星云湖流域農(nóng)村污水資源化利用工藝研究

李麗 吳星杰 張先斌 廖江

摘要 為探究星云湖流域農(nóng)村污水資源化利用工藝，2021年對星云湖流域鄉(xiāng)鎮(zhèn)及自然村開展了農(nóng)村污染物調(diào)研，對農(nóng)村生活污水處理現(xiàn)狀及存在的問題進(jìn)行了分析，并結(jié)合當(dāng)?shù)亍昂锤锩奔啊皫锩闭归_基礎(chǔ)設(shè)施調(diào)查及評估。提出了將農(nóng)村生活污水黑水、規(guī)?；B(yǎng)殖、散養(yǎng)畜禽污染物及種植廢棄物秸稈合并處理并制成生物有機(jī)肥的設(shè)想，并在當(dāng)?shù)刈稍兞舜罅康霓r(nóng)業(yè)技術(shù)人員及農(nóng)民，一致認(rèn)為在該流域開展生物有機(jī)肥生產(chǎn)及施用是可行的，且前景廣闊。

關(guān)鍵詞 農(nóng)村污水；資源化利用；黑水；合并處理；生物有機(jī)肥

中圖分類號 X703? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A

文章編號 0517-6611（2023）14-0201-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.14.049

作者簡介 李麗（1987—），女，山東菏澤人，講師，碩士，從事水處理理論與技術(shù)研究。*通信作者，講師，碩士，從事農(nóng)村生活污水處理及資源化利用研究。

“十四五”階段，我國進(jìn)入生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善由量變至質(zhì)變的關(guān)鍵階段［1］。生態(tài)文明建設(shè)以降碳為重點戰(zhàn)略，推動減污降碳協(xié)同增效。云南生態(tài)文明建設(shè)一直受到黨中央、國務(wù)院的高度重視，在得到習(xí)近平總書記的明確指示后，云南力爭成為全國生態(tài)文明建設(shè)排頭兵。云南省委、省政府堅持以習(xí)近平生態(tài)文明思想及習(xí)近平總書記考察云南重要講話精神為指引，牢記習(xí)近平總書記殷殷囑托，全面加強(qiáng)生態(tài)文明建設(shè)，切實把生態(tài)文明建設(shè)作為全局工作的重中之重，開啟“綠美云南”建設(shè)新征程，圓滿完成污染防治攻堅戰(zhàn)階段性目標(biāo)任務(wù)［2］，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量明顯改善，人民群眾的生態(tài)環(huán)境獲得感顯著增強(qiáng)。

黨的十九屆五中全會提出“十四五”時期生態(tài)文明建設(shè)實現(xiàn)新進(jìn)步，強(qiáng)調(diào)要構(gòu)建生態(tài)文明體系，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型，建設(shè)人與自然和諧共生的現(xiàn)代化［3］。中共云南省委十屆十一次全會提出：到2035年將云南全面建成我國生態(tài)文明建設(shè)排頭兵。“十四五”時期是云南省譜寫“綠美云南”建設(shè)新篇章、努力爭當(dāng)我國生態(tài)文明建設(shè)排頭兵的關(guān)鍵五年，是打好污染防治攻堅戰(zhàn)、持續(xù)改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的關(guān)鍵五年［4］。針對九大高原湖泊流域污染防治，筆者提出了更高要求，并結(jié)合云南省九大高原湖泊之一——星云湖開展了農(nóng)村污染物調(diào)查。

1 星云湖污染現(xiàn)狀

目前，城鄉(xiāng)污水收集處理能力不足、農(nóng)業(yè)面源污染防治水平較低以及生活垃圾資源化利用和無害化處理水平不高仍然是污染防治攻堅戰(zhàn)的主要阻力。云南九大高原湖泊水體污染防治方面，僅瀘沽湖、撫仙湖達(dá)到水環(huán)境功能要求，杞麓湖尚未脫劣，異龍湖脫劣后出現(xiàn)反彈［2］。

以星云湖流域為例，2020年以來星云湖水質(zhì)出現(xiàn)好轉(zhuǎn)，17年來首次水質(zhì)達(dá)到Ⅴ類。2020年1—12月星云湖湖心水質(zhì)綜合類別為Ⅴ類［5］，水質(zhì)類別優(yōu)于2019年同期（劣Ⅴ類）。星云湖位于玉溪市江川區(qū)境內(nèi)，距離江川區(qū)約1 km，為高原陷落型淺水湖，流域面積380.35 km2，湖面為南北向不規(guī)則橢圓形，南北長9.09 km，東西最大寬4.73 km，最大水深10.81 m，平均水深6.01 m［6］。星云湖區(qū)位圖見圖1。

