CN112851029B - 一种水污染净化和资源化利用系统及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种水污染净化和资源化利用系统，其包括生活污水净化模块、农业源头减控模块、农业面源净化模块、河道水质改善模块、植物残体资源化模块、以及智慧管理平台，所述智慧管理平台分别与所述生活污水净化模块、所述水肥一体化装置、所述植物残体资源化模块相连接以控制所述生活污水净化模块、所述水肥一体化装置、所述植物残体资源化模块的运行。本发明通过将生活污水净化模块、农业源头减控模块、农业面源净化模块、河道水质改善模块、植物残体资源化模块以及智慧管理平台的综合利用，各方面有机协调配合，从而在强化污染治理的同时实现了资源化，兼顾了技术经济性，特别适用于山地岛屿中的应用。

Description

一种水污染净化和资源化利用系统及其应用
技术领域
本发明属于水污染防治技术领域，具体涉及一种水污染净化和资源化利用系统及其应用。
背景技术
近年来，大力发展绿色经济、推动人居环境改善已成为各地高质量实施乡村振兴战略的重要任务。太湖东部分布有众多山地岛屿和城市水源地，周边农业与旅游业发达，陆地森林覆盖率很高，拥有国家级旅游度假区、国家级风景名胜区和国家级农业示范区，是太湖生态环境保护的重点区域之一。随着开发强度的持续增大和旅游人数的快速增长，当地正面临着生态涵养与经济发展的双重压力。这对持续优化污染治理体系提出了很高的要求。
山地岛屿远离大陆，交通主要依靠桥梁和轮渡，生活污水和农业面源是当地主要的水体污染源。其中，游客人数的大规模潮汐流动造成生活污水水质、水量波动性很大，污染物浓度最高值可达最低值的数十倍，C/N比偏低限制了脱氮除磷效果，水量变化系数也高出城镇污水处理厂数倍，这给当地污水治理设施的稳定运行造成了很大压力。在能以实施专业化管理的农村地区，单纯强化污水处理工艺的做法不能满足受纳水体日趋严格的环境保护要求。只有在设施智慧运维、尾水深度净化与资源化等方面实施技术创新，才能有效提升治理系统的效能和技术经济性。其次，岛上主要的经济作物——果树、茶树等对种植海拔有一定要求，大多采用陡坡开采的形式。同时，为保证果实产量，果茶园的化肥、农药施用量偏高，田间普遍缺乏水分管理。在夏季降雨集中期，陡坡上地表径流的冲刷力度较大，能够携带表层土壤中的大量养分和残余农药，进入到受纳水体中造成较严重的面源污染。以往采用多级沟渠拦截、多级塘净化等措施能够在一定程度上削减面源污染对水体的冲击，但考虑到暴雨等天气导致沟渠塘的调蓄能力不足时，单纯依靠末端拦截净化仍无法保证尾水的达标排放。此外，目前生活污水处理设施与农业面源治理体系仍处于各自为政的局面，这不利于实现水资源与养分的循环利用。例如，经过处理的生活污水可以用于农业灌溉，但传统漫灌容易加重降雨期的面源污染；相反地，如果面源污染得不到有效控制，即使生活污水处理效果再高，也不能有效改善受纳水体水质。
为有效解决上述问题，在强化污染治理的同时实现资源化，兼顾技术经济性，就需要进一步提升山地岛屿实施水污染净化与资源化的系统性。如何打通生活污水处理与农业面源防控之间的物质流屏障，进而实现污染协同削减，已成为区域水环境保护技术创新的关键。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种污染净化效率更高、资源化体系健全的水污染净化和资源化利用系统及其应用。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明一方面提供一种水污染净化和资源化利用系统，其包括
生活污水净化模块，所述生活污水净化模块包括分散型污水处理设施；
农业源头减控模块，所述农业源头减控模块包括用于向植物根系供水和肥料的水肥一体化装置，所述分散型污水处理设施的尾水与所述水肥一体化装置相连通用于向所述水肥一体化装置供水；
