我國農(nóng)業(yè)污水處理技術的現(xiàn)狀與處理方式

劉偉才, 丁 鋒

(湖南環(huán)境生物職業(yè)技術學院 園林學院，湖南 衡陽 421001)

我國農(nóng)業(yè)污水處理技術的現(xiàn)狀與處理方式

劉偉才, 丁 鋒

(湖南環(huán)境生物職業(yè)技術學院 園林學院，湖南 衡陽 421001)

在介紹了目前我國農(nóng)業(yè)污水的來源，主要特征和排放現(xiàn)狀的基礎上，簡述我國農(nóng)業(yè)污水處理技術研究動態(tài)，重點對近幾年我國農(nóng)業(yè)污水處理技術的研究及應用進展進行闡述，同時對處理技術及工藝優(yōu)缺點進行了分析.探討了農(nóng)業(yè)污水處理的難點，處理所面臨的問題，提出了在設計和選擇農(nóng)業(yè)污水處理技術時應注意的問題，對今后農(nóng)業(yè)污水治理的政策，法規(guī)及技術發(fā)展的方向提出了建議.表3,參21.

農(nóng)業(yè)污水；處理技術；現(xiàn)狀；處理方式

我國農(nóng)業(yè)污水主要來源于農(nóng)村生活污水，畜禽養(yǎng)殖廢水，農(nóng)田尾水及農(nóng)村加工業(yè)廢水，目前，我國農(nóng)業(yè)源污染排放已占污染總排放量的一半.隨著農(nóng)村生活方式及生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活過程中產(chǎn)生的大量農(nóng)業(yè)廢水如不進行合適的處理，將對我國農(nóng)村環(huán)境造成嚴重污染，因此，對我國農(nóng)業(yè)污水的現(xiàn)狀進行分析，探討污水處理的合理方式，對于緩解水資源供需矛盾，促進農(nóng)村地區(qū)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展具有一定的現(xiàn)實意義.

1 農(nóng)業(yè)廢水來源分析

我國農(nóng)業(yè)廢水的來源主要包括三個方面：

1.1 農(nóng)村生活污水

生活污水是人們在日常生活中向外界環(huán)境所排放的各類廢水，農(nóng)村生活污水與農(nóng)村居民的生產(chǎn)生活方式密切相關，傳統(tǒng)的農(nóng)村生活污水都能夠被再次利用，如水體中的大部分有機質(zhì)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中被作物吸收，轉(zhuǎn)化為作物生長的營養(yǎng)物質(zhì)，很少流失到水體中，因此，對環(huán)境不會造成太大的影響.但隨著社會的變革，我國農(nóng)村居民的收入的不斷增加，農(nóng)村居民生活方式不斷改變，隨著現(xiàn)代化的衛(wèi)生潔具、洗衣機、沐浴設施等進入農(nóng)村地區(qū).農(nóng)村居民的人均日用水量和生活污水排放量大幅增長，2013年城鎮(zhèn)生活污水排放量達485.1億噸，農(nóng)村生活污水含大量氮(N)、磷(P)等無機鹽離子、固體懸浮物及致病菌等污染成分，水體中各污染物排放濃度一般為化學需氧量(COD)為250～400 mg/L，氨氮(NH3—N)為40～60 mg/L，總磷(TP)為2.5～5.0 mg/L，已成為農(nóng)村環(huán)境的重要污染源.

1.2 畜禽養(yǎng)殖廢水及農(nóng)田尾水

畜禽業(yè)是我國農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟的重要組成部分，畜禽養(yǎng)殖業(yè)快速發(fā)展所帶來的環(huán)境污染問題也日益突出,據(jù)統(tǒng)計，畜禽養(yǎng)殖業(yè)的COD、TN和TP分別占農(nóng)業(yè)廢水來源的96%、38%和56%.種植業(yè)污水的主要來源為農(nóng)田尾水，農(nóng)田尾水是指農(nóng)田中流出的地表徑流水，為農(nóng)田中的過剩水分，隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥、農(nóng)藥等的不合理施用,其含有大量N、P、K等營養(yǎng)鹽，個別灌區(qū)還含有大量的農(nóng)藥等.目前，全國大部分地區(qū)對農(nóng)田尾水的沒有進行有效的處理，直接排放，使得農(nóng)田農(nóng)田尾水中污染物進入河流、湖泊、內(nèi)海等水域.不僅對地表水和地下水造成了嚴重的污染，而且使大量的水資源浪費，并且?guī)ё咛镩g大量的無機鹽、氮等營養(yǎng)成分.

