废水处理设备

30年总氮废水处理专家

用优质生态产品探索新时代苏南乡村振兴新路

2018-12-21
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摘要:当前苏南乡村发展中面临空心化及环境污染等多头难题,严重影响了乡村建设的成效。以水环境为例,总的来说,苏南农村水环境的恶化是因为农村空心化后留守农民文化水平低、生态意识薄弱,导致农村污染做不到源头控制、过程利用和最后处理的系统整治。德国生态治理的主要做法是:从源头控制污染,实行水资源循环利用,实现营养物本地循环,用分布式代替集中式污水处理方式。德国生态治理的成功经验对实施乡村振兴战略、推进生态文明建设具有重大的启迪意义。遵循生态原则,运用科技湿地的智慧,打造高质量的优质生态产品,实现营养物的本地循环,可以以其为支点撬动乡村振兴的可持续之路。

关键词:绿色技术 新型农村 德华湿地 生态产品 摇篮到摇篮

 

1   苏南乡村发展问题所在

当前苏南乡村发展中面临空心化及环境污染等多头难题,严重影响了乡村建设的成效。

1、农村空心化现象。目前农村人口非农化、城镇化引起的 “人走屋空” 以及房屋普遍 “建新不拆旧”、新建住宅逐渐向村外扩展,出现 “一户多宅”,导致村庄用地规模扩大,闲置废弃宅基地增加的一种 “外扩内空” 的蜕化过程[①]。表现形式包括农村土地空心化、人口空心化、产业空心化、基本公共服务空心化以及基础设施空心化,其本质是农村地域经济社会功能的整体退化 “乡村空心化” 困扰、阻碍城乡一体化的实现,是美丽乡村建设必须解决的基础性问题。
     2、农村环境污染问题。目前,相当一部分农村地区,农村点源污染与面源污染共存、生活污染与工业污染叠加、城市和工业污染加速向农村转移,农村环境保护基础薄弱,导致农村发展具有严重的不可持续性
[②]

以水环境为例,苏南农村水环境恶化的原因之一是农村空心化后农民文化水平低、生态意识薄弱,导致农村污染做不到源头控制、过程利用和最后处理的系统整治。从另外一个角度看,农村水体的大部分污染物为有机污染物,由于广大乡村生态空间多,有可利用土地,污染容易分散治理,为农业、畜牧业、渔业污染治理实现摇篮到摇篮的通路提供了可能。

苏南乡村实施乡村振兴战略,实现生态宜居的好环境是一项重要任务。随着时代的发展,人们对于农村的要求,不仅要提供充足、安全的农产品,而且要提供清洁的空气、恬静的田园风光等生态产品,还要提供农耕文化、乡愁等精神产品。满足这些需求,离不开生态宜居的好环境。

 

2   德国生态治理宝贵经验

2.1        德国生态治理经验:概览

打造生态宜居好环境离不开对他国先进经验的借鉴。德国曾经是世界上环境污染最严重的国家之一,这种状况一直持续到二战后的数十年。现在,经过 30多年的包括生态治理在内的环境保护措施,德国已成为世界上公认的环境保护最好、生态治理最为成功的国家之一,特别是德国农村的建设理念和发展方式,更是值得思考与借鉴。

在德国,35万平方公里的土地上居住着8200多万居民,但是人口超过百万的城市只有柏林、汉堡、慕尼黑和科隆四个,超过70%的居民居住在10万人口以下的城市,而其中,又有大部分人生活在人口一到两千的村镇之中。在德国,共有13500个小城镇,绿地占了超过三分之一的城市面积。有人评价说,德国的城市像农村,其实德国的农村完全可以与城市相媲美:一方面,农村的绿化率远高于城市,另一方面,农村的基础设施也一应俱全。

