湖泊非点源污染控制技术及生态恢复技术.docx

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湖泊非点源污染控制技术及生态恢复技术

湖泊非点源污染控制技术及生态恢复技术

一、非点污染源污染控制技术

（一）非点污染源问题描述

1．非点污染源的定义

非点污染源（non-pintsource）是相对于点污染源（pointsource）而言，除工业废水、生活污水等具有固定排放口的污染源以外，其它的各类污染源均统称为非点污染源，也称为面源。

根据入湖途径不同，湖泊非点污染源可划分为直接入湖非点污染源与经营由流域地表间接入湖非点污染源两大类，如下图所示：

降水

降尘

湖面非点源

湖面养殖投饵

直接入湖非点源

湖面旅游娱乐活动

湖泊非点源

湖岸非点源

湖岸侵蚀

农村非点源

湖岸非点源

地下水补给

城镇非点源

不透水地面地表径

透水地面地表径流

其它

经由流域地表间

接入湖非点源

道路

村落

农田

林草地

工地矿区

畜牧业养殖场

本章主要介绍农村非点污染源污染控制技术，这类非点污染源分布面广，类型复杂，治理难度大，并且是湖泊非点污染源重要构成部分，在湖泊非点污染源治理中占有十分重要的地位。

在此，非点污染源主要指流域非点污染源，湖内非点污染源分别论述。

2．非点污染源主要内容

农村非点污染源涉及面广，污染物来源途径多，概括起来主要包括以下方面：

（1）农村村落：

包括各处堆存的生活垃圾、牲畜粪尿、无下水道地区生活污水和乡镇企业废水、地表降尘等，主要污染物是磷、氮、有机物和泥沙；

（2）农田区：

包括土壤流失、化肥农药流失，主要污染物是氮、磷和泥沙，个别地区存在有机物和农药污染；

（3）工地及矿山：

主要污染物为泥沙，个别地区因区域特征不同而产生不同的污染物，如磷矿区，磷是最主要污染物；

（4）畜牧业基地：

包括养猪场、养牛场等，污染主要来自水土流失和牲畜排泄物的流失，主要污染物可能是氮、磷和有机物，过度放牧区还应包括泥沙；

（5）植被覆盖率较低的荒山丘陵及弃耕地：

污染主要来自水土流失，主要污染物是泥沙，其次可能是氮、磷等；

（6）植被覆盖率较高的林地与草场：

污染一般较轻，污染物主要是氮、磷和泥沙。

（7）其它地区，包括道路、水面等。

（二）非点污染源治理总体设计技术

1．总体设计指导思想

非点污染源治理与点污染源、内源治理协调统一；

非点污染源治理与管理同步实施，强化管理；

非点污染源治理与区域经济发展相结合；

非点污染源治理与农村自然资源循环开发利用相结合，提高资源利用率及价值；

非点污染源治理工程建设与农村村镇建设、水利、农业和林业工程建设相结合；

非点污染源的分散治理与集中治理相结合；

突出非点污染源重点治理区域及对象；

对非点污染源污染物进行总量控制，因地制宜选择治理措施，实现社会、经济和环境的协调发展。

2．总体设计目标体系

非点污染源入湖污染负荷控制指标体系是：

总氮、总磷、泥沙、CODcr等，除此之外，还应确定以下设计目标：

非点污染源发生量

绿化覆盖率

水土流失（土壤侵蚀）强度

农村垃圾处理利用率

农村废水处理利用率

农村环境卫生居民健康状况

农村生态环境质量（水、土壤、大气）

农村基础设施建设

农村土地利用状况率等

通常为方便设计，仅选用其中主要环境指标作为设计目标体系，如非点污染源负荷削减率、绿化覆盖率，其它作为参考指标，设计时予以考虑。

3．总体设计中主要考虑的因素

根据国内外在非点污染源研究和治理中的经验，在总体设计时应认真考虑以下重要因素，以求总体设计的合理可行。

（1）流域内农村社会经济特征，包括人口、居民生活习惯、土地利用状况、生产技术水平、生产方式、经济状况、产业结构、居民环境意识以及发展规划等；