根據(jù)全國環(huán)境統(tǒng)計公報的數(shù)據(jù)顯示，2013農(nóng)業(yè)源COD排放量1 125.8萬t，比上年減少2.4%.其中畜禽養(yǎng)殖業(yè)排放1 071.7萬t，比上年減少2.5%，水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)排放54.0萬t，比上年減少1.5%.農(nóng)業(yè)源COD排放占排放總量的47.9%，比上年增加0.3個百分點.農(nóng)業(yè)源排放量77.9萬t，比上年減少3.3%，其中種植業(yè)排放15.2萬t，與上年持平，畜禽養(yǎng)殖業(yè)排放60.4萬t，比上年減少4.3%，水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)排放2.3萬t，與上年持平；農(nóng)業(yè)源氨氮排放量占排放總量的31.7%，與上年持平.

2012農(nóng)業(yè)源排放化學需氧量1 153.8萬t，比上年減少2.7%，其中畜禽養(yǎng)殖業(yè)1 099.0萬t，比上年減少1.4%，水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)54.8萬t，比上年減少2.8%；占化學需氧量排放總量的47.6%，與上年持平.農(nóng)業(yè)源氨氮排放量80.6萬t，比上年減少2.5%，其中種植業(yè)15.2萬噸，與上年持平，畜禽養(yǎng)殖業(yè)63.1萬t，比上年減少3.2%，水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)2.3萬t，比上年增加1.1%；占氨氮排放總量的31.8%，與上年持平.

表1 全國農(nóng)業(yè)源廢水中化學需氧量排放情況Tab.1 Chemical oxygen demand emissions from agricultural sources in China 單位：萬t

表2 全國農(nóng)業(yè)源廢水中氨氮排放情況Tab.2 Ammonia nitrogen emissions from agricultural sources in China 單位：萬t

1.3 農(nóng)村加工業(yè)廢水

目前，隨著城鎮(zhèn)化的推進，農(nóng)村地區(qū)承接了一些城區(qū)加工業(yè)的轉(zhuǎn)移，其在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水、污水和廢液如不經(jīng)過無害化處理，水體當中的各類污染物將對周邊環(huán)境造成嚴重污染.

2 我國農(nóng)業(yè)廢水處理技術研究進展

2.1 生態(tài)處理技術

2.1.1 人工濕地技術

人工濕地系統(tǒng)在生活污水治理方面的成效已經(jīng)被眾多學者證實，并有許多應用的實例.何娟對我國南方中小城鎮(zhèn)的污水處理中利用人工濕地技術進行了研究,論證了人工濕地技術在我國南方中小城鎮(zhèn)中應用的可行性、有效性和發(fā)展前景[1].認為其具有效率高、投資和運轉(zhuǎn)費用低、處理效果好、易于操作管理以及生態(tài)和社會效益好等特點.黃健等對北方地區(qū)人工濕地應用進展、冬季防寒措施、濕地植物的選擇及對幾種濕地植物凈化污水的效果研究等方面進行了研究[2].閆雪琴利用人工濕地技術對遼河盤錦段水土環(huán)境治理的可行性進行分析，研究表明,應用人工濕地技術對遼河盤錦段水土環(huán)境治理是可行的，能使污染水體中的有機物、懸浮物、氮、磷和重金屬等有效去除,并能帶來良好的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益[3].但在實際應用中也存在一些問題，如負荷小占地大，易堵塞，易受溫度和pH值影響等，需在這方面進行深入研究.

