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1、面源污染与富营养化,湖泊富营养化是指湖泊水体在自然因素和人类活动的影响下，逐步由生产力水平较低的贫营养状态向生产力水平较高的富营养状态变化的一种现象。,自然条件下，富营养化的转变需要上千年的时间，而现代文明社会，这一转变仅需几十年甚至更短的时间。,我国有一半以上的湖泊受到不同程度富营养化的危害，其中以长江中下游湖群和云贵高原湖群的富营养化最为严重。,1 中国湖泊富营养化特点,1）湖泊营养程度上升很快，如太湖水体，每15年上升一个级别。,2）城郊湖泊富营养化尤为突出； 如杭州西湖、武汉东湖、南京玄武湖、长春南湖、济南大明湖等。 3）大型淡水湖泊富营养化问题 我国五大淡水湖中，巢湖、太湖已达到富营
2、养化水平，洪泽湖、鄱阳湖和洞庭湖为中营养状况，但总氮、总磷含量普遍较高。 4）富营养化问题与磷含量增加关系密切 磷已成为限制性元素，N/P普遍高于10:1,西湖,武汉东湖,南京玄武湖,大明湖,洞庭湖,巢湖,2 中国湖泊富营养化产生原因,点源污染 工业废水,点源污染：生活污水,非点源污染 - 湖区径流排放,非点源污染：内源负荷污染,此外：湖面降水降尘、游览及养殖等,点源控制技术要点：,a 根据湖泊水质规划或环境保护要求，确定湖泊水质标准，分析湖区环境特征、水文气象条件、污染现状、入湖河口处湖底地形和排污状况，建立各点源入湖河流河口区营养物的自净模式； b 计算出在保障湖泊水质标准情况下，各排污点
3、源营养物的允许排放量和需要削减的负荷； c 在入湖点源有多个排污单位情况下，采用优化分配方法，将所需削减的负荷量分配到各排污单位； d 削减污染物总量所需治理费用，按各排污单位削减污染物数量分摊，组织治理工程项目落实和实施。,制定以非点源控制为主的战略方针,点源控制相对已较为简单和成熟，非点源控制治理难度较大！,流域面源污染控制技术 - 以滇池为例,滇池,面源污染控制 - 以滇池流域为例,滇池概况 滇池位于昆明市西南，流域总面积2920km2，南北长40km，东西宽12.5km，湖面面积为298km2，平均水深4m，是典型的浅水湖泊。 问题发生及过程 自上世纪八十年代以来，滇池富营养化日趋严重
4、，自“八五”计划以来，开始了滇池污染综合治理工作。,多年的治理成果,工业污染：流域内工业污染源得到了较好的控制，排污量所占比例低于农业、生活排污量，且还在逐年减少； 生活污染：随着城市污水处理厂的相继建成并投入使用，城市生活污水的污染负荷逐步降低； 面源污染：点源污染控制力度的不断加大，面源污染问题凸显，总污染负荷中，农村面源污染所产生的有机物、总氮和总磷成为入湖污染负荷的主要来源，其中村镇生活污水、农田氮磷化肥、农业固体废物、水土流失和暴雨径流是滇池流域面源污染的主要来源。,面源污染特点,量大面广； 瞬时性强； 构成复杂； 收集处理困难。,如何有效控制 面源污染 ？,一、研究前的基础资料收集
5、准备工作,1 自然、社会经济及土地利用概况 气候、土壤性质、土地利用类型、土壤养分、植被综合覆盖,污染源构成,面源污染的总氮、总磷负荷分别占整个滇池流域污染负荷的26.7%和44.5%，并不断上升。,面源污染包括分散的村镇生活污水、坝区花卉、蔬菜基地地表径流氮磷流失、农村生活和农业生产固体废物以及台地水土和氮磷流失。,坝区花卉种植基地,花卉基地,花卉市场,村镇生活污水污染负荷,调查内容：家庭人口、取水方式、日用水量、洗衣方式、洗澡方式、家庭厕所、能源结构 调查方式：普查及典型户跟踪实测。,生活污水的排放方式和特点,滇池流域农村生活污水排放方式： 院内污水沟、门外污水沟、泼在门外空地； 农灌渠的
