几种典型的农村污水处理技术
(一)种植、养殖、太阳能及沼气四结合就地处理污水系统
在生活污水的源头,如每户或村的人畜粪便等高浓度有机污水就地、直接排入沼气池,利用厌氧发酵处理与利用废水。将沼气池、厕所、畜禽舍和日光温室相连通,沼气池建在圈舍内地下,不另占地,且圈舍的封闭效应为污水中有机质的发酵提供了适宜温度条件,沼气池在冬季不易冻坏,且可全年生产和供给沼气。
地下的沼气池为农户提供燃气,用以炊事。圈舍棚栏前种植葡萄或丝瓜等攀缘植物,夏季为圈舍遮阳,又可收获一些瓜类或葡萄,冬季用塑料覆盖,以保温。另一侧建日光温室,充分利用太阳能,种植蔬菜,沼气池为棚菜生产提供了丰富的沼液、沼渣优质肥料,加以有机废水发酵产出CO2,提高了温室内CO2浓度,促进棚菜的光合作用及农产品的高产、优质,实现每年可收获2~3茬,提高复种指数。
(二)水体富营养化防治技术
1.控制与减少外源输入污水和污染质
(1)减少农田肥料流失 农田施用化肥的大量流失是水体的主要面污染源。控制与减少农田肥料流失是减少农村水体外源输入污染物量的主要方面。针对当地农田肥料流失的具体原因,因类制宜地采用。
(2)科学、合理的平衡施肥 即根据土壤中氮、磷、钾及微量元素含量,种植的不同植物种类不同生长、发育阶段对营养元素需求的质和量,科学地、合理地进行配方施肥,并根据肥料的不同种类,将化肥和农家肥,长效肥料和速效肥料,合理进行搭配;根据农时,适时施肥,即根据作物生长的不同时期对肥料的不同要求进行施肥;讲究施肥方法,根据作物的要求和农时的不同,采取适用的方法,施用肥料。通过科学施肥,并逐步扩大,使肥料当季有效利用率从目前的30%左右,提高到45%以上,减少化肥用量及流失量。
(3)改进施用肥料结构 增用生态复合肥、控释肥、或微生物肥、绿肥,代替单纯全施化肥的农田,减少易流失的化肥用量,降低农田肥料流失率,化肥流失量。
(4)粪便资源化与综合利用 水体污染的另一主要面污染源是畜禽粪便的随便堆放及流失,养殖业废水的不经处理直接排放。畜禽粪便资源化与综合利用是将处理与利用相结合,寓环保于生产中,寓废物处理于利用中的体现。其主要途径有用作肥料、饲料、燃料、培养食用菌、蚯蚓等。
(5)控制天然水体中水产养殖的投饲人工饲料量 有些地方为了水产养殖的高产,采取在天然水体中网围、网箱措施,高密度、大量投放外源的人工饵料,其量(按氮、磷、碳等折算)远超过放养的动物迁移、转化、最终输出水体的量。这一增加输入污染物到水体的措施应严加控制。可代之以充分地合理利用原水体中天然饵料生物来饲喂。在保护与增殖原水体中的天然饵料生物的前提下,将增产的饵料生物投放围网、网箱中,以代替或减少外源性人工饵料的投入。如在养殖水体内,保护与种植一些饲养动物可食的水草和其他植物,繁殖保护增产一些饵料动物等。这样增加迁移、转化可引起水体污染的物质(包括水产养殖的废物)的途径和量,将防治与利用水体富营养化结合起来。
2.增加水体中污染物的输出
主要是调整水体生态系统的结构和功能,增加水体中污染质的迁移、转化,最终输出的途径和量。具体的主要有以下几个方面。
