冲刷进入江河湖库,大量消耗水体中的溶解氧,使水体变黑发臭。水中含有大量的N、P等营养物是造成水体富营养化的重要原因之一,排入鱼塘及河流使对有机物污染敏感的水生生物逐渐死亡,严重者导致鱼塘及河流丧失使用功能。养殖污水长时间渗入地下,使地下水中的硝态氮或亚硝态氮浓度增高,地下水溶解氧含量减少,有毒成分增多,导致水质恶化，危及周边生活用水水质。高浓度污水还可导致土壤孔隙堵塞,造成土壤透气、透水性下降及板结、盐化,严重降低土壤质量,甚至伤害农作物,造成减产和死亡。治理畜禽养殖业产生的废水、废渣和恶臭对环境的污染,发展生态养殖,才能推动畜禽养殖业的可持续健康发展。　　3、农田径流水 　　农田径流是雨水或灌溉水流过农田表面后排出的水流,是农田废水的主要来源。农田径流水中主要含有N、P、农药等污染物，施用于农田而未被植物吸收利用或未被微生物和土壤固定的氮肥,是农田径流中N的主要来源。农田径流中的N还来自土壤的有机物、植物残体和施用于农田的厩肥等。农田径流中农药的含量一般不高，流失量约为施药量的5%左右。农田径流水中N、P的有效拦截是减少农业面源污染，缓解水体富营养化的重要途径。　　1、农村生活污水处理技术　　农村生活污水处理工艺主要有好氧生物处理、人工湿地和稳定塘系统、土地处理系统等。目前，我国农村生活污水处理应用较多的好氧生物处理工艺是生物接触氧化法。生物接触氧化技术是介于活性污泥法和生物膜法之间的处理技术。生物接触氧化法是在填料表面上培养微生物，形成生物膜，并采用与曝气池相同的方法向微生物供氧，污水流过时与填料上的生物膜接触，通过微生物的新陈代谢作用降解污水中的污染物从而达到净化的目的。生物接触氧化工艺具有占地面积小、处理负荷高、污泥产量少、抗冲击能力强、维护管理简便等优点。生物接触氧化工艺对冲击负荷有较强的适应能力，在间歇运行条件下仍能保持良好的处理效果，对于水量不均匀的农村生活污水处理具有很好的适用性。然而对于农村生活污水来说生物接触氧化工艺的投资和运行费用偏高，所以此工艺适合于我国南方及东部城市化速度快、比较富裕的农村推广应用。 　　根据我国农村生活污水的分布特点及水质水量特性，研发适合我国农村经济发展水平的农村生活污水处理工艺，需要满足建设和管理运行费用低廉、低耗能、操作管理简便、处理稳定、可长期使用、部分污水可再利用等要求。因此，我国农村生活污水无害化处理和资源化利用处理工艺发展的总体方向是：　　厌氧生物处理是农村生活污水处理工艺发展的潜在方向。厌氧生物处理适用于处理不同浓度、不同性质的污水，其污泥产率低，同时厌氧生物处理还具有低耗能、建设和运行管理费用低廉等优点。　　生物－生态组合工艺是农村生活污水处理工艺发展的主要方向。对于农村生活污水，生态处理工艺具有建设费用低、能耗低、运行管理方便等特点，而生物处理工艺可以弥补生态处理工艺受气候变化影响较大、处理效果不稳定等缺点，从而可以更好更高效地处理污水。因此生物-生态组合工艺是目前农村生活污水处理技术发展的主要方向，拥有广阔的发展前景。　　借鉴国外的成功经验推动我国农村生活污水处理工艺的发展。美、日等发达国家的农村生活污水处理工艺与我国实际国情相结合，将其成功地应用到我国农村生活污水处理之中。　　2、规模化畜禽养殖废水处理技术　　规模化畜禽养殖废水的处理方法很多。畜禽养殖废水无论以何种工艺或综合措施进行处理,都要采取一定的预处理措施。通过预处理可使废水污染物负荷降低, 同时防止大的固体或杂物进入后续处理环节,造成设备的堵塞或破坏等。常用的预处理设施有设备有格栅、沉淀池、筛网等。经过预处理后的养殖废水可以采用多种处理工艺进行无害化处理，目前畜禽养殖废水的主要处理工艺和技术有自然处理法、厌氧处理技术、好氧处理技术和混合处理法等。　　自然处理法是利用天然水体、土壤和生物的物理、化学与生物的综合作用来净化污水。其净化机理主要包括过滤、截留、沉淀、物理和化学吸附、化学分解、生物氧化以及生物吸收等。污水厌氧生物处理是在无氧的条件下利用厌气微生物的降解作用使污水中有机物质达到净化的处理方法。在无氧的条件下，污水中的厌氧细菌把碳水化合物、蛋白质、脂肪等有机物分解消化从而使污水得到净化，如化粪池、污泥厌氧消化、厌氧塘等。厌氧生物处理法污水BOD负荷较高，去除率可达90%以上，其处理费用低于好氧处理，是生活污水、高浓度有机物工业废水和粪便等良好的处理方法之一。