农村水体修复的“4R”理论及工程实践

1、我们毕业啦其实是答辩的标题地方农村水体修复的“4R”理论与工程实践演讲人XXX一 概述二 源头减量三 过程阻断四 养分再利用五 生态修复CONTANTS一 概述 随着工业废水和城市生活污水等点源污染得到有效控制，农村面源污染已经取代点源成为水环境污染的最重要来源。 水环境污染已成为制约我国经济发展，影响居民生活水平最严重的问题。水环境污染主要表现为两种污染形势，一种是点源污染，另一种是面源污染。1.1 引言1.2 水环境现状生活污水排放口工业废水排放1.2 水环境现状城市面源污染暴雨后的水质1暴雨后的水质21.2 水环境现状稻田施肥稻田喷药土地爷的求饶追逐利润1.2 水环境现状复合肥氮肥磷肥1

2、.2 水环境现状猪场泥鳅饲料水产泥鳅塘生猪饲料1.2 水环境现状猪场废水曝气装置1沼液浇灌沼液猪场废水曝气装置21.3 农村面源污染来源与特征农村面源污染具有以下特征：（1）污染来源的分散性、复杂性以及溯源的困难性。（2）污染物排放的不确定性和随机性。（3）污染物以水为载体，其产流、汇流特征具备较大的空间异质性。（4）污染物具有量大和低浓度特征，难治理，成本高，见效慢。 典型的农村面源污染包括农田径流（化肥、农药流失）和渗漏、农村地表径流、未处理的农村生活污水、农村固体废弃物及小型分散畜禽养殖和池塘水产养殖等造成的污染。1.4 农业面源治理的“4R”理论 农村面源污染治理的“4R”理论，即源头

3、减量（Reduce）、过程阻断（Retain）、养分再利用（Reuse）和生态修复（Restore）。 “4R”控制技术体系是以污染物削减为根本，从污染物的入手，根据治理区域的污染汇聚特征进行，通过对减少污染物的入水体量，并对水体进行，从而实现水质改善的目的。二 源头减量2.1 源头减量的途径 农村面源污染因其污染源的高度分散性及污染排放的时空不确定性等特征，使得从源头上控制污染物的产生变得尤为重要。源头减量是减少面源污染的根本所在。 源头减量可以通过减少肥料用量或者减少排水量两种途径实现。 （1）减少肥料用量，可采用基于目标产量和肥料效应函数的氮肥优化技术、按需施肥技术、平衡施肥技术、有机无

4、机配合技术或者使用新型缓控释肥等技术，也可通过改变轮作制度等来实现。 （2）减少排水量，则需要对水分进行优化管理，旱地采用水肥一体化技术，水田采用节水灌溉技术，坡耕地采用保护性耕作等技术等。2.2 源头减量的技术 源头减量技术主要有以下几种：1、基于增效原理的优化施肥技术；2、有机肥替代减量技术；3、基于种植制度/轮作制度调整的源头减量技术；4、节水灌溉及水肥一体化技术；5、其他技术。（包括免耕技术、覆盖技术、横垄耕作技术等）2.2.1 基于增效原理的优化施肥技术油菜花的平衡施肥木桶原理（1）平衡施肥技术 平衡施肥技术也称测土配方施肥技术，其在作物需肥规律、土壤供肥特性与肥料效应的基础上，统筹

5、考虑了氮磷钾3种大量元素及微量元素的供应，从而使土壤养分的供应能够全面满足作物生产的需要，提高肥料利用率，减少肥料损失。2.2.1 基于增效原理的优化施肥技术缓控释肥包装包衣缓控肥（2）新型缓控释肥技术 新型缓控释肥通过对传统肥料外层包膜处理来控制养分释放速度和释放量，使其与作物需求相一致，可显著提高肥料利用率。2.2.2 有机肥替代减量技术畜禽粪便秸秆 这类技术多以农业废弃物如秸秆、处理过的畜禽粪便、沼液沼渣、菌渣、绿肥等富含一定 N、P养分的有机物料来替代部分化肥，利用有机物料中养分缓慢释放的特点，达到减少化肥用量，减少面源污染排放的目的。2.2.2 有机肥替代减量技术沼液 这类技术多以农