2.2        德国在解决环境问题方面的实践经验

2.2.1         固体废物处理

在德国已经建立了固体废物的循环系统,这套系统要求所有的固体废物都得到重新利用,如果无法实现,也需要减量并以环境友好的方式储存。这套系统适用于家庭以及工业上。

营养物的再利用不仅使农村产生的富含营养的污染物以生态可承受的方式重新进入了自然界的物质循环,而且在一定程度上代替了高能耗的化肥生产及使用,为节能和环保贡献力量。

2.2.2         污水处理

不仅仅是固体的垃圾处理,在污水管理方面,德国农村也遵循着物质流本地循环的原则。

进入二十一世纪以后,德国农村原来的集中式处理办法逐渐被分布式污水处理方法所取代。在上世纪九十年代以前,德国农村污水采取的是工业化集中式处理办法,即将污水通过管道输送到污水处理厂进行集中处理,这样做不仅成本很高,污水处理之后的大量沉淀物和污染物会对环境造成压力,富含氮、磷、钾等元素的营养物质会持续不断地进入到周边水体,造成富营养化并导致水生物、鱼类因缺氧而死亡。在这一过程中,自然界的水和物质循环被添加大量药剂的人工技术打断,营养物无法进行本地循环,并且会对周边或下游地区造成新的污染[③]。而进入二十一世纪以来,本地产生、本地消耗的理念得到认可,分布式、本地化的污水处理新方式也逐渐取代原来的集中式处理方式。

在生态环境方面,德国的农村有很多值得借鉴的经验。

2.2.3         德国农村使用的七种生态措施

1. 固体废物的分类收集

每个家庭或者每个公司都有不同的收集设施,每一个都用来储存不同的垃圾:有收集纸张的,有收集有机物的,有收集可回收物的(塑料,铝制品等),以及收集其他垃圾的。收集的有机物大部分会经过堆肥然后回用到园艺或景观等用途。

2. 各类不同的分布或半分布式的污水基础设施系统

在分布式污水设施中,对于分布较远的村落,一般只需要用很短的管道将一户或几户人家与处理系统相连。半分布式污水系统包括小型的污水管道系统,服务于几个村落或部分镇区的的较少人口(几百至几万人口)。在过去,污水系统大部分是雨水和污水混合型的,但是现在几乎全部都是分流制。在这种分流制系统中,雨水在当地就进行处理,通过本地过滤,一般使用储水塘,盆地或使用人工湿地。只有污水才进入到污水处理厂。对于污水处理,目前有很多种技术正在使用,包括膜生物反应器(MBR),活性污泥法(AS)以及人工湿地(CW)等。使用这些适合的分布式污水处理系统可以使污水处理厂的建设和运营费用得到最佳的优化配置。

3. 污水源分离系统

污水包括雨水,灰水,黄水和灰水。其中灰水指厨房、淋浴和洗衣等家政污水,黑水是指经马桶排放的厕所污水,黄水是指尿液部分,此外,还包括来自污水处理和有机污染物的污泥。2000年,德国吕贝克市采用了污水源分离系统进行居住区的污水处理。居住区房屋屋顶和硬质地面上的雨水通过雨水管道进行收集,汇入附近的地表水或者流入居住区内安装的渗水池。这些渗水池属于小区的绿化设施,经过特殊的造型和环境设计,表面看起来就像景观设计的一部分,池底使用砾石等特殊材料,使池中的雨水自然下渗并汇入地下水。在暴雨或降水量大的情况下,还可以把多余的雨水导入相连的蓄水池,使雨水自然蒸发或通过沟渠汇入地表水。通过这种处理方式,雨水可下渗或者直接进入自然界水循环。洗菜、洗碗、淋浴和洗衣等家政污水作为灰水通过重力管道流入居住区内的人工湿地进行净化处理。厨房的有机物和黑水会进入到沼气工厂。在污水处理过程中产生的污泥,可以通过污泥芦苇床处理设施进行处理并产生高肥力的黑土,这些黑土产品可以回用到农业及园艺上,实现物质流营养物质的本地循环,促进当地的农业生产。

4. 人工湿地污水处理系统

人工湿地由生态滤料、湿地植物和微生物三大系统组成,利用这三大系统共同营造的生态系统,综合物理、化学、生物三种强化功效,使处理污水的效率达到最大化。这套系统主要包括垂直流生态滤床,水平流生态滤床和表面流生态滤床等。该工艺主要将农村生活污水通过污水管道汇集流入调节池,再经垂直流和水平流等组合湿地净化处理,最后达标排放或用于农田灌溉。人工湿地系统的运转不需要添加化学药剂,所有的材料都来源于大自然,对周边环境没有二次污染。由于合理的布水和排水方式,湿地表面干燥,没有积水,也没有异味,能够与当地景观相结合,构成景观绿地。同时,湿地日常运行费用很低,工艺流程简单,管理方便。目前在德国,有大量这样自然的、生态的人工湿地系统,例如在慕尼黑和柏林的郊区,在哥廷根,都在使用这样的湿地系统对农村甚至大城市的污水进行处理。