农业面源净化模块，所述农业面源净化模块包括用于对地表径流进行净化的地表径流生态净化设施、与所述地表径流生态净化设施相连通的用于接纳和净化地表径流的生态沟渠调蓄循环系统，所述分散型污水处理设施的多余尾水与所述生态沟渠调蓄循环系统相连通，所述生态沟渠调蓄循环系统与所述水肥一体化装置相连通用于向所述水肥一体化装置供水；
河道水质改善模块，所述生态沟渠调蓄循环系统的尾水与所述河道水质改善模块相连通；
植物残体资源化模块，所述植物残体资源化模块用于将所述农业面源净化模块、所述河道水质改善模块中收割的植物制备成生物炭以用作土壤改良剂；
以及智慧管理平台，所述智慧管理平台分别与所述生活污水净化模块、所述水肥一体化装置、所述植物残体资源化模块相连接以控制所述生活污水净化模块、所述水肥一体化装置、所述植物残体资源化模块的运行。
根据一些具体实施方式，所述分散型污水处理设施包括用于对生活污水进行处理的AO污水处理装置、与所述AO污水处理装置的出水管相连通的膜生物反应器，所述膜生物反应器的尾水分别与所述水肥一体化装置和所述生态沟渠调蓄循环系统相连通。通过分散型污水处理设施处理后的尾水符合《农村生活污水处理设施水污染物排放标准》（DB32/3462-2020）的要求，从而可以将其用于水肥一体化装置的供水。
根据该些实施方式，AO污水处理装置可以采用市场上可以直接购买的AO工艺污水处理设备，也可以采用一体化处理设备，优选采用如申请号CN 201810368066.4 所示的一种生活污水低耗高效一体化处理装置。
根据一些具体实施方式，对于便于建设污水收集管网的区域，所述生活污水净化模块还包括用于对生活污水进行处理的集中式污水处理厂、与所述集中式污水处理厂相连通用于对所述集中式污水处理厂的尾水进行处理的景观复合型人工湿地，所述景观复合型人工湿地包括与所述集中式污水处理厂相连通的潜流湿地、与所述潜流湿地相连通的表面流湿地、种植在所述潜流湿地和所述表面流湿地上的植物，所述表面流湿地的尾水与所述河道水质改善模块相连通。经集中式污水处理厂和景观复合型人工湿地对生活污水进行深度净化，使得处理后的尾水的COD、氨氮、总氮和总磷浓度分别低于30 mg/L、1.5 mg/L、10mg/L和0.3 mg/L，从而降低排入河道的尾水对河道产生的污染。
优选地，所述景观复合型人工湿地中种植的植物为维管束类植物，从而一方面便于氧气进入水体；另一方面更加有利于生物炭的制备。其中，维管束类植物包括但不限于芦苇、香蒲、再立花、灯心草和千屈菜等。
优选地，所述生活污水净化模块还包括污泥干化池以及种植在所述污泥干化池中的水生植物。
根据该实施方式，所述集中式污水处理厂可以采用常规的一级物化、二级生化处理。
本发明中，生活污水为各类生活污水，包括但不限于农家乐餐饮废水、居民日常生活污水和规模以下养殖废水等。对于便于建设污水收集管网的区域，生活污水净化模块可以是集中式污水处理厂和景观复合型人工湿地串联使用；对于不便于建设污水收集管网的区域，生活污水净化模块采用分散型污水处理设施。
本发明中，智慧管理平台控制分散型污水处理设施运行的方法可以参考CN2019108915162，其通过监控进水水质、进水量和设备单位处理能耗。智慧管理平台控制集中式污水处理厂运行的方法是依据进水水质水量和季节性气温变化，采用现有技术中常规的方法，实现生化段末端溶解氧、内回流比和污泥龄的协同控制即可。智慧管理平台的设置可以提高各处理设施的运行效率，降低处理能耗。
根据一些具体实施方式，所述水肥一体化装置包括能够插入至植物根系附近的用于给植物供给肥料和水的水肥一体化设备、插入至土壤中且位于植物根系附近的温度计和湿度计、雨量监测仪，所述智慧管理平台分别与所述水肥一体化设备、所述温度计、所述湿度计和所述雨量监测仪相连接并通过所述温度计、所述湿度计和所述雨量监测仪反馈的数据控制所述水肥一体化设备工作。
