水电之家讯：面源污染, 亦即非点源污染(non-point source pollution), 是相对于排污点集中、排污途径明确的点源污染而言的。农业面源污染主要包括农用化学品污染(化肥、农药等)、集约化养殖场污染、农村生活污水污染等方面。对于中国绝大多数流域, 如太湖、滇池流域等, 农田径流、畜禽场径流以及城乡结合部污水排放和垃圾堆放是造成面源污染的主要原因。据第一次全国污染源普查资料显示, 在我国主要污染物排放量中, 农业生产(含禽畜养殖业、水产养殖业与种植业)排放的COD、N、P 等主要污染物量, 已远超过工业与生活源, 成为污染源之首,其中COD 排放量占总量的46%以上, N、P 占50%以上。在农业生产过程中, 种植业的农药、化肥、地膜等农用物资的不合理和过量使用, 在降水或灌溉过程中, 污染物通过农田地表径流、农田排水和地下渗透进入附近水体, 引起水体的污染已形成共识,由此导致的农业面源污染问题日益突出。农业面源污染正在成为水体污染、湖泊富营养化的主要原因, 已严重影响到我国的水环境质量、生态环境健康, 制约了我国经济社会的可持续发展。对农业面源污染的控制不仅成为水污染治理的重中之重, 也逐步成为现代农业和社会可持续发展的重大课题。

1 农业面源污染的成因及特点

农业面源污染根本原因在于粮食安全压力大,从而导致农用化学品的过量使用。目前, 我国已经成为世界上最大的化肥生产和消费国。施肥技术落后、肥料和灌溉水利用率低是导致氮素损失的主要原因。在东部发达农区氮肥施用量较高, 施肥阶段与作物需求脱节, 易于导致较高的N 损失。同时, 过量的灌溉也容易引起营养元素的流失,进而加剧对水环境的威胁。如我国的苏南地区, 年均施纯氮600~675 kg˙hm−2, 而其利用率平均为20%~25%。

肥料养分施用比例失调, 偏施、重施单一化肥,N 的比重过大, N、P、K 养分的比例不协调, 限制了N 利用率的提高; 另一方面, 化肥施用比例过高, 有机肥比重较少,导致土壤物理性状变差、团粒结构遭到破坏、土块板结、保水保肥能力降低, 从而加大了养分的地表径流, 养分流失加剧。

城镇化发展、地面硬化程度的提高, 加速了面源污染物质的扩散和迁移。镇、村居民点地表径流也已成为水环境污染或水体富营养化的重要来源。此外, 集约化养殖发展迅速, 废弃物处理率低下,以及农业技术推广滞后, 公众缺乏环境意识, 也是农业面源污染日趋严重的重要因素之一。

农业面源污染具有分散、随机、难监测等特点。面源污染主要以扩散的方式发生,一般与气象事件的发生有关, 加之流域内土地利用状况、地形地貌、水文特征、气候、土壤类型等的不同, 导致面源污染时空分布的不均一性。此外, 由于降雨、水文条件变化的随机性, 直接影响了面源污染发生的时间、区域及强度, 致使面源污染的发生也具有随机的特点。而面源污染的分散、随机发生, 致使人们无法在发生之处进行及时监测, 真正的污染源头难以跟踪, 即面源污染具有发生时间、发生源、污染物浓度3个不确定性因素, 这给面源污染的治理带来了较大难度。

2 农业面源污染治理研究现状

2.1 农村生活污水治理技术

近 20 年来, 国外在农业面源污染控制实践中,农村生活污水治理研究得到了较大发展。国内在消化、吸收国外先进技术的基础上, 对生活污水处理技术进行了集成及创新, 尤其针对我国农村分散式生活污水处理, 开展了技术研究与工程实践, 取得了较好进展。

人工湿地污水处理系统是一种研究较为广泛的污水处理系统。它是在自然湿地基础上发展起来的污水处理生态工程技术, 利用自然生态系统中的物理、化学和生物的三重协同作用来实现对污水的净化。澳大利亚科学和工业研究组织(CSIRO)研制的“FILTER”污水处理系统则是一种“过滤、土地处理与暗管排水相结合的污水再利用系统”。其特点是过滤后的污水都汇集到地下暗管排水系统中, 并设有水泵, 可以控制排水暗管以上的地下水位以及处理后污水的排出量。“FILTER”系统对生活污水的处理效果好, 其运行费用低, 特别适用于土地资源丰富、可以轮作休耕的地区, 或是以种植牧草为主的地区。毛细管渗滤沟污水处理, 是一种基于土地的地下污水渗滤处理系统, 它利用了自然净化能力,是一种简单、高效的小规模污水处理工艺, 特别适用于污水管网不完备的地区, 是一项处理分散排放的污水的实用技术。

蚯蚓生态滤池处理系统是近年在法国和智利发展起来的一项针对农村生活污水的处理技术, 该工艺仅通过向土壤处理系统中接种蚯蚓, 改善生态滤池的处理环境, 提高污水处理效率, 适宜用于农村生活污水处理。李军状等采用塔式蚯蚓生态滤池处理系统对集中型农村生活污水进行处理, 该系统对COD、NH4 -N、TN 和TP 的平均去除率分别为86.7%、91.3%、72.4%和96.2%。不过, 如何长期保持蚯蚓良好的活性, 是该技术面临的一个重要问题。另外, 对蚯蚓生态滤池处理系统的长期运行效果, 尚需检验。

稳定塘处理系统是由美国加州大学伯克利分校的Oswald 提出的, 是一种利用天然净化能力的生物处理构筑物的总称, 主要利用菌藻的共同作用处理废水中的有机污染物。Babu 等的研究证明, 其建造的藻类稳定塘的主要除N 机理是硝化−反硝化、藻类对N 的利用以及矿化作用。赵学敏等对滇池流域大清河生物稳定塘系统中的水质净化效果进行了分析, 结果表明, 生物稳定塘系统对TN、TP、NH4 -N、BOD5 和COD 的去除率分别达29.29%、48.68%、33.68%、68.14%和71.25%。

生物膜处理技术是近几十年来得到迅速发展的污水处理方法。生物膜法就是利用微生物分解功能,采取人工措施来创造更有利于微生物生长和繁殖的环境, 使微生物大量繁殖, 以提高对污水中有机物的氧化降解效率。吴迪等对改进后的“一体化生物膜技术”处理农村生活污水进行了实际应用, 监测结果表明, 其对COD、BOD、NH4 -N、TN、TP 和SS平均去除率分别为75.6%、85.9%、86.7%、63.9%、69.3%和85.5%。吴永红等系统研究了自然生物膜对于N、P 等营养元素的去除效果和机理。其N、P去除机理首先是生物膜利用沉积于膜上的有机物为营养物质, 将一部分物质转化为细胞物质,进行生长繁殖, 成为生物膜中新的活性物质; 其次由于生物膜的蓬松的絮状结构, 微孔多, 表面积大, 具有很强的吸附能力。

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