好氧处理是利用微生物在好氧条件下分解有机物,同时合成自身细胞(活性污泥)。在好氧处理中,可生物降解的有机物最终可被完全氧化为简单的无机物。该方法主要有活性污泥法和生物滤池、生物转盘法、生物接触氧化法、序批式活性污泥法、A/O及氧化沟等。 　　自然处理法、厌氧法、好氧法用于处理畜禽养殖废水各有其优缺点和适用范围，为了取长补短，获得良好稳定的出水水质，在实际应用中常常采用混合处理的方法，就是根据畜禽废水的多少和具体情况，设计出由以上3种或以它们为主体并结合其他处理方法进行优化的组合工艺，共同处理畜禽废水。这种方式能以较低的处理成本，取得较好的效果。畜禽养殖废水是比较难处理的有机废水，主要是因为其排量大，温度较低，废水中固液混杂，有机物含量较高，固形物体积较小，很难进行分离，而且冲洗时间相对集中，使得处理过程无法连续进行。由于废水中的COD、BOD等指标严重超标，悬浮物量大，N、P含量丰富，氨氮含量高且不易去除，单纯采用物理、化学或者生物处理方法都很难达到排放要求。因此一般养殖场的废水处理都需要使用多种处理方法相结合的工艺。　　随着我国规模化畜禽养殖业的飞速发展，养殖废水产生量越来越大，对于成本低、操作简单、运行和维护费用省的养殖废水处理工艺的需求也越老越大。因此，今后畜禽养殖废水的发展方向是：　　养殖废水生物处理方法因投资低，无二次污染，且排放水质可达国家标准(GB18596―XX)要求，可以作为畜禽养殖废水处理的主要方法使用。同时生物处理方法中，混合处理法结合了各种生物处理方法的优点，可同时处理养殖场固体、液体和气味，能够实现养殖场废水的多级处理，满足不同的出水水质要求，是今后养殖场废水生物处理的发展方向。 　　鉴于规模化养殖场废水的水质水量特征，以厌氧处理为主，辅以好氧、物理、化学处理的组合处理系统应是控制养殖场废水污染比较经济有效的方法。　　养殖场废水处理后作为水、肥等资源回用农田生产的农业技术体系研究，包括高效、低成本厌氧技术研究和无害化、资源化利用技术研究是一个重要的研究方向。　　3、农田径流水处理技术　　生物-生态处理技术是解决非点源N、P污染的重要手段，控制农田径流污染的主要措施包括缓冲林带、生态沟渠系统、生化塘及人工湿地系统等。复合治理模式就是把沟渠系统、生化塘以及人工湿地系统相结合，形成一个线―点―面的复杂、综合治理系统，利用种植的大量沉水植物和挺水植物，达到对农田径流中N、P的有效吸收和拦截。　　生态沟渠系统　　生态沟渠系统既是农业非点源污染物的最初汇聚地，又是河流和湖泊营养盐的输出源，其排灌能力对生态系统以及整个生态环境有重要影响，在生态沟渠系统中种植植物对N、P进行吸收，可以对N、P起到很好的拦截作用。因此，在生态沟渠中种植茭白、美人蕉等吸收N、P能力较强的经济作物既保证了农田径流中非点源N、P的转化，又能增加农民的经济收入。　　生化塘系统 　　生化塘系统是利用农田径流出水口处湖内或者池塘内的污染底泥，在不破坏表层物理结构的情况下，在底泥上种植可以适应性生长的沉水植物及挺水植物，达到对农田径流中非点源N、P的吸收作用，增强了富营养化水体的净化能力，从而改善水质。　　人工湿地系统　　在人工湿地污水处理系统中，利用挺水植物系统、漂浮植物系统和沉水植物系统，通过植物吸收、植物根系周围的近根系好氧区与远根系的厌氧区的交替环境，利用硝化、反硝化作用去除N，利用基质的固磷作用以及植物与微生物吸收作用除去P。　　复合治理措施对农田径流非点源N、P的治理充分发挥了生态沟渠系统、生化塘和人工湿地三者相结合的优势，提高了系统运行的稳定性和出水的水质。因此，生态沟渠系统―生化塘―人工湿地复合处理方式是处理农田径流污染的有效途径。 　　随着国家对“节能减排”力度的加大，工业污染和城市污水的点源污染治理效果显著，农业面源污染对生态环境影响的矛盾日益尖锐。农业面源污染正在成为我国农村生态环境恶化的主要原因之一，严重制约了农业和农村经济环境的可持续发展。加强农业面源污染治理，是保证农产品质量的基本前提，也是改善农村生活环境，建设生态文明，协调人与自然关系的内在要求。农业源的污染问题，要按照现代农业和可持续发展的要求，用发展和引导的办法来解决。在发展农业生产的同时，最大限度地减少农业生产带来的环境污染问题。综合采取农业废水无害化处理技术，进行农业废水资源化利用示范工程建设，是控制农业面源污染的最有效途径。　　'