井柳新等农业源水污染物削减技术探讨 农业源水污染物削减技术探讨＊ 井柳新 孙愿平。 刘伟江 王 东 吴悦颖 孙宏亮 （１．环境保护部环境规划院，北京１０００１２；２．中兵勘察设计研究院，北京１０００５３） 摘要 农业面源污染是水体中ＣＯＤ、氮、磷等指标的主要来源。它包括农药化肥施用、畜禽养殖和农村生活污水排放。对农 业源水污染物进行削减是实现污染物总量控制的重要手段。通过详细总结国内外现有农业源水污染物削减技术方法，分析对比其 优缺点和实用性，筛选出适用于不同农业污染来源的污水处理技术。结果表明，畜禽养殖废水的适宜处理技术有厌氧／缺氧／好氧 （Ａ／Ａ／Ｏ）、序批式活性污泥法（ＳＢＲ）、膜生物反应器（ＭＢＲ）、升流式厌氧污泥床（ＵＡＳＢ）、厌氧沼气池；农地施肥污水的适宜处理技 术有ＳＢＲ、ＭＢＲ、ＵＡＳＢ；农村生活污水的适宜处理技术有厌氧沼气池、生物滴滤池、人工湿地、稳定塘。 关键词农业源水污染污染物削减技术 ＤＯＩ：１０．１５９８５／ｊ．ｃｎｋｉ．１００１—３８６５．２０１５．０３．Ｏｌ１ Ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｐｏｌｌｕｔａｎｔ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｓｏｕｒｃｅ ＪＩＮＧ Ｌｉｕｘｉｎ ，ＳＵＮ Ｙｕａｎｐｉｎｇ 。ＬＩＵ Ｗｅｉｊｉａｎｇ ， ＷＡＮＧ Ｄｏｎｇ ，ＷＵ Ｙｕｅｙｉｎｇ ，ＳＵＮ Ｈｏｎｇｌｉａｎｇ ．（１．Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｆｏｒ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｐｌａｎｎｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００１２；２．Ｃｈｉｎａ Ｏｒｄｎａｎｃｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｓｕｒｖｅｙ ａｎｄ Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００５３） Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｎｏｎｐｏｉｎｔ ｓｏｕｒｃｅ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｗａｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｓｏｕｒｃｅ ｏｆ ＣＯＤ。ＴＮ，ＴＰ ｉｎ ｗａｔｅｒ．Ｉｔ ｉｎｃｌｕｄｅｄ ｆａｒｍｌａｎｄ ｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ，ｌｉｖｅｓｔｏｃｋ ｂｒｅｅｄｉｎｇ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ａｎｄ ｒｕｒａｌ ｄｏｍｅｓｔｉｃ ｓｅｗａｇｅ．Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｎｏｎｐｏｉｎｔ ｓｏｕｒｃｅ ｐｏｌｌｕ— ｔａｎｔｓ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｗａｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｍｅａｎｓ ｏｆ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｔｏｔａｌ ｃｏｎｔｒｏ１．Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｓｏｕｒｃｅ ｗａｔｅｒ ｐｏｌｌｕｔａｎｔ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｗｅｒｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ｐｒａｃｔｉｃａｂｉｌｉｔｙ ｗｅｒｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ．