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新农村建设中的环境问题及对策研究专题报告

日期: 2019-04-22 09:59:04

    近年来,课题组曾承担国内一系列农村环境项目,包括国家重大科技专项“滇池流域面源污染控制技术研究”、北京市科委项目“密云水库流域水环境整治方案和示范”、“密云县黄土坎村水环境整治工程设计”,“密云王庄生活垃圾可持续填埋场设工程”、水利部“农村饮水安全保障技术”,美铝基金会“农村可持续发展研究”等,这些项目为本课题的开展奠定了一个良好的基础。与此同时,课题组组织了多次研讨会,邀请多方专家就新农村建设中所出现的各种理念、技术和建设模式等问题开展学术讨论。另外,为更加深入地了解中国农村的环境现状和面临的主要环境问题,课题组利用暑期专门组织了300多名学生开展以入户问卷调查为主的“中国北方地区能源环境调查”,调查范围覆盖北方15个省(直辖市)的广大农村地区,对象包括村、乡、县三个行政层次,获得了大量一手资料。
    报告主要包括三个部分,即新农村建设中突出的环境问题识别、新农村环境建设的案例和模式分析,以及新农村环境建设的对策和建议。
    1.新农村建设中突出的环境问题
    改革开放以来,我国农业集约化的快速发展,农村生活方式的不断改变,以及城镇化和工业化对农村地区日益深刻的影响,明显加剧了我国农村生态和环境的总体恶化,对改善村风乡貌、提升农村居民健康和生活品质带来了诸多不利的影响,成为我国实现新农村建设目标的重要瓶颈问题。当前,我国新农村建设过程中面临着四大突出的环境问题
    1.1农村水资源短缺、饮水安全保障程度低
    我国农村用水保障优先性大大低于城市和工业,因此在水资源总体紧张的状况下,农村的缺水问题尤其突出。另一方面,由于农村人畜用水普遍缺乏必要的质量监管,供水设施和用水器具简陋,我国农村饮水也面临着日益严重的水污染和多种水型地方病问题。水量和水质两方面的压力导致了我国农村总体用水安全性较差,已成为群众最关心、最迫切需要解决的问题。
    1.1.1水量问题
    我国是全球人均水资源最贫乏的国家之一,人均水资源总量为2300立方米,仅为世界人均水平的1/4。由于水资源时空分布不均,受人口密度、经济结构、作物组成、节水水平等诸多因素的影响,中国农村地区水资源短缺的现象十分严重。相关资料表明,全国农业年正常用水缺300亿立方米,农村有8000万人口、6000万头牲畜饮水困难。
    由于城乡发展二元结构的存在,农村用水的保障优先性低于城市和工业,农村自来水普及率尚不到40%,仅有14%的村庄有供水设施,用水器具质量和效率低,处理设施简陋,供水保证率很低。一些地方虽然水资源较丰富,但由于供水设施简陋或根本没有供水设施,直接从河道、坑塘、山泉、浅井取水,水源安全性得不到保证。另外一些地区季节性缺水严重,干旱季节缺水时需远距离拉水或买水。近年来,气候变化大,干旱严重,地表水水量减少,地下水位下降,泉水枯竭,生产和生活用水量大幅度增加,工农业争水、城乡争水尤其严重,农村地区生活饮用水不足问题更加突出。
    1.1.2水质问题
    水质问题与农村公共卫生问题息息相关,特别是高氟水、高砷水、苦咸水的问题,严重影响着人民群众的身体健康,成为群众最关心、最迫切需要解决的问题之一,受到全社会高度关注。目前,中国有1.9亿人的农村人口饮用水有害物质含量超标,且有增加的趋势,6300多万人饮用高含氟水,3800多万人饮用苦咸水,饮水含氟量大于2毫克/升的人口数占病区总人口数的约40%,还有200万人受到饮用水砷污染的影响。
    另一方面,随着工业和城乡废水排放量和农药化肥用量的不断增加,许多农村饮用水源受到污染,水中污染物含量严重超标,超标指标不仅包括传统的感观和细菌学指标,还包括越来越多的化学甚至毒理学指标。由于农村饮用水多数没有经过净化和消毒,水污染问题给饮用水水质和水量带来了双重威胁,直接饮用地表水和浅层地下水的农村居民饮水质量和卫生状况难以保障。安徽省奎濉河上游水污染曾造成河道两岸25万人饮水困难。目前,农村现有浅水井和水窖问题突出,它们或紧邻污染源,或受工业废水污染,卫生条件非常差,大量水井周围10米以内,有厕所、粪坑、牲畜圈和污水沟等污染源。浙江桐庐对234个农村供水站的饮用水卫生监测表明,其细菌指标合格率仅为8.81%。京、津、唐地区69个乡镇地下水和饮用水硝酸盐含量超过饮用水标准的占一半以上。
    1.1.3饮用水不安全导致疾病流行
    饮用水水质不合格严重影响了农村居民的身体健康,与污染和用水卫生相关的饮水困难、水型地方病、传染病等问题十分突出。
    我国华北、西北、东北和黄淮海平原部分地区的居民由于长期饮用高氟水,轻者形成氟斑牙,重者造成骨质疏松、骨变形,甚至瘫痪,丧失劳动能力。由于饮用高氟水引起的各种病症难以治愈,给病者家庭带来了沉重负担。在氟病区,“桶圈脚”、驼背病屡屡发生,有的地方村民身高只有0.8~1.4米,甚至出现“矮子村”,直接影响青少年入学、参军、就业和婚嫁,村民承受着生理和心理的巨大痛苦。中国饮用水砷污染主要分布山西、宁夏、新疆西北部地区和东北的部分地区,近几年内蒙古、贵州等地又有新病区出现。长期饮用砷超标的水,会导致砷中毒,造成皮肤癌和多种内脏器官癌变。北方和东部沿海地区的苦咸水口感苦涩,很难直接饮用,长期饮用导致胃肠功能紊乱,免疫力低下。
    由于饮水不安全,有的地方还因此暴发伤寒、副伤寒以及霍乱等重大传染病,个别地区癌症发病率居高不下。坐落于淮河最大的支流——沙颍河畔的河南省沈丘县周营乡黄孟营村,由于长期饮用被严重污染了的水,村民死亡率增加。江西乐安河沿岸、天津西堤头镇西堤头村和刘快庄村、陕西华县龙岭村,由于取用50米以上的浅层地下水作饮用水,癌症死亡率长年居高不下。广东省15个市的部分农村地区的居民,因饮用水问题患上了斑牙病、结石、皮肤病、甲状腺等疾病,韶关、河源市由于长期饮用含放射性、有害矿物质污染水,新生儿发育不全。
    血吸虫病近几年死灰复燃,且呈增长趋势,很大程度上跟疫区居民直接饮用沟塘水、沟渠水、河水,厕所简陋、卫生状况差有关。目前,疫区主要分布在长江流域的湖南、湖北、江西、安徽、江苏、四川、云南7省的110个县(市、区),病区人口约6000万。重病区主要是江汉平原、洞庭湖区、鄱阳湖区、沿长江的江(湖、洲)滩地区,以及四川、云南的部分山区。在安徽等地区的调查研究表明,实施改水改厕后,钉螺感染率可下降40~60%。
    1.1.4适宜技术和供水模式选择
    目前,高氟水、高砷水和苦咸水等饮用水水质不达标已被列为国家“十一五”重点解决的问题之一。但是机制问题,国家财政投入问题,技术适宜性与供水模式选择问题,以及农民教育技术水平和生活习惯等问题的存在大大制约了我国的改水进程。
    我国农村人口居住分散、生活水平偏低,农村分散式供水人口占农村总人口比例约为66%,多数为户建、户管、户用的微小工程。其中,农村供水规模大于20立方米/天的集中式供水受益人口只占农村总人口的34%,供水规模大于200立方米/天的集中式供水受益人口只占农村总人口的14%,1000立方米/天以上规模的集中式供水不到2%。现有的农村集中式供水工程规模小,工程设施简陋,多数工程只有水源和管网,无净化措施和检测手段,给解决农村用水安全问题带来了巨大挑战。
    1.2农村环境基础设施落后,环境卫生状况差
    我国农村地区环境基础设施的建设相当落后,大部分地区没有专门的环境基础设施。生活垃圾、人畜粪便、养殖废物、农业废弃物和生活污水任意排放,使我国大部分农村“脏乱差”现象严重,环境卫生状况差。
    中国有8亿农民,每个农民每年平均产生约220公斤生活垃圾、500公斤粪尿和1.3吨生活污水。在传统农业经济条件下,农村产生的生活垃圾和生活污水大多为有机物,可通过直接还田等途径几乎实现全量循环。但随着我国社会经济的发展,农村垃圾的组成因工业制 成品消费的增加日趋复杂,无机物增加;农村生活垃圾传统的循环途径也日渐萎缩。
    农村生活污水主要是洗涤、沐浴和部分卫生洁具排水。农村生活污水排量少、有机物浓度偏高、日变化系数大、间歇排放,控制困难。目前,我国广大农村地区没有生活污水处理设施,污水随意排放,孳生蚊蝇,传染疾病,是影响农村环境卫生的重要因素。
    1.2.1农村生活垃圾问题
    随着农村生活水平的提高,农村生活垃圾的产生量日益增大。清华大学新农村能源和环境状况调查表明,北京顺义,甘肃敦煌,山东龙口,山东临朐和河北遵化的人均生活垃圾日产生量达到0.43~2公斤,有的地区甚至超过了城市人均生活垃圾日产生量。我国每年产生约1.8亿吨的农村生活垃圾,绝大部分露天堆放,不可降解的无机物长期堆积,易腐有机部分在腐败菌作用下降解,产生渗滤液,是蚊蝇、细菌、病毒的孳生繁衍场所,也是水体直接或间接的重要污染源。
    与城市生活垃圾相比,农村生活垃圾的剩菜饭较少,而蔬菜废物和作物秸秆较多,可能有农药残留,灰渣成分中泥土比例较高,因此不宜与城市生活垃圾一起处理。目前,我国大部分地区没有农村生活垃圾的专门收运和处理处置系统,很多地区的田头、路旁、水边以及干涸的河道均成了天然垃圾箱。有些地区仅有一些生活垃圾集中堆放点。部分经济较发达的地区和近城乡村,农村生活垃圾进入城市生活垃圾的处置系统,得到收集处置。
    1.2.2农村污水问题
    随着农村改厕工作的推广,我国农村的生活污水问题也日趋严峻。抽水马桶等用水器具日渐普及,各种洗涤剂的使用也日渐增加,农村居民的用水量、污水排放量和污水中的污染物含量均大大增加。清华大学对云南滇池流域的监测表明,农村居民户人均日用水量约为29~35升,COD,TN和TP的人均排放负荷分别为29.1克/天,0.4克/天和0.46克/天。北京密云县、福建省九龙江村的监测表明,农村生活污水中各指标浓度较高,日间变化幅度很大。2002年统计结果表明,全国农村生活污水日排放量达320.5万吨,其中总氮日排放量约为283.1吨,总磷日排放量约为56.6吨。由于农村地区缺少污水处理设施,生活污水基本上未经过任何处理便直接排放。
    1.2.3农村排水设施问题
    目前,我国对农村雨/污水的收集和排放也缺乏系统规划,农村大多没有排水系统。一些靠近城市、经济发达的农村建设有合流制的排水管网,但雨污不分离,部分村庄利用自然沟或撇洪渠铺设了简易的排水管渠,污水就近排入各沟渠,不经处理直接排入附近水体,雨水则任意排放。调查表明,北京,西北地区(甘肃和宁夏),华北地区(山东和河北)、山西,新疆农村分别有20%,58%,23%,2%和30%的农户生活污水自由流淌,山西农村生活污水89%的农户将污水排入户外水沟。一些经济发达地区的农村,例如北京郊区,建有公共下水管道,农户污水进入公共下水管道,但进入公共下水管道的污水也不进行任何处理,最后仍然直接进入水体。
    目前,村庄的沟渠一般为明渠,只有少量采用明沟盖板。由于农村环卫管理薄弱,加之村民多年来形成的生活习惯,经常随意向沟渠倾倒生产废物和生活垃圾,使得沟渠常被垃圾堵塞,街巷污水漫流,严重影响周围环境。
    1.2.4农村环境基础设施的投融资和运行问题
    农村基础设施建设是进行新农村环境建设的物质基础,对于消除贫困、改善农村居民生活质量、缩小城乡差距、提高农业综合生产能力、保护生态环境均有重要作用。
    资金不足、融资渠道不畅长期制约着我国农村环境基础设施建设。我国农村环境基础设施主要依靠国家财政投入、集体投入和农民自身筹资和以工代资。然而,中国所有农业和农村基本建设投资仅占全国基本建设投资的不到8%,而且近年来该比值还略有下降趋势。农业环境基础设施具有规模小、分散,实用技术缺乏,运行成本高,回报少,基础条件差,建设周期长等特点。而传统的环境基础设施市场融资方式,如BOT,PPP,BOO等,更适用于大规模、高回报、政府大力扶持的城市基础设施建设。
    由于资金不足,集体作用弱化,已建成的基础设施也面临着严重的维护缺乏、运行不足问题。目前,中国20世纪70年代修建的农村堤坝、水库、水渠等水利设施,大多由于年久失修千疮百孔,基本处于瘫痪状态。
    研究表明,我国农村基础设施建设在未来10年的资金需求大概为每年2000亿至3000亿,如此庞大的资金需求与落后的农村金融状况形成强烈反差,因此必须解决农村环境基础设施的投融资和运行问题,并加强各地农村基础设施融资模式的研究。
    1.3种植养殖废物产生量大,综合利用效率效益低
    我国农业日渐集约化的发展,打破了种养、农牧之间的紧密联系,大量种植养殖废物得不到有效利用,在广大农村随意丢弃、堆放或无控焚烧,不仅造成了资源浪费,地力损伤,环境污染,而且会导致火灾和交通事故的频发,对生态环境和城乡居民的身心健康造成了严重危害。我国每年畜禽粪便总量为25~30亿吨,而畜禽粪便还田率仅为30~50%,畜禽粪便有机肥生产在最发达的地区也仅有2~3%。农作物秸秆年产量7.8亿吨,60%以上未被有效利用或还田,而是随处堆放或就地焚烧。
    1.3.1种植业废物问题
    我国各类种植业废物产生量约为每年7.8亿吨,种类达20多种,其中稻草2.3亿吨,玉米秆2.2亿吨,豆类和杂粮的作物秸秆1.0亿吨,花生和薯类藤蔓、蔬菜废物等近2亿吨。此外还包括大量的饼粕、酒糟、甜菜渣、蔗渣、废糖蜜、食品工业下脚料以及植物废物如草、树叶等。作物秸秆有机质含量高,具有很大的开发利用价值。仅从能源利用的角度考虑,这些秸秆资源中可利用量为2.8~3.5亿吨,如产气率按0.48标准立方米/公斤估算,每年可产生850亿标准立方米甲烷。