2020年末星云湖流域總?cè)丝?1.16萬人，其中農(nóng)村人口11.86萬人，城鎮(zhèn)人口9.30萬人，流域內(nèi)人口密度578人/km2。根據(jù)《星云湖水環(huán)境保護(hù)治理“十四五”規(guī)劃》［7］，2019年星云湖流域主要污染物化學(xué)需氧量（COD）、總氮（TN）、總磷（TP）和氨氮總產(chǎn)生量、總排放量及總?cè)牒恳姳?。由表1可知，2019年星云湖流域COD、TN、TP和氨氮總?cè)牒空伎偱欧帕康谋壤謩e為25.14%、46.93%、42.58%和44.20%。從TN、TP和氨氮總?cè)牒縼砜矗r(nóng)村污水處理效率低的問題在星云湖流域依然突出。

2019年星云湖流域主要污染物來源于農(nóng)田污染、農(nóng)村生活污染、規(guī)?；B(yǎng)殖污染及散養(yǎng)畜禽污染。主要污染物入湖貢獻(xiàn)率見圖2～5。由圖2～5可知，在TN、TP、氨氮入湖量中農(nóng)田污染居于首位，農(nóng)村生活污染居于第二位，另外規(guī)?；B(yǎng)殖及散養(yǎng)畜禽污染也不容忽視，同時也印證了現(xiàn)階段水體污染歸根結(jié)底是由于污水收集處理能力不足、農(nóng)業(yè)面源污染造成的。

星云湖流域污水收集處理分為集中處理及分散處理。集中處理主要針對江川區(qū)城市區(qū)域污水，分散處理主要針對流域內(nèi)農(nóng)村生活污水?，F(xiàn)階段收集率低、處理水質(zhì)達(dá)標(biāo)率低的問題依然存在，對星云湖污染負(fù)荷較大。

農(nóng)業(yè)面源污染是星云湖流域的主要污染源之一，具有分散性、隱蔽性、空間異質(zhì)性等特征。目前對星云湖流域的農(nóng)業(yè)面源污染研究深度尚淺。2020年星云湖流域播種面積1.411萬hm2，耕地面積0.569萬hm2，復(fù)種指數(shù)247.98%。糧食作物主要包括水稻、玉米、蠶豆，經(jīng)濟(jì)作物主要包括烤煙和油料，其他作物主要包括空心菜、四季豆等。農(nóng)業(yè)開發(fā)強(qiáng)度不斷加大，且普遍用水效率不高、耗水量大，旱季與湖爭水現(xiàn)象非常突出。2020年星云湖徑流區(qū)共有畜禽養(yǎng)殖戶3 249戶，其中規(guī)模養(yǎng)殖戶83戶，以生豬和家禽養(yǎng)殖為主，對星云湖污染負(fù)荷的貢獻(xiàn)較大。另外，星云湖流域全年化肥施用量共6 944 t（折純量），化肥施用量為492 kg/hm2，雨季時對星云湖的污染負(fù)荷較大。

2 星云湖流域污水處理現(xiàn)狀及存在問題

2.1 集中處理

星云湖流域現(xiàn)階段建有污水處理廠2座，分別為星云湖南片區(qū)污水處理廠及北片區(qū)污水處理廠。

南片區(qū)污水處理廠（含江川縣污水處理廠）的主要服務(wù)對象為江川主城區(qū)，服務(wù)人口約6.5萬人，污水收集率在85%以上，設(shè)計日處理污水10 000 m3/d，2019年平均日處理水量9 761 m3/d；江川縣污水處理廠2018年投入運(yùn)營，經(jīng)過試運(yùn)營和專家論證實際處理能力為6 000～7 000? m3/d。由于城區(qū)部分區(qū)域及城區(qū)周邊農(nóng)村未實施雨污分流，雨季期間80%的雨水進(jìn)入污水收集系統(tǒng)，導(dǎo)致大量雨水和生活污水混合進(jìn)入管網(wǎng)而致冒頂溢出。另外，部分片區(qū)因農(nóng)村生活污水收集管網(wǎng)絕大多數(shù)為明渠明溝，截污管存在截污不完全、易堵塞、維護(hù)難的問題，導(dǎo)致旱季無水、雨季雨水混入溢流等問題。北片區(qū)污水處理廠的主要服務(wù)對象為江城片區(qū)，服務(wù)人口約7萬人。2010年12月北片區(qū)污水處理廠通水試運(yùn)行，平均日處理水量5 883 m3/d，污水管網(wǎng)覆蓋以農(nóng)村為主，雨污未完全分離，污水收集率低。