Ｔｈｅ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｔｒｅａｔ— ｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｆｉｌｔｅｒｅｄ．Ａ／Ａ／Ｏ，ＳＢＲ，ＭＢＲ，ＵＡＳＢ ａｎｄ ａｎａｅｒｏｂｉｃ ｔａｎｋ ｗｅｒｅ ａｐｐｌｉｃａｂｌｅ ｔｏ ｌｉｖｅｓｔｏｃｋ ｂｒｅｅｄｉｎｇ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ．ＳＢＲ，ＭＢＲ ａｎｄ ＵＡＳＢ ｗｅｒｅ ａｐｐｌｉｃａｂｌｅ ｔｏ ｆａｒｍｌａｎｄ ｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｓｅｗａｇｅ． Ａｎａｅｒｏｂｉｃ ｔａｎｋ，ｂｉｏ—ｆｉｌｔｅｒ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ｗｅｔｌａｎｄｓ ａｎｄ ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｐｏｎｄ ｗｅｒｅ ａｐｐｌｉｃａｂｌｅ ｔｏ ｒｕｒａｌ ｄｏｍｅｓｔｉｃ ｓｅｗａｇｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ： ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ ｓｏｕｒｃｅ；ｗａｔｅｒ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ；ｐｏｌｌｕｔａｎｔ；ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ；ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 农业面源污染是水体中ＣＯＤ、氮、磷等指标的 低劣，农药施用比例不合理，对于一些经济作物农药 主要来源［１］。《“十二五”主要污染物总量控制规划》 施用频繁、超量，最终对土壤、地表水、地下水造成污 将农业污染源纳入总量控制管理体系，要求从农地 染。调查显示，农药的作物利用率普遍不高，６０ ～ 施肥、畜禽养殖、农村生活污染治理等３个方面人 ７Ｏ 以大气沉降和雨水冲刷的形式进入土壤、大气 手，推进农村环境综合整治。目前，国内外已经开发 和水体Ｌ２］。部分高毒性农药进入水体后很难处理， 出了多种农业源水污染物削减技术，对这些技术进 严重威胁人体健康和生态安全；化肥的大量使用，特 行认真分析和总结，研究探讨现有技术的筛选方法， 别是过量施用氮肥和磷肥，部分会随降雨、灌溉和地 对于尽快实施农业污染源总量控制、实现农业源水 表径流进入河、湖、库、塘，造成水体富营养化。调查 污染物削减至关重要。 表明，我国每年农田氮化肥的损失量为３３．３ ～ １农业源水污染特点 ７３．６％，因施用化肥带来的流失，占水体中氨氮和磷 化物总负荷的近１／４。 农业源水污染主要与农药化肥施用、畜禽养殖 （２）畜禽养殖 和农村生活污水排放等３个方面有关。 规模化畜禽养殖场废水是造成农业区水体水质 （１）农药化肥施用 劣化的原因之一口］。据调查，全国集约化大型畜禽 我国大部分地区农药产品老化、剂型单一、质量 养殖场，仅２Ｏ 的粪便污水得到不同程度的处理。 第一作者：井柳新，女，１９８５年生，硕士，工程师，研究方向为水污染防治。＃通讯作者。 ＊全国地下水基础环境状况调查评估项目（Ｎｏ．１４４１１０００２２）；华北平原典型地区地下水污染防控技术体系研究项目（Ｎｏ．２０１３０９００４）。 ・ ４５ ・ 环境污染与防治第３７卷第３期２０１５年３月 规模化畜禽养殖废水可生化性好，但其ＣＯＤ、氮、磷 含量高，水质、水量变化较大，并含有致病菌，处理难 度较大。 容积负荷高、污泥截留效果好、占地面积节省等特 点。ＵＡＳＢ反应器包括进水和配水系统、反应器的 池体和三相分离器。其中，三相分离器是反应器中 最重要的设备。它安装在反应器的顶部并将反应器 分为下部的反应区和上部的沉淀区，其目的就是尽 可能有效地分离从污泥床中产生的沼气。但该技术 需要后续衔接好氧处理工艺，可用于有机物浓度较 （３）农村生活污水排放 我国农村生活污水分散、面广、难于收集［４］。除 了来自人类粪便、厨房产生的污水外，还有家庭清 洁、生活垃圾堆放渗滤而产生的污水。