    我国人均资源量低,对种植业废物加以充分开发、综合利用,提高生物质能利用效率和效益,既可缓解农村饲料、肥料、燃料和工业原料的紧张状况,又能保护农村生态环境、促进农业可持续协调发展。然而,我国生物质能利用效率和效益十分低下。目前我国农村生活用能源仍有57%依靠薪材和秸秆,由于利用以直接燃烧为主,热效率低,大量烟尘和余灰排放使人们的居住和生活环境日益恶化。2004年全国农民生活年使用薪柴2111亿吨,热能利用率仅约10%。大量采伐和烧火破坏了生态、污染了环境,导致有机质不能还田,土壤质量下降,也造成了能源的浪费。另一方面,农业废弃物资源化的创新技术少,导致农业废弃物转化产品品种单一、质量差、利用率低、商品价值低,难以产业化,在市场上没有竞争力。
    1.3.2养殖废物问题
    近20年来,我国禽畜养殖业年均增长9.9%,带来了大量的养殖废物。2004年,我国畜禽粪便产生量为28亿吨,预计到2010年将达到45亿吨。然而,我国畜禽粪便的还田率仅为30~50%,散落的、未经安全处理的粪便通过大气污染(产生硫化氢、氨、二甲硫醇等恶臭气体),氮磷和微量元素污染,重金属污染,兽药残留污染,病原菌污染等方式,威胁环境、饮用水源和农业生态安全。
    养殖粪便是养殖业主要污染物,养殖粪便及其分解产物主要包括固形有机物和恶臭气体物质两部分,前者包括碳水化合物、蛋白质、有机酸、酶类等,后者包括氨、硫化氢、挥发性脂肪酸、酚类、醌类、硫醇类等。伴生物包括病原微生物(细菌、真菌、病毒)和寄生虫卵等。
    养殖废水含有禽畜粪尿、残余饲料、残余兽药、重金属离子和致病菌等,是高氨氮、磷、有机物和固体含量的“四高”废水,严重污染了我国农村水环境、土壤和地下水环境,破坏农村环境卫生。目前我国养殖废水的COD已远超过工业废水和生活污水排放COD的总和。全国14000余家规模化养殖场中80%废水直接排入水体,而分散养殖场(户)大部分废水和粪便未经任何无害化处理直接排放或任意堆放。由于大部分集约化养殖场分布在我国人口稠密的东部地区和大城市附近农村,其危害更加严重。
    现有的养殖方式是导致养殖废物污染的重要原因。首先,我国养殖场密度过大、增加速率过快,排放的污染负荷远超过环境容量。其次,我国养殖场产品单一,种养分离,无法形成物质的就地循环。第三,养殖方法落后,大量采用干湿不分离(即粪便与尿液的分离)、水冲棚工艺等养殖方式,或者在饲料中添加违禁药品、导致大量剩余饲料进入废水,大大增加了废水水量、废水水质的复杂程度和水处理成本。
    1.4水体和土壤环境恶化,生态破坏严重
    我国农村水和土壤面临来自城市和农村自身污染的双重压力,污染日益严重,水系淤塞、耕地退化、水土流失、生物多样性减少、生态系统退化,各种污染问题和生态问题交织在一起,呈现出空间、地表和地下的立体型污染特征。
    1.4.1水环境恶化问题
    目前,我国农村水环境面临三方面的污染威胁。首先,农业生产产生的大量农业和农村废物和污水无序排放,残留化肥、农药及养殖粪便、剩余饵料和水产品排泄物等进入水体,降低了水体自净能力,加剧了水体污染。2003年,我国农村非点源污染排放的有机物占全国有机物排放总量的36%。在重点流域,农业排放的总氮和总磷可高达相应流域营养物质排放总负荷的40%~70%。农业污染加剧了农村地区水环境的恶化趋势。其次,农村水体也是城市和工业污水的重要受纳体。由于城市环境污染控制的日益严格,许多污染严重的企业转移到小城镇和乡村,对当地水环境造成了十分不利的影响。第三,布局分散、经营粗放的乡镇企业任意排放非达标废水,严重污染了农村地区的水环境。目前,全国乡镇企业废水排放量占全国废水排放总量的21%。
    另外,由于农村水体大部分都位于大江大河的支流地区,绝大部分不在国家控制断面上,监测和管理的缺失导致局部污染更为严重。
    1.4.2耕地数量和质量下降及土壤污染问题
    1.4.2.1耕地数量减少,质量下降
    我国耕地资源十分有限,人均耕地仅0.1008公顷,只有世界平均水平的32%。既便后备土地资源全部开垦为耕地,我国人均耕地也仅及世界的36%。随着城市化进程的逐步加快,我国的耕地面积正在逐渐减少,目前已由1996年的1.301亿公顷锐减到2003年底的1.234亿公顷,7年之内净减少了5%,严重影响了国家的粮食安全。
    数量下降的同时,我国耕地质量也在下降。我国耕地土壤的有机质含量不及欧洲同类土壤的一半。土壤有机碳库逐年减少,全国耕地几乎概无例外地需补充氮素,缺磷与缺钾的耕地分别约占总面积的1/2~1/3、1/4~1/5。长期施用化肥造成的土壤板结、土壤矿化,秸秆还田率很低,植物吸收的土壤养分不能还田,也严重影响了我国农业战略安全。
    1.4.2.2土壤污染严重
    农药、化肥的过度使用,污水灌溉,重金属污染,非降解性农膜的大面积使用等严重污染着我国的土壤,不完全调查表明,目前全国受污染的耕地约1000万公顷。
    首先,农药、化肥的大量施用和污水灌溉给农田土壤带入了大量汞、镉、铅、铬、砷等重金属,以及氮、有机氯化物、酚类等。我国农田化肥施用水平普遍较高,平均368公斤/公顷,一些农业较为发达的地区化肥施用水平更是大大超出发达国家为防止化肥对土壤和水体造成危害所设置的225公斤/公顷的安全上限。大量施肥不仅减少了施肥增产的效果,而且还会造成土壤板结、污染,最终失去可耕性。我国每年农药总施用量达131.2万吨(成药),平均每公顷施用14.0公斤,高出发达国家一倍,其中大多数是难降解的有机磷农药和剧毒农药。中国污水灌溉污染耕地约216.7万公顷,主要集中在北方水资源严重短缺的海、辽、黄、淮4大流域。土壤污染导致各种有毒元素在土壤和食品中富集,给居民健康带来不利影响。据估算,全国每年因重金属污染的粮食达1200万吨,造成的直接经济损失超过200亿元。
    其次,我国农膜年残留量高达35万吨,残膜率达42%,严重影响了土壤结构和性状。调查表明,北京,西北(甘肃和宁夏),华北(山东和河北),陕西和新疆各地区100%的农户将使用后的农膜就地丢弃或将其作为生活垃圾扔进垃圾堆。
    1.4.3农业生物多样性下降及生态系统稳定性降低
    人类曾使用过约5000种植物作为食物,其中150种进入了商品市场,约30种成为粮食作物。各种家畜家禽和水产品,都是由野生动物经过不断驯化、改良而来的。我国是一个农业大国,农业生物资源丰富,这些资源不仅是中国甚至是全世界农业可持续发展的物质基础和宝贵财富,是我们解决下一世纪乃至更远的未来国家发展和人民生活的根本所在。但是,现代农业的发展已经严重威胁了我国生物多样性和生态系统的稳定性。
    1.4.3.1片面追求高产使部分物种消失
    农业生物多样性是农业生态系统稳定性的基础,而追求高产导致许多农业物种濒临灭绝甚或消失。由于人口剧增和人民生活水平提高对粮食的巨额需求,集中推广高产的作物和畜禽品种是不可避免的趋势。目前,我国主要推广的水稻、大豆和小麦各50多个品种,玉米、果树、甘薯和花生各30多个品种,棉花18个品种,猪20多个品种,黄牛、绵羊、马等各10个品种左右;而我国有记载或有保存的地方品种和类型数本来是极丰富的,如水稻保存有4.8万个种质材料,小麦保存有2万个材料,高产作物和畜禽的快速推广使得很多种质资源材料来不及收集就消失了。自50年代以来我国蔬菜品种丢失率达40%,小杂粮已被挤掉,如黍子、稷子、荞麦、小豆等几乎绝迹。其他畜禽品种,例如河南郏县红牛、多仔猪、绒山羊、宁夏滩羊等种质混杂退化严重,濒于灭绝。
    1.4.3.2我国农业生态系统结构单一、不稳定、波动大、效率低
    当前种植业发展的需要导致传统作物种类及轮作方式被逐渐淘汰,集约化、机械化大生产使农田生态系统日趋集中种植少数主要作物品种,形成单一种植业生态系统。农业生产自身要求单一作物连片种植,以便管理、收割,使得生境日趋单一,有害生物处于这种同质的栖境条件下极易产生对作物抗性的适应性,从而使作物抗性失效;另一面,单一作物系统中的害虫天敌物种多样性和丰盛度均大大低于传统混作农田,加上不当地使用化学农药,一些有害生物再生猖獗、暴发成灾的频率居高不下。目前,一个作物品种有效抗性寿命仅5~10年。
    农业生态系统的结构单一化,引发了系统的不稳定性,系统易受到外界干扰,灾害、病虫害增加。近10年来,我国平均每年因受灾减少粮食产量约4000万吨,经济损失上千亿元。农业生态系统不稳定,降低了生产和资源利用效率。我国土地生产率、农业劳动生产率、资源利用率、投入产出率与发达国家相比有很大差距。1998年,世界每1公顷土地投入农业劳动力216人,而中国为555人,为世界最高;我国肥料氮、磷、钾平均利用率仅有35.0%、19.5%和47.5%,低于国际平均水平(分别为50%~60%、10%~30%、20%~60%)。
    1.4.4水土流失问题
    上世纪50年代以来,我国水土流失面积不断扩大,2003年我国水土流失的面积达49216万平方公里,占国土面积的51%,仅水蚀面积由50年代的116万平方公里扩大到2000年的18216万平方公里,待治理面积达113万平方公里。水土流失每年带走50亿吨沃土,北方土地的“沙化”,南方土地的“土化”,使我国每年损失耕地6167万公顷。
    水土流失遍布全国各地,每个省(市、区)都有发生。黄河流域多年平均土壤侵蚀3700万吨/平方公里,严重的河口镇至龙门区间1516万平方公里为多沙粗沙区,多年平均侵蚀模数在0.5~1万吨/平方公里,最严重的达5~6万吨/平方公里。黄河每年有16亿吨泥沙输入三门峡,其中4亿吨淤积在下游河床,12亿吨入海。江河上游严重的水土流失,带走大量的土壤,使山区土层变薄,质地变粗,土壤结构遭破坏,土壤的蓄水容积减少,甚至完全丧失蓄水能力,致使暴雨时入渗减少,径流量增大,江河湖泊淤积严重。新中国成立以来,全国水库、塘坝淤积库容达200亿立方米,相当于损失库容1亿立方米的大型水库200座,直接损失100亿元。
    另外,水土流失也成为山区群众生活贫困的首要根源,目前全国200万贫困人口生活在水土流失地区。
    2.新农村建设的案例和模式分析
     自从第十六届五中全会通过的《中共中央关于制定“十一五”规划的建议》提出了建设社会主义新农村的重大历史任务以来,国内掀起了新农村建设的热潮。各地在农村安全饮水、生活垃圾和废物处置、农村生活污水处理以及农村生态系统保护各方面积累的经验和教训,为全国新农村建设提供了许多值得借鉴的经验和模式。
     2.1农村安全饮水工程案例和模式
    2.1.1平度市新河镇苦咸水淡化工程案例
    平度市新河镇西北部是由海相沉积物与河流冲积物层叠覆盖而成的滨海平原,海拔高度一般在10米以下,沉积层厚30余米,形成了该区北部高浓度的地下卤水区,矿化度均在20~30克/升之间。当地下淡水水位下降时,北部的地下卤水在海水的顶托作用下,沿第四系砂层孔隙迅速向南侵染,使部分淡水区的地下水咸化,造成灌溉和人畜生活用水困难。
    特殊的地理位置和地质条件导致该区淡水资源比较贫乏。为解决吃水困难问题,1985年受害严重的22个村庄实施集中统一供水,设计日供水量1000立方米。供水工程的建成,解决了新河镇的吃水困难,工农业恢复正常生产,群众的生产和生活条件得到较大改善。但是,该工程经过近20年的运行,设施老化失修,再加上日益扩大的工农业用水量造成地下水位不断下降,咸水入侵面积逐年扩大,水质越来越差,新河镇境内目前无符合标准的水源地。全镇32个村庄、20多个企事业单位、3万余人的正常生产和生活为此受到严重影响,水的问题严重制约了当地经济的发展。
    2001年青岛、平度两市政府决定改造新河镇集中供水工程。由于新河镇境内无符合标准要求的淡水资源,水源问题是供水工程的核心。经技术论证和各种技术信息资料的对比分析,决定采用反渗透技术对苦咸水进行处理来解决水源问题。该技术具有水资源取用方便、技术成熟、设备质量过关、应急性强等特点。缺点是运行成本较大,水价较高(分析水价为3元/立方米),但是没有超过群众的承受能力。
    经过了4个月的施工,该镇新建水源地1处,打井6眼;购置苦咸水淡化设备1套;建供水管理站1处,房屋8间,容水300立方米,清水池1座,安装变压器1台,铺设塑料管道3.4万米,除盐率达95%以上。整个工程共投入资金340万元,其中青岛和平度两级财政各100万元,新河镇政府和收益单位筹集140万元。
    目前,新河镇供水工程各项运行指标均达到设计标准,运行效果良好,水质改变显著。它的成功运行使得该镇24个企事业单位和32个村庄的218万人结束了长期饮用苦咸水的历史,解决了长期困扰百姓正常生活、阻碍当地经济发展的吃水问题,实现了广大干群的夙愿。解决水问题后一年内,先后有4家较大企业安家该镇,极大地促进了地区的经济发展。
    2.1.2淮北农村地下水高氟水处理工程案例
    江苏省徐州市丰沛铜和宿迁市宿豫地区由于古黄河活动,携带了大量含氟矿物,在一定的沉积环境中富集,形成高氟地下水。据调查,在苏北贫困户中,因水氟致病、因病致穷占70%。不少农户陷入贫病交加的恶性循环,由于地下水氟含量高,水产养殖业无从发展,一些地方由于没有安全饮用水源,恶化了投资环境。
    为了解决这一问题,在水厂现有的深井泵和自来水管网之间设计了一个集布水、除氟、过滤、净化、沉淀、活化再生、反冲洗于一体的一元化立式压力罐。该设计除滤料活化再生外,实现了整个供水过程的自动化,不需人员现场管理。其工艺流程见图 1。
    该工艺采用升流式吸附过滤方法,吸附量高,工艺先进,结构合理,单位面积产水率高,能长期连续运行;出水水质好,再生液循环使用,反冲洗耗水量少,无泥渣排放;操作简单,管理安全,一次性投资和运转费用低,占地面积少。
    设备运转2年来,没有出现故障。只要按时活化再生滤料和反冲洗,除氟稳定达标,且水质口感好,清澈透明;操作简单,可自动化运转,吨水处理成本0.1元,村民非常满意。