2.2 分散處理

自“十五”以來星云湖流域持續(xù)開展農(nóng)村環(huán)境綜合整治。星云湖流域共有223個自然村，目前，除了30個山區(qū)村、海門新搬遷的2個自然村無生活污水處理設(shè)施外，其他191個村（社區(qū)）均開展了整治工作。但是，由于規(guī)劃設(shè)計、設(shè)施、運(yùn)維管理等問題，大部分村落的生活處理設(shè)施運(yùn)行不正常，雨污合流是該流域內(nèi)農(nóng)村污水治理的最大源頭問題。“十三五”環(huán)湖截污工程實施76個村一體化設(shè)施，目前正處于調(diào)試階段，大部分處理規(guī)模仍達(dá)不到設(shè)計要求。部分區(qū)域支管已建成，但大部分收集管網(wǎng)存在接戶率不足的問題，且大多數(shù)為明渠，生活污水只能通過明渠接入主管，部分村莊由于地勢原因根本接不進(jìn)主管，明渠存在旱季無水，雨季雨水混入導(dǎo)致溢流、進(jìn)水不穩(wěn)定等問題，導(dǎo)致污水處理設(shè)施的環(huán)境效益得不到充分體現(xiàn)。其余45個村落生活污水采用塘庫系統(tǒng)或人工濕地處理，但是由于運(yùn)營管護(hù)水平不足、植物收割不及時，存在大量漂浮物，大部分塘庫及濕地淤積堵塞，不能正常發(fā)揮效益。

3 污水處理新設(shè)想

污水處理的本質(zhì)是將水體中的污染物去除，使水體凈化。以農(nóng)村生活污水中氮、磷為例，氮、磷主要來源于人體排泄物，污水處理中脫氮除磷工藝是將水體中有機(jī)氮、氨氮最終轉(zhuǎn)化為氮氣逸入大氣、排放富磷污泥去除污水中的磷酸鹽。在開展集中污水處理之前，主要依靠水體自凈及土壤過濾功能，氮、磷在自然界中不斷循環(huán)，生態(tài)環(huán)境維持平衡（圖6）。隨著污染物的急劇增加，單純依靠自然循環(huán)已不能滿足要求，后續(xù)污水處理廠的建設(shè)是為了改善水體環(huán)境以及人居環(huán)境。污水處理廠最終使大部分氮、磷元素離開自然循環(huán)，使得污水中的氮、磷不再參與植物的生長（圖7）。

氮、磷是植物生長和農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的重要元素。我國耕地土壤幾乎全部需要補(bǔ)給氮素，缺磷的耕地土壤占比達(dá)到74%［8］。土壤是農(nóng)作物獲取磷元素的唯一自然渠道，土壤缺氮、缺磷作為農(nóng)作物生長的限制因素已廣泛存在。

目前農(nóng)村生活污水的資源化利用模式在云南省已經(jīng)實施，且效果較好，云南騰沖市中和鎮(zhèn)、雙江縣農(nóng)村及鶴慶縣長頭村均采用生物+生態(tài)組合工藝對生活污水進(jìn)行處理，并實現(xiàn)了資源化利用，既解決了生活污水污染問題，又取得了良好的生態(tài)效益［9］。結(jié)合實際案例可知，生活污水資源化利用在云南已有較好的應(yīng)用，便于后期推廣。另外，對于種植和養(yǎng)殖廢棄物處置問題，在處理廢棄物的同時實現(xiàn)資源回收，達(dá)到“資源化、減量化、無害化”的目的。以色列的基布茲哈爾杜夫?qū)ε＜S的有機(jī)質(zhì)、氮、磷等資源進(jìn)行再利用，通過堆肥技術(shù)將其制成有機(jī)肥，避免區(qū)域因化肥過量使用而導(dǎo)致的農(nóng)業(yè)面源污染問題，形成了“奶牛-牛糞-作物-奶牛”的閉合生態(tài)農(nóng)業(yè)循環(huán)模式［10］。湖北省十堰市鄖陽區(qū)形成了“有機(jī)廢物腐殖化-精準(zhǔn)測土三級配肥-面源污染大數(shù)據(jù)監(jiān)控-耕地質(zhì)量監(jiān)控與有機(jī)農(nóng)產(chǎn)品溯源-品牌農(nóng)產(chǎn)品訂單銷售”的“固水土共治、環(huán)農(nóng)一體循環(huán)發(fā)展”模式，大力發(fā)展“畜牧-沼氣-蔬菜種植”“豬-沼-果（菜、糧、桑、林）”等生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)，實現(xiàn)水、土、固多環(huán)境要素協(xié)同改善［11］。

