农业面源污染防控技术-水专项.pptx
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农业面源污染防控技术-水专项.pptx
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农业面源污染防控技术进展与成效,中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所二一六年十一月,朱昌雄,水体污染控制与治理科技重大专项技术交流与推广会,2,报告内容,一、农业面源问题二、面源污染防控突破的技术与分析三、典型流域综合示范效果四、存在问题分析与建议,3,我国农业面源污染是多方面因素叠加造成粮食的刚性需求压力特别巨大土地缺少休养种植业分散式经营施肥/药方式落后畜禽规模养殖程度高,种养严重脱节农业清洁生产技术推广应用滞后,一、农业面源污染存在问题分析,2010年中国第一次污染源普查结果,占全国排放量的43.7、57.2和67.3,农业面源污染是农业发展特定阶段的突出问题。
总体判断:
局部改善,总体恶化的趋势在加剧,0,50,100,150,200,250,300,2007年,2012年,总氮,22.9%,35017.2%,0,5,10,15,20,25,30,35,2007年,2012年,总磷,12.0%,单位:
万吨数据来源:
农业部,6,报告内容,一、农业面源问题二、面源污染防控突破的技术与分析三、典型流域综合示范效果四、存在问题分析与建议,突破种植业面源污染控制、畜禽养殖废弃物循环利用、农村生活污水处理等关键技术,实现农业农村区域面源污染负荷有效减排。
2.1水专项面源污染防控总体突破的关键技术,形成了“减量-阻断-回用-修复”(Reduce-Retain-Reuse-Restore,4R)种植业面源污染一体化控制模式,并在太湖、三峡、鄱阳湖等区域进行了应用推广,累计应用面积5322万亩,减少化肥中氮磷施用量7.63万吨,减排氮磷4.46万吨,减少化肥投入3.3亿元。
“4R”模式示意图,2.1.1规模化种植业面源污染控制“4R”模式,2.1.2微生物发酵处理的养殖废弃物全循环利用模式,实现养殖过程污水零排放和废弃物无害化全循环利用及种养一体化,削减养殖污染负荷95%以上,减少农田NP流失20-30%。
已应用1100万头当量猪,,农田500万亩次以上,削减COD、TN和TP排放72.76、7.95和1.29万吨。
发酵床(原位发酵床、异位发酵床),一体化发酵(固体设备、液体设备),资源化产品(有机肥、基质、蚯蚓、蘑菇),发酵益生菌,农田N、P流失污染控制,2.1.3FMBR生物反应器与“远程监控+4S流动站”设备,实现农村分散式污水的高效处理,FMBR,格栅,污水,出水(达标排放),FMBR工艺流程,自主研发了FMBR兼氧膜生物反应器设备,实现了污水处理装备化、使用大众化、系列标准化;工艺缩短2-5段,节省占地80%以上;经设备处理后生活污水稳定达到一级A的标准。
在洱海流域布点百套,另在广东、北京、天津等28个省市近千个废水处理项目中得到推广应用,日处理污水1万余吨,年削减COD925吨,氨氮80吨,总磷9吨;并成功出口500余套污水处理设备至意大利、埃及、迪拜等13个国家。
技术来源:
总结“十一五”、“十二五”水专项相关面源课题成果,汇总农业面源污染防控相关技术(88项);评价原则:
基于负荷减排最大和成本效益最优,结合技术就绪度(TRL)评价方法(7分入选),筛选出24项技术;再利用建立的面源污染治理与管理技术(APH)评估指标体系(7.5分入选),筛选出17项技术。