(1)活水、增加水体水的交换量“流水不腐”是防治水体污染的朴素的概括性总结。引水增加水体水的交换量,增加水体的水中污染质的稀释、扩散、冲污,这些是行之有效的一类方法。但要因地制宜,在无水或缺水不能引水的地方,此法的可行性就很差。经引水稀释、扩散、冲污后,水质改善到能适应一些的生物生存、繁衍,增加通过食物链网迁移转化与输出污染物的环节、途径和量,并形成良性的连锁反应和良性循环。故此措施可以是防治水体污染系统工程中一环节、有机组成之一。
(2)挖掘淤泥 水体中淤泥是有机质、营养盐等污染质的蓄积库,水的内污染源。通过挖掘淤泥,从水体中移出,是从水体中输出的有机质及营养盐等污染质的另一途径。它可增加污染质输出量,减少在湖中的蓄积量,是防治水体富营养化的一项措施。过去有些地方的农民,常到湖泊、溪河中罱泥作为肥料。近十多年来,由于劳动报酬提高,加以农村农业劳动力较过去减少,罱泥的经济支出大于经济的收入,致到水体罱泥的量,日益减少,以至已不再有农民罱泥,削弱以至断绝了这一自水体中输出污染质的途径。应扩大淤泥利用的途径和提高其经济效益,如用淤泥代替土烧砖,制造优质的花卉商品肥等,促进罱泥的恢复与扩大。
(3)养滤食性动物防治富营养化 是利用藻类吸收、转化废水中的营养盐和有机废物;再由大量滤食性动物摄食,转化这些藻类,生成商品鱼或水生经济动物,经收获而输出水体。通过食物链网中这些环节的增加或扩大其比量,增加富营养水体中藻类、营养元素的输出途径和量,来疏通物流和循环,防治水体富营养化。例如:面积分别为730hm2和800hm2的江苏金鸡湖、独墅湖,它们每年各接收8000多万立方米和9000多万立方米的苏州市生活污水和地表径流的混合水。自1960年以来,两湖以微囊藻为优势种的浮游藻类大量增殖,富营养化日益加剧。后通过每年在这两湖中投放大量的鲢、鳙、鱼苗与鱼种,控制其富营养化。这两种鱼主要摄食浮游植物,日摄食藻类量可达体重的44%~55%,对其中干物质的消化力约为26%~39%。两湖中的鱼类的现存量约为3000t,或1.5~1.8t/hm2,在它们摄食旺季,两湖中大约每天有1400t(鲜重)左右浮游植物被湖中滤食性鱼类所摄食。根据两湖年产销的鱼量及这些鱼体中所含氮磷的含量计算,每年通过鱼作为中间环节,从两湖中增加迁移、转化、输出73.5~89.3t氮,5.03~5.61t的磷。这有利控制富营养化、改善水质。而且通过产销这些鱼类,增加了经济效益。
珍珠蚌如三角帆蚌、皱纹寇蚌也是以浮游生物和悬浮有机碎屑为食,将这些有机质转化为有商品价值的珍珠及蚌。据我们调查研究,每千克这两种蚌一年能过滤13~14m3的水,及过滤水中80%~90%的浮游生物和悬游有机碎屑,所以放养这类动物也可用来控制和处理池塘和湖泊的富营养化。
(4)保护与合理利用水生和湿生植物防治富营养化 大部分水生和湿生植物多少均有净化水的能力。因沿岸带的水生和湿生植物可过滤、拦截流入水体地表散流水中许多悬浮碎屑,经微生物作用分解成营养盐,再为水生和湿生植物吸收、转化,并积累于植物体内,再随收获利用或经草食性动物摄食、转化输出水体。因此保护与合理利用水体中水生植物可增加富营养水体中营养元素的输出,提高水体自净作用,改善水质量。长江及淮河的中下游河网地区,河湖中的营养盐常很丰富,特别是它们接受区域的生活污水、农田或渔场的排水,很易富营养化。当地人民往往保护这些水体中苦草、芦苇、茭草、凤眼莲、水浮莲、水花生、浮萍、眼子菜等一些天然水生植物,并利用它们作为饲料、肥料或工业原料。这些水生植物的产量一般很高,例如,凤眼莲的年产量可达750~900 t/hm2,细绿萍能达到230t/hm2。