6、纳污、泄洪和农灌功能； 断流导致暴雨径流及冲击负荷的发生； 滇池污水特点： 污染负荷较低、排放分散、可生化性好； BOD和COD 比值较高，高于0.5； 因此，生活污水处理技术应满足低负荷和小规模的特征。,农村固体废物污染负荷,包括：生活垃圾、种植业固体废物、养殖业废弃物和建筑固体废物等。,农村固体废物主要处置方式是堆放 其中的有机物、N、P等营养物质通过生物、化学作用腐败、变质，逐步转化为可溶性物质和矿物元素，形成渗滤液，在土壤或地面累积，流入沟渠河道，暴雨发生时汇流入滇池。 研究表明，农村固体废物堆放4d后，其渗滤液中总氮浓度高达1657.4mg/L，总磷33.3mg/L，滇池流域农田区浅
7、层地下水埋深很浅，大部分在1m以内，因此渗滤液对地下水的污染十分严重。,农村固体废物成分,生活垃圾 主要含可腐有机物、可回收废品和灰渣等 与城市生活垃圾相比，餐厨废物较少，而蔬菜废物和花卉秸秆较多，废品含量较低，塑料瓶、玻璃等较少，纸张含量较低，有毒物品如油漆、化妆品等含量很少，但含有残留农药；灰渣中泥土比例较高。,种植业固体废物 含水率：蔬菜废物90%； 有机物含量：介于80-90%； 全氮：蔬菜，2.7-5.7%；花卉：2.0-3.0%； 全磷：蔬菜，0.3-0.9%；花卉：0.22-0.44% 全钾：蔬菜，0.8-11.3%，花菜最低，菠菜最高； 花卉，1.2-3.1% 碳氮比：蔬菜，7
8、.2-10.0%，花卉，15.0-20.8%,养殖业固体废物 鸡粪的营养成分最好，猪粪次之，牛粪最差。,固体废物污染负荷量 种植业固废是示范区氮磷污染物产生量的主导类型，其氮、磷污染物产生量分别占82.6%和39.5%， 控制的重要途径是固废的有效利用和无害化处置。,农田施肥现状和特点,不同种植作物农民收入： 水稻-蚕豆/小麦/油菜 轮作，年平均人收入6000-12000元/hm2； 蔬菜/花卉种植，年均人收入6-15万元/hm2； 二者相差十倍以上！,随着新品种的不断引入，由于不了解蔬菜、花卉的营养需求特性，加之缺乏技术引导，农户在肥料施用方面存在很大误区，过量施肥现象极为突出。 滇池流域化
9、肥平均施用量达1029kg/hm2； 同期：昆明市 683kg/hm2； 云南省 286kg/hm2； 全国 435kg/hm2； 国际公认化肥安全施用上限225kg/hm2；,合理施肥，氮磷流失数量很低，基本等同于无肥区；过量施用，才会发生氮磷大量流失； 目前我国氮肥利用率仅为30-35%，磷肥利用率不足20%。 20世界60年代，滇池流域化肥用量很低，农民有施用塘泥，湖泥肥土的习惯，随着化肥用量的增加，目前，施肥量已高于以集约化蔬菜花卉生产著称、施肥量居全球之最的荷兰。,暴雨径流氮磷污染物输移特征及污染负荷,面源污染入湖途径：直接入湖和间接入湖 径流是面源污染物输出的主要动力，流量越大，污
10、染物冲刷量越高；径流量的大小取决于降雨量、强度、历时、面积以及流域下渗和蓄水特征等降雨特性。,基于资料调查结果的 面源污染控制技术,流域面源污染控制技术方案,控制技术一 - 农村生活污水污染控制,污染负荷低、 与农排水和雨水混流、间歇式排放、 经济性、管理方便,投资费用少、 运行费用低、 维护管理简便,污水生态工程处理技术,优点： 投资运费费用 低、管理方便、 抗水质水量变 化能力强、污 水中氮磷污染 物可作为植物 的营养物加以 利用。,缺点： 处理能力低、 占地面积大、 氮磷去除效 果差、运行不 够稳定,生态修复工程对污染物净化机理,氮：硝化-反硝化、植物摄取、填料（吸附、吸收、过滤、离子交
11、换、络合反应）； 磷：微生物代谢、植物摄取、填料； 有机物：微生物代谢 其他污染物 影响因素： 温度、pH、负荷、充氧条件、光照、湿度、氧化还原条件、碳源 注：ORP降低到300mv以下时土壤呈还原态，渍水土壤ORP一般在200mv以下。,典型的生态工程处理技术,人工湿地； 人工快滤； 地下渗滤污水处理技术 缺/好氧生物滤池,典型工艺一、人工湿地,人工湿地 床体填充有利于微生物附着和植物生长的填料，地表种植湿生植物，污水沿一定方向流过生态床处理系统。 人工湿地构型分类： 表面流人工湿地、潜流人工湿地、垂直流人工湿地等,表面流人工湿地,表面流人工湿地与污水接触的广阔面积和较长停留时间使得对悬浮物