2.2水专项农业面源污染防控技术的筛选评价,种植业污染控制技术就绪度的级别划分,养殖业污染控制技术就绪度的级别划分,农村生活污染控制技术就绪度的级别划分,农业面源污染控制管理及平台的技术就绪度的级别划分,将层次分析法(AHP)与指标体系相结合,由技术经济性、环境和技术适用性逐步深入分析,从而建立了面源污染治理与管理技术评估指标体系。
专家打分表模板(以畜禽养殖中生猪养殖污染治理与管理技术为例),加综合系统分析,最终筛选11项农业面源污染最佳控制技术,其中种植业3项、养殖业4项、生活3项、管理1项;初步形成了农业面源污染控制技术成果汇编报告。
2.3技术评价比对筛选后建议,单项技术多,系统集成并能解决综合问题的技术比较少;筛选推荐技术还需开展适域性评价,才能大规模推广;下一步对选出就绪度达到7的技术需进行综合集成,与推荐技术配合应用,形成“一域一策”综合技术系统方案;进一步形成标准规范,并联合一些从事环保、农业的优势龙头企业,将推荐的技术进行产业化和工程化推广。
21,报告内容,一、农业面源问题二、面源关键防控突破的技术与分析三、典型流域综合示范效果四、存在问题分析与建议,总体思路:
上游水源涵养-中游种养殖面源减控-入湖清水修复,集成应用农业清洁生产、小流域污染整治等技术(6大示范工程)。
3.1太湖苕溪流域农业面源污染防治综合示范,水质改善效果:
苕溪流域内跨界断面主要水质指标达标率100%,功能区内无劣V类水,河流水质总体达标率70%,苕溪奉口饮用水源地水质达标率稳定90。
上游水源涵养,中游农业面源污染减控,政府主导科研支撑,入湖口污染物削减及水生态治理民众参与推广应用,入湖水质改善,规范标准管理政策,农村生活,养殖业,山地,丘陵,平原(河网),入湖口,湖泊,产流区,入湖口种植业城市生活,污控区,汇水区,流域农业面源污染减控技术与管理体系,3.1.1构建了基于分类分区控制、目标污染负荷管理为核心的流域农业面源污染减控与管理技术体系,3.1.2创新了以农业清洁生产为基础、养分全程调控、农田湿地消纳为核心的氮磷减排技术体系,稻田适时适地养分全程调控氮磷减排技术现代农业和传统农业耦合的氮磷系统阻控技术,氮磷生态拦截,环保型肥料研制,生态施肥调控技术,N,P,有机肥,缓释肥,生物炭肥,生态施肥管理,进入水体,AWD节水减排,覆膜密度旱作,干湿交替灌溉,污水回用,生态沟渠,控制无效分蘖生态施肥,支撑技术,就绪度7,合技术,固体,区域污染减排,高效堆肥技术,功能化基质生产,废水水产养殖,原位发酵,固定化菌藻与水生蔬菜处理,畜禽污染负荷大区域环境容量有限,稻鳖种养耦合鱼菜共生以区域为尺度,生态循环利用为途径,废物厌好出原水氧氧水废水养殖废水碳源碱度自平衡碳氮磷同步处理技术高效厌氧发酵产沼技术SFAO4生化法同步脱氮除碳养种生态耦技术,3.1.3创建了基于废弃物循环利用、种养耦合的区域养殖业污染综合控制技术体系,发明了保氮除,基质技术,发明了畜禽养,氮磷同步处理技,术以及养殖废,畜禽养殖创建了畜禽养,用、种养耦合、,区域污染减控,臭适度发酵与功能有机肥殖废水碳源碱度自平衡碳水AO4同步脱氮除碳技术殖废弃物资源高效循环利技术模式,就绪度7-8,3.1.4集成了农村生活污染控制与水环境综合整治技术模式,村庄污水处理设施技术规程(CJJ/T163-2011)、排水设施与污水处理(中国建筑工业出版社,2010)浙江省农村生活污水治理设施水污染物排放标准(DB33/973-2015)、农村生活污水治理设施运行维护技术导则(建村2016250号)关于切实加强农村生活污水治理设施运行管理的若干意见(浙政办发201586号;安吉县农村生活污水治理设施运维管理办法(安政办发201555号),关键技术研发,1、低能耗分段进水高效生物技术2、太阳能驱动一体化生物膜技术,3、立体循环一体化氧化沟技术4、多介质土壤层耦合技术5、强化人工湿地技术,技术体系与成套设备,1、厌氧+复合介质生物滤器2、一体化A/O处理装置,3、厌氧+太阳能驱动一体化生物膜4、自充氧层叠滤床一体化装备5、厌氧+资源化智能利用