该实施方式中，水肥一体化设备可以直接市购获得，只需要选购能够将水溶性肥料送至土壤表层以下接近植物根系（例如土壤表层以下10cm处）的位置的设备即可（例如通过滴箭的方式施肥），该种施肥方式较传统漫灌等方式，节水50%以上，降低化肥施用量20%以上，减少工时40%以上。进一步利用智慧管理平台通过监控降雨量、气温和土壤湿度等参数，并结合植物的生长周期，控制灌溉次数和施肥量，从而可以进一步节水、降低化肥施用量。其中，利用智慧管理平台具体控制灌溉次数和施肥量的方法可以通过长期经验摸索进行调整。以梨园为例，灌溉次数和施肥量的方法具体为：（1）萌芽前灌溉1次，施用高氮型水溶肥，N:P:K=3:1:1，水量20 m3/亩·次；（2）果实膨大期灌溉2次，施用均衡型水溶肥，N:P:K=1:1:1，水量10~15 m3/亩·次；（3）果实采摘前灌溉2次，施用高钾型水溶肥，N:P:K=2:1:4，水量10~15 m3/亩·次；（4）果实成熟期灌溉1次，施用均衡型水溶肥，N:P:K=1:1:1，水量20m3/亩·次。
该实施方式中，水肥一体化设备施肥的对象主要为果树、茶树等。
根据一些具体实施方式，所述农业源头减控模块还包括用于迷向或诱捕害虫的绿色防控设备，例如设置色板、杀虫灯以诱杀害虫，释放性信息素诱导剂以迷向或诱捕害虫。通过采用绿色防控设备可以显著降低果实的蛀果率，实现果实增产10%以上，减少农药施用量20%以上。
本发明中所述农业面源净化模块用于接纳、净化降雨时，果园、茶园地表形成的径流，径流经地表径流生态净化设施净化后，流入生态沟渠调蓄循环系统。
根据一些具体实施方式，所述地表径流生态净化设施为种植在所述生态沟渠调蓄循环系统的地表径流汇入岸和/或所述生态沟渠调蓄循环系统的两岸的植物篱，所述植物篱的宽度为50~80cm，所述植物篱的种植密度为60~100棵/m2。其中，对于仅单侧有地表径流汇入的沟渠，可以仅在有地表径流汇入侧的岸边种植植物篱；对于两侧都有地表径流汇入的沟渠，则优选在两岸都种植植物篱。
优选地，形成植物篱的植物包括但不限于黑麦草、麦冬和葱兰等植物。
根据一些具体实施方式，所述生态沟渠调蓄循环系统包括沟渠、种植在所述沟渠底部的沉水植物，所述沉水植物的种植密度为40~60株/m2。
优选地，所述沉水植物包括但不限于苦草、竹叶眼子菜和狐尾藻等。
根据一些具体实施方式，当降雨量偏低、污水尾水量不足时，所述农业面源净化模块还包括分别与所述生态沟渠调蓄循环系统和所述水肥一体化装置相连通的砂滤器，生态沟渠调蓄循环系统的尾水经砂滤器过滤净化后，用作水肥一体化装置的水源。
根据一些具体实施方式，所述生态沟渠调蓄循环系统还包括设置在所述沟渠的下游端的水闸，所述沟渠的尾水经水闸排入河道中。
本发明通过将农业源头减控模块与农业面源净化模块组合使用，可使总氮、总磷流失负荷降低30%~55%。
根据一些具体实施方式，所述河道水质改善模块包括用于对地表径流进行收集和净化的地表径流生态净化装置、设置在河道内的景观生态浮床，所述地表径流生态净化装置的尾水、所述生活污水净化模块的尾水以及所述农业面源净化模块的尾水分别排入所述河道。
其中，所述地表径流生态净化装置的结构可以如CN2019222648185所示，其主要用于截留净化河道两侧路面初期雨水形成的径流，优选采用生态截流沟、水力旋流器和生物降解模块的组合；径流净化后流入河道，使用景观生态浮床进一步去除部分污染物。
根据一些具体实施方式，将所述收割的植物制备成生物炭的方法为先利用蒸爆技术对植物进行预处理，然后利用热解技术制备所述生物炭。
其中，蒸爆技术和热解技术均为已有技术，在预处理阶段，将热蒸汽渗透至植物纤维内部，并在短时间内释放高压，有效破碎植物，将细纤维作为制备生物炭的原料。在热解阶段，利用智慧管理平台，依据植物类型、数量，设置热解炉的最佳温度、反应时间和运行功率，制备的生物炭中固定碳含量达到40~60%。将上述生物炭按照10%~30%比例施用于果树周边表层土壤中，并投加一定量微生物复合菌剂，可使土壤对磷的持留能力提高5~15%，显著提高土壤肥力，提升水肥一体化装置运行效能。
本发明的第二方面是提供一种上述水污染净化和资源化利用系统在山地岛屿中的应用。
本发明中的氮磷流失负荷的计算公式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