    图 1 工艺流程示意图
     2.1.3安徽省怀远县贡湾村饮用水除铁案例
    安徽省怀远县贡湾村位于山坡上,人口约4000人,以吃浅层水为主,干旱季节饮水十分困难。2002年水利部门利用国债资金为其打了一眼深80米的管井,水量可以满足饮水需求,但水质化验表明,含铁量达2.1毫克/升,超出国家标准7倍,刚打出的井水一经接触空气,数十分钟内变成铁锈色,水体变浑浊,村民不能饮用。
    考虑农村地面大和农村早中晚三餐用水高峰的特点,该工程采用自然氧化法除铁工艺,即水由井中潜水泵抽出(带有较高压力),经管道流到综合池边,由闸阀控制可分成两路,一路用作待除铁水,高压水经射流泵组件形成真空,吸入空气混合后,形成一次曝气;再进入穿孔管,从其下侧两排孔眼中喷淋入综合池,形成二次曝气;经过二次曝气的地下水在综合池中完成反应、沉淀、过滤,最后经集水管流入储水池作饮用水,另一路用于反冲洗,直接进入滤水层中集水管,高压水穿透滤层将沉淀絮状物带出经排污槽排出。
    贡湾村地下水除铁专用机具和水池,投资仅2万余元,仅利用井中一台水泵,运行用电量比成套设备少一半。经处理后的水中含铁量由2.1毫克/升降为0.2毫克/升、pH值为6.7~7.2、总碱度由579毫克/升降至465毫克/升,水质稳定,符合饮用标准,且系统易操作,维护方便,村民们十分满意。
    2.1.4黑龙江省汤原县浅层地下水除铁锰案例
    汤原县位于黑龙江省东部,三江平原西部,松花江北岸,当地群众一直以浅层地下水为主要水源,水中含铁锰较高,一般在正常值的20~100倍之间,加之农药、化肥对浅层地下水的污染等问题,水质较差。
    汤原县为国家级贫困县,县财政财力紧张,群众筹资困难。针对汤原县境内单处改水工程供水量小(一般为10~20立方米/小时)、含铁锰较高(铁超标20~100倍,锰超标5~30倍)的情况,2003年6月,鹤立镇建新村采用重力式生物滤池除铁工艺,取得了较好效果。该工艺采用小型重力式生物滤池+压力式过滤器、复合曝气、综合处理的方法,可以降低成本。

    图 2 工艺流程示意图
    工艺流程为:水源→曝气器→重力式生物滤池→曝气器→压力式过滤器→用户(如图 2)。该套设备投入运行2月后,水中铁锰含量达到了国家的饮水标准,但该工艺电器控制较为复杂,农村的电工及看护人员不易掌握。
    2.1.5中旺镇王官庄村供水站(天津静海)
    供水原水为井深350米的深层地下水,含盐量在2.5~4.5克/升,含氟量超标,采取电渗析方法淡化后水的矿化度为0.1~0.25克/升(如图 3)。电渗析器预处理单元为缠绕式纤维滤芯,滤芯每半年更换一次,电渗析器的大修周期为两年。
    水站制水能力每小时2吨,村民凭水票到水站打水,每票(0.3元)可打水一桶(25公斤)。水站建立前,村民的唯一水源是口感很差的微咸水,生活上有诸多不便。如今,村民习惯使用水站“甜水”,主要用于饮用和烧饭,水站和打水成为村民生活的一部分,该水站及供水方式符合当地条件,有效终结了该村世代喝苦咸水的历史。

    图 3 工艺流程图
    2.1.6沿庄镇小河村水站(天津静海)
    水站采用反渗透方法,源水为含氟超标的井水,它经中空纤维膜滤预处理后进入反渗透单元(如图 4)。

    图 4 工艺流程图
    水站制水能力每小时0.5吨,外供水费用每桶(约20公斤)1元。然而,水站建成前,该村已铺水管入户,村民多习惯使用“自来水”。水站建成后,尽管“桶装去氟水”价格并不高,但由于农民没有意识到含氟水的危害,拒绝支付“桶装去氟水”的费用,水站经营困难,有的月份仅售出三桶水。
    2.1.7北京顺义杨镇沙子营村除砷水站
    顺义沙子营村水处理站是由北京顺义区改水办组织实施的村用小型集中供水工程。该工程包括水站建筑(砖厂房90平米)、水处理设施,以及入户输水管。水站服务人口930人,270户。设计额定供水能力50吨/小时,总投资75万元(不包括输水管网)。
    该站以地下水作水源,水站每日定时供水入户,每日供水时间8~10小时,月运行费(以电费为主)0.8~1.2万元,运行费和维护保养费用由大队承担,不向农户收取水费。大队负责水站管理,由电工兼职负责水站运行。水质监测化验工作由顺义区疾病预防控制中心负责。