等7种,排放标准和长效运行管理,适合不同区域、不同规模、不同技术的模块化污水处理技术体系与成套设备,实现技术装备产业化,拥有发明专利5项,短板导向,技术装备,标准规范,管理政策,就绪度9,平原河网,入湖口,太湖,山区苕丘陵,溪,3.1.5构建了基于上游水源涵养、中游污染削控、入湖口减负修复的水体功能恢复技术体系,上游水源涵养与健康水生态系统构建技术,中游复合型入河物污染截留净化与系统削控技术,入湖口汇水区污染物削减及水生态修复技术,支撑技术集约化竹林区养分农林结合型小流域污水处理厂尾水稳污染河道水体强化地组合处理技术食藻虫控藻引导沉,流失综合控制技术面源污染控制技术定塘湿地生态净化技术生物接触氧化-多级人工湿水植物立体生态修复技术,就绪度8-9,示范工程减排效果,六大示范工程建设前COD、NH3-N、TP、TN污染物削减比例分别为31.81%、31.06%、31.08%、39.88%典型有毒农业化学品削减达到35%,典型兽药总排放削减达55%,示范工程污染物削减量,支撑了苕溪清水入湖,苕溪流域水质逐年改善,入湖水质稳定达标,水质改善效果:
苕溪流域内跨界断面主要水质指标达标率100%,功能区内无劣V类水,河流水质总体达标率70%,苕溪奉口饮用水源地水质达标率稳定90。
养殖污染物高值资源化利用与农田养分控流失示范工程1、养殖污染物高值资源化利用示范工程2、农田养分控流失技术示范工程,低排放养殖污染控制示范工程1、污染低排放生猪生态养殖技术研究与示范2、污染低排放奶牛生态养殖技术研究与示范,农村生活污水及有机污染控制示范工程1、农村生活污水厌氧-土壤净化床集中处理技术工程示范工程2、农村生活污水厌氧-多级湿地集中处理技术工程示范工程3、农村生活污水膜技术一体化处理示范工程4、圣泉中学及70%镇区垃圾收集处置,3.2巢湖店埠河流域农业面源控制技术综合示范,3.2.1基于无害化微生物发酵的养殖废弃物,全循环利用技术,实现养殖过程污水零排放和废弃物无害化全循环利用及种养一体化,削减养殖污染负荷95%以上,减少农田NP流失20-30%。
技术指南2015年颁布实施,发酵床(原位发酵床、异位发酵床),一体化发酵(固体设备、液体设备),资源化产品(有机肥、基质、蚯蚓、蘑菇),发酵益生菌,农田N、P流失污染控制,TRL=8,
(1)牌坊乡旺盛生猪养殖场示范工程(布局图),猪舍,示范工程一:
畜禽养殖污染低排放生态控制技术集成与示范,养猪场污染控制,技术示范,发酵床工程与专家验收意见,发酵菌剂、口服益生菌,技术路线,粪便或废水,废液发酵处理,废液资源化生产有机肥(液体一体化发酵),液体异位发酵床处理,旧垫料资源化生产有机肥(固体一体化发酵),沼液和废水发酵处理,种养一体化工程,固体和液体原位发酵床处理,粪便及旧垫料资源化生产有机肥(固体一体化发酵),沼气工程,红泥膜沼气工程,液体一体化发酵,种养一体化,工程规模涉及年出栏生猪10000头,实现污染物低排放;年削减TN、TP和COD分别为36、7和383吨。
示范效果,2014年1月排污口,2016年10月排污口,
(2)牌坊乡桂和养牛场示范工程(布局图),奶牛场污染控制,技术路线,粪便或废水,废液发酵处理,废液资源化生产有机肥(液体一体化发酵),液体异位发酵床处理,旧垫料资源化生产有机肥(固体一体化发酵),废水发酵处理,UASB工程,技术示范,异位发酵床,UASB处理,固体一体化发酵,液体一体化发,酵,福竹草,每天处理6-8吨含水量为75%的粪便,第7天后每天连续出2-3吨有机肥,全过程自动控制。
工程规模涉及存栏奶牛1000头,实现污染物低排放;削减TN、TP和COD分别为73、3和395吨。