公式中，F （kg/hm2）是TN、TP随径流水的排放通量；n 表示监测周期内的地表径流次数；Vi（L）表示第 i 次产流的水量；Ci（mg/L）表示第 i 次产流的TN、TP的浓度；S（m2）为地表径流监测小区的面积；f 是转换系数，是由监测小区TN、TP排放量（mg/m2）转换为每公顷排放量（kg/hm2）时的换算系数。
本发明中的土壤对磷的持留能力，用1mg/L磷酸盐溶液对土壤进行的淋溶实验，淋溶速率为0.5 mL·min-1，持续30 d。依据流出液中总磷含量计算土壤对磷的持留能力。流出液浓度越高，持留能力越弱。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明通过将生活污水净化模块、农业源头减控模块、农业面源净化模块、河道水质改善模块、植物残体资源化模块以及智慧管理平台的综合利用，各方面有机协调配合，从而在强化污染治理的同时实现了资源化，兼顾了技术经济性，特别适用于山地岛屿中的应用。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的一种用于大型山地岛屿（有集中式污水厂）的水污染净化与资源化模式；
图2为本发明实施例2提供的一种小型山地岛屿（无集中式污水厂）的水污染净化与资源化模式。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述。但本发明并不限于以下实施例。实施例中采用的实施条件可以根据具体使用的不同要求做进一步调整，未注明的实施条件为本行业中的常规条件。本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
在本发明实施例的描述中，需要理解的是，“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明实施例的不同结构。为了简化本发明实施例的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明实施例。此外，本发明实施例可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。
本发明将农业源头减控与面源净化相结合，通过组合使用水肥一体化装置、绿色防控设备、地表径流生态净化与生态沟渠调蓄循环等单元，提升了农业面源污染防控效果。与单纯依靠末端污染截留净化等方法相比，本发明具有更好的抗降雨冲击性，氮磷营养盐和农药残余流失负荷更低；
本发明基于智慧管理平台，提高了生活污水处理效能，降低了设施运行能耗。利用生态净化措施提升污水厂尾水水质，用于河道水质改善。分散污水处理设施采用MBR作为泥水分离装置，尾水可直接作为水肥一体化装置的水源，实现了尾水及所含氮磷营养盐的就地利用，节约了污水处理成本（脱氮除磷要求更低）和再生水使用成本（省去了输送和储存环节），同时避免了尾水直接漫灌容易造成地下水污染的问题；
本发明基于蒸爆预处理-热解法，将污染生态净化和农业生产过程中产生的植物残体制成生物炭，并用于土壤改良培肥用途，建立了养分循环利用的高效途径，是整合水污染治理与资源化体系的核心环节。与传统堆肥处置方式相比，制备生物炭具有二次污染风险更小、可实现自动控制和维护管理简单等优势，也不会产生植物残体长途运输的费用，避免了新建沼气池等风险源，更适合在经济发达地区的山地岛屿地区使用。
实施例1
某大型山地岛屿位于太湖东部，占地面积约80 km2，属典型南方丘陵地区，整体位于国家生态红线区域范围内，东北部设置有多个大型城市饮用水水源地，区域水污染治理与生态保护要求严苛。岛上农业与旅游业发达，山地开垦的果茶园是主要的种植形式，占到耕地面积的80%以上，年接待游客人数超过400万人次。该岛平原地区建有1座村镇生活污水处理厂，处理规模在4000~6000 m3/d，山地和环岛设置有40余座分散型污水处理设施。
为进一步提升该岛屿水污染治理的系统性，实现水资源与养分的循环利用，建立水污染治理与资源化新模式，如图1所示。