     图 5 北京顺义杨镇沙子营村水站水处理流程简图(额定流量50立方米/小时)
    2.1.8广东东莞茶山镇水厂
    为满足城市化对供水水量水质的要求,广东东莞茶山镇新建一现代化水厂,实现了城乡一体化的现代供水理念。水厂日供水量为25万立方米,以东江为水源,采用常规的混凝、沉淀、过滤、消毒和适度的预处理设施(高锰酸钾和粉末活性炭),并有较完备的应急处理措施和在线水质监测系统,出水水质满足国家标准。
    2.1.9农村安全饮水工程模式
    农村安全饮用水工程的实现,需要管理、技术和经费几方面共同协调和发展才能保证。
    管理上,目前全国城镇供水行业的管理由建设部负责,包括制定政策、技术、工艺、工程和设备的相关规范和标准,行业发展规划,水质监控等,几十年来的工作使建设部在饮用水工程建设和维护方面积累了十分丰富的管理经验。90年代中期以前,农村供水问题一直由卫生部的全国爱国卫生委员会负责实施,由于该机构不是一个单独的行政主管部门,它对进一步大力发展我国农村安全饮用水事业力量不足。目前,农村(县级以下行政单位)安全饮用水工程建设和管理主要由水利部负责实施和管理,由于水利部的工作重点是水利工程建设和开发管理,在农村饮用水水质监控、技术工艺选择、工程建设和管理方面经验不足。从发展角度看,全国最终应有一个部门统一归口管理城镇和农村的饮用水行业,实现饮用水的城乡一体化统筹发展。实际上,即将公布的新的国家饮用水水质标准也已将农村与城镇饮用水水质标准统一。在现阶段,则可以采取水利部和建设部共同管理的方式,逐渐过渡到建设部归口管理,最终实现城乡供水管理的一体化。另外,建设部城市饮用水供水经验将大大带动农村安全饮用水事业的发展。
    资金和经济发展水平是制约农村安全饮水工程建设另外一大因素。目前水处理的技术发展较快,现有技术理论上可以解决农村饮水存在的各种问题。但是,设备投资、运行、维护和管理经费不足,往往成为制约我国农村安全饮水工程建设的瓶颈。目前,国家对三高水(高氟、高砷、苦咸水)的经费投入采取政府承担一次性投资,农民负担运行费的形式。由于部分地区农民无力或者有能力但不愿承担运行费,基层设备经常不能正常运行和使用。
    从水处理技术选择而言,集中式、规模化的供水系统在水质安全性、管理维护等方面具有不可替代的优势,但由于中国农村村民居住分散,管网建设困难,很难在全国层面上推广集中供水。针对我国农村总体上水源分散,种类繁多,污染复杂,水源水质的差异很大的特点,农村供水模式的选择必须因地制宜,多途径并举。由于中国大部分农村经济基础差和农民文化水平较低,不宜采用高运行费和操作复杂的设备。总体上,农村供水可归纳为三种模式:
    (1)集中处理,集中供给。对供水人口较多或平原地区的农村供水,推荐采用集中、管网统一送水的方式。这种方式包括:城乡一体化的供水模式(如东莞茶山镇)、自建供水站(厂)集中处理(北京顺义区杨村镇沙子营村等),全天供水或分时供水模式(即一天只在特定的时段供水)三种。经济比较发达,农村相对比较集中,城乡连片的平原地区,如珠江三角区和长江三角区,提倡城乡一体化的集中式供水模式,通过管网将城镇供水的范围扩展到农村地区,以保证农村地区饮用水的水质水量,减少分散供水设备和维护不稳定带来的风险,实现农村供水的跨越式发展,消除城乡差别。目前,珠海、东莞、深圳和浙江、江苏部分地区等均采用这种模式,取得良好效果。
    如果农村相对比较分散,可以采取单村或联村的自建供水站集中供水,实现小区域的集中供水。规模供水设备由专人维护,水质水量比较有保障。自建式集中处理模式则适合供水人口1500户以上规模(相当于500立方米/天)
    (2)集中处理,分散供给。对住户分散,或者管道建设困难的地区,可采取类似城市纯水站的运作模式,建设供水站,由用户自己去供水站取水或者供水站流动送水(如天津静海沿庄镇小河村水站)。该模式可以减少管道建设费用,同时避免管网中水质的二次污染。但是这种模式下,用户用水不方便,且不能保障饮水以外的生活用水。
    (3)分散处理,就地供给,即户用型供水。如果农村住户极度分散,如山区等,实现联村供水比较困难,可以采取户用型净水器,解决单户或者几户的供水问题。实际上,发达国家(如美国)居住点分散的地区也采用户用型供水模式。
    资金来源和管理是农村安全饮水工程建设成败的关键因素,主要分为三类:
    (1)政府引导、用户自筹。经济发达地区有愿望、有能力建设供水设施,可以采用政策引导(如供水水质要求、技术要求等),由当地政府自筹资金解决供水工程和设施建设运行。当地政府和用户承担所有的建设和运行费用。
    (2)政府投入、用户管理。对大部分经济条件不高的农村地区,可以由中央政府和地方政府共同负责一次性建设投入,用户负责设施日常运行。
    (3)政府全权负责资金。对经济不发达,水质问题严重的地区,如果用户无力承担设施日常运行和维护费用,建议由政府负责所有建设和运行投资。
    2.2农村生活垃圾和养殖业废弃物处理案例和模式
    2.2.1农村生活垃圾处理处置模式
    我国农村传统的生活垃圾处理模式是垫圈,即将产生的生活垃圾放入牲畜圈或厕所中,与粪便等共同沤肥,然后返还农田。近二三十年来,由于化肥的大量施用,农家肥用量减少,直接堆放和简易填埋成为生活垃圾的主要处置形式。我国北方地区能源环境调查结果显示,我国广大农村地区的生活垃圾环境无害化处理处置的比例很低。只有部分城市郊区和发达地区的农村,生活垃圾可进入城市生活垃圾处理处置系统得到无害化处理。针对中国农村生活垃圾处理处置现状和新农村的发展需要,本研究提出两种处理处置模式,即委托处置和自主处置。
    2.2.1.1农村生活垃圾的委托处置模式
    混合收集的生活垃圾成分复杂,含有多种农业污染物,堆肥会降低产品品质,焚烧大气污染严重,不适宜用堆肥和焚烧的处理方式。
    近年来,建设部提出了农村生活垃圾处置的委托处置模式,即“村收集,乡(镇)运输,县处置”。在村中定点设置垃圾站,专人清扫、专车运输。委托处置模式将分散产出的垃圾集中处置,适合农村生活垃圾管理现状,见效快,便于管理。但是将分散污染源集中化,加大了本身就问题重重的县级水平填埋场的压力。而且填埋不是物质循环的方式,不符合生态循环的理念。
    2.2.1.2农村生活垃圾的自主处置模式
    建设以乡或村为单位的小型可重复使用的生活垃圾卫生填埋场,即农村自主处置生活垃圾的模式,既可以解决填埋场的长期占地问题,也能实现物质循环,是未来我国农村生活垃圾处置的重要模式。它将生活垃圾填埋场建设成小型的生物反应器,可以加速垃圾的稳定化,减少渗滤液产生,适合农村生活垃圾特点,能有效解决农村固体废物问题,尤其适合土地资源相对丰富、距离县城填埋场较远、运输成本高、且无环境敏感点(如水源地)的农村地区。
    1)生物预处理+厌氧填埋+后处理形式
    农村固体废物的生物预处理,是垃圾进入填埋场之前,在好氧条件下控制水分,20~60天内实现易降解部分的快速降解。这一阶段处理的废物主要包括食品垃圾、混入生活垃圾中的农业废物和少量纸张等,一定程度上可以控制渗滤液和填埋场气体产生。预处理过程蒸发大量水分可以显著减少最终填埋的渗滤液,改善渗滤液水质,使其中污染物浓度显著降低。预处理还可以减少进入填埋场的废物体积和填埋后的产气量。
    废物经过预处理后,进入填埋单元,利用相对封闭填埋,通过渗滤液回灌等手段加速稳定化,经5~8年基本实现填埋场的稳定。在这一阶段,有机物得到缓慢分解。渗滤液循环可控制填埋场水分,加速稳定化进程。
    经过稳定化后,可以对填埋场实施开挖和物质分离。筛分后的未降解的纺织品、橡胶、皮革、木头等含水率低,热值高,可直接用于焚烧;大的石块、建筑废料等或是回填,或是用作造地或填埋场的基建材料。稳定化垃圾筛分后的细料可作为覆盖料或拌制营养土(技术路线如图 6)。

    图 6 农村小型填埋场流程图
    2)准好氧填埋+后处理形式
    准好氧填埋最早由日本提出,是一种好氧厌氧相结合的填埋方式。即在厌氧卫生填埋的基础上,增大排气和排水管径,让排气管和渗滤液收集管连通,利用“烟囱效应”使气体进入填埋场,在填埋场表层、集水管和排气管附近形成好氧状态,增大填埋层的好氧区域,加速有机物的降解。但在空气难以到达的填埋层中央部分仍处于厌氧状态。采用渗滤液的回灌,保证填埋层中有充足水分,既减少了渗滤液的排放量,又降低了渗滤液的污染强度。准好氧填埋场主要包括气体导出系统、渗滤液收集系统、防渗层、贮存构筑物、取水槽、渗滤液调节设备、渗滤液处理系统等。准好氧填埋的方式不设置预处理过程,工艺简单,一次到位,比较适合土地资源紧张的中、小型规模的垃圾填埋场。
    3)政策与资金保障
    农村生活垃圾的自主处置模式需要国家和地方的政策保证和资金支持。在建设费用方面,自主处置模式所需的填埋场建设费用低于城市生活垃圾卫生填埋场的费用。在运行费用方面,由于采用了廉价的渗滤液处理方式(自然蒸发、回灌填埋场、浇灌等),费用大幅度降低。因此,对富裕的东部地区,应采取地方财政为主,国家支持为辅,农户少量负担的资金筹措方式。对西部地区,应以国家财政为主,地方为辅的方式。并在政策方面给予必要支持,保证设施运行。
    2.2.2农村沼气技术案例和模式
    利用养殖废物和作物秸秆发酵生产沼气,是解决农村能源问题,防治固体废物污染环境的重要手段。农村沼气的利用有分散式和集中式两种,分散式以农户为单位,自产自供;集中式以多户、楼房或村为单位,集中产气集中供气。
    1)宁夏彭阳县“四位一体”系统案例
    “四位一体”系统是以产沼气为基础,将沼气池、畜禽舍、厕所和温室进行组合建设和运行的一种农业能源生态模式。宁夏彭阳县自1998年实施国家生态农业建设项目之一的“四位一体”能源生态模式建设以来,建成投产了331个“四位一体”系统。这种模式结合种植养殖,通过生物能源转换技术,把沼气池、猪禽舍、厕所、太阳能温室融为一体。调查表明,在宁夏南部山区建一座容积8立方米沼气池和占地200平方米的“四位一体”系统,年均经济效益5833元,包括:可稳定解决4~6人的家庭炊事、照明用能,节煤3.6吨/年,节电208千瓦/年;年均出栏2.7头育肥猪,经济收入1728元;种植反季节蔬菜2~3茬,生产各种优质蔬菜2695公斤,经济收入2941元,同时沼肥节约化肥费用460元。
    (2)北京郊区新“四位一体”生态系统案例
    北京平谷山东庄镇在南方“猪、沼、菜”模式的基础上,将“四位一体”系统中的温室种菜改为种桃树,并在果树之间间种蔬菜。该系统日产沼气可满足3~4人的用能需要,而且沼液滴灌技术可使温室内的土地得到最大限度的利用。
    表 1 四位一体生态模式收支表