示范效果,2013年11月排污口,2016年10月排污口,养殖场第三方监测数据(4次平均),3.2.2基于农田养分控流失产品应用为主体的农田N、P流失污染控制技术,集成,农田种植管理,生物腐殖酸,有机肥,秸秆还田,减量化施肥,水稻-油菜,水稻-小麦,基于农田养分控流失产品应用,针对巢湖流域地区的自然条件(位置、气候、土壤和水文等)和社会经济条件(农业种植模式、生产水平、施肥模式、灌排情况)研究集成,已形成技术规程,缓释肥,蔬菜,TRL=8,示范工程二:
养殖污染物高值资源化利用与农田养分控流失示范,农田养分低流失种植模式,种养殖生产现状及污染物排放调查,种养污染成因和类型研究,养殖废弃物高值转化技术,控流失肥田间施用技术,种养污染物一体化循环利用,养分循环、流失控制、控流失肥应用技术,农民技术培训与指导,养殖废弃物高值转化模式,农田养分控流失技术规,程,有机肥、腐殖酸、食用菌、蚯蚓等多方式利用途径,技术路线,1、腐熟菌剂发酵生产工艺;2、生物有机肥生产工艺;3、腐殖酸肥生产工艺。
腐熟,技术示范,示范效果:
新建年产9000吨有机,肥厂,年处理养殖废弃物2.5万吨,分别削减TN、TP和COD为76、45和342吨,肥料增值300600元/吨,新增产值700余万元。
养殖废弃物菌棒生产工艺;食用菌生产工艺;,白灵菇,平菇,鸡腿菇,双孢菇,效果:
建立3万m2的食用菌生产基地,消耗养殖废弃物264吨,年削减TN、TP、COD为1.25、0.8和5.7吨,新增经济价值50余万元。
效果:
建立了600亩次的蚯蚓养殖基地,年消耗牛粪4920吨。
年削减TN、TP、COD为17、10和79吨,年增值150万元左右。
蚯蚓养殖工艺,种养污染物一体化循环利用:
有机肥、腐殖酸肥控流失应用技术,示范效果:
施用有机肥200公斤/亩,示范区化肥减少20%,产量增加10%以上。
推广面积2.2万亩,农田径流中氮磷削减28.85%和30.86%;年削减TN、TP为33.3和1.23吨。
示范工程三:
村落生活有机污染物处理及资源化利用示范,1、厌氧-土壤净化床农村生活污水处理系统,北,村,级,路,2350023000,雨,污,合,流,渠,一级厌氧池,二级厌氧池三级厌氧池,土壤净化床,占地面积30m*20m,3000,布水管出水井,30000,1960020000,5000,18000,1000,200,10000140010000140072009800200100020020010002007000200,15000,15000,200,200,15950,20mm细,格调节池,栅,规模:
100m3/d,出水水质一级B标准,年削减TN、TP、,COD分别为0.48、0.04和9.7吨。
2、厌氧-多级湿地农村生活污水处理系统,桥,2300023500,20,调池mm,细,节格,栅,三级厌氧池二级厌氧池一级厌氧池,5000,18250,950,R400,P1,15001500,进水管DN400,出水管DN400,2503000250,溢流管,村级路,逆止阀DN400,一级湿地,二级湿地,三级湿地,沟渠,5000,1000,800,定光河,腺柳,水芹,茭,白,50000,10000,2000,6792,63,DN40026504150,20006006001400600布水管,绿化,50000,逆止阀,出水管DN400,规模:
100m3/d,出水水质一级B标准;年削减TN、TP、,COD分别为0.5、0.05和9.7吨。
4、农村生活垃圾处理,规模:
2.4万人,年削减TN、TP、COD分别为14、2.9和105吨。
示范效果:
生活污水处理率达80%以上,生活垃圾收集与处理率达70%以上,资源化利用率达80%以上,TN、TP污染负荷削减60%以上。
年削减TN、TP和COD分别为35.4、6.4和259.2吨,资源化利用年产生经济价值10余万元。
3、FMBR膜一体化设备农村生活污水处理系统,规模:
60m3/d,出水水质为城镇杂用水标准,年削减TN、TP、COD分别为0.44、0.09和5.26吨。