针对生活污水净化模块，依据污水水量、水质，借助智慧管理平台对集中式污水处理厂生化段的曝气量、内回流比和污泥龄等参数进行优化调控，在保证处理效能的前提下，降低运行能耗约20%。例如，夏季气温较高有利于生化段处理，将好氧池末端溶解氧控制在0.2~0.3 mg/L，内回流比取150%、污泥龄在6~8d，即可满足污水处理要求，运行能耗比常规方法降低30%。冬季气温降低，影响生化段脱氮效能，需将好氧池末端溶解氧控制在0.3~0.6mg/L，内回流比提高至300%，污泥龄提高至13d，可满足污水处理要求，运行能耗比常规方法略高。全年污水厂运行能耗整体仍降低20%。
同时，在村镇生活处理厂现有工艺的尾端，增设占地9000 m2景观复合型人工湿地，采用潜流（8500 m2）+表面流湿地（500 m2）的组合，对尾水进行深度净化，植物类型优选为芦苇、香蒲和菖蒲等，出水中CODCr、氨氮、总氮和总磷浓度分别为10~20 mg/L、0.4~1.0mg/L、2.9~8.1 mg/L和0.05~0.20 mg/L，汇入河道后有效改善了水动力条件。使用“如申请号CN 201810368066.4 所示的一种生活污水低耗高效一体化处理装置+膜生物反应器（MBR）”一体化技术对临近果茶园的分散型污水处理设施进行升级改造，并利用智慧管理平台，通过耦合污水水质（氧化还原电位ORP）、水量（Q）和曝气设备运行单位电耗（w），实现处理设施运行调控，降低曝气能耗20%，设施出水中CODCr、氨氮、总氮和总磷浓度分别为9.0~45.9 mg/L，0.4~7.6 mg/L、5.2~15.2 mg/L和0.1~0.8 mg/L，达到《农村生活污水处理设施水污染物排放标准》（DB32/3462-2020）。污水处理设施剩余污泥排入污泥干化池处置，干化池内种植有芦苇、再立花等挺水植物。
在某山地梨园和碧螺春种植基地，利用生物炭对果树、茶树周边土壤进行培肥，表层土壤生物炭施用量为20%（以重量计）。同时，新建水肥一体化装置用于精准施肥和供水，将分散型污水处理设施MBR出水作为其水源之一。通过滴箭能够将水溶性肥料送至土壤表层以下10 cm处，使用智慧管理平台，通过雨量监测仪监测降雨量、通过温度计监测气温和通过湿度计监测土壤湿度，控制灌溉次数和施肥量，具体为：（1）萌芽前灌溉1次，施用高氮型水溶肥，N:P:K=6:2:2 kg/亩，水量20 m3/亩·次；（2）果实膨大期灌溉2次，施用均衡型水溶肥，N:P:K=4:4:4 kg/亩，水量12 m3/亩·次；（3）果实采摘前灌溉2次，施用高钾型水溶肥，N:P:K=4:2:8 kg/亩，水量12 m3/亩·次；（4）果实成熟期灌溉1次，施用均衡型水溶肥，N:P:K=4:4:4 kg/亩，水量20 m3/亩·次。该方法较传统漫灌等方式，节水50%，降低化肥施用量24%，减少工时45%，节约成本约160元/亩。采用性信息素迷向和诱捕，防控梨小食心虫、梨瘿蚊等虫害，降低果实的蛀果率，实现梨树年增产10~15%，减少农药施用量22.5%，节约成本约60元/亩。
在果茶园种植基地内沟渠沿线，种植麦冬植物篱，宽度80 cm，密度每平方米60~80棵，用于截留净化降雨时产生的地表径流。沟渠主要接纳地表径流生态净化设施出水和分散型污水处理设施尾水，沟渠底部种植竹叶眼子菜，密度每平方米50株。当降雨量偏低、污水尾水量不足时，从生态沟渠调蓄循环系统中抽水，经砂滤器过滤净化后，用于水肥一体化装置的水源。将农业源头减控模块与农业面源净化模块组合使用，可使果茶园总氮、总磷流失负荷较未使用前分别降低49%和45%。
河道沿线设置地表径流生态净化装置，采用生态截流沟、水力旋流器和生物降解模块的组合，用于截留净化两侧硬质路面的初期雨水径流，长度约2公里。污水厂、生态沟渠和地表径流生态净化装置净化尾水排入河道后，使用景观生态浮床进一步去除部分污染物，河水中CODCr、氨氮、总氮和总磷浓度分别为9~15 mg/L、0.2~0.6 mg/L、0.5~0.9 mg/L和0.04~0.11 mg/L，总体可达到《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）III类标准。