    项目     收入     支出
    每个大棚的初投资     -     20000元
    每个沼气池的初投资     政府补贴3000元     4000元
    购买桃树苗     -     1500元
    销售桃果     30000元/年     -
    养猪     3000元/年     -
    煤炭取暖     -     1000元/年
    用水,用电     -     250元/年
    病虫害防治     -     150元/年
    对项目区15个农户的随机调查结果显示,“四位一体”种养生态模式下,果树产量高、品质好、销售快,每组桃产量为1000公斤/年,年净收入可达2万元。大棚内养猪年出栏6~8头,纯收入超过3000元。“四位一体”种养生态模式每组年收入约2.5万元,比普通大棚增收0.4~0.8万元/年。由于使用了沼气,节约了冬季取暖做饭、照明、施肥等方面的用能开支,提高了农民的纯收入(见表 1)。
    (3)农村固体废物产沼技术模式和政策保障
    到2000年,全国沼气总用户达到755万户,年产沼气量22.6亿立方米。预计到2015年,农业废弃物沼气工程累计建成4100个,形成年生产沼气能力4.5亿立方米,相当于58万吨标准煤,每年可处理粪便量1.23亿吨。
    农村沼气利用是改善农村能源和生态环境的重要模式,应该在新农村建设中继续推广。但是,沼气利用中的技术问题(如产气不稳、湿度大、热值低、腐蚀管道等),建设模式(如分散式和集中式)、标准和管理方法必须因地制宜。在政策和资金方面,应在农业部现行政策的基础上,结合新农村建设,加大国家和地方的资金支持力度,进一步放宽优惠政策,适当提高补贴比率。在规模上,以单户沼气利用为主,通过必要的政策引导,建设以村为单位的集中产沼系统,改善管理,降低运行成本。
    2.2.3养殖粪便综合利用工程案例和模式
     2.2.3.1成都市双流和新彘集中养殖案例
    成都双流县的养殖业走循环农业的道路,使年均产值10万元以上的规模养殖专业户达到了5000多户。以康壮养牛场为例,该场是一个集牛肉养殖、加工营销和牛粪综合利用为一体的牧业企业,常年存牛1000多头,每年向成都市供应肉牛500余头。该场牛饲料是经过粉碎、发酵后的秸秆,实现了农副产物秸秆的过腹还田,防止秸秆带来的环境污染;养牛所产生的牛粪部分经烘干粉碎后出售用于蘑菇种植,部分用于蚯蚓养殖,尿液和屠宰场污水等排入沼气池用于生产沼气,含高浓度氨氮的沼气池出水,排入农田作肥料。
    新彘养猪场则采用干制饲料,在每个猪圈内都安装了自动饮水器,无需水冲圈舍,实现了节水养殖。圈舍铺设漏缝地板,猪的液体粪污可以通过漏缝地板流入地下预埋的排污管道,固体粪便则直接装袋,送到干粪发酵车间进行发酵后作为有机肥料利用,实现了粪污的干湿分流。养猪场修建了3个组合式沼气池,液体粪污通过地下预埋管道进入沼气池中发酵产沼,用化粪池储存沼液,并通过修建了渠道,将沼液或者粪污作为肥料排入农田。
     2.2.3.2福建省南平市大横农业生态园区养殖粪便综合利用案例
    该养猪场根据污水的水质特性,设计采用固液分离-厌氧生物技术和厌氧-还田生态循环利用模式。该模式由预处理系统、达标处理系统和资源化生态利用系统等组成。
    预处理系统包括人工清扫固态物、格栅分离、固液分离设备和酸化调节池等,系统中使用的固液分离机对污水中固态物的去除效果明显,污水中CODCr和BOD5单项去除率分别达到70%和66%。达标处理系统包括上流式厌氧发酵塔、沉淀储液池、曝气跌水氧化沟等。资源化生态利用系统包括堆肥处理系统,沼气收集装置,沼液还田灌溉利用。
    该工程自2003年4月23日启用后,运行效果稳定,出水水质良好,污水处理达到了预定的设计目标。
    2.2.3.3北京市房山区南韩继村猪场废弃物治理与综合利用案例
    南韩继村猪场是一设计能力为万头规模的村办企业,该猪场目前实际规模约为设计规模的1/4,实际存栏猪1600头,粪浆污水量约20~30吨/日。主要处理单元包括:
    (1)收纳池、预热池。收纳池将猪粪进行酸比、水解,以利于厌氧消化,起到调节流量的作用,可降解30%的有机质。粪浆量按70吨/日设计,要求有效容积23立方米,设计有效容积24立方米。预热池将粪浆加热到略高于消化器内的温度,设计有效容积10立方米。
    (2)厌氧消化器容积为373立方米,采用升流式厌氧污泥床(UASB)技术。为排泥和管理方便,厌氧消化器采用地上结构,形状为圆柱体,直径8米,高10米,COD去除率在80%以上。
    (3)气体搅拌器采用英国提供的旋转式气体搅拌器,每天搅拌2次,每次10分钟。
    (4)蓄泥池设计有效容积2215立方米,用于排放消化器内的溢流水和底渣。
    南韩继沼气工程于1997年5月动工,10月完工,试运行3个月,1998年春节正式给住高层楼房的104户居民和猪场食堂正常供气。通过试运行,一期消化器可满足南韩继全村(104户高层楼房和187户二层楼房)居民做饭的用气要求,使3口之家每月的燃气费降低了30元。沼气的热值与天然气的热值相当。在不考虑设备、土建工程折旧的情况下,沼气站每年沼气、沼渣、沼液的收益为24万元,工程的运行费约为11万元,收益13万元。
    2.2.3.4天津华兴种猪繁育场畜禽粪便资源综合利用案例
    该场建筑面积2万平方米,有猪舍50个,年存栏量3000头,出栏种猪7000头。该场粪尿输出量大,周围农田无法完全消化,环境污染问题突出。同时,氮素的输出量远大于输入量,资源大都白白浪费。另外,该养殖场还存在系统组分单一,产品的药物残留严重,采暖耗能费用大,外部景观脏、乱、差等问题。针对这些问题,猪场利用生态工程技术进行改造,兴建一生态种植园区,进行无公害生产;实行沼气工程等接口技术,将养殖业与种植业有机联系起来,并可利用沼气加热照明,解决床体耗能问题;兴建生物肥料厂,实现资源综合利用和价值增值,保证种植园区实行无公害生产(如图 7)。

    图 7 祥华生态农场养殖粪便的处理与利用工艺流程图
    2.2.3.5盘锦的养种结合的循环生态养殖案例
    盘锦大洼县西安养殖试验场拥有种猪500余头,年售肥猪5000头,每年产生300万公斤粪尿。为了解决粪尿污染的问题,该场首先将猪场附近的低洼盐碱地(原种玉米、大豆)改造,一部分挖成0.5~1.0米的方塘,面积50亩,另一部分改为水田,面积400亩。方塘种耐肥力高的水葫芦和固氮细绿萍,可代替大豆、玉米和蔬菜作为猪的青、粗饲料,并代替部分精饲料。废水经过水葫芦塘、细绿萍塘、鱼塘(面积40亩)后,出水进入水田。整个系统的COD、BOD和TN的去除率达到90%,88和76%。
    

    图 8 盘锦“三段净化四步利用”模式
    西安养殖试验场将废水处理转变为废水资源化,并与猪场运作整体考虑,形成了废水资源化与种植、养殖结合的规模循环生态养殖(如图 8)。废水资源化为猪场服务,而猪场为资源化进行必要的农作物种植结构调整和养殖种类和方式调整。农作物由种植玉米大豆改为耐肥力和固氮能力较高的水生植物和水稻;养殖方面则增加鱼塘,并在鱼塘中实现养鱼养蚌的立体养殖。养殖场改变饲料结构,即养猪青、粗和部分精饲料采用水生植物,理顺了种养食物链关系。通过上述方法,西安养殖试验场实现了营养物质的就地循环,基本实现废水零排放,每天可处理3300公斤猪粪,5000公斤猪尿,大大减少了化肥使用和农业活动对周边环境的面源污染。
    在实施“三段净化四步利用”之前,该场每年生产10.8万公斤精饲料,12万公斤青饲料,每年需外购70~80万公斤青饲料和40~50万公斤粗饲料。如今,青粗饲料完全可以自足,还能代替大部分精饲料(水稻的产量不计在内)。每年产鱼5万公斤,珍珠50公斤,效益较好,还节省了大量化肥开支。每年综合增收数十万。由于该工程具有明显的经济效益,非常利于融资。
    2.2.3.6集中式规模化养殖业发展和养殖废物综合利用模式
    集中式规模化养殖是农村养殖业发展的重要模式,它可以整体提高经济效益,并实现废物利用的产品化,不能产品化的废物可以得到有效利用,控制了污染物的排放,便于管理监控。
    集中式规模化养殖还使养殖废物的高附加值能源化成为可能,养殖粪便发电是废物能源化的重要发展方向,在发达国家已有众多成功案例。我国的一些地区如厦门、内蒙等也在开展养殖粪便发电的工程建设。
    养殖废物是环境污染的重要污染源,必须得到有效控制。国家和地方政府应制定必要的政策,从新农村建设的实际需要出发,以市场为杠杆,规划集中养殖业的布局和规模。集中式规模化养殖也要因地制宜,在水源保护区等重点保护区域应严格控制和限制。
     2.3农业废弃物利用案例和模式
    2.3.1多种农村固体废物堆肥和复合肥案例
    呈贡县大渔乡大渔村的示范工程占地面积6000平方米,处理规模30吨/日,其中,蔬菜废物12~15吨/日;花卉废物和掺料等3~5吨/日;牲畜粪便10~15吨/日。示范工程的主要功能是生产复合肥,同时兼顾废物处理。生产复合肥的基本工艺流程包括:
    (1)预处理系统
    检查、过磅:物料在进厂前首先进行检查,不合格物料不得进入。进厂的合格物料过磅。记录进厂物料性质和重量。
    堆放、晾晒:物料运至堆料场卸货,按易腐物、难腐物、生活垃圾、粪便、掺料分区堆放。物料在堆料场自然通风晾晒,降低含水率和重量。
    分拣、破碎:对物料进行必要的人工分拣,去除物料中不可堆肥的废料,如石头、塑料等。废料临时堆放后运至填埋场填埋,对种植业固体废物等物料按配比进行破碎处理,并按配比要求加入粪便等其它无需破碎的物料和菌种、结构调理剂等,进行混合。
    (2)堆肥系统
    一次发酵:将混合物料用铲车运至一次发酵车间进行封闭式强制通风发酵。由于物料含水率较高,容易产生厌氧环境,因此在发酵中视情况进行必要的倒仓。
    二次发酵:将一次发酵后物料运至二次发酵车间进行自然通风二次发酵,继续降低含水率和熟化,直到稳定。如果一次发酵后产物含水率仍很高,则在二次发酵时进行必要的翻堆,加快水分散失。如果二次发酵产物含水率仍高,则需进行晾晒等处理,以满足后续处理的要求。
    (3)复合肥生产系统
    复合肥生产:对二次发酵产物进行必要的破碎和筛分。筛上物(多为未腐熟物)回流到一次发酵车间或者二次发酵车间继续发酵。不能继续发酵部分按废料处理。筛下物作为复合肥生产原料使用。根据课题“精准化平衡施肥技术”所确定的不同作物的肥料配比情况,加入化肥和微生物菌剂,混合后形成微生物活性菌肥、有机-无机复合肥和作为专用肥料。生产的肥料装袋,运至仓库贮存。
    肥料销售:对生产的肥料产品实施市场销售。并结合“精准化的平衡施肥技术”进行联合田间试验,向农民验证肥料的有效性,一起进行推广使用。
    示范工程同样具有固体废物无害化处理的能力。当物料主要为混合收集的生活垃圾时,由于物料品质较差,只进行无害化处理,不用于生产肥料。垃圾处理工艺流程为:对物料进行检查过磅,记录进厂物料性质和重量;将物料直接运至一次发酵车间进行封闭式强制通风发酵;发酵后的生活垃圾性质基本趋于稳定,可以直接外运填埋。如果需要,可以将一次发酵后物料运至二次发酵车间进行自然通风二次发酵,直至达到稳定。对二次发酵产物进行筛分。筛上物外运填埋;筛下物作为土壤改良剂销发放给农户使用。
    2.3.2山东省泰安秸秆厌氧产沼工程案例
    北京化工大学在山东省泰安市建立了以作物秸秆为主原料的大规模厌氧消化装置。该装置共建设9个反应器,总反应体积450立方米,年消耗玉米秸杆288吨、牛粪360吨,其中玉米秸的使用量占干物质总量的60%以上。年产沼气69120立方米,可为全村180户农户提供生活用能,同时还可生产104吨的有机肥料。该项目在对难生物降解的玉米秸进行化学预处理,明显提高了玉米秸的可厌氧消化性,并利用太阳能加热反应器,提高消化温度和效率,使得反应器在春、秋季可实现中温消化,在夏季可实现高温消化。结果显示,与一般的厌氧消化系统相比,该系统的消化效率和产气量可提高1倍以上。
    2.3.3农业废弃物利用模式
    2.3.3.1秸秆能源化和饲料化模式
    我国人均耕地有限,产自农田的秸秆,其中必须有一定比例要返回农田中,保证农业土壤的质量和农业的可持续发展。因此,秸秆能源化,即生物质能模式,的应用中必须充分考虑物质循环,在利用能量的同时,也充分利用其中的其它物质资源,如氮、磷、钾等养分等。
    2.3.3.2家用秸秆气化技术
    秸秆气化是秸秆热化学转换的一种技术,基本原理是在不完全燃烧条件下,将秸秆原料加热,使较高分子量的有机碳氢化合物链裂解,转化成较低分子量的CO、H2、CH4等可燃性气体,在转换过程中需要添加气化剂(空气、氧气或水蒸气),其产品主要指可燃性气体与N2等的混合气体,尽可能将能量保留在反应后得到的可燃气体中。
    秸秆中含有的挥发性物质含量高,灰分少,容易裂解,是进行热化学转换的良好材料。秸秆的发热量主要与原料的元素组成有关,此外,含水率以及原料的粒径对热值的影响也非常显著,原料秸秆中含水率越高,燃烧时水分汽化所需摄取的热量也越多,因而会使净热量减少,低位发热值也就会降低。秸秆块料过大,会导致其在燃料炉中不完全燃烧,降低生物质能源的转化效率。因此,在将原料加入反应炉之前,应当根据需要适当进行干燥、破碎等预处理。
    家用生物质颗粒燃料炉具能实现气化、燃烧一体化,即生物质颗粒燃料能在炉内气化产出可燃气,可燃气在炉灶口逸出且能完全燃烧。产气结束后,残碳能够燃尽。气化炉即可连续运行,也可间歇运行。炉具上火快,热负荷应能满足炊事要求,在1500瓦左右。气化炉热转换效率高、燃料适应性强、排烟中污染物浓度达标、成本低廉、安全可靠(技术路线如图 9)。