多过程耦合考虑模拟单元交互的全分布式人为影响模拟(水田、水塘)子流域-模拟单元双层并行计算,3.2.3面向农业面源污染控制的流域系统综合模拟与情景分析技术,隐式有限差分方法求解水流和污染物迁移运动全分布式流域非点源污染模拟技术,(TRL6),模型率定结果,径流率定结果,总磷率定结果,COD模拟结果,Nash:
R2,0.91:
0.98,Nash:
R2,0.84:
0.90,Nash:
R2,0.87:
0.94,总氮率定结果,利用分布式非点源污染模型SEIMS对径流和水质进行模拟,模拟精度较高。
流域情景分析结果与项目计算结果比较,流域情景分析结果,由于流域模型尚无法对固体废弃物资源化利用工程的削减效益进行模拟,如化肥厂、蚯蚓养殖、蘑菇种植等,这部分COD、TN和TP分别削减687吨、127吨和62吨。
因此,通过模型模拟与统计计算,示范工程实施后能够实现对COD、TN和TP的削减量分别达到2351吨、344吨和96吨。
污染负荷总量削减结果对比,各工程对污染物负荷削减量统计表吨/年,%,小流域面源污染总体控制路线,污染源解析,确定重点控制源、,区、类和点,污染控制技术集成,调查流域面积,常住人口,耕地面积,工业企业数量及规模化畜禽养殖状况,确定流域污染来源、分布及污染强度,养殖污染控制技术农田污染控制技术生活污染控制技术其他污染源污染技术河道污染修复技术,小流域农业污染控制技术方案构建,示范效果评估,以物质或养分循环为主线的小流域农业面源污染控制情景分析技术,流域社会经济概况,店埠河小流域农业面源污染控制总体方案,以物质循环为核心的小流域农业面源污染控制技术路线,养殖污染,农田污染,生活污染,其他污染,以微生物发酵技术为核心的废弃物循环资源化利用等技术,、,生物肥药、养分控流失秸秆还田等生态种植等技术,达标排放、河道水体植物-微生物联合修复,生活污水原位分散(土壤)与集中(设备)处置等技术,生活垃圾收集分类,有机垃圾资源转化,资源产品利用率;污负削减量;养殖场排污口达标,农田径流N、P排放减少量;农产品产量不减和品质提高,;,排放达标;污负削减量资源化利用率,垃圾收集率;资源化利用率,入河达标;河道修复后水质达到地表水类,对以物质循环为核心的小流域农业面源污染控制技术进行情景分析,提出流域农业面源污染总体控制方案,源解析,择技术,评效果,构方案,巢湖店埠河流域农业面源控制技术综合示范效果,经60多平方公里的综合示范区的技术和工程示范,COD、TN和TP污染负荷总量较现状分别削减2385吨、372吨、88吨,基本实现了示范区养殖废弃物的零排放,农田养分控流失和生活污染的低成本控制。
48,报告内容,一、农业面源问题二、面源关键防控突破的技术与水平三、典型流域综合示范效果四、存在问题分析与建议,4.1存在问题,农业面源课题因地方实际配套资金少,环保与农业部门之间的存在一定衔接问题,导致了工程技术的有效落地和规模效果受到了一定的影响。
农业面源污染控制的重要性在乡镇和农户中没有得到该有的重视,如污染控制工程技术不能给他们带来效益,就难以推广。
4.2建议,农业面源污染需以小流域为单元进行控制,控制中养殖污染控制是突破口,突破口看如何建立废弃物资源化利用中心,通过生态循环农业体系有效控制农业农村面源污染。
要给予开展农业面源污染控制的单位和业主政策上的倾斜,如给予资源化产品的资金补贴,政府购买服务。
加强农业面源污染控制技术工艺工程化、装备化、可物化研究和推广,降低产品和设备成本,同时政府要给予补贴。
农业面源污染控制技术推广需要有一定的机制创新,要根据当地和区域的特点,创建适用于当地特点的机制。
谢谢,请各位专家批评指正,;13810807668北京中关村南大街12号中国农科院环发所大楼,
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