作为设施长效运维的需要，将生活污水净化模块、农业面源净化模块和河道水质改善模块产生的各种植物收割残体，用作生物炭制备原料。植物经蒸爆预处理后，含水量降至30%以下。利用智慧管理平台，依据植物类型、数量，设置热解炉的最佳温度、反应时间和运行功率。以芦苇为例，热解温度为500℃，反应时间2 h，功率20 kW。制备的生物炭中固定碳含量达到49%，可使果茶园表层土壤对磷的持留能力较未使用前提高10 %，显著提高土壤肥力，实现了养分资源化。
实施例2
某小型山地岛屿位于太湖东南部，占地面积约1.2 km2，属典型南方丘陵地区，整体位于省级生态红线区域范围内，区域水污染治理与生态保护要求严苛。山地开垦的果茶园占到岛上耕地面积的90%以上，年接待游客人数超过90万人次。该岛设置有9座分散型污水处理设施。
为进一步提升该岛屿水污染治理的系统性，实现水资源与养分的循环利用，建立水污染治理与资源化新模式，如图2所示。
针对生活污水净化模块，使用“如申请号CN 201810368066.4 所示的一种生活污水低耗高效一体化处理装置+膜生物反应器（MBR）”一体化技术对临近果茶园的分散型污水处理设施进行升级改造，并利用智慧管理平台，通过耦合污水水质（氧化还原电位ORP）、水量（Q）和曝气设备运行单位电耗（w），实现处理设施运行调控，降低曝气能耗25%，设施出水中CODCr、氨氮、总氮和总磷浓度分别为6.0~33.2 mg/L，0.8~5.4 mg/L、2.4~12.9 mg/L和0.1~0.6 mg/L，达到《农村生活污水处理设施水污染物排放标准》（DB32/3462-2020）。污水处理设施剩余污泥排入污泥干化池处置，干化池内种植有芦苇、再立花等挺水植物。
在某山地枇杷园种植基地，利用生物炭对果树周边土壤进行培肥，表层土壤生物炭施用量为30%（以重量计）。同时，新建水肥一体化装置用于精准施肥和供水，将分散型污水处理设施MBR出水作为其水源之一。通过滴箭能够将水溶性肥料送至土壤表层以下10 cm处，使用智慧管理平台，通过监测降雨量、气温和土壤湿度，控制灌溉次数和施肥量，具体为：（1）萌芽前灌溉1次，施用N、P、K均衡型水溶肥，约8 kg/亩，水量15 m3/亩·次；（2）果实膨大期灌溉2次，施用N、P、K均衡型水溶肥，约10 kg/亩，水量10 m3/亩·次；（3）果实成熟期灌溉2次，施用N、P、K均衡型水溶肥，约8 kg/亩，水量15 m3/亩·次。该方法较传统漫灌等方式，节水50%，降低化肥施用量25%，减少工时42%，节约成本约140元/亩。采用性信息素迷向和诱捕，防控梨小食心虫、梨瘿蚊等虫害，降低果实的蛀果率，实现枇杷年增产17%，减少农药施用量28.4%，节约成本约80元/亩。
在果茶园种植基地内沟渠沿线，种植麦冬和葱兰植物篱，宽度80 cm，密度每平方米75棵，用于截留净化降雨时产生的地表径流。沟渠主要接纳地表径流生态净化设施出水和分散型污水处理设施尾水，沟渠底部种植苦草和竹叶眼子菜，密度每平方米50株。当降雨量偏低、污水尾水量不足时，从生态沟渠调蓄循环系统中抽水，经砂滤器过滤净化后，用于水肥一体化装置的水源。将农业源头减控模块与农业面源净化模块组合使用，可使果茶园总氮、总磷流失负荷分别较未使用前降低46%和38%。
河道沿线设置地表径流生态净化装置，采用生态截流沟、水力旋流器和生物降解模块的组合，用于截留净化两侧硬质路面的初期雨水径流，长度约1公里。生态沟渠和地表径流生态净化装置净化尾水排入河道后，使用景观生态浮床进一步去除部分污染物，河水中CODCr、氨氮、总氮和总磷浓度分别为8~13mg/L、0.1~0.6 mg/L、0.6~0.9 mg/L和0.04~0.09mg/L，总体可达到《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）III类标准。
作为设施长效运维的需要，将生活污水净化模块、农业面源净化模块和河道水质改善模块产生的各种植物收割残体，用作生物炭制备原料。植物经蒸爆预处理后，含水量降至30%以下。利用智慧管理平台，依据植物类型、数量，设置热解炉的最佳温度、反应时间和运行功率。制备的生物炭中固定碳含量达到50%，可使果茶园表层土壤对磷的持留能力较未使用前提高8 %，显著提高土壤肥力，实现了养分资源化。