2.1.2 穩(wěn)定塘技術

不少學者對穩(wěn)定塘系統(tǒng)處理污水做了研究.MAYNARD通過研究發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定塘能使污水中BOD5(生化需氧量)大幅降低，利用三級處理塘系統(tǒng)，BOD5去除率可以達到80%，而對整個塘系統(tǒng)來看BOD5去除率可達90%以上[4]，在氮的去除方面，穩(wěn)定塘通過生物同化吸收轉(zhuǎn)化為自身有機氮，氨氮的吹脫作用形成生物沉淀[5]，李建華等認為，藻類對氨氮有著非常重要的去除作用，通過兼性塘靜態(tài)試驗發(fā)現(xiàn)，光照塘對氨氮去除率為87.5%，而蔽光塘中氨氮去除率僅為3.2%[6].趙學敏等利用經(jīng)過改良的生物穩(wěn)定塘系統(tǒng)對滇池流域大清河的水質(zhì)凈化進行了研究，結(jié)果表明該系統(tǒng)對TN、TP 、 NH4+—N(銨態(tài)氮)、BOD5和COD的去除率分別達到29.29%、48.68%、33.68%、68.14%和71.25%，表明新型塘系統(tǒng)是一種行之有效的廢水處理系統(tǒng)[7].

2.1.3 土地處理系統(tǒng)技術

污水土地處理是利用土壤一植物一土壤中微生物對污水中污染物處理，在人工控制下將污水適配到土地上，主要用來處理生活污水及食品加工類廢水.段增強等利用園林地慢速滲濾系統(tǒng)處理農(nóng)村分散式生活污水進行了研究，結(jié)果表明該系統(tǒng)對 TN、TP、COD、TOC(總有機碳)、NH4+—N均有較好去除效果，平均去除率可達80.7%、89.2%、89.5%、60.2%、85.7%，參照國家水質(zhì)標準，出水水質(zhì)達到一級A類標準，對農(nóng)村生活污水處理效果良好，具有技術可行、成本有效和管理方便等特點[8].李楠研究了土地處理系統(tǒng)對磷、COD、TN的凈化效果，表明系統(tǒng)對COD有較高的去除率，分別達82.9%和64.0%，TN的去除率分別為34.1%和28.9%，人工濕地和亞表層滲濾系統(tǒng)對生活污水中的總磷均有較好去除效果，去除率分別達61.6%和48.2%.在農(nóng)村分散型生活污水生態(tài)處理技術中，具有良好的應用前景[9].

2.2 生物處理技術

利用微生物的代謝作用，把水中的有機污染物轉(zhuǎn)化為簡單的無機物的過程，即利用微生物的生命活動過程來轉(zhuǎn)化污染物，使之無害化的方法.(見表3).

表3 好氧生物處理與厭氧生物處理技術比較Tab.3 Comparison of aerobic biological treatment and anaerobic biological treatment technology

2.2.1 厭氧生物技術

在無分子氧存在條件下，利用厭氧微生物(或兼性厭氧微生物)分解廢水中的有機物并產(chǎn)生甲烷和二氧化碳的過程.陳濤等利用硫酸鹽還原菌(Sulfate reducing bacteria,SRB)厭氧生物處理技術對脫硫廢水的處理原理及可能性進行了研究，證明了SRB在提高脫硫廢水處理效率中的有效性[10].黃海峰等對厭氧生物處理技術處理城市污水進行了研究，與傳統(tǒng)的好氧生物法相比，具有占地面積小、運行費用低、剩余污泥量少等優(yōu)點.COD的去除率可達68%～74%，BOD的去除率為69%～75%，SS的去除率為68%～75%[11].郭夏麗對磷酸鹽生物還原反應為基礎的厭氧生物除磷技術進行了研究，比較了幾種厭氧污泥的除磷能力，試驗證明，在幾種活性污泥除磷效果都較好[12].