通过这些植物吸收、转化、在体内积累大量营养盐等污染质,降低水中营养盐量。但如不及时收获与利用这些植物,将引起阻滞排洪、阻塞航道、二次污染等许多问题。如云南昆明的滇池,生有繁茂凤眼莲,它们吸收、迁移、转化并在体内积累大量营养盐和有机碳,有利富营养化防治。但该地对这些植物没及时合理地收获、充分利用,残留湖中,造成二次污染,未解决水体的生态阻滞问题。因此必须将这些植物自然保护与合理收获和利用结合起来。用这些水生植物作饲料,肥料可解决它们自水体输出出路与利用问题,对河湖水质起净化作用,防治二次污染。且可节约大量精饲料,有较大的经济效益。
这些植物移至池塘利用后虽有一部分残剩饲料及动物的排泄物,随排水从池塘回到附近的河流和湖泊中,但又重新为保护与培植的水生植物吸收、转化、在体内积累、再随收获利用而自河湖输出再进入池塘,这样形成良性循环。以太湖的东太湖为例,该湖区水生植物的年产量约567900t,其中49%(278000t/a)被收获并移至附近的池塘作为饲料,另48%(约270900t/a)被湖中天然鱼类所摄食,这相当于从该湖湾每年移出917t氮、137t磷。这起到疏导物流,防治生态阻滞作用,使该湖区水质比上游无水草的湖区好。这类保护和合理利用水生植物来防治水体富营养化,可同步收生态的、环境的和经济的效益。
以上各项措施单独使用,虽对处理污水均各有一定的、不同程度的效果,但如仅孤立地、单独应用一项技术措施,企图治理好由多种复杂原因、因素、过程所形成的像水体富营养化问题,往往是难以奏效的。必须以整体、协调、自生、循环等生态工程原料,多途径、多措施、多技术的综合,发挥整体效应。
(三)农渔结合——基塘系统控制塘水污染
这是一种渔业与种植业综合的特殊形式,是我国自古已有的一类朴素的生态工程。将鱼池周围的堤岸(称之为基)用来种植经济作物,如桑树、甘蔗、葡萄、茶叶、蔬菜、牧草等。根据在基上所种植的作物,可以称之为桑基鱼塘、蔗基鱼塘、稻基鱼塘等。连接基和塘之间的物流和能流的主要环节是塘泥和饲料。
塘泥主要是鱼塘中来自水中沉淀到塘底残饵、水生生物的粪便和残骸,是废物和水体内水质的污染源。在冬季鱼塘干塘时,将大部分底泥取出,直接施到基上桑树、果树行间,或蔬菜、甘蔗田间。在夏季或秋季,吸取塘底的泥水(水多泥少)施到基上,亦灌亦粪,这在太湖流域约为6次,在珠江三角洲约为2~3次,以增加土壤肥力,在基上的土层因此而增厚,这对作物是有利的。同时减少了池塘的内污染源的量,改善水质。而利用基这一土地-植物系统来净化和利用塘泥。每一公顷鱼塘的塘泥可提供1.5~2.2hm2的基上植物所需肥料。在下雨时,基上一些物质被冲入池塘,增加塘中的营养盐,并转化成天然饵料为鱼所用。而塘泥及泥水移到基上,又将塘中的滞留的有机质和营养盐带到基上。
这一过程是一无始无终的循环。一些饲料包括塘基上生产的牧草、残剩的蔬菜、树叶直接饲喂塘中的鱼。基上的牧草、蔬菜产量可达45~60t/hm2,通过转化可生产2.85t鱼(1.25t草食性鱼和1.6t其他食性的鱼)。另外,加工基上生产的产品后的副产品或废物,如以桑养蚕后的粪便、蚕蛹、残剩的桑叶及桑椹,可作为鱼塘中的鱼饲料。