12、、有机质有较好的去除效果。 由于藻类和浮叶植物能够在自由水体表面生长，这比挺水植物有更高的光合活性，进而产生更多氧气，并间接从水体中转移CO2，使得水体pH值呈碱性，导致磷酸盐浓度降低和氨气的挥发。 沉积物和植物枯叶在湿地的基质表面形成沉积层，为反硝化提供附加碳源。表面流人工湿地系统优点在于结构简单，但对营养盐N、P的去除率偏低(10%15%)，并且占地面积较大。,潜流人工湿地,潜流人工湿地水体在湿地床的表面下流动，这样就可以充分利用填料表面生长的生物膜、丰富的植物根系及表层土和填料截留等作用，可以延长停留时间，提高处理效果和处理能力。由于水流在地表下流动，保温性好，处理效果受气候影响小，且不
13、易滋生蚊虫。 潜流型人工湿地的作用位点多，微生物丰富，温度波动小，负荷较大，耐冲击，占地面积小，处理污水效率高。 在欧洲、澳大利亚和南非等国的应用广泛。但潜流型人工湿地对受纳污水的净化功能主要是在厌氧环境下的处理及生物过滤。湿地植物的新陈代谢作用较为微弱，植物床通常处于厌氧或缺氧状态，所以因硝化反应的不足而限制了氮的去除。潜流型人工湿地与传统污水处理技术相比具有高BOD、COD和SS的去除率，但对N、P的净化结果偏低。,垂直流人工湿地,单一垂直流人工湿地是污水在重力作用下垂直地透过基质表面，并在下部沿一定方向集中于一收集管中排出。但由于较短的水流路径使得水流在系统中的水力停留时间较短，导致其对
14、有机物的去除能力低于水平潜流湿地系统。此外，人工湿地系统，落干、淹水时间较长，控制相对复杂，投资较大。 复合垂直流人工湿地由一下行流池和一上行流池组成。下行流池表面铺设布水管，使进水均匀地分布到湿地表面；上行池填料表面铺设集水管，下行池比上行池略高。复合垂直流人工湿地与单一垂直流相比，由于使用布水管进水，水流不易短路，并且较均匀。其优点是对氮、磷的去除效果优于单一垂直流系统，缺点是基建费用高，且堵塞问题较为严重。,人工湿地结构单元功能,湿生植物筛选,芦苇,石菖蒲,水芹,茭白,水花生,黑麦草,鸢尾,离子交换能力、水力传导系数、孔隙率、比表面积,沸石,火山岩,陶粒,石英砂,矿化垃圾,流域面源污染控
15、制技术方案,控制技术二 - 农村固体废物无害化处理处置,种植业、养殖业、居民生活产生的固体废物是农业面源固体废物的主要来源。其中以种植业为主，其有机成分含量高、有害成分少、青秸秆多、富含营养成分，适于资源化利用。 目前利用方式： 种植业废物：少量作物燃料和饲料利用； 生活垃圾：基本没有处置； 养殖业垃圾：大部分作为肥料使用。,资源化利用,处理方法包括：物理法、化学法、生物法、热处理法、填埋处置法等。 能源化利用：气化技术、压制成固态燃料技术、生产沼气技术和直接燃烧等； 饲料化利用：挤压膨胀技术、热喷处理技术、碱化处理技术、氨化处理技术、青储技术等； 工业化利用：造纸 肥料化利用：堆肥化还田、直
16、接还田、机械还田、过腹还田等。,流域面源污染控制技术方案,控制技术三 - 精准化平衡施肥技术,目前发达国家在施肥上采用最佳养分管理技术，其家庭农场经营规模较大，通常为数百甚至数千公顷耕地，而我国人均耕地仅为4亩，测土施肥技术成本较高，限制了该技术的普及应用。 目前国内外对分散性种植尚无科学、简便的施肥技术。,精细农业是利用RS作宏观控制，GPS精确定位地面位点到米级，GIS将地面信息（地形地貌、作物种类和长势、土壤质地和养分水分状况等）进行储存、处理和输出，按区内要素的空间变量数据精确设定最佳耕作、施肥、播种、灌溉、喷药等多种农事操作。,概念,实时地获取地块中每个小区土壤、农作物的信息 RS+GPS 诊断作物的长势和产量在空间上差异的原因 GIS 按每一个小区做出决策 GIS+专家系统 准
