潜心钻研农村水环境的生态治理

近日,由我校环境学院徐祖信主持,联合上海市政设计院完成的《农村生活污水生态处理技术体系与集成示范》获得2013年上海市科学进步一等奖。项目凝聚了徐祖信团队2002年以来潜心研究农村生活污水处理的多项成果,其中包括研发出人工湿地除磷脱氮技术、人工湿地防堵塞技术及生态曝气稳定塘技术、污泥和水葫芦生态处理技术等。中国工程院院士刘鸿亮等专家建议该项目成果在全国推广应用。

 全面实现小康社会,关键在农村;农村面貌的根本改善,关键在水环境。可是,自上世纪90年代以来很多农村地区的水环境越来越差,原因就是农村生活污染源氮磷浓度高,处理水平跟不上,生活污水往往是直接排放,水葫芦、蓝藻泛滥,导致黑臭河道越来越多;加上农民居住分散,集中采用集中化规模化处理设备,既浪费资源,又难以取得好的效果。
      采取分散化、小型化和生态化处理模式更切合实际并符合科技发展趋势。徐祖信主持的研究团队自2003年起便针对上海及江南水乡农村环境特性开展了农村污水处理技术研究,先后获得国家863项目、上海市重大科技攻关项目资助,研发了简便、经济、高效的农村生活污水生态处理技术体系,编制发布了工程建设技术指南和技术规程,实现了规模化推广应用。研究团队针对农村污水氮磷浓度高、冲击负荷大、污染源分散的特性,历经近十年,项目研发了人工湿地除磷脱氮技术、人工湿地防堵塞技术、生态曝气稳定塘技术、污泥和水葫芦生态处理技术,集成了三套污水处理优化组合工艺。

 人工湿地脱氮本是个很好的生态水处理技术,但因为脱氮效果不佳,很难达到国家一级B排放标准,所以难以推广。“人工湿地难以脱氮的关键因素是湿地基质层基本处于缺氧状态,基质内部缺氧、厌氧、好氧反应时间难以调控。”徐祖信介绍,团队经过研究,提出了改变湿地基质内污水高程及停留时间来调控创建好氧区和厌氧区,并研究创制了系列虹吸管来调控湿地浸润程度和面积,“这种虹吸装置可实现人工湿地连续进水、周期性排空的要求,自动调控湿地浸润面,无需耗费人力和能源,调节控制可谓随心随意。”
  农村污水排放难以达标的另一个重要原因是湿地下部供氧量不足。针对这一情况,团队在湿地中设置水平大气复氧廊道,再者增加垂直复氧导管。浙江乐清市南充村的示范表明,采用这两项技术处理后的水中氨氮指标稳定达到一级B排放标准。“为了更好地增加排放效果,研究团队还在人工湿地中设置了空心导管向底部输送氧气。”徐祖信说,具体做法是在湿地中引入一根10厘米的空气导管,在其底部布设四根支管,每根支管上设输气孔,这样湿地中下部的氧气就可保持进大于出,湿地净化污水的环境大为改善,效果很好。
  据了解,这项研究还有一个重要的生物方法,那就是防堵塞技术。人工湿地作为近年来重要的污水生态处理技术,往往运行两三年后就出现堵塞,导致最终瘫痪,如何解决这一难题?徐祖信团队想到了蚯蚓。团队最终选择一种名叫赤子爱胜蚓的蚯蚓,这种蚯蚓体长35-130毫米,一般短于70毫米,宽3-5毫米,投放后很快消化了引起堵塞的蛋白质和多糖类有机物质;同时,蚯蚓在基质中来回爬行很好地松了土。
  “放蚯蚓,加上湿地轮休和模块化组合技术,很好地保持了湿地的‘活性’。”徐祖信说,休养生息是指工作一段时间后,放空湿地中的水,让附着在湿地表面的微生物、多糖、腐殖酸、蛋白质等等自行干燥、分解、挥发,让湿地成干地,很好地舒解了湿地的“筋骨”,这样当它们重新“上岗”时,下水便十分流畅;加上蚯蚓的工作,崇明森林公园的湿地2008年至今状态良好。

 

采访获悉,徐祖信团队采用的生态技术还包括模块化湿地技术、曝气技术。所谓模块化就是将生物质做成块砖模样,拼装成湿地,然后用于处理生活污水,一段时间后发现哪块壅水就换掉;曝气,就是常见的鱼塘中“突突”冒出白色水花的那种装置。在徐祖信团队的研究中,这种技术与水葫芦配套使用,也就是在曝气圈边设置围栏并放养水葫芦,水葫芦吸附悬浮状污泥,于是局部较好的微生物环境就形成了。“奉贤青村镇的示范工程实践表明,水葫芦吸附了大量的氮磷钾,生长极快。捞起干化并与猪粪等农家肥按照6:4的比例混合堆肥后,是很好的有机肥。”徐祖信告诉我们。
  据了解,这些技术在上海、江苏、浙江、安徽、江西等160余个农村污水处理项目中得到推广应用。研究团队发表论文50篇,授权发明专利7件,实用新型专利2件;编制了《上海市农村生活污水处理技术指南》、《人工湿地污水处理技术规程》,推动了上海郊区生态环境的改善;编制了《镇(乡)村排水工程技术规程》由建设部颁布实行。