2.2.2 好氧生物技術

在有氧條件下，有機污染物作為好氧微生物的營養(yǎng)基質(zhì)而被氧化分解，使污染物的濃度下降的處理方法.處理工藝主要有：A/O、A2/O、氧化溝、生物轉(zhuǎn)盤、生物濾池和SBR法等.具有處理效果好，工藝成熟等優(yōu)點，但同時存在能耗大，管理維護復雜等不足之處.張鈞利用好氧生物反應器技術對垃圾填埋場垃圾進行生物降解，在好氧條件下滲濾液中 pH值在7.10～8.15之間，循環(huán)回灌法處理，COD去除率在90%以上，BOD去除率在98%以上，表明對有機物有很強的降解作用[13].張倩倩對生物轉(zhuǎn)盤處理城鎮(zhèn)污水進行了研究，研究發(fā)現(xiàn)氣動生物轉(zhuǎn)盤對有機物的去除效率較高,可以穩(wěn)定的達到80%以上，出水COD均可以達到國家一級A標準，半浸沒氣動生物轉(zhuǎn)盤對污水中的氨氮有較好的處理效果,平均去除率可以達到90%左右[14].

2.3 其他技術

2.3.1 微電解法

微電解技術又稱內(nèi)電解法，是目前處理高濃度有機廢水的一種有效方法.該方法具有反應速率快，處理有機污染物質(zhì)范圍廣，工藝流程簡單、壽命長、投資少、維護方便、運行成本低等特點.張懿文對鐵碳微電解法去除飲用水中銷酸鹽進行了研究，表明硝酸鹽平均濃度能減低64%，在飲用水預處理中有較好的應用前景[15].陳月芳等利用強化微電解法預處理難降解農(nóng)藥廢水，通過5種強化微電解法對COD去除進行研究.結(jié)果表明，這5種強化途徑對污染物的去除率分別為72.3%,68.0%，67.8%，70.0%和76.8%，COD去除效果較好[16].

2.3.2 膜生物技術

膜生物反應器(MBR)是生物降解作用與膜的高效分離技術相結(jié)合的一種新型高效污水處理與回用工藝.魏源送等對農(nóng)副食品加工業(yè)高濃度廢水的厭氧膜生物反應器技術進行了研究，發(fā)現(xiàn)其具有COD去除率高，COD負荷率高等工藝特征，同時排泥少，基建成本低[17].王震文利用膜生物過濾技術凈化工業(yè)廢氣中揮發(fā)性有機化合物進行了研究，發(fā)現(xiàn)與傳統(tǒng)的物理、化學方法相比,生物過濾技術對于大流量低濃度的揮發(fā)性有機化合物(VOCs)處理有著較大的優(yōu)勢，比較了6種膜材料的去除效率[18].劉琳等研究了兩段式生物膜—膜生物反應器對廢水的處理效果，結(jié)果表明,運行穩(wěn)定后出水水質(zhì)好，COD、NH4+—N、TP去除效率分別為95%、80%、60%[19].

2.3.3 凈化槽技術

凈化槽最先是由日本研發(fā)的一種分散式污水處理一體化裝置，廢水通過功能分區(qū)，使水體中COD、氮、磷等污染物分別在不同處理單元內(nèi)得到去除.鄧芙蓉等比較了人工濕地與土壤凈化槽處理農(nóng)村生活污水的效率，發(fā)現(xiàn)土壤凈化槽和人工濕地出水水質(zhì)都很好，出水CODcr、TN、TP,氨氮分別達到了二級、一級A、一級B、一級A標準，但土壤凈化槽裝置占地面積小，只為人工濕地的 2/3，土壤凈化槽技術非常適合我國國情的生活污水處理技術[20].王昶等對新型凈化槽污水進水量的抗沖擊性進行了研究，調(diào)查了多戶生活污水量對新型凈化槽出水水質(zhì)的影響及其抗沖擊性能力.實驗結(jié)果表明，新型凈化槽由于采用兩級好氧和生物濾床技術，污水處理能力明顯增強，當進水量為50 L/d時，出水水體COD,BOD,NH4+—N，濁度可分別達到22.67mg/L,7.8 mg/L,8.3 mg/L,1.79 NTU，各項出水指標都達到國家一級排放標準，具有很好的抗沖擊性[21].