（2）流域自然地理特征，包括气象、气候、水文地质、地貌、地形、土壤、植被、矿产资源、自然灾害以及自然资源开发利用状况等；

（3）非点污染源污染特征，包括污染物种类、负荷量、时空分布特征、主要影响因子等，建立非点污染源数据库；

（4）非点污染源治理可行性，包括设计目标、技术方法、经济承载力以及适宜的场地条件、社会环境等；

（5）非点污染源治理保证体系，包括政策、法律法规、管理体系、资金来源以及环境监测监控系统等。

4．总体设计程序

非点污染源影响因素很多，情况复杂，很难规定统一的总体设计程序与方法。

现提出四阶段总体设计程序，供参考选用，见图1.1。

ⅠⅡ

流域基本情况调查

内源调查

点源调查

湖泊水质调查

非点源现场观测与模拟计算

主要污染物及负荷

主要污染物及负荷

主要污染物

综合治理方案

综合治理方案

非点源负荷及特征

最大允许负荷

最大污染负荷

最大污染负荷

非点源允许负荷

非点源总量控制方案

非点源治理方案设计

Ⅲ

非点源治理技术经济评价

以总体效益目标，确定非点源最小费用和技术可行最佳方案

以湖泊总效益为目标，综合研究点源、内源、非点源治理的最优方案，实现湖泊治理目标以及最小费用、最优方案

非点源治理方案调查

Ⅳ

达到预期目标

图1.1非点污染源治理总体设计程序

5．非点污染源污染控制技术

湖泊非点污染源治理是一项系统工程，包括工程技术和管理措施，每个湖泊都应根据其特征，选择合理的技术方法，绝不能照搬其它湖泊的治理方法。

这里我们对常用的技术方法作一介绍，并给出技术方法优化选择的原则与程序。

（1）非点污染源技术方法简介

非点污染源技术可分为工程技术与管理技术两大类，见表4.1

表1.1非点污染源技术一览表

分类

措施

简介

工

程

技

术

1．工程修复，拦沙坝等技术结合草林复合系统，复土植被等。

主要针对山地水土流失区及侵蚀区，通过土石工程结合生物工程方法，控制水土流失和土壤侵蚀，恢复良好的生态系统。

2．前置库和沉砂池工程技术

主要应用于台地及一些入湖支流自然汇水区，利用泥沙沉降特征和生物净化作用，使径流在前置库塘中增加滞留时间，一方面使泥沙和颗粒态污染物沉降，另一方面生物对污染物也有一定的吸附利用作用。

3．拦砂植物带技术和绿化技术

拦沙植物带技术利用生物拦截，吸附净化作用可使泥沙、N、P等污染物滞留沉降。

绿化技术可广泛应用于堤岸保护、坡地农田防护等。

4．人工湿地与氧化塘技术

主要应用于污染农业区，特别适用于处理农田废水和村落废水的混合废水。

5．生物净化及少废农田工程技术

主要适用于土地利用强度较大，施肥量大的湖滨农田区。

6．农田径流污染控制和农业生态工程技术

通过采用生态农业工程，将农业污染物都输入生态循环之中，从而减少污染物的排放，达到径流污染控制的目的。

7．村落废水处理、农村垃圾与固体废弃物处理技术

适用于农村自然村落垃圾处理和地表径流污染物流失的治理。

8．林、草，农、林间作技术

应用于山地水土流失区，主要用于解决生态性质的立体条件。

9．截砂工程、截洪沟、土石工程、沟头防护、谷坊工程等技术

应用于强侵蚀区污染控制和生态恢复。

管

理

技

术

1．退耕还林还草

治理坡耕地水土流失时，如果坡度大于25度，应该提出退耕还林、还草，此外湖滨区裸露耕地也应采取相同的措施。

2．休耕或轮作

通过农田耕作管理，以减少农田污染径流的产生。

3．施肥管理

通过建设优化配肥系统，加强对施肥方式的管理，避免盲目过量施肥。

4．农业面源的监测与监理

设立农田土壤环境定位监测系统，加强对农田径流水量、水质、生态系统等环境因素的监测，以研究土壤肥力，污染负荷的动态变化，并及时提出应对措施，提高土壤肥力，减轻污染负荷。