    图 9 秸秆沼气化路线图
     2.3.3.3秸秆青贮、微贮
    以作物秸秆饲料化为纽带,把粮食生产与节粮型养殖业发展相结合,促进粮食与养殖业共同发展,不仅遵循物质循环的生态学规律,并且符合构建节约型社会和发展可持续农业的理念。除了秸秆的能源化途径,饲料化技术也是适合农村特点及经济发展的一大出路。
    秸秆青贮是在适宜的条件下,将青秸秆置于窖中,利用自然界中(空气及土壤、秸秆所附带的)的乳酸菌等微生物进行厌氧发酵,使青秸秆中的糖类等碳水化合物变成乳酸等有机酸,不但使农作物秸秆变成带有酸、香、酒味,家畜喜食的饲料,而且较低的pH值和厌氧环境抑制了霉菌的活动,达到了长期保存、改善品质的目的。
    秸秆微贮就是在农作物秸秆中加入微生物活性菌种,放入微贮窖中,在适宜的厌氧环境下进行发酵,经过一定发酵过程,将大量的木质纤维素类物质转化为糖类,糖类又经有机酸发酵菌转化为乳酸和挥发性脂肪酸,使农作物秸秆变成带有酸、香、酒味,家畜喜食的生物活性饲料,并能长期保存(技术路线如图 10)。
    

     图 10 秸秆饲料化路线图
     2.3.4秸秆和养殖废物的饲料-粪-沼-渣(肥)生态模式
    秸秆和养殖废物的饲料-粪-沼-渣(肥)生态模式的关键技术包括:利用厌氧发酵技术,通过青贮或微贮工艺,使秸秆中大量的木质纤维素类物质转化为糖类,糖类又经有机酸发酵菌转化为乳酸和挥发性脂肪酸,形成家畜喜食的、并能长期保存的饲料;利用高固体厌氧产沼技术实现养殖废物生物质能源回收;利用好氧发酵技术实现沼渣与种植业废物快速好氧堆肥,生产有机无机复合肥;利用高浓度废水好氧发酵技术,在无需固液分离的条件下实现养殖废物和废水的肥料化,该模式制作优质有机肥回田,可减少化肥、农药的使用量、提高农产品的品质;既提高了产品的竞争力,增加了附加值,又实现域内废物的生态循环,消除了环境安全隐患,保护了生态环境,是实现发展和环保兼顾的农村循环经济模式的根本途径。技术路线如图 11所示。
     