3 農(nóng)業(yè)污水處理的難點分析

1)污染面廣、分散.由于農(nóng)村地區(qū)居住相對分散的特征造成污水分散，收集難.

2)污染來源多.除來自農(nóng)村生活污水，畜禽業(yè)養(yǎng)殖廢水，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中農(nóng)田尾水外，還包括農(nóng)村加工業(yè)產(chǎn)生的廢水.

3)污染增長快.隨著農(nóng)村經(jīng)濟的快速發(fā)展，養(yǎng)殖業(yè)、加工業(yè)產(chǎn)生的污水隨之增多，另外農(nóng)村居民生活品質(zhì)的提高帶來生活方式的改變，導致用水量增加，生活污水的排放量也迅猛增加，但相關污水處理設施卻增長緩慢.

4)處理技術相對落后.我國農(nóng)村地區(qū)現(xiàn)階段采用的污水處理技術與發(fā)達國家的技術水平相比還存在差距，主要表現(xiàn)為效率低、能耗高、自動化程度低等缺點.

5)管理水平低.相對來說我國污水處理行業(yè)還處于發(fā)展階段，目前操作人員的技術素質(zhì)及管理水平還有待提高，造成即使已建成的處理設施也不能正常運行，造成污水難以處理.

6)環(huán)保意識薄弱.農(nóng)村地區(qū)教育條件相對落后，居民環(huán)保意識差，形成的污染不能及時清理，給后期處理帶了很大的麻煩，亟待加大宣傳力度，提高環(huán)保意識.

4 結(jié) 語

我國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)村人口眾多，在日常生產(chǎn)生活中排放大量的生活污水，養(yǎng)殖業(yè)廢水，農(nóng)田尾水.但由于農(nóng)村地區(qū)經(jīng)濟條件差，缺乏成熟的技術及當?shù)厝罕姯h(huán)保意識不高等因素限制，污水處理能力尚跟不上用水規(guī)模的迅速擴張，同時，由于氣候差異，地區(qū)差異，不同發(fā)展定位的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，其廢水處理需要采取不同的方法.因此，探索出適合我國國情的，高效、低投入、低運行成本的污水處理技術,可大大提高農(nóng)村水環(huán)境治理成效.應繼續(xù)完善農(nóng)業(yè)污水處理相關法律、法規(guī)，制定農(nóng)業(yè)污水處理技術規(guī)范，加強農(nóng)村生活污水處理制度建設，加大宣傳力度，提高居民的環(huán)保意識.同時對農(nóng)村地區(qū)污水處理提供配套資金，利用好現(xiàn)有的生態(tài)處理技術，對相關人員進行培訓，提高人員管理水平.繼續(xù)探索開發(fā)新開發(fā)適合農(nóng)業(yè)污水的廉價、高效、管理方便的環(huán)保材料，如可再生生物填料，達到改善和強化生態(tài)處理技術效果.

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Biography：LIU Wei-cai,male,born in 1984,Master graduate,research direction for environment monitoring and pollution control

On the Current Situation and Countermeasures of Agricultural Wastewater Treatment Technology in China

LIU Wei-cai, DING Feng

(Landscape Architecture Department,Hunan Polytechnic of Environment and Biology,Hengyang 421001,China)

In this paper,origin and main characteristics,together with emissions in current situation of agricultural wastewater in China were introduced.Focusing on the study and application development of agricultural wastewater treatment technology in China,the authors explored the research trends as well as the outcomings and shortcomings of this technology.The difficulties and problems of agricultural wastewater treatment technology were discussed.Some suggestions on the design,selection,regulaitons and developing trends of agricultural wastewater treatment technology were put forward.3tabs.,21refs.

agricultural wastewater;treatment technology;current situation;treatment method

2015-11-06

湖南省教育廳科學研究項目(編號：13C242);湖南省衡陽市科技發(fā)展計劃項目(編號2014KS43)

劉偉才(1984-)，男，湖南衡陽人，碩士生，講師，研究方向：環(huán)境生物監(jiān)測及污染治理.

2095-7300(2015)04-040-06

X703.1

A