6、业废弃物如秸秆、处理过的畜禽粪便、沼液沼渣、菌渣、绿肥等富含一定 N、P养分的有机物料来替代部分化肥，利用有机物料中养分缓慢释放的特点，达到减少化肥用量，减少面源污染排放的目的。沼渣2.2.3 基于种植制度/轮作制度调整的源头减量技术轮作培训 60%以上的设施菜地在夏季期间处于揭棚状态，而揭棚期（69 月）又恰逢降雨高峰期，加上设施菜地土壤硝态氮高残留现象普遍，导致该期土壤硝态氮淋失严重，为氮流失的高峰时期。该期种植填闲作物，可有效吸收土壤根层氮素，减少径流损失；同时植物的蒸腾作用减少了土壤剖面中的水分，减少了硝酸盐随水分的下移；深根系的填闲作物还可通过根系的下扎将土壤下层养分像泵一样抽上来，

7、从而显著减少了土壤淋洗的风险。轮作模式2.2.4 节水灌溉及水肥一体化技术水肥一体化流程 农田氮磷等养分的流失是以水为载体，对于旱地，水分还是影响肥料有效性的重要因素，因此农田水分管理对控制农业面源污染的流失起着不可忽视的作用。在旱作和蔬菜生产中，多采用大水畦灌、随水冲肥的方法，造成氮素养分向深层土壤淋失，氮素利用率降低。优化灌溉管理，发展水肥一体化技术（滴灌、喷灌），可有效提高水肥利用率，减少氮磷流失，并缓解土壤次生盐渍化问题。水肥一体化应用三 过程阻断3.1 过程阻断的种类 农村面源污染因其排放路径的随机性、排放区域的广泛性以及排放量大面广等特征，即使在实施源头控制后，仍然不可避免地有一部

8、分污染物随各排放途径输移，对下游水体水质造成很大的影响，因此，实施过程阻断技术，高效阻断污染物输移是农村面源污染治理技术中非常重要的一环。 过程阻断技术包括以下几种：（1）生态拦截沟渠技术；（2）人工湿地技术；（3）稻田消纳技术；（4）近河道端的生态丁型潜坝拦截技术；（5）前置库技术；（6）其他拦截技术。（包括缓冲带等）3.1.1 生态拦截沟渠技术生态沟渠1 生态拦截沟渠技术就是面源污染过程阻断技术中的重要代表。该技术主要是通过对现有排水沟渠的生态改造和功能强化，或者额外建设生态工程，利用物理、化学和生物的联合作用对污染物主要是氮磷进行强化净化和深度处理，不仅能有效拦截、净化农田污染物，还能汇

9、集处理农村地表径流以及农村生活污水等，实现污染物中氮磷等的减量化排放或最大化去除。生态沟渠23.1.1 生态拦截沟渠技术原生态生态沟渠 生态拦截沟渠技术就是面源污染过程阻断技术中的重要代表。该技术主要是通过对现有排水沟渠的生态改造和功能强化，或者额外建设生态工程，利用物理、化学和生物的联合作用对污染物主要是氮磷进行强化净化和深度处理，不仅能有效拦截、净化农田污染物，还能汇集处理农村地表径流以及农村生活污水等，实现污染物中氮磷等的减量化排放或最大化去除。3.1.2 人工湿地技术 人工湿地是 20 世纪 70 年代发展起来的新型污水处理和水环境修复技术，为由土壤或人工填料（如碎石等）和生长其中的水