5. 人工湿地污泥处理系统

在这种生态的污泥处理设施中,只需要使用很少的能源,并且最终的成熟污泥可以被当做土壤用于农业或景观等。

6. 高肥力黑土

黑土是利用固态和液态的有机物进行生产的高肥力土壤。在生产过程中会使用生物炭以及特殊的发酵和堆肥等技术。

7. 农业面源污染处理系统

在巴伐利亚,已经建设了使用人工湿地技术进行农业面源污染处理的绿色基础设施。这种农业面源污染处理系统将原有的流域与沟渠改进成为新型的农村排水与处理系统,该系统中建设有人工湿地,其拥有蓄水和处理功能,将农业面源污染中的颗粒物和有机物进行保留、处理并回用,产生的清洁水可以直接回用于灌溉并丰富农村水系。经过这样的改造,改变了原有的粗放型农村排水方式,使用生态处理的方式减轻污染并回用水和营养物,进行本地的物质循环。

 

3   最新的生态处理方式

对于真正的生态解决方案,对生态原则的应用是不可或缺的。生态原则是自然生态系统所遵循的原则,包括物质的闭路循环,以及尽量少的使用能源并尽量使用可再生能源等。

3.1        整体性的生态管理

生态系统是整体性的系统,这个系统大于系统中的各个部分并且整体都被很好的管理。这一原则适用于新的生态工程实践,需要考虑到全过程的实现(设计、施工、运行与维护)、全系统的构建(包括污水管道,污水处理厂等)以及全部利益相关者的参与(当地百姓,政府部门,决策者,设计师,施工单位和运维人员等)。从摇篮到摇篮的理论(包括全循环系统,对所有步骤和产品进行设计,从而不会对健康或环境产生影响)就是来源于这一生态管理原则。特别是对于参与其中的利益相关者,对于生态原则的理解必须更加深入。只有进行这样的生态管理,才能保证所有的生态解决方案能够正确的互动并最终成功的起到作用。这种精细的管理方式在最近的几十年中得到发展,使用包括U理论和4D方法论(Discovery发现,Dream 愿景,Design设计,Destiny 使命)等工具,并且成功在非洲,德国和中国得到实践。

3.2        成功运行的生态系统:人工湿地为例

人工湿地是人工建立生态系统的很好的例子。人工湿地使用自然和当地的资源与材料,不使用或使用很少的电能,运行简单并且成本低。并且人工湿地是经过精确计算的整体系统,包括植物,土壤/生态滤料以及水,这样可以保证高效,高性价比并且实现多功能性(污水处理功能,自然生态以及景观、教育等)。

3.2.1         太湖柯家村湿地

藏在太湖西山岛深处的柯家村生态湿地,将原本无序排放的农村生活污水变为在科技湿地内的有序本地循环,它模拟自然的方式,可以将污水中的污染物转化为湿地运行所需的营养物质,在湿地系统中建立生态链,实现物质、能量的生态循环。经过处理后的出水水质达到了《城镇污水处理厂污染物排放标准(GB 18918-2002)》一级A标准,处理出水及污泥回馈到了周边农田及绿地,形成了一个小型的物质循环系统,使当地充满生机勃勃的动力。因为乡村环境变好,游客增多,农家乐生意红火,农民也富了。《人民日报》2月12日的“新春走基层”专门就此进行了报道。

3.2.2         太仓万丰村湿地

人工湿地这样的生态产品,因其具有治污、景观、教育等多功能性,也受到了正在创建苏州市三星康居特色村太仓万丰村的青睐。万丰村的人工生态湿地能处理180户居民的生活污水,水质达标后将清洁的水源补充给村级河道,不仅有效解决了生活污水排放对水源的污染,而且为村民带来了直接的经济利益。2017年12月2日《人民网》等多家媒体就《人民日报》刊发文章《真抓实干补齐民生短板—习近平总书记指示推进“厕所革命”引发热烈反响》进行了追踪报道苏州农村生活污水治理的案例,万丰村就是其中的典型。

 

4   苏南农村地区的生态解决方案(他山之石可以攻玉)

4.1        概述

实施乡村振兴战略,要围绕实现“生态宜居”,以绿色生态可持续为发展导向,积极发展新模式,夯实美丽乡村建设基础。

4.2        将国际先进生态解决方案应用于苏南农村

以德国为代表的国际先进生态治理的经验代表了国际生态治理的先进水平和发展方向,既有本土性的特色,也有普适性的价值,对我国乡村振兴、推进生态文明建设具有重大的启迪意义。