续表1.1非点污染源技术一览表

管

理

技

术

5．流域计划垦殖

根据流域土地利用现状及各类用地的需水情况，搞好水土平衡，以水定地，控制农用地的发展；农业的发展需纳入流域统一规划，因地制宜，合理配置。

6．湖滨封闭式管理

天然湖滨带可被认为是湖泊的保护带，它的保护是首先应遵守的生态学准则，因此严禁沿湖围垦。

对已经存在的湖区耕地，必要时应退耕，恢复原有的生态系统。

7．环境管理政策及措施

主要指加强环境立法，建立专职机构，使农业非点污染源的污染控制迅速走上科学管理的轨道。

（2）优化原则

a．有成功先例的，尤其是在该流域内进行过示范研究并取得成功的技术；

b．在该流域具有推广应用可能的技术方法；

c．投资少、效益好并且易于运行管理的技术方法；

d．适合于本流域特定环境状况的技术方法，包括经济技术水平、公众意向和自然环境特征；

e．具有较好社会经济效益，利于流域可持续发展的技术；

f．具有工艺简洁，设计实施方便并且运行管理简单的技术方法。

（3）优化程序

为了提出湖泊治理方案，一种常用优化程序供参考：

a．非点污染源技术发展现状调查；

b．非点污染源技术分类及适用性分析（长名单）；

c．非点污染源治理技术应用实例分析，包括应用背景、投资、效益、优缺点等；

d．非点污染源技术比较，包括适用范围、投资、效益、优缺点等，初步确定采用的技术方法（短名单）；

e．针对本地区湖泊流域特征及社会经济状况，对不同治理区域或对象，提出多种备选方案；

f．对各种备选方案进行系统的技术经济分析，确定优化的技术方案（推荐方案）；

g．公布治理方案，广泛征求意见后，最终提出最佳方案（实际采用方案）。

（三）湖滨带工程技术

1．湖滨带类型与结构

湖滨带有天然和人工两种类型，其结构如图4.2和图4.3所示。

2．湖滨带工程工艺及其组成

湖滨带工程包括人工恢复工程、人工建造防护工程以及综合防护工程等三种类型。

（1）湖滨带恢复工程

湖滨带恢复工程指受到破坏的湖滨带，依据其天然湖滨带的结构，采用人工方法进行恢复，污染控制工艺如下：

降水湖滨带

散流区地表径流草林复合系统湿地生态系统

挺水水生生态系统湖体

ⅠⅡ

流域基本情况调查

内源调查

点源调查

湖泊水质调查

非点源现场观测与模拟计算

主要污染物及负荷

主要污染物及负荷

主要污染物

综合治理方案

综合治理方案

非点源负荷及特征

最大允许负荷

最大污染负荷

最大污染负荷

非点源允许负荷

非点源总量控制方案

非点源治理方案设计

Ⅲ

非点源治理技术经济评价

以总体效益目标，确定非点源最小费用和技术可行最佳方案

以湖泊总效益为目标，综合研究点源、内源、非点源治理的最优方案，实现湖泊治理目标以及最小费用、最优方案

非点源治理方案调查

Ⅳ

达到预期目标

图1.2天然湖滨带示意图

湖滨带工程主要组成部分是人工恢复草林复合系统、湿地生态系统和挺水水生生态系统。

（2）人造湖滨带防护工程

人造湖滨带防护工程指为强化污染控制功能，利用湖滨带地形地貌，采取人工工程措施建立湖滨带污染控制系统，工艺流程如下：

上游区地表径流截流沟沟渠沉砂净化系统

湿地等自然净化系统出不人湖

人造湖滨带防护工程主要组成部分是截流系统和生物净化系统。

（3）湖滨带综合防护工程

在湖滨带工程设计中，经常采用人工恢复和人工建造相结合的工程技术，从而既恢复湖滨带原来生态系统，又强化污染控制作用，其工艺流程如下：

降水

湖滨区径流草林复合系统截流沟系统

生物净化系统水体

该工艺主要组成部分是：

草林复合净化系统、截流系统以及生物净化系统。

3．生物净化系统

湖滨带生物净化系统由一系列子系统组成，主要包括：

1）防护林系统；2）草滤带；3）挺水植物带；4）沉水植物带以及5）漂浮植物带。

生物净化系统设计中关键问题是生物种类选择，应遵循以下基本原则：

1）当地生长适宜性；2）较强污染物净化能力；3）较好的经济价值以及4）周围环境的协调性。

4．主要工程措施构思

（1）截流沟系统

沿湖滨带布设，截留径流区废水至集中沉砂净化系统或湿地系统中处理，在截流沟内也可设立沉砂池，消减泥砂污染，也可种植生物植物，增加净化效果。

（2）沉砂净化系统

通常采用多塘净化系统，利用湖滨区坑洼低地以及渔塘等，改造使其具有较强的沉砂净化作用，可以利用生态学原理，建立复合生态系统，如种草净化水体，养鱼去除水草等，总之应与开发利用相结合。

