生态农庄污废水循环处理利用系统的构建方法与实践

李华斌，徐玲娥，盛晟，金熠

(中国电建集团 华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 311122)

生态农庄是指以绿色、生态、环保为目标，以资源有效利用为载体，以科技创新为支撑，以市场化运作为手段，集农业生产深加工与观光旅游为一体的集约化农业公司[1]，也是种植、养殖、加工等综合性农业技术充分发挥作用的场所[2]。生态农庄以循环经济的基本理论为基础，遵循减量化(Reduce)、再利用(Reuse)、资源化(Resycle)的“3R”原则，走良性生态农业循环发展之路[3]。

生态农庄在生产和经营过程中会产生大量的固体废弃物和污废水。目前，生态农庄常用的循环农业路线一般都是用沼气池对固体废弃物进行处理，如将作物秸秆、畜禽粪便、加工废物、厨余垃圾等进行综合利用，打造资源循环利用体系[1,4-6]。生态农庄在经营中普遍存在水资源浪费、污水未处理、污水回用率偏低即外排等问题[7]，排水水质通常较差，多为 Ⅴ 类和劣Ⅴ类[8]。对于生态农庄污废水，主要集中在现状调查、处理方式等方面的研究，而对生态农庄污废水回用方面的研究较少，少数此类研究和应用也较为零碎、不系统。如将农庄的洗浴废水通过净化后用于浇灌或作为景观用水，粪便污水通过沼气池发酵处理后作为肥料[9]。也有研究提出建立中水回用系统的设想，充分利用雨水和生活污水等资源，将农庄产生的污水和雨水通过处理后回用，达到水资源在农庄系统内循环利用的目的[10]，但并未开展具体设计和应用。

中国人均水资源短缺，仅为世界平均水平的28%。2017年农业用水占全国用水总量的62.3%[11]。我国的农业面源污染是水体污染的主要原因，其贡献超过工业和城市生活点源污染[12-13]。生态农业是21世纪中国农业发展的基本方向，生态农庄是生态农业的基石[2]。因此，构建生态农庄污废水循环处理利用系统，对我国农业的节水工作和面源污染治理，具有良好的示范作用。

1 构建方法

1.1 构建生态农庄污废水循环处理利用系统的需求基础

生态农庄的主要用水需求一般有生活用水、生产用水以及生态景观用水。一方面，生态农庄的生产、生活以及生态景观都需要大量的水资源，农业生产也需要施用大量的有机质、氮、磷等营养物质；另一方面，生态农庄排放的各种污废水中含有大量的有机质、氮、磷等污染物。污废水外排既浪费了农作物所需的营养物质，又可能对外部水体造成污染。

因此，将生态农庄的各种污废水适当处理后进行循环利用，可同时解决污废水排放问题，满足农业生产用水和生态景观用水需求；既可充分利用资源，又可减少污染，是一项既经济又生态的解决方案。

1.2 生态农庄污废水类型及特征

根据污废水来源，生态农庄的污废水主要有3种类型：生活污水、养殖废水和农田排水。

生活污水主要包括餐厨、洗涤和排泄等污水，含有各种食物残渣、蛋白质、油脂、洗涤剂、消毒剂等，主要污染指标有化学需氧量、氨氮、生化需氧量、总磷和阴离子表面活性剂等。养殖废水主要来自畜禽排泄物及养殖场地清洗废水，主要污染指标有化学需氧量、氨氮、总磷等。农田排水主要污染物来自于农田退水中携带的肥料、农药等成分，污染指标有总氮、氨氮、总磷、化学需氧量等。

1.3 系统构建的目标

生态农庄污废水循环处理利用系统构建的目标是要实现资源消耗减量化、价值再利用和废弃物质再循环，实现水资源从“供水—用水—排水”的单向代谢系统向“供水—用水—排水—处理回用”的闭环式循环系统转变。

1.4 系统构建技术方案

生态农庄一般包含有生活区、养殖区、农田区、景观水体等组成部分，在上述组成基础上构建生态农庄污废水循环处理利用系统。系统包括4个子系统：引水子系统、生活污水处理子系统、养殖废水处理子系统、农田排灌子系统。