4.3        苏南农村地区的生态解决方案

在借鉴国际成功的生态治理经验的基础上,我们在克服苏南农村传统的乡村经济发展模式中社会、经济、生态三者之间矛盾的有效办法包括:

4.3.1  总体概念

(1) 在生态承载力和环境容纳能力范围之内,合理开发自然资源,优化生产生活模式,减少对环境的污染排放;

(2) 通过物质、能量的本地循环,将排放物中的营养物作为资源重新投入生产,改变以往对之的惧怕、唾弃和无序治理而将其一刀切送到城市处理的消耗性做法,尽可能把产品生产加工过程和产品消费过程连接起来,视本地废弃物为摇篮到摇篮的内动力,从而改善生态环境[④]

4.3.2  具体措施

(1)  生态解决方案必须要考虑全循环系统。对于成功的生态工程,必须要联合所有的利益相关者,并且需要一个在每个步骤都负责并有力实施的总承包,来进行设计,施工和运行,并且完成污水管道及处理设施。最新的生态管理方法论(4D)也需要加入其中。

(2)  在苏南农村的水环境治理方面,由于其特有的地理及水系特征,结合目前其水环境变迁的本因,苏州德华生态环境科技股份有限公司正在采用科技湿地这样的生态产品来构建苏南农村水环境新的物质循环系统,用以解决农村的生活污水、土壤、河道污染问题,实现一种新的清洁生产生活方式。

(3)  在处理面源农业污染方面,需要应用巴伐利亚的新型人工湿地生态处理方式。

(4)  德国生态治理中污泥资源化利用的生态产品在乡村发展中同样值得借鉴。比如,已经进入河道的沉泥,可以因地制宜结合河岸绿化建设沉泥科技湿地,经过湿地的处理,河底沉泥转变为肥料,可以取之还田,实现有机质的循环。

(5)  可以利用农作物垃圾及芒草等植物,采用生物碳技术制造出黑土,使健康的土壤培养出健康的农产品,提供给农民一条致富的路径[⑤]

以上办法最终需要优质的生态产品实现。在乡村振兴的发展过程中,可按照乡村的立体结构、水陆交换物质循环生态系统、农业畜牧业渔业的生态系统等打造符合自身发展的可持续之路。对于不同条件的乡村发展具体应用哪些生态产品,应该具体分析该村的自然资源条件、社会经济发展水平、环境要素等多方面,进行有针对性的设计。

4.4    展望

优质的生态产品可以实实在在地为农民生活谋幸福,将科技湿地这样的生态产品加上智能管理的翅膀,农民可转型为新型农民,用智能互联+生态产品,实现农业的生态化、绿色化。最终使农村环境有序、生态,农民富裕,建设的绿色基础设施与城市同步乃至超出城市,打造出让人们诗意般栖居的绿色美丽乡村,通过高质量的生态建设走出一条新时代苏南乡村振兴的新路。

 

作者介绍:

杜建强:苏州德华生态环境科技股份有限公司董事长

杜先生致力于将德国先进的科技湿地生态产品应用在中国,并自主创新,结合现代景观设计,开发出多项适合中国国情的生态治理专利技术,目前授权发明专利8项,实用新型专利20项,授权商标近20项,技术论文多篇。2008年来,他带领团队在苏州完成了近20 个农村生活污水治理生态湿地项目及1个污水厂尾水提标生态湿地项目。这些项目受到了当地政府和百姓的一致欢迎和好评,《人民日报》《中国环境报》等多家媒体先后对这些项目进行报道。



[①]周汝江. 农村空心化与治理研究[J]. 农村经济与科技, 2016, 27(4):109-111.

[②]陈琳. 农村水环境恶化成因及其保护治理对策研究[J]. 华东科技:学术版, 2017(2):382-382.

[③]岗瑟.盖勒. 可持续城乡生态系统:设计,实施与运营. 柏林海德堡施普林格出版社, 2012.1.7

[④]方世南. 德国生态治理经验及其对我国的启迪[J]. 鄱阳湖学刊, 2016(1):70-77.

[⑤]冈瑟·盖勒, 方世南. 以水环境治理加快苏州生态现代化步伐[J]. 东吴学术, 2012(4):80-83.


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