（3）温地净化系统

在天然湖泊周围一般有很多坑塘或藕塘等，可改造为湿地净化系统，增设配水和排水系统，湿地区可综合利用，即净化废水，又可开发利用。

5．湖滨带的管理

湖滨带是湖泊的重要组成部分和最后保护屏障，加强管理和重建湖滨带工程是湖泊环境保护的重要工作。

（1）制订有关法律法规，强化湖滨带的环境管理，禁止重点湖滨带的任何人类生产生活活动；

（2）逐步恢复湖滨带的保护功能，有步骤地实施退田还林还草计划；

（3）划定湖滨带保护区，实行污染物总量控制，减少湖滨带污染物的交换，控制湖滨区污染。

（四）农田径流污染控制技术

1．农田径流污染根源及基本特征

农田是湖泊流域内最主要的土地利用类型之一，其污染根源在于：

（1）化肥、农药的过量使用；

（2）化肥、农药的不合理使用方式，如喷洒等；

（3）有机肥使用比例下降，化肥使用比例上升，营养比例失调，土壤肥力下降导致化肥使用量上升，造成恶性循环。

（4）耕作强度大，土壤扰动强烈，地表土壤易受暴雨冲刷引起大量流失。

（5）粗放的生产活动引起水资源浪费和土壤肥料流失，加重了环境污染。

（6）土地防护措施少，易形成地表径流，造成水土流失。

（7）陡坡种植、竖坡种植等不合种植方式，加重了水土流失。

（8）土地利用规划不合理，污染重的农田区（比如蔬菜区）往往靠近湖岸，而污染轻的农田区（比如水田）往往靠近上游，加重了湖泊污染。

（9）管理落后，只重生产，不重农田环境管理，缺少管理措施。

通常农田径流污染有以下特征：

（1）主要污染物是氮、磷、泥沙和农药，有机物污染较轻；

（2）农田区通常沟渠纵横，径流交叉污染现象普通存在。

（3）径流中污染物以两种形态存在，即溶解态和颗粒态，磷和农药通过吸附于泥沙上进行迁移，控制泥沙污染，可以有效地减轻磷和农药污染，也可以控制一部分氮污染。

（4）径流是污染物迁移载体，控制径流的形成和迁移，可以有效控制径流污染。

2．农田径流污染控制技术及其适用范围

根据多年来的经验，归纳出四种不同技术方法，包括坡耕地改造技术、水土保持农业技术、农田田间污染控制工程技术以及农田少废管理技术，其技术特点和适用范围见表1.2。

表1.2农田径流控制技术及其适用范围

技术名称

技术特点

适用范围

预期效益

坡耕地改造技术

1．传统的水土保持技术

2．增加径流滞留时间

3．耕地结构变化

4．减少径流量，控制水土流失

1．坡耕地

2．平原农田区，但效果不如坡耕地

1．保水效益

2．减少肥料流失

3．粮食增产

4．有效减少N、P以及泥沙污染

水土保持农业生产技术

1．与农业生产相结合，农业发展与控制农业污染相统一

2．耕作方式方法改革为主

3．工程措施与生物防治相结合

广大农业区

1．粮食增产

2．保水效益

3．减少水土流失，有效控制氮磷污染

农田田间污染控制工程技术

1．分布于田间

2．通过坑、塘、池等工程措施，增加径流滞留时间，减少径流冲刷和土壤流失。

3．通过生物系统，拦截净化污染物

1．平原旱地区

2．坡耕地

3．平原水田区，但效果不明显

1．提高水资源循环利用率

2．减少N、P和泥沙污染

农田少废管理技术

1．软管理技术

2．通过改变生产方式和科技进步，提高水肥利用率，减少污染

广大农业区

1．提高劳动生产率

2．减少环境污染

3．社会经济效益明显

3．坡耕地改造技术

（1）工艺原理