以上对本发明做了详尽的描述，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种水污染净化和资源化利用系统，其特征在于：其包括
生活污水净化模块，所述生活污水净化模块包括分散型污水处理设施，所述分散型污水处理设施包括用于对生活污水进行处理的AO污水处理装置、与所述AO污水处理装置的出水管相连通的膜生物反应器；
农业源头减控模块，所述农业源头减控模块包括用于向植物根系供水和肥料的水肥一体化装置，所述分散型污水处理设施的尾水与所述水肥一体化装置相连通用于向所述水肥一体化装置供水；
农业面源净化模块，所述农业面源净化模块包括用于对地表径流进行净化的地表径流生态净化设施、与所述地表径流生态净化设施相连通的用于接纳和净化地表径流的生态沟渠调蓄循环系统，所述膜生物反应器的尾水分别与所述水肥一体化装置和所述生态沟渠调蓄循环系统相连通，所述生态沟渠调蓄循环系统与所述水肥一体化装置相连通用于向所述水肥一体化装置供水，所述农业面源净化模块还包括分别与所述生态沟渠调蓄循环系统和所述水肥一体化装置相连通的砂滤器，所述地表径流生态净化设施为种植在所述生态沟渠调蓄循环系统的地表径流汇入岸和/或所述生态沟渠调蓄循环系统的两岸的植物篱，所述植物篱的宽度为50～80cm，所述植物篱的种植密度为60～100棵/m2，所述生态沟渠调蓄循环系统包括沟渠、种植在所述沟渠底部的沉水植物，所述沉水植物的种植密度为40～60株/m2；
河道水质改善模块，所述生态沟渠调蓄循环系统的尾水与所述河道水质改善模块相连通；所述河道水质改善模块包括用于对地表径流进行收集和净化的地表径流生态净化装置、设置在河道内的景观生态浮床，所述地表径流生态净化装置的尾水、所述生活污水净化模块的尾水以及所述农业面源净化模块的尾水分别排入所述河道；
植物残体资源化模块，所述植物残体资源化模块用于将所述农业面源净化模块、所述河道水质改善模块中收割的植物制备成生物炭以用作土壤改良剂；
以及智慧管理平台，所述智慧管理平台分别与所述生活污水净化模块、所述水肥一体化装置、所述植物残体资源化模块相连接以控制所述生活污水净化模块、所述水肥一体化装置、所述植物残体资源化模块的运行；
其中，所述生活污水净化模块还包括用于对生活污水进行处理的集中式污水处理厂、与所述集中式污水处理厂相连通用于对所述集中式污水处理厂的尾水进行处理的景观复合型人工湿地，所述景观复合型人工湿地包括与所述集中式污水处理厂相连通的潜流湿地、与所述潜流湿地相连通的表面流湿地、种植在所述潜流湿地和所述表面流湿地上的植物，所述表面流湿地的尾水与所述河道水质改善模块相连通，所述景观复合型人工湿地中种植的植物为维管束类植物。
2.根据权利要求1所述的水污染净化和资源化利用系统，其特征在于：所述生活污水净化模块还包括污泥干化池以及种植在所述污泥干化池中的水生植物。
3.根据权利要求1所述的水污染净化和资源化利用系统，其特征在于：所述水肥一体化装置包括能够插入至植物根系附近的用于给植物供给肥料和水的水肥一体化设备、插入至土壤中且位于植物根系附近的温度计和湿度计、雨量监测仪，所述智慧管理平台分别与所述水肥一体化设备、所述温度计、所述湿度计和所述雨量监测仪相连接并通过所述温度计、所述湿度计和所述雨量监测仪反馈的数据控制所述水肥一体化设备工作。
4.根据权利要求1所述的水污染净化和资源化利用系统，其特征在于：所述农业源头减控模块还包括用于迷向或诱捕害虫的绿色防控设备。
5.根据权利要求1所述的水污染净化和资源化利用系统，其特征在于：将所述收割的植物制备成生物炭的方法为先利用蒸爆技术对植物进行预处理，然后利用热解技术制备所述生物炭。
6.一种如权利要求1至5中任一项所述的水污染净化和资源化利用系统在山地岛屿中的应用。
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