10、生植物所组成的独特的土壤-植物-微生物-动物生态系统。人工湿地1人工湿地23.1.3 稻田消纳技术 稻田具有双重性的特点，作为农业生产系统，需要大量肥料投入来确保高产，保障我国粮食安全，从而导致部分氮磷流失，成为面源污染物的发生源；但是，稻田作为一个天然的人工湿地系统，包含其周边河流及沟渠在内的水文单元，均可以被用来处理面源污水，作为面源氮磷和低污染水的汇流消纳场所，起到“汇”的功能。稻田消纳技术稻田图3.1.4 近河道端的生态丁型潜坝拦截技术 生态丁型潜坝是借鉴水利工程中丁字坝的设计思路，结合生态浮床、人工湿地的基本原理而开发设计的，其主要设置在河道支浜承纳污水的端头，作为陆-水界面的交接断

11、面，对进入水体后的面源污染物进行有效拦截。生态丁型坝3.1.5 前置库技术 前置库技术是利用水库的蓄水功能，将污水截留在水库中，经物理、生物作用强化净化后，排入所要保护水体。水库1水库2四 养分再利用 It was the best of times, it was the worst of times; it was the age of wisdom, it was the age of foolishness. 4.1 养分再利用种类 农业废弃物以及农村废水中的氮磷进入水体会成为水系污染源，但进入农业生产系统就是作物必需的大量营养元素。因此，对这些氮磷养分进行循环利用，是控制农村面源污染

12、的有效途径之一，也是农村面源污染治理的“4R”控制技术中不可或缺的一个环节。 养分再利用技术包括以下几种：（1）畜禽粪便氮磷养分农田回用技术；（2）农作物秸秆中氮磷养分的农田回用技术；（3）农村生活污水、农田排水及富营养化河水中氮磷养分的稻田处理技术。4.1.1 畜禽粪便氮磷养分农田回用技术 该养分包括畜禽粪便、固体有机肥、养殖肥水和沼液。畜禽粪便固体有机肥4.1.1 畜禽粪便氮磷养分农田回用技术 该养分包括畜禽粪便、固体有机肥、养殖肥水和沼液。养殖肥水沼液4.1.2 农作物秸秆中氮磷养分的农田回用技术 该养分包括秸秆直接还田、基于堆肥化处理的秸秆间接还田、基于能源利用的秸秆间接还田和其他还田

13、（如食用菌渣还田）。秸秆直接还田堆肥处理间接还田4.1.2 农作物秸秆中氮磷养分的农田回用技术 该养分包括秸秆直接还田、基于堆肥化处理的秸秆间接还田、基于能源利用的秸秆间接还田和其他还田（如食用菌渣还田）。能源利用秸秆间接还田装置4.1.3 农村生活污水、农田排水及富营养化河水中氮磷养分的稻田处理技术 该养分包括农村生活污水、农田排水及富营养化河水。农村生活污水农田排水4.1.3 农村生活污水、农田排水及富营养化河水中氮磷养分的稻田处理技术 该养分包括农村生活污水、农田排水及富营养化河水。富营养化河水五 生态修复It was the best of times, it was the wors

14、t of times; it was the age of wisdom, it was the age of foolishness. 5.1 生态修复的种类 生态修复技术的应用需与生态拦截技术和养分利用技术相协调，要以不同功能和目标需求为导向，注重采用组合技术工艺进行修复，以提高水环境生态修复的效果。 生态修复技术包括以下几种：（1）生态浮床技术；（2）水生植物恢复技术；（3）以土壤生物工程为主的生态护坡技术；（4）其他技术。（包括适度清淤、食藻虫引导的生态修复技术等）5.1.1 生态浮床技术 生态浮床技术是运用无土栽培的原理，采用现代农艺和生态工程措施，将陆生或水生植物移栽到水面的一种水体污染治理技术，其原理是通过植物吸收、吸附、微生物降解等作用，达到净化水质的目的。生态浮床生态浮床装置5.1.2 水生植物恢复技术 水生植物的生态功能方面，国内外研究较为深入，主要集中在水生植