未经处理的 生活污水自流到地势低洼的河流、湖泊和池塘等地 表水，下渗进入地下水，对水源环境造成污染。 ２农业源水污染物削减技术及 匕选 农业源污水可生化性较好，主要水体污染物为 ＣＯＤ、氮和磷。农业源水污染物的削减以生物处理 技术为核心。 厌氧／缺氧／好氧（Ａ／Ａ／Ｏ）［５３是一种常用的二 级污水处理技术，具有良好的去除有机物和脱氮除 磷效果。厌氧反应段主要功能是释放磷，同时部分 有机物进行氨化；缺氧反应段主要功能是脱氮，硝态 氮通过内循环由好氧反应段送来；好氧反应段主要 功能是去除有机物以及硝化、吸收磷。该技术占地 面积较大，基建费用较高，运行管理较为复杂。 Ａ／Ａ／Ｏ适用于畜禽养殖废水处理。 序批式活性污泥法（ＳＢＲ）［６ 是一种间歇曝气方 式运行的活性污泥污水处理技术。它的主要特征是 按照时间序列运行、实施间歇操作。ＳＢＲ反应池集 均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一体，没有污泥 回流系统。该技术需要计算机等先进的管理设备， 维护费用较高，其适用于间歇排放和流量变化较大 的畜禽养殖废水、农地施肥污水处理。 膜生物反应器（ＭＢＲ）＿７ 是膜分离技术与生物 处理技术有机结合的新型污水处理技术。以膜组件 取代传统生物处理技术中的二沉池，在生物反应器 中保持高活性污泥浓度，提高生物处理有机负荷，减 少污水处理设施占地面积，减少剩余污泥量。ＭＢＲ 主要利用膜分离设备截留水中的活性污泥与大分子 有机物，可实现对污水深度净化，同时硝化菌在系统 内能充分繁殖，其硝化效果明显。但膜组件较为昂 贵，维护费用较高。ＭＢＲ适用于畜禽养殖废水、农 地施肥污水处理。 升流式厌氧污泥床（ＵＡＳＢ）＿８ 是废水厌氧处理 的常用技术，工程实践多，运行稳定且效果好，具有 ・ ４６ ‘ 高的畜禽养殖废水、农地施肥污水的前处理。 厌氧沼气池嗍是我国农村生活污水传统处理技 术。它将污水处理与其合理利用有机结合，实现了污 水的资源化。污水中的大部分有机物经厌氧发酵后 产生沼气。厌氧发酵处理后的污水可用作浇灌用水， 沼气可作为浴室和家庭用炊能源。但该技术处理水 量有限，需要后续衔接好氧处理工艺，适用于水量不 大的畜禽养殖废水和农村生活污水的前处理。 生物滴滤池ｎ 是由固定附着生物膜的填料构 成的三相流体系，液相是污水，气相是空气，固相是 生物膜。污水通过布水器进入滤池，由生物膜表面 向下流，空气在自然通风或鼓风曝气的作用下自上 而下或自下而上流动，老化的生物膜脱落随水流流 出。生物滴滤池后一般要有固液分离装置。生物滴 滤池具有比表面积大、处理成本低等特点。但其占 地面积大，进水污染物浓度不宜过高，夏季蚊虫多， 北方冬季运行效果差。该技术适合处理分散式农村 生活污水。 人工湿地［１ 是一种由人工建造和运行的，模仿 天然湿地生态系统净化污水的水处理技术。它充分 利用了基质一微生物一植物这个复合生态系统的物 理、化学和生物的三重协同作用，实现对污水的净 化。人工湿地内部组成主要包括基质、植物、水、动 物和微生物，其作用机制包括吸附、滞留、过滤、氧化 还原、沉淀、微生物分解及植物蒸腾等。它的特点主 要是投资低、运行和管理费用低、生态安全，但占地 面积大，进水污染物浓度不宜过高，适用于农村生活 污水处理。 稳定塘＿】 是一种利用天然净化能力对污水进 行处理的技术。其净化过程与自然水体的自净过程 相似，是将土地进行适当的人工修整建成池塘，并设 置围堤和防渗层，依靠塘内生长的微生物来处理污 水。稳定塘具有基建投资和运转费用低、维护简单、 便于操作、能有效去除污水中的有机物和病原体、无 井柳新等 农业源水污染物削减技术探讨 需污泥处理等特点。但其占地面积大，进水污染物 浓度不宜过高，适用于农村生活污水处理。 综上所述，处理畜禽养殖废水宜选用的技术有 Ａ／Ａ／Ｏ、ＳＢＲ、ＭＢＲ、ＵＡＳＢ、厌氧沼气池；处理农地 施肥污水宜选用的技术有ＳＢＲ、ＭＢＲ、ＵＡＳＢ；处理 前景口］．江苏农业科学，２０１３（２）：３２９—３３２ 编辑：贺锋萍（修改稿收到日期：２０１５—０１—２１） （上接第４４页） ＣＯＤ去除成本也下降到０．６５万元／ｔ，比初始平均单 农村生活污水宜选用的技术有厌氧沼气池、生物滴 位ｃＯＤ去除成本下降了５４．９ 。 滤池、人工湿地、稳定塘。 ３ 结 语 （１）农业源水污染主要来源于农药化肥施用、 畜禽养殖和农村生活污水排放。农地施肥污水中主 要污染物为氮和磷；畜禽养殖废水中主要污染物为 ＣＯＤ、氮和磷；农村生活污水中主要污染物为ＣｏＤ 和磷。 （２）农业源污水具有可生化性较好的特点，其 水污染物的削减以生物处理技术为核心，包括好氧 生物处理技术和厌氧生物处理技术。 （３）总结分析了８种常用的农业源水污染物削 减技术，并从技术核心、优缺点和适用范围等方面对 其进行了比较。其中，Ａ／Ａ／Ｏ、ＳＢＲ、ＭＢＲ、ＵＡＳＢ、 厌氧沼气池等技术适用于处理畜禽养殖废水；ＳＢＲ、 ＭＢＲ、ＵＡＳＢ等技术适用于处理农地施肥污水；厌 氧沼气池、生物滴滤池、人工湿地、稳定塘等技术适 用于处理农村生活污水。 参考文献： ［１３王春燕．我国农村水环境污染及其防治法律对策［Ｄ］．保定：河 北大学，２０１４． Ｅ２］刘淑云，刘妍妍．农药化肥施用对农村饮用水源地污染情况浅 析［Ｊ３．科技与企业，２０１２（４）：７９—８１． Ｅ３３李冉．我国畜禽养殖污染防治现状、问题及建议——基于 生猪养殖大省湖南的调查ＥＪ３．经济研究参考，２０１３（４３）：４１—４６． ［４３ 谭学军，张惠锋，张辰．农村生活污水收集与处理技术现状及进 展ＥＪ３．净水技术，２０１１（２）：５－９． Ｅ５３徐荣乐，樊耀波，张晴，等．Ａ ／０一ＭＢＲ研究与应用进展ＥＪ３．膜 科学与技术，２０１３（６）：１１１－１１８． Ｅ６３陈铭，马月珠．ＳＢＲ污水处理技术在乡镇污水处理中的应用ＥＪ］． 环境科技，２０１１（Ｓ２）：２４－２６． Ｅ７３赛世杰．ＭＢＲ脱氮除磷工艺在城市污水处理中的工程应用研 究ＥＤ３．北京：清华大学，２０１１． Ｅｓｌ 李舟．“预处理一ｕＡｓＢ—Ａ／０一ＢＡＦ”组合工艺处理大豆蛋白 废水的研究［Ｄ］．济南：山东大学，２０１４． ［９］田娇，王玉军，梁小萌，等．农村污水处理技术现状及发展前景 ＥＪ３．环境科学与管理，２０１０（５）：８３—８５． ［１Ｏ３亮．复合生物滴滤池处理生活污水的试验研究ＥＤ］．北京： 中国地质大学（北京），２０１３． Ｅｌ１３张清．人工湿地的构建与应用ＥＪ３．湿地科学，２０１１（４）：３７３—３７９． Ｅ１２３张巍．生态稳定塘系统处理农村及小城镇生活污水的现状及 由于本研究主要以方法体系研究为主，对减排措 施的单位污染物去除成本估算仅进行了分类处理，未 对减排项目进行逐个估算，使优化结果分级较明显。 在基础资料具备的情况下，可对每个减排项目的投入 成本进行详细测算，得到更精细的优化结果。 另外，研究中所涉及减排项目没有划分项目的 强制性或优先性，所有项目是在同一对等层面上进 行优化的，仅考虑经济效益和环境目标。在实际应 用中，可以考虑减排项目的强制性或优先性对优化 方案进行调整，以提高可操作性。 参考文献： ［１］ 周建忠，马林伟，孙政，等．城市污水处理厂厂址选择新思维ＥＪ３． 中国给水排水，２００７，２３（２）：３６－３８． Ｅ２３ 施晓清，赵景柱，欧阳志云，等．城市生态安全及其动态评价方 法［Ｊ］．生态学报，２００５，２５（１２）：３３２７—３３４３． Ｅ３３ 劳国民．污染源概化对一维模型纳污能力计算的影响分析ＥＪ３． 浙江水利科技，２００９（５）：８－１０． Ｅ４３ 张倩，苏保林，罗运祥，等．城市水环境控制单元污染物入河量 估算方法ＥＪ３．环境科学学报，２０１３，３３（３）：８７７—８８４． 编辑：黄 苇 （修改稿收到日期：２０１５—０２—１０） 全国政协委员徐旭东建议设置 内陆水体遥感卫星 “当前水色遥感传感器主要面向的是海洋环境，却没有 一个专门面向内陆水体水色遥感的。”针对全球内陆水体共 同面临的富营养化问题，全国政协委员、中科院水生所副所 长徐旭东提出，建造和发射内陆水体水色遥感卫星。 “卫星遥感技术具有监测范围广、频次高、成本较低的优 势。”徐旭东解释说，这为实时大范围水体动态监测提供了有 力工具。 据悉，当前主要面对海洋环境的水色传感器虽然在光谱 分辨率、时间分辨率以及信噪比方面具有优势，但空间分辨 率普遍不高，了在内陆水体水色遥感中的应用。 徐旭东分析说，内陆水体水色／水质遥感目前主要使用 陆地卫星多光谱传感器，具有较高的空间分辨率，但时间分 辨率较低，难以及时捕捉内陆水体的污染事件，对整个污染 发展过程不能形成有效监测。“更大的问题在于，现有陆地 卫星传感器缺乏监测蓝藻和沉水植被所需要的探测谱段，难 以通过波谱数据推算出藻类组成、沉水植被等信息。” 徐旭东建议，建造和发射内陆水体水色遥感卫星。据 悉，这样的卫星应具有宽广的遥感波段、特殊需求的遥感探 测谱段、快速的重访周期、较为精细的空间分辨率、较宽的景 幅等指标。 （摘自《中国环境报＞＞２Ｏｌ５－０３—０４） ・ ４７ ・