    图 11 养殖饲料-粪-沼-渣(肥)生态模式路线图
    2.3.5固体废物处置与资源化原则和建议
    (1)减量化、资源化和无害化的“三化”原则
    “三化”原则是实施新农村建设中固体废物管理的根本原则。最小限度的产生和排放固体废物,可以从源头上直接减少或减轻固体废物对环境和人体健康的危害。减量化不仅要减少废物的数量和体积,还包括减少其种类、降低其有害特性等,是对固体废物的数量、体积、种类、有害性质的全面管理,也是防止固体废物污染环境的优先措施。我国大部分地区的农业生产还比较传统粗放,缺少有效的农业清洁生产机制,因此农业废物减量化有很大的发展空间。资源化是指采取管理和措施从固体废物中回收物质和能源,加速物质和能量的循环,创造经济价值的广泛的技术方法。无害化是指对已产生又无法或暂时尚不能利用的固体废物,经过物理、化学或生物方法,进行环境无害化处理和处置,防止并减少固体废物的污染危害。目前,符合标准的垃圾卫生填埋技术、焚烧技术等都是无害化处理处置技术。
    (2)因地制宜,选择固体废物处理处置和资源化技术
    由于我国南北地理环境、气候条件和经济发展水平的差异,不同农村地区固体废物构成和特征差异很大。因此,在农村固体废物处理过程中,需要结合本地的经济社会发展水平、地理特征、环境资源状况等因素,遵循因地制宜和突出特色的原则,以满足不同发展特征和发展模式的农村地区需要。另外,根据我国农村生产力水平普遍较低,经济发展相对滞后,农民负担较重的情况,固体废物处理还必须遵循低成本运行和注重实效的原则,尽可能减少投入。
    (3)种养结合,农牧结合的农业生产一体化
    即以零排放为目标,因地制宜选择规模化种植业与养殖业结合、种养一体化模式,实现营养物质的就地循环。按照生态学规律,根据生态环境承载能力,确定养殖规模,确保养殖场产生的粪便、废水等废弃物能被农田吸收利用,在系统内实现物质循环利用,减少对生态环境的影响。通过对粪便、废水等废弃物的加工利用,确保废弃物的零排放。建立无公害养殖产品认证体系,积极倡导无公害、绿色、有机农产品的消费,有效解决养殖废弃物的出路,同时减少化肥、农药使用量和使用强度,降低土壤重金属含量,改善种植业生态环境,切实提高农产品质量,保证经济效益。目前,养殖行业具备实现循环经济的条件,建议对此进行深入的相关研究,并通过立法,在全国推行养殖行业的循环经济模式。
    在管理上,要严格养殖场审批过程,控制养殖总量,合理布局。对环境承载能力小以及敏感地区,减少养殖场个数甚至完全取缔,监测采取定期和不定期结合,预防流行性疾病和污染发生,对于长期超标排放的养殖场坚决取缔。
    (4)建立和完善农村固体废物管理体制
    我国农村固体废物管理还在起步阶段,体制建设还在进行之中。目前只有畜禽规模养殖废物出台了专门的法律法规。因此,新农村建设迫切需要建立和完善农村固体废物管理体制。
    (5)制定固体废物利用的优惠政策
    发挥政府的导向作用与示范作用,制定一系列优惠政策,扶持与发展循环生态养殖业和种养结合的生态农业,扶持循环生态养殖业和种养结合相关研究,尤其是循环生态养殖和种养结合的生态农业的产品质量保证,实现种养高效结合,饲料中的绿色添加剂等等,并开发相应产品。规范养殖场排污管理、严格排污执法,并倡导绿色生活方式和绿色消费模式。
    2.4农村生活污水处理案例和模式分析
    村镇生活污水处理分集中处理、分散处理和就地处理模式。集中处理是指将几个村镇的生活污水收集到一起后集中处理;就地处理是指各住户的污水就地处理后排放或回用;分散式污水处理介于集中处理和就地处理之间,即将来自单独的住户、组屋以及独立的社区、风景区的污水在污水产生点附近收集,送至附近的污水处理站进行处理。
    2.4.1村镇生活污水集中处理案例
    在居住较为密集的地区,建立村镇生活污水的集中污水处理厂可以有效地解决污染问题。在我国沿海或南方的一些地区,居住人口密集,很多农村正逐步向小城镇转化,可以考虑对村镇生活污水采取集中处理。
    山东威海市环翠区已建有一条长达26.1公里的农村污水管网,温泉、草庙子两个镇的工业和生活污水,全部汇入威海市第二污水处理厂进行处理达标后排放。
    浙江省平湖市新仓镇石路村和秦沙村、当湖街道三北村、钟埭街道五一村先后建成了居民集聚点污水处理站,对400多户居民的生活污水进行集中处理。全市农村居民住宅中基本普及了一家一户的“三格式”化粪池。西片污水处理工程已覆盖西片3个街道。到目前为止,已累计铺设管道57.6公里,支管道36.5公里,建成污水泵站4座,污水入网量达到2.5万吨/日。污水管网将逐步向农村居民集聚点扩展。东片污水集中处理工程,一期工程处理能力将达5万吨/日,污水收集管网将覆盖东片6个镇,并向管网沿线的农村居民集聚点扩展。
    江苏省江阴市为加大农村环境综合整治力度,实现“农业向集约化集中、企业向工业集中区集中、农民向集镇集中、污水集中处理”的目标,全市村镇通过大规模建设村镇污水处理厂,实现由“分散治污”向“集中治污、集中控制”的转变,切实改善广大农村的水环境质量。从2003年开始,短短两年多时间,全市广大村镇相继建起了27座万吨的污水处理厂,日处理能力达到了33万吨,并保证了每个镇至少拥有了一座污水处理厂,而工业企业密集的周庄镇甚至建成了7座村镇级的污水处理厂。
    国外发达国家在20世纪70年代以后,点源和城市污染治理已基本完成,水污染防治和水环境保护的重点转向面源和乡村,乡村水环境改善和面源污染防治的研究和实践日益受到政府和科技界的重视。日本政府从1973年开始进行“农村集落排水工程”建设,主要集中处理农村生活排水,包括农村居民和农村行政事业单位的生活排水。根据农村特点并综合考虑建设成本、运行管理方便程度以及适度分散排水以减轻排入水域的污染负荷等,农村集落排水工程以小型工程为主,日处理能力在1万立方米以下。截至2001年,日本农村集落排水工程普及率达到71%。
    在集中污水处理中,通常采用如活性污泥法,SBR等人工处理技术。
    2.4.2村镇生活污水分散式生态处理系统案例
    分散式污水处理系统分为生态处理系统和人工处理系统两类,生态处理系统分土地处理系统、稳定塘处理系统和湿地处理系统三类。土地处理系统主要由土壤层作为净化介质,是应用历史最悠久,范围最广泛的污水自然净化法,包括慢速土地处理系统、快速渗滤处理系统、地下渗滤处理系统等。稳定塘处理系统主要以藻菌共生生物体作为净化手段,包括好氧塘、兼性塘和厌氧塘。湿地处理系统以土壤层、藻菌浮游生物和水生植物作为净化手段,包括表流湿地和潜流湿地。
    2.4.2.1慢速渗滤土地处理系统
    我国沈阳西部的滞洪区建有面积约为700公顷的慢速渗滤土地污水处理系统,可用于农村生活污水的处理。该土地处理系统的主系统为水稻田;调节系统为耐污耐湿的紫穗槐及垂柳林地,主要调节主系统的水力负荷和污染负荷;辅助系统包括周围预处理池、上水沟、侧渗沟、养鱼池等。污水经沉淀预处理后,进入上水主渠,然后再进入田间内等间距并行排布的上水支渠,使污水均匀地进入地块。污水经处理后由侧渗沟排出,汇入总排水沟,最后进入养鱼池。
    2.4.2.2快速渗滤土地处理系统
    快速渗滤系统因其对污染物较高的去除率和较高的水力负荷,在国内得到了较多应用。北京通州区小堡村生活污水经快速渗滤处理系统处理后,出水水质指标达到一级排放标准。北京市昌平区使用的快速渗滤处理系统由预处理池、渗滤池、集排水系统、贮存塘等部分组成,它对COD,SS,总氮,总磷去除率分别为91.9%,98%,83.2%,69%。
    崔理华等人以人工土壤作为渗滤介质处理城市污水,其实验结果表明,人工快滤处理系统对污水的污染物具有较高的去除率,用处理出水灌溉蔬菜和水稻不会引起硝酸盐和重金属的明显积累。何江涛等人对污水快速渗滤土地处理系统进行了适当改进,大大提高了其水力负荷。
    快速渗滤系统具有较高的水力负荷,对生活污水具有较好的净化效果。渗滤池的土质要求通透性能强、活性高,水力负荷大。如无此类土质条件,也可以按照上述要求用砂、草炭及耕作土人工配置成滤料,制成人工滤床。一般在系统运行4~5周后,就需要对渗滤床耕作,以恢复其渗滤速度。
    2.4.2.3地下渗滤处理系统
    地下渗滤处理系统是将经过腐化池(化粪池)或酸化水解池预处理后的污水有控制地通入设于地下的渗滤沟,在土壤的渗滤作用和毛细管作用下,污水向四周扩散,通过过滤、沉淀、吸附和在微生物作用下的降解作用,使污水得到净化的土地处理工艺。地下渗滤处理系统具有不影响地面景观、氮磷去除能力强、处理出水水质好可回用、基建及运行管理费用低、运行管理简单、维护容易、对进水负荷的变化适应性强、可与绿化结合等优点。
    清华大学在于2003年初在滇池流域呈贡县大渔乡太平关村建设了处理规模为30~40立方米/天地下渗滤系统,可处理200余户村民产生的生活污水。村镇生活污水经格栅去除污水中的粗大悬浮物,然后进入预沉池和调节池,最后进入地下渗滤系统。经多年运行,系统处理效果稳定,COD,氨氮和总磷去除率达80~90%,出水水质优于建设部颁发的生活杂用水水质标准。
    北京某小区地下渗滤系统建成运行6年的结果也表明,系统对生活污水中有机物、氮和磷的去除率较高,COD去除率>80%,BOD5去除率>90%,氨氮去除率>90%,TP去除率>98%。
    南京大学在承担国家863太湖河网面源污染治理项目中,使用地下渗滤系统处理污水。污水首先进入预处理设施(化粪池),化粪池的上清液经混凝土(陶土)管自流至渗滤沟。在配水系统的控制下,经布水管、分配到每条渗滤沟床中,通过砾石层的再分布,沿土壤毛细管上升到植物根区,污水中的营养成分被土壤中的微生物及根系吸收利用,同时得到净化。
    从上面的应用案例可看出,地下渗滤处理系统对村镇生活污水中的污染物有着较高的去除率。
    2.4.2.4稳定塘处理系统
    稳定塘的净化机理主要依靠塘中形成的藻菌共生生物体,藻类在阳光照射下进行光合作用,固定CO2,摄取氮磷等营养物和有机质,同时释放氧,供水中微生物氧化降解有机质,二者相辅相成。根据塘水中氧的存在情况分为好氧塘、兼性塘和厌氧塘。稳定塘处理负荷较小,故占地面积较大,在土地辽阔、气候适宜的地区被广泛应用。近年来我国在不少城市采用稳定塘处理污水,效果较好,适用于当地阳光充足、气温适宜、土壤渗滤率慢的地区。
    陈鹏和许春华对高效藻类塘进行中试研究,表明其COD平均去除率为75%,BOD5去除率在60%左右,氨氮平均去除率高达91.6%,总磷平均去除率为50%左右,藻类塘出水经过水生生物塘处理后,COD的总去除率可达87.5%,氨氮的总去除率可达97.48%,总磷的总去除率能达到80%左右。
    陈广,黄翔峰等人采用二级串连高效藻类塘处理太湖地区农村生活污水的中试结果表明,该系统对COD、TN、TP的平均去除率分别为69.4%、41.7%、45.6%。
    2.4.2.5湿地处理系统
    湿地是一种既不同于水体、又不同于陆地的特殊过渡类型生态系统,为水生、陆生生态系统界面相互延伸扩展的重叠空间区域。为强化湿地对污染物的净化效果,可以采取一些人工措施,构建人工湿地,以获得比天然湿地更好的污水净化效果。在人工湿地中填充有利于微生物附着和植物生长、磷吸附能力强的介质,地表种植芦苇、茭草、菖蒲等植物,污水沿一定方向流过人工湿地,在土壤微生物、土壤和地表植物的联合作用下得到净化。人工湿地分表面流式和潜流式两种。
    在国内,已有一些人工湿地处理生活污水的工程实例。1990年我国建成了第一个人工湿地处理系统-深圳白泥坑污水处理系统,处理污水量4500立方米/天,处理场占地1216亩,实际使用面积7146亩,出水达到城市污水二级排放标准。2001年7月,深圳沙田污水处理厂建成投产,处理规模为5000立方米/天,占地2万平方米。岳春雷等人在宁波镇海区某一住宅小区设计利用复合垂直流人工湿地处理生活污水。结果表明,该新型人工湿地对城市生活污水具有良好的净化作用,对氨氮、TP、COD、BOD5和浊度等的去除率高达80%以上,出水水质达到了国家杂用水标准。
    清华大学在滇池流域采用人工湿地对农村低浓度生活污水的处理进行了试验。结果表明,芦苇具有较强的输氧能力,茭白对氮、磷的吸收能力强,可采用芦苇和茭白混种的方式提高BOD5和氮、磷的去除率。表面流和潜流式两种人工湿地中,表面流湿地的芦苇、茭白等植物对氮、磷的吸收量要大于潜流式,但COD的去除率要小于潜流式床体。云南呈贡县大渔村占地面积3665平方米的湿地可处理该村287户村民的生活污水。在雨季还可对初期暴雨进行处理,处理能力可达600立方米/天。人工湿地对村镇生活污水的处理效果良好,COD去除率>80%,总氮去除率>85%,总磷去除率>85%,运行成本仅为0.03元/立方米。
    2.4.2.6其他强化的生态处理系统
    “LIVINGMACHINE”生态处理系统:近年来,在美国、加拿大、英国、澳大利亚等国家出现了一种叫“LIVINGMACHINE”的生态系统,用于工业和生活污水的处理。在这个系统中,设计者将很多种类的动植物集中在一起,使之形成一个连续反应的封闭循环,反应箱和反应池包涵了从细菌、藻类到植物、蜗牛、鱼类的多种生物有机体,这个有机体通过一系列的反应减少污水中的营养体和病原体,并使它们消化在一个连续的食物链中。污水首先进入封闭在地下的无氧箱,一段时间空气由底孔吹入,在此氨氮在细菌的作用下分解为硝化物,其后流入生物综合池,在池内,其中的藻类、单细胞有机体、鱼类、水生及沼泽植物等一系列丰富的生物混合体,将对水中的营养物继续分解,随后污水流经地下湿地,通过植物根系作用及沙石的过滤,硝化物在此转变为氮气,污水被初步净化。这种污水处理的生态系统有美观、耐用、体积小、费用低特点。
    蚯蚓生态滤池:该技术适用于50~300户左右集中型农户的污水处理系统,南京大学已经在太湖流域农村建立了示范工程。示范工程将农户现有的化粪池改造后或直接加以利用,用强化沟替代农户的沟渠或排污管,出水进蚯蚓生态滤池。此技术运用到农村生活污水的处理中,得到很好的效果。
    2.4.3村镇生活污水分散式人工处理系统案例
    2.4.3.1集成化小型污水净化装置
    集成化小型污水处理装置是将预处理、二级处理及深度处理于一体的小型污水净化装置,具有占地小,处理效果稳定,操作管理方便等特点,是经济水平较高和污水处理要求较高的地区污水分散处理的趋势。日本对小型污水净化槽的研究比较早,日本法律规定凡是使用了水冲式厕所而没有下水道系统的地区,均要求安装净化槽。目前,日本安装有800万个小型净化槽,服务人口约3600万,在缺乏排水系统的边远乡村应用比较成熟。小型净化槽主要采用厌氧滤池与接触曝气池、生物滤池或移动床接触滤池的结合工艺。下图为日本应用较多的Gappei-shori净化槽,主要用于处理混合生活污水,其出水BOD5<20毫克/升、TN<20毫克/升。