引水子系统：包括泵站、引水渠、输水管道、净水设施、蓄水池等，将外部水源引入生活区、养殖区、农田区、景观水体等用水区域。

生活污水处理子系统：包括污水管网、化粪池、人工湿地等，用于生活污水的净化。

养殖废水处理子系统：包括污水管网、格栅、厌氧池、好氧池和人工湿地、曝气设施等，用于养殖废水的净化。

农田排灌子系统：包括节水灌溉子系统和农田排水净化子系统2部分，其中节水灌溉子系统包括喷灌、滴灌等技术设施，用于农业生产灌溉；农田排水净化子系统包括生态沟渠和生态塘等，用于农田排水的净化和处理。

生态农庄污废水循环处理利用系统总体流程如图1。根据生态农庄实际用水区块，设置引水子系统，根据需要将水源分别引入生活区、养殖区、农田区和景观水体等，分别作为生活用水、养殖用水、灌溉用水、生态及景观用水。针对生活污水、养殖废水和农田排水等3种污水类型，设置生活污水处理子系统、养殖废水处理子系统和农田灌排子系统等3个平行子系统。生活污水处理子系统和养殖废水处理子系统分别处理生活污水和养殖废水后，将尾水统一输入农田区用作农田灌溉；农田灌溉采用喷滴灌等节水灌溉技术，提高水肥利用效率，减少农田排水；农田排水经农田排水净化子系统处理后，非洪水情况下进入生态塘，若发生洪水则外排下游水系。景观水体排水在非洪水情况下进入生态塘，若发生洪水则外排下游水系。生态塘中的水一般情况下可根据需要作为灌溉用水回用，若发生洪水则外排下游水系。

图1 生态农庄污废水循环处理利用系统的总体流程

2 实践案例

柘溪山村位于建德市，原为一个山区小自然村。柘溪山有农田近20 hm2、山坡地近35 hm2、山林近135 hm2、小水库1座。根据脱贫下山政策，该村农民整体迁移。某公司通过土地流转，利用该村土地建设生态农庄，主要产业包括果蔬种植、畜禽养殖和休闲旅游等。

在生态农庄前期规划设计中，建设单位积极引入循环经济理念，设计并实施了污废水循环处理利用系统。农庄的生产、生活和景观用水引自小水库。生产生活过程中产生的生活污水和养殖废水利用污水管网收集，经化粪池、人工湿地等设施初步处理后，与经过生态沟渠初步净化后的农田排水一并暂蓄在生态塘中，作为农业灌溉水源。农田果蔬生产采用喷滴灌技术，提高水资源利用率，节约用水，减少农田排水。同时，根据“以种定养”的原则，合理确定养殖规模，避免出现养殖废水无法全部消纳利用的情况。

经过近一年时间的运行，除洪水期将雨水直接排至下游水系外，其余时段基本实现了污废水零排放。同时，将初步净化处理后的污废水用于农业灌溉，减少了化肥施用量，也减少了灌溉所需的外部水源。实践证明，生态农庄污废水循环处理利用系统具有良好的生态效益、经济效益和社会效益。

3 问题与建议

“以种定养”是本系统正常运行的前提之一。在规划设计中，应根据农庄的种植规模、种类，计算灌溉需水量和氮磷等主要营养物质的需求量，以此推算养殖规模和种类，并适当留有余地。

未经处理的生活污水、养殖废水中含有大量的有害生物，不可直接用于灌溉，必须通过发酵等措施灭活后方可作为灌溉用水。初步净化处理后的污废水暂蓄在生态塘中，生态塘应具有一定的调蓄能力。应根据污废水的排放量，结合作物灌溉频次和单次灌溉量，计算生态塘规模，并适当留有余地。

生活污水处理子系统、养殖废水处理子系统和农田排灌子系统不必完全分开，可根据农庄实际情况将部分处理设施予以合并，以减少工程投资、简化运行管理。如生活污水和养殖废水可使用同一套人工湿地进行净化处理。