依据水土流失原理，通过减缓地面坡度和缩短坡长，可以有效地降低土壤流失和控制耕地污染。

在耕地改造时，采取截流、导流以及生物防治措施，可以进一步地减轻耕地非点污染源污染，污染控制工艺流程可简化为如下图：

降水

耕地地表径流蓄水横沟导流沟排放

（植草水道）

（2）坡耕地改造工程类型

耕地改造工程主要包括坡面水系整治和坡改梯两种类型。

a.坡面水系整治

在坡耕地上建立相互配套的防洪、灌溉和蓄水、排水系统，因地制宜开挖排洪沟，顺坡直沟改为截流横沟，减少冲刷。

并且与坡改梯、田间工程相结合，减少径流量和坡长，有效控制水土流失。

b.坡改梯

将坡耕地改造成梯地和梯田，减缓坡度和坡长，从而减轻水土流失。

梯田可分为水平梯田、斜坡梯田和隔坡梯田等几种。

（3）坡耕地改造主要工程组成

坡耕地改造主要包括以下工程内容：

1）蓄水横沟，2）导流沟，3）整地工程以及4）田坎。

4．水土保持农业技术

1）等高耕作，2）沟垄耕作，3）间作、套种和混播，4）改良轮作制度和草田轮作，5）深耕、中耕或少耕、免耕，收割留茬，6）增施肥料，改良土壤，以及7）挑沙面土。

5．田田间控制技术

（1）工艺原理

其工艺流程如下：

降水灌溉

农田地表径流收集系统缓冲调控系统

排放

净化系统

回用

（2）工艺组成

a.收集系统：

主要有田间渠道、田间坑、塘等；

b.缓冲调控系统：

主要包括闸门、渠道、田间坑、塘等；

c.净化系统：

主要有渠道沉砂池、田间坑、塘以及其中的生物，如草、水生植物等。

6．农田少废管理技术

（1）合理规划使用农业用地，尤其是湖滨平原地区，应优化作物结构，沿湖地区以种植轻污染水稻为主，水田上游种植高污染蔬菜，水土流失严重的旱地布置在上游地区。

在水源地附近，应禁止建设高污染蔬菜区。

（2）优化水肥结构，提高农田水资源循环利用率，增加有机肥使用比例，控制化肥使用，尤其是磷肥和氮肥。

（3）推广高新农业生产技术，粗放型农业逐步过渡到精细型农业，提高肥料利用率，减少肥料流失。

（4）合理施肥，优化施肥，严禁过量施肥。

逐步建立土壤环境监测系统，掌握土壤肥力的动态变化，实现测土施肥，减少育目过量施肥造成的污染。

（5）严格控制农药的使用品种和数量，从农药的采购、贮运、使用以及监测评估等一系列环节入手，切实控制农药污染。

（6）建设优化配肥系统，生产各种专用肥料，指导施肥。

（7）建立健全农业环境管理的法律法规和条例，加强农业环保宣传，提高农民环保意识。

（8）加强农业环境管理队伍建设，培养高素质的确良管理人世间员，促进农业环境保护工作的开展。

（五）农村村落污染控制技术

农村村落污染主要来自两方面，一是村落废水，包括生活污水和地表径流；二是农村固体废弃物，包括生活垃圾、农业生产废弃物。

1．村落废水处理技术

（1）村落废水的收集

农村村落废水适合采用合流制暗渠收集，该系统具有投资少，易于管理，环境影响小等优点，对于经济较发达地区农村，也可以采用合流制暗无天日管，甚至分流制收集系统。

（2）废水处理方案概述

村落废水以生活污水为主，主要污染物是CODcr、BOD5、TN、TP、TSS等，可供选择的处理工艺较多，如活性污泥法、A2/0法、A/0法、氧化沟以及土地处理等。

中国农村经济水平差异较大，不可能采用同一处理工艺、考虑投资、占地、运行维护、运行费用以及水质要求等方面，我们归纳出低、中、高三种工艺，其特点和适用范围见表1.3。