現(xiàn)將農(nóng)村生活污水黑水、規(guī)?；B(yǎng)殖、散養(yǎng)畜禽污染物及種植廢棄物秸稈統(tǒng)一收集后制成生物有機(jī)肥，生物有機(jī)肥的施用促進(jìn)了農(nóng)業(yè)的良性循環(huán)。生物有機(jī)肥的影響示意圖見圖8。

4 農(nóng)村污染物資源化利用工藝——生物有機(jī)堆肥技術(shù)可行性分析

現(xiàn)階段云南省玉溪市扎實推進(jìn)農(nóng)村“廁所革命”，因地制宜推行改廁技術(shù)模式，加強(qiáng)農(nóng)村廁所革命與生活污水處理的有機(jī)銜接，積極推進(jìn)廁所糞污無害化處理與資源化利用；針對“湖泊革命”，嚴(yán)格實施化肥農(nóng)藥減量計劃，鼓勵施用有機(jī)肥，推廣畜禽糞污資源化利用技術(shù)，杜絕畜禽糞污直排；另外，大力推廣綠色防控技術(shù)，加強(qiáng)秸稈資源化利用，制定到2025年實現(xiàn)主要農(nóng)作物秸稈綜合利用率力爭在90%以上的目標(biāo)。目前，玉溪市針對“廁所革命”及“湖泊革命”已展開相關(guān)工作。

針對有機(jī)肥的施用，龔有智等［12］對星云湖徑流區(qū)施用有機(jī)肥的效應(yīng)進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：增施有機(jī)肥可以降低化肥施用量，同時經(jīng)濟(jì)作物無論是產(chǎn)量還是產(chǎn)值均能取得穩(wěn)步增長。另外，湖泊保護(hù)及流域內(nèi)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可實現(xiàn)雙贏，有效促進(jìn)了湖水保護(hù)及流域內(nèi)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。有機(jī)肥是生產(chǎn)綠色食品的有效途徑，為“有機(jī)農(nóng)業(yè)”和“生態(tài)農(nóng)業(yè)”創(chuàng)造了有利條件。衡圓圓等［13］對不同施肥方式對玉米種植的影響進(jìn)行了評價，發(fā)現(xiàn)適合江川區(qū)星云湖流域的施肥方式為“沼肥+ 生物炭”和“全沼肥”。這2種施肥方式既可以保護(hù)流域環(huán)境、提高作物產(chǎn)量，又可以進(jìn)一步降低農(nóng)業(yè)成本、提高農(nóng)戶收入。

實踐證明，生物有機(jī)肥的施用可以降低土壤中氮、磷的流失速率［14］。有機(jī)肥的肥效較化肥釋放更加緩慢，能最大程度保障土壤肥效［15］；通過有機(jī)肥與化肥的部分替代可以優(yōu)化化肥供肥過程，使得氮、磷肥利用率得到有效提高，降低氮磷流失率［16］，進(jìn)而降低因施用化肥引起的農(nóng)業(yè)面源污染；另外，將畜禽糞便進(jìn)行高溫堆肥發(fā)酵，制成生物有機(jī)肥，在解決畜禽糞便污染問題的同時，對有機(jī)食品的發(fā)展也起到了促進(jìn)的作用，達(dá)到戰(zhàn)略性雙贏［17-18］，將多種廢棄物化為有機(jī)肥，有效增加了各種廢棄物的附屬值，資源化利用的同時也促進(jìn)了農(nóng)作物的綠色發(fā)展［19］。

云南寶爾湖泊治理有限公司就江川-通海廢棄菜葉資源化處理投資1億元，年處理量60萬t，生產(chǎn)生物有機(jī)肥10萬t，項目達(dá)產(chǎn)后實現(xiàn)年銷售收入31 500.00萬元，年總成本26 684.86萬元，年均利稅總額4 815.04萬元［20］。

5 結(jié)論與展望

無論是政府政策還是市場需求，還是生物有機(jī)肥肥效及有機(jī)肥企業(yè)運(yùn)行狀況，都充分論證了將農(nóng)村各種廢棄物轉(zhuǎn)化為生物有機(jī)肥在云南省是可行的。

云南省本土生產(chǎn)的有機(jī)肥產(chǎn)品每年施用面積不足云南省總耕地面積的3%，遠(yuǎn)低于全國平均水平（10%）［21］。由于未來區(qū)域水環(huán)境的綜合治理以及人們對健康需求的高度重視，生物有機(jī)肥必然是肥料行業(yè)重要的發(fā)展方向，因此在云南省值得大力推廣。現(xiàn)階段可在星云湖流域試運(yùn)行，未來在云南省乃至全國逐步推廣。

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