    图 12 日本Gappei-shori小型污水净化槽
    欧洲许多国家也根据本国特点开发了不同形式的小型污水处理装置。如在挪威,居民房屋分布比较分散,且很多是建立在岩石上,无法采用土地渗滤进行污水的就地处理,故发展了以SBR、移动床生物膜反应器、生物转盘、滴滤池技术为主,并结合化学絮凝除磷的集成式小型污水净化装置,如Uponor、BioTrap和Biovac等。一般小型处理设备对生活污水BOD5和磷的去除率>90%,对氮的去除率≥50%。Biovac处理设备由一个贮水池和一个SBR反应器构成。反应器间歇运行,废水与污泥混合曝气,并在此过程中添加沉淀剂硫酸铝用于除磷,剩余污泥排入污泥干化池。Biovac系统配有逻辑控制器和运行报警系统。Uponor工艺主要由三个反应池组成,前两个池子用于收集生活污水和作为化粪池,第三个池子采用SBR和化学絮凝联合的方法来去除有机物和氮磷。BioTrap微型污水处理设备则在化粪池的后面安装了一个水平圆柱型地窖,污水处理采用连续流,在反应池的前半部分进行生化反应,其中的微生物主要附着在小小的圆柱型塑料填料并随填料自由运动,促进了微生物和污水中有机物的接触。在反应池的后半部分用于添加沉淀剂来除磷和分离固体物质。
    在我国一些地区,开发了以接触氧化为主的地埋式污水集成化净化槽处理装置,用于村镇生活污水处理,收到了一定的效果。
     2.4.3.2膜-生物反应器(MBR)
    膜-生物反应器是由膜分离和生物处理组合而成的一种新型、高效的污水处理工艺,特别适合分散性污水处理的需要。膜-生物反应器与其他污水处理工艺相比,具有出水水质优良稳定,容积负荷高、占地面积小、系统流程紧凑,剩余污泥量少,运行管理方便等特点。目前在北京密云、怀柔等水源保护区附近的农村,建设了小型MBR处理系统,运行效果良好。
     2.4.4村镇生态厕所和粪便污水处理案例
    2.4.4.1生态厕所
    生态厕所(Biotoilet)最先见于日本,是在不使用水冲的前提下,在座便器下方建造一长方形池,内填充锯木屑作为载体,并辅以较小的动力搅拌,通过有氧微生物的放热发酵,将排泄物转化为无臭味的气体(水和CO2)和较干燥的有机肥。生态厕所不需要用水,节约了大量的水资源;厕所内无臭味,不需要掏厕所;锯木屑本身是一种废弃物,到处可以找到;有机肥回用部分解决了化肥施用过大的问题,减少了对水体的污染。
    2.4.4.2粪便污水沼气回收
    浙江省积极组织开展粪便污水沼气回收技术的推广。据统计,到2003年底全省已累计推污水沼气回收工程1.87万处,取得了明显成效。
     2.4.5村镇生活污水处理模式与问题分析
    通过以上案例分析,可以总结村镇生活污水处理模式和存在的问题如下:
    (1)目前,农村生活污水的处理处置的相关研究和案例大多针对有机污染和氮磷污染,对臭度、大肠杆菌、昆虫、蝇蛆、蛔虫卵卫生学的指标关注较少。但是农村生活污水的卫生处置和无害化恰恰是减少疾病、提高农民生活质量、改善村庄状况、减少城乡差别的重要要素。
    (2)从村镇生活污水的处理系统来看,主要有集中处理和分散处理两大系统。集中处理系统适合于村民居住密集,村庄相互连接的地区,由于污水集中处理,运行管理和设备维护比较方便,污水处理系统的稳定性也可以得到较大程度的保证,但对于村镇分散的地区,污水收集管网建设费用较高。分散式处理系统在污水产生点附近收集,并将污水送到附近的污水处理站进行处理,可以根据地形,在一个村镇内建设几处污水处理站。分散处理可以节省污水输送管网费用,降低投资成本。但由于污水处理站分散,在维护管理方面需要特别注意。
    (3)从村镇生活污水的处理技术方面,有人工处理技术和生态处理技术两类。人工处理技术运行稳定,占地小,但建设费用和运行费用较高。生态处理技术建设费用和运行费用较低,但占地较大,运行稳定性不够高。
    (4)从村镇生活污水处理排放标准来看,各地区没有明确的规定,尚缺乏针对农村地区的污水排放标准。
    经过以上分析,对村镇生活污水处理提出建议如下:
    (1)我国环境质量标准主要适用于城镇,建议因地制宜,根据各地农村的具体情况制定适用于当地农村的地方环境质量标准。如对非饮用水源地,可适当降低污水排放标准,只需满足卫生学要求即可。
    (2)与厕所改造相结合,在有条件的地区,尽量做到源头分离,黑水和灰水相分离,不仅可以减轻污水处理的负荷,而且可以对资源或能源进行有效的回收利用。
    (3)在满足当地环境标准的前提下,针对不同地区的特点,因地制宜地选择农村生活污水处理方式和处理技术:在村庄密集的地区,建议采用集中处理的方式,并与周边城镇污水处理系统统筹考虑;在村庄分散的地区,建议采用分散处理的方式。在一些非饮用水源地,处理程度要求不高的地区,建议采用卫生化粪池等简单的处理技术。
    (4)由于生态净化技术具有费用低、维护简单等特点,在有条件的地区应优先加以考虑。但为保证生态净化系统能持续长期地正常运行,应采用预处理去 除污水中大量悬浮物和油脂,防止其对土壤的堵塞和在池塘内的沉积;并制定完善的生态净化系统技术规程。
    (5)分步实施污水处理。不同地区的农村,各种条件千差万别,除污水处理方案必须因地制宜之外,还应考虑方案的分步实施。
    (6)农村地区污水处理设施的建设应由国家和各级地方政府投资,不建议采用市场化运作的方式。污水处理设施的运行和管理,应由当地政府负责,并设专人管理;相应的运行费用应由各级政府筹措。
    2.5水土流失治理的广东省五华县案例及其模式分析
    五华县位于珠江支流韩江流域,全县国土面积2293平方公里,其中水土流失面积875平方公里,占国土面积38%。
     2.5.1治理措施
    根据崩岗水土流失的原因和特点,结合工程措施和林草措施,以及治理与管护。工程措施可以在较短的时间内迅速取得蓄水拦沙效益,发展灌溉。林草措施可以保护土壤,防治土壤侵蚀,改善生态环境,调节径流,削减洪峰。工程措施和林草措施相辅相成,可消除和削减侵蚀力,具体做法是“上拦、下堵、内外绿化”。
    上拦是工程措施和生物措施相结合,具体的工程措施是水平沟。修水平沟的目的是缩短坡长,减少冲刷,拦蓄径流,就地人渗,把径流消化在坡面上,提高土壤湿度。同时水平沟还可以起到沟头的防护作用,削弱沟头的溯源侵蚀。上拦的另一工程措施是截流沟。截流沟是重要的坡面排水工程,一般布置在坡面上或坡脚,截流沟底保持一定的坡降,以便将径流引至坡面蓄水工程,引出农田、林地,排入山溪小河,减少坡面径流的冲刷。
    下堵是指防止沟谷下切和拓宽的工程措施,如各类谷坊工程、拦沙坝。一般布置在崩岗和切沟中,目的是拦沙滞洪,同时抬高侵蚀基准面,减少崩岗壁的相对高差,稳定坡脚防止因冲刷而引起的沟道下切和沟岸扩张,改善崩岗和沟床中的植物生长条件。
    内外绿化则是根据当地的自然环境和立地条件,从山顶至山脚科学地配置水土保持林、薪炭林、经济林果,乔、灌、草相结合。同时全面坡改梯,退耕陡坡地还林还草,真正做到治沟与治坡相结合,林草措施与工程相结合,治理与开发相结合。
    林草措施为主治理水土流失见效快、效果好。在战略措施上,按照草、灌、乔合理布局,实现草灌先行,以草促林,植被恢复路径符合植被演替规律。推行等高混交造林生态效益明显,若以带状或块状混交,使其垂直空间形成多层次,水平分布多林分,可增加森林生态的抗逆性。水土流失区立地条件差,生境恶劣,营造水保林应辅以工程措施,改善土壤水分状况,起到工程促林草,林草护工程的作用,可不断巩固治理成果,发挥持续而稳定的水土保持效益,并有效拦截和分散径流,提高坡面土壤含水率,促进林草生长。
    2.5.2治理效益
    五华县经过数年连续治理,水土保持表现出明显的生态和经济效益,主要表现在以下方面:(1)减少了入河泥沙,五华河含沙量比治理前减少8~16%。(2)森林覆盖率提高,五华县现在的森草覆盖率比治理前提高了20多个百分点,重点治理流域提高得更多,达到67%和76%。(3)土壤肥力随治理年限增长而增加,土壤有机质提高50~78%,土壤全氮提高84%。
     3.新农村建设的对策
    3.1政策引导,资金扶持
    我国农村地区居住分散、收入水平相对较低的特点决定了新农村建设不能采取城市集中、大规模和高成本的建设模式。如何设计适合农村地区分散、小规模和低成本的建设模式,是解决农村相关环境卫生问题的关键所在。
    新农村建设中相关环境问题的解决,最缺的不是资金,而是管理。新农村建设解决环境问题长效机制的建立和完善,是确保新农村建设的环境管理“有人干事、有经费作保障、有制度来约束”的重大问题。因此,理顺农村环境管理的关系,明确职能,强化农村管理,让管理与建设同行,这是推动新农村建设环境问题解决的根本保证。
    同时,要建立和健全完善新农村环境建设的引导机制,优化资源在城乡之间的合理配置和重新组合。通过投资政策、土地政策、科技政策和政绩考核机制,对地方政府和农民的行为进行引导,对环境友好的实践加以扶持和鼓励。
    钱从哪里来,是当前新农村环境建设最核心问题。必须调整财政支出,“工业反哺农业”“以城带乡、以工带农”的模式,建立支持性和保障性投入,形成政府资金与金融资金的联动机制,形成社会资本的引导机制,强化对新农村基础设施和生态环境的投资,增加直接补贴,建立对农村环境维护费用的补偿机制。加大对生态脆弱区、水源涵养区和重点功能区的财政支持力度,并发挥市场的作用,建立财政、集体、农民和社会力量共同帮扶的资金长效机制。
    3.2坚持因地制宜、保持地方特色
    2004年底,全国有建制镇1.9万多个,乡集镇2万个,行政村63个,自然村253万个,乡村社区人口7.6亿。我国农村地区广大,经济社会发展、自然地理条件、民族风俗传统等各地迥异,东、中、西部农村环境问题更是千差万别。因此,必须结合本地的经济社会发展水平、地理特征、环境资源状况、人口素质和乡村未来发展方向等因素,因地制宜,分类指导,突出特色,体现多样化,不搞统一标准、固定模式或达标升级。
    3.3优先保障饮用水安全,重点改善公共卫生条件
    在新农村建设中,我们应把保障饮用水安全和改善公共卫生条件放在优先和突出的位置,将其作为提高农民寿命、减少疾病、改善生活条件、提升劳动力质量的重要措施,作为提高牲畜的成活率,改善畜产品的产量和品质的重要保障,也作为提高农民收入、发展村镇工业的重要基础。各级政府要制定明确的计划,务必经过若干年的努力,使农村的用水标准和公共卫生标准达到与城市相同或接近的水平。
    3.4积极引导农民行为,充分尊重农民意愿
    农民始终是农村环境建设的主体,也是最终受益者。新农村环境建设,首先必须充分尊重村民的意愿,发挥农民的积极性、主动性和创造性,组织和引导村民参与村庄规划和供水、排水、供电、通信等生产、生活设施的建设。政府积极引导扶持,但不搞包办代替,形成村庄的自我调整机制和自我更新能力。此外,新农村环境建设还应与本地村民的生活习惯相符合,与各地资源特点和村舍民居相结合,立足乡村实际,从村民最迫切的需要出发;尊重各地的传统、习惯,突出地方特色,使农民能够接受和使用。
    3.5统筹现状与未来,体现综合性和系统性
    我国农村经济落后和环境质量下降的状况是历史形成的,改变这种面貌也要经过一个长期的历史过程。我国农村发展的不平衡要求我们在新农村建设中应立足现实,确定合理目标任务,量力而行,先急后缓、突出重点、分步实施。要坚决避免一蹴而就、急于求成的运动式做法。另一方面,新农村建设涉及到多个部门,多个方面,一定要做好统筹规划,有效协调各方面的建设,充分体现生态环境建设的综合性和系统性。据2005年的一项调查表明,我国99%的村庄没有基础设施和公共服务设施的专项规划,75%的乡集镇、95%的行政村、98%的自然村缺乏用于改善人居环境的地形图等基础资料。国家和地方政府应积极做好村庄建设的基础工作,要制定与我国社会主义新农村建设相适应的规划方法和规范,坚决避免简单套用城市规划的编制办法和设计规范,以使村庄基础设施、村容村貌、民房设计以及村镇建设与自然环境相和谐,避免出现“只见新房、不见新村” 或“只见新村、不见新貌”的状况。
    3.6立足资源化和循环利用,提高废物的综合利用效率和效益
    我国农业生产的物质利用效率低,作物秸秆和畜禽粪便的资源化和循环利用尚未形成。当前,我国废物的肥料利用率仅为32~35%,远低于发达国家的50~60%,大量流失的氮磷向环境迁移;20%的地膜在使用后残留在土壤中。另外,每年产生的6.5亿吨各类作物秸秆60%以上未被有效利用。同时,2004年全国有1.5亿农户未能解决燃料问题,2.4亿多农民采用柴草烧火做饭,热能利用率仅10%。因此,延长农产品加工产业链,建立资源节点的有效连接,因地制宜地发展分散式、高效的资源能源技术和成套设备,推进农村废物资源的循环利用将大大改善农村环境。
     3.7充分考虑农民的经济承受能力,建设工程低维护、低投入
    2005年,我国农村居民人均纯收入3255元,仅为城镇居民的31%,中央财政用于“三农”的支出为2975亿元,仅占总支出的14.7%,农村固定资产投资占总投资的比例在“十五”期间逐渐下降,当前仅15.2%。因此,我国新农村的工程建设,要充分考虑国家投入效率约束和农民家庭预算约束这两个方面的要求。治理工程的建设和推广应追求低投入、高产出,既不能造成政府投入的浪费,也不能增加农民的负担。其次,工程建设中应推广使用新材料、新技术和新工艺,但工程的维护运行应该难度小、成本低,房屋和设施的改造应防止大拆大建和强迫命令。

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