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农村环境/土壤污染治理的 4R 技术体系

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浏览:- 发布日期:2019-12-10 11:00:45【

农村土壤环境污染治理的“4R”控制技术,即源头减量(Reduce)、过程阻断(Retain)、养分再利用(Reuse)和土壤生态修复(Restore)技术,四者之间相辅相成,构成一完整的技术体系链(图1)。“4R”控制技术体系是以污染物削减为根本,从污染物的源头减量入手,根据治理区域的污染汇聚特征进行过程阻断,通过对养分的循环再利用减少污染物的入水体量(图2),并对水体进行土壤生态修复(图3),从而实现水质改善的目的。源头减量一过程阻断一土壤生态修复二者之间在逻辑上是一环紧扣一环,呈串联结构,但在实施地域的空间上则是互相独立的;养分再利用则把二者在地域空间上有效的连接起来,使其成为一个复杂的网络体,从而达到污染控制技术在时间和空间上的全覆盖,使整个系统的污染控制效果更好。要实现农村土壤环境污染的有效控制,“4R”技术缺一不可。“4R”技术体系的构架如下:

农村土壤污染治理“4R”技术体系构架图

1、源头减量(Reduce)技术

源头减量技术即通过农村生产生活方式的改变来实现土壤环境污染产生量的最小化。针对高度集约化的农田,可根据作物高产养分需求规律以及土壤供肥特征等进行肥料优化管理,采用新型缓控释肥或新的按需施肥技术,提高肥料利用率,减少化肥用量;也可通过种植制度等的调整如改稻麦轮作为稻一绿肥轮作、稻一蚕豆轮作或稻一休闲来减少化肥投入量;也可通过施用肥料增效剂、土壤改良剂等增加土壤对养分的固持,从而从源头上减少养分流失。针对果园的养分流失,可采用桃园生草覆盖技术,既减少了土壤的地表径流,也可增加桃园有益昆虫的数量,增加生物多样性而减少桃树病虫害的发生,减少农药用量。针对分散畜禽养殖和农村固废,改传统的养殖方式为土壤生态养殖方式,如改变传统的水冲圈养猪方式为生物发酵床养殖,并加强对畜禽粪便以及农村固废的管理和无害化处理,减少露天堆放,从而减少染的发生。针对陆域水产养殖,可采用优化投饵方式,并循环用水,实现养殖废水的循环利用,从而达到污染物的零排放或最小排放。针对村镇地表径流,通过增加地面的透水性能,如设置土壤生态吸水路面等,减少地表径流的源头发生量。

农村各类养分的循环利用示意图

2、过程阻断(Retain)技术

过程阻断技术指在污染物向水体的迁移过程中通过一些物理的、生物的以及工程的方法等对污染物进行拦截阻断和强化净化,延长其在陆域的停留时间,最大化减少其进入水体的污染物量。目前常用的技术有两大类,一是农田内部的拦截,如稻田土壤生态田埂技术(通过适当增加排水口高度、田埂上种植一些植物等阻断径流)、生物篱技术、土壤生态拦截缓冲带技术、设施菜地增设填闲作物技术(夏天蔬菜揭棚期种植甜玉米等填闲作物对残留在土壤中的多余养分进行回收利用,阻断其渗漏和径流)、桃园生草技术(果树下种植二叶草等减少地表径流量)。另一大类是污染物离开农田后的拦截阻断技术,包括土壤生态拦截沟渠技术、人工湿地塘技术、土壤生态I型潜坝技术(一种用于河流污染治理的土壤生态I型潜坝,发明专利,申请号:20110403497.8)、土壤生态护岸边坡技术、土地处理系统等。这类技术多通过对现有沟渠塘的生态改造和功能强化,或者额外建设土壤生态工程,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、循环利用(Reuse)技术

循环利用技术即将污染物中包含的氮磷等养分资源进行循环利用,达到节约资源、减少污染、增加经济效益的目的。对达标排放的农村生活污水尾水以及河道低污染水,可回灌农田尤其是稻田,通过植物的吸收以及土壤等的吸附固持,实现低污染水中氮磷养分的再利用,不仅能控制污染,又能减少化肥投入,实现生产和环境的双赢。如低污染水的稻田净化技术,即利用稻田对旱地排水以及农村生活污水尾水等低污染水进行净化处理,稻季只需补充正常施肥量的30%~40%左右即可保证达到农户的正常产量,可减少养分环境排放TN90kg·hm一2以上,TP8kg·hm一2以上。此外,还可对旱地(果园和菜地)的径流进行收集,回灌到稻田中去,实现养分的循环利用。针对陆域水产养殖,可采用水产养殖污水序批式置换循环再利用技术,可实现陆域水产养殖用水的内循环,基本实现污染的零排放(一种养殖污水序批式循环处理与再利用系统,实用新型专利,授权号:201120198978.5)。农村固体废弃物和生活垃圾等,其中的有机部分可采用无害化堆肥技术,畜禽粪便可采用肥料化、沼气化等技术,实现废弃物中养分资源的循环再利用。

农村水体的生态修复技术系统

4、土壤生态修复(Restore)技术

土壤生态修复是农村土壤环境污染治理的最后一环,也是农村土壤环境污染控制的最后一道屏障。狭义的讲,其主要指对水体土壤生态系统的修复,通过一些土壤生态工程修复措施,恢复其土壤生态系统的结构和功能,包括岸带和护坡的植被、濒水带湿地系统的构建、水体浮游动物及水生动物等群落的重建等,从而实现水体土壤生态系统自我修复能力的提高和自我净化能力的强化,最终实现水体由损伤状态向健康稳定状态转化。目前常用的技术有河岸带滨水湿地恢复技术、土壤生态浮床技术、水产养殖污水的沉水植物和土壤生态浮床组合净化技术等。针对农村河道的低污染水,以水稻作为浮床植物,采用水稻组合土壤生态浮床修复水体技术,弥补了传统生态浮床处理效率不稳定、应用过程中成本无法部分补偿的缺点,不仅可获得一定的水稻产量,对开放水域NH+-N、TP的处理效率达到19%和22%以上(内部技术报告)。通过多种技术的应用组和,可以达到农村面源污染的有效控制[33-34]。更广义的讲,土壤生态修复是指农业土壤生态系统的整体修复,通过土壤生态工程措施恢复和提高系统的生物多样性,从而实现土壤生态系统的健康良性发展。

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【本文标签】:农村土壤环境污染治理|土壤生态修复(Restore)技术|土壤生态修复
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