表1.3村落废水处理工艺及适用范围

处理深度

工艺名称

工艺特点

适用范围

一级

沉砂后回用

投资少，运行费低，管理简单，以去除颗粒态污染物为主。

经济落后区，远离湖滨区

一级半

沉砂+自然处理+回用

投资少，占用土地，运行费低，管理简单，效果较好。

有可利用土地，经济落后区，非湖滨区

二级

二级处理并脱氮除磷

投资高，运行费高，管理复杂效果好。

湖滨直排区，经济发达区

（3）废水一级处理技术方案

a.工艺流程

废水收集系统调节池格栅集水井泵房

一级沉砂池排水管渠农田

b.工程方案由调节池、集水井、泵房、沉砂池以及排水管渠系统组成。

（4）废水一级半处理方案

a.工艺流程

废水收集系统调节池格栅沉砂池泵房

湿地（土地处理）系统农田

b.主要构筑物：

调节池、沉砂池、泵房、湿地（或土地处理系统），包括配水池、集水池以及处理场。

（5）A2/0处理技术

a.工艺流程

污水泵房沉砂池厌氧池缺氧池好氧池二沉池出水

回流R’

外回流R

污泥浓缩池

回流至泵前集水井脱水机堆肥

b.工艺流程

1）染物去除率

BOD580-90%TP60-85%

COD80-85%TSS90-95%

TN60-80%

2）占地面积：

0.2-0.4hm2/1000吨水

3）投资：

1200-1500元/吨水

4）运行费：

1.3元/吨水

（6）新型稳定塘处理工艺技术

a.工艺流程

含氧水回流

生活污水

沉淀藻类加流

收获藻类

深度处理塘

格栅

沉砂池

藻类沉淀塘

高负荷塘

兼性塘

排放

用沟渠或管道将村落污水收集，经格栅去除飘浮物，再经沉沙池去除一部分大颗粒的泥沙和吸附态的磷、氮营养盐、沉砂池出水进入兼性塘进行好氧、厌氧反应后再进入高负荷塘，在高负荷塘藻类大量繁殖，消耗磷、氮营养物质，高负荷塘出水进入藻类沉塘沉淀藻类，沉淀塘出水再进入深度处理塘处理之后，出水用作农灌水或排放流入湖泊。

b.主要技术参数

1）污染物去除效率

BOD595-97%

CODcr90-95%

TN60-90%

TP50-60%

TSS70-95%

2）占地面积：

2hm2/10000吨水

3）投资：

500-1000元/吨水

4）运行费：

0.15元/吨水

2.农村固体废弃物处理技术

（1）处理技术概述

在目前众多的垃圾固废处理技术中主要有四种：

卫生填埋、堆肥（好氧发酵）、沼气（厌氧发酵）与焚烧。

其中较适用的三种处理技术特征及适用范围见表1.4。

1.4农村固废处理技术特征及适用范围

短期堆肥

简易堆肥

沼气

工艺性质

生物好氧分解

生物好氧分解

生物厌氧发酵

生产方式

连续

间歇

连续

主要产品

有机肥

有机肥

沼气以及沼渣、沼水

处理方式

集中

集中

分散或集中

资源化效果

好

好

好

环境效益

可能存在影响

可能存在影响

基本没有环境影响

适用范围

经常需要有机肥的地区，如菜区

广大农村地区

广大农村地区，尤其是能源影响的山区，半山区

（2）短期堆肥处理方案

a.工艺流程

垃圾收集系统运输称量前处理（手选）

果园用肥

主发酵间歇式动态发酵仓粗堆肥静态熟化精堆肥

粉碎有机复合或专用肥

复合营养元素

b.工程方案组成

收集系统：

在林落和田间设立垃圾坑（箱），定点收集，定时请运。

分选进料系统：

机械和手工分选，剔除不宜堆肥组份，这部分物质或回收或填埋，可堆肥组份机械输送到发酵仓。

一次发酵仓：

通常为四棱台结构，敷设通风排水系统，机械通风和翻动，是主要构筑物。

二次发酵仓：

堆肥熟化场。

粉碎筛分系统：

对垃圾和堆肥进行粉碎和筛分，以满足堆肥和肥料不同用途。

污泥粪便池：

堆肥时添加辅料贮存池。

集渗井：

收集垃圾滤液。

废品回收池：

分为可回收和不可回收两池，用于堆存分选出的物品。

后处理系统：

对堆肥进一步粉碎处理，添加不同营养元素，生产多用途复合肥料。

c.主