單 蓓，土 琦，常軍軍，梁 赟，陸軼峰

(1. 昆明市園林科學(xué)研究所，云南 昆明 650224；2. 云南大學(xué)生態(tài)學(xué)與環(huán)境學(xué)院，云南 昆明 650091)

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滇池流域村莊生活污水“三池”處理系統(tǒng)淺析

單 蓓1，土 琦2，常軍軍2，梁 赟2，陸軼峰2

(1. 昆明市園林科學(xué)研究所，云南 昆明 650224；2. 云南大學(xué)生態(tài)學(xué)與環(huán)境學(xué)院，云南 昆明 650091)

隨著滇池污染治理工作的深入，滇池流域村莊生活污水收集處理得到社會(huì)各方面的高度重視。在當(dāng)前農(nóng)村生活污水處理工藝中，由沉砂池-隔油池-生態(tài)凈化池構(gòu)成的“三池”處理系統(tǒng)由于投資小、污水處理成本低、易于管理、環(huán)境效益高等優(yōu)點(diǎn)，極為適應(yīng)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展和周邊環(huán)境狀況，因此在滇池流域村莊生活污水的治理中得到了廣泛的推廣運(yùn)用。以大漁村“三池”處理系統(tǒng)為例，通過與村莊生活污水其他處理工藝對(duì)比以及對(duì)“三池”處理系統(tǒng)進(jìn)行效益分析，為滇池流域村莊生活污水處理工藝的選擇提供科學(xué)依據(jù)。

滇池流域；村莊生活污水；“三池”處理系統(tǒng)；研究

0 引言

滇池位于昆明市西南，是云南省面積最大的高原湖泊，素有“高原明珠”之稱。近二三十年來，滇池富營(yíng)養(yǎng)化日趨嚴(yán)重，被國務(wù)院列為重點(diǎn)治理的“三湖三河”之一。雖然國家投入了大量資金對(duì)點(diǎn)源污染進(jìn)行治理，但對(duì)湖泊水體富營(yíng)養(yǎng)化狀況的改善收效甚微，其重要原因之一就是農(nóng)村面源污染未能得到有效控制[1, 2]。滇池流域村莊的生活污水和畜禽養(yǎng)殖污水未經(jīng)處理直接排入流經(jīng)村莊的河道和溝渠，致使大量氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入滇池。隨著農(nóng)村的發(fā)展和居民生活水平的提高，作為流域最主要的面源污染源的村莊生活污水越來越成為滇池流域治理的重點(diǎn)、難點(diǎn)和熱點(diǎn)，也是滇池污染治理過程必須面對(duì)和解決的問題。村莊生活污水治理一方面可以解決滇池流域村莊水污染問題，改善和美化村莊環(huán)境，提高村民的生活質(zhì)量，另一方面能大幅度削減村莊生活污水進(jìn)入滇池的負(fù)荷，達(dá)到從源頭上保護(hù)滇池的目的。

目前國內(nèi)常用的村莊污水處理技術(shù)包括厭氧沼氣池處理技術(shù)、穩(wěn)定塘處理技術(shù)、人工濕地處理技術(shù)、土壤滲濾處理系統(tǒng)以及生物濾池技術(shù)等[3-6]。村莊經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)薄弱，治污技術(shù)匱乏，專業(yè)管理人員不足，管理水平低。尊重農(nóng)村建設(shè)的客觀規(guī)律，以滿足農(nóng)村的實(shí)際發(fā)展和農(nóng)民的需要為前提，選擇適宜于村莊污水處理的工藝十分重要[7]。

2011年7月，在一湖(滇池)兩江(盤龍江、牛欄江)流域水環(huán)境綜合治理會(huì)議上，昆明市委、市政府針對(duì)目前滇池流域村莊生活污水的特點(diǎn)，選用造價(jià)低、維護(hù)簡(jiǎn)單、易管理的“三池”系統(tǒng)，并大力推進(jìn)其在滇池流域的建設(shè)。截止2011年底，687個(gè)村莊已完成了183個(gè)“三池”建設(shè)[8]?！叭亍奔聪噙B的沉砂池、隔油池和生態(tài)凈化池(包括植物凈化池、生態(tài)溝渠、植物穩(wěn)定塘等，可根據(jù)不同的需要進(jìn)行選擇)，依次對(duì)流入的污染物進(jìn)行凈化，最終排入農(nóng)灌溝渠加以回用，并確保無污水直接進(jìn)入河道。

1 “三池”系統(tǒng)的建設(shè)——以大漁村為例

1.1 設(shè)計(jì)規(guī)模和標(biāo)準(zhǔn)

大漁村隸屬于呈貢縣大漁鄉(xiāng)，地處大漁鄉(xiāng)西南邊?，F(xiàn)有居民938戶，人口2 074人，參考《云南省地方標(biāo)準(zhǔn)用水定額》以及近年來滇池流域村莊污水收集處理工程實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，最終確定人均綜合生活污水日排放量為50 L/d，因此整個(gè)村污水量為103.7 m3/d。集水溝渠是雨污合流制，初期雨水進(jìn)入處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，后期雨水溢流進(jìn)入農(nóng)灌溝渠進(jìn)行直接回用，整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)模為150 m3/d。工程總投資約15.5萬元，占地面積1564 m2。出水水質(zhì)執(zhí)行《GB18918-2002城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)B標(biāo)準(zhǔn)，具體設(shè)計(jì)水質(zhì)見表1。

表1 大漁村“三池”系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì) (mg/L)

1.2 工藝流程設(shè)計(jì)及其簡(jiǎn)述

根據(jù)大漁村的土地利用情況與排水系統(tǒng)現(xiàn)狀，采用隔油沉砂池+生態(tài)溝+植物穩(wěn)定塘的“三池”處理系統(tǒng)。主要包含四個(gè)組分：溢流堰，隔油沉砂池，生態(tài)溝，植物穩(wěn)定塘。處理工藝流程如圖1所示。

① 溢流堰

設(shè)計(jì)在進(jìn)水口下方0.8 m處，用混凝土澆筑或用磚塊砌成，溢流堰頂標(biāo)高為-0.7 m。由于集水溝渠是明渠，難免有生活垃圾和作物秸稈進(jìn)入溝渠，需在進(jìn)水口上游2 m處安置格柵，防止垃圾堵塞進(jìn)水口和進(jìn)入三池系統(tǒng)。格柵規(guī)格1.0×0.6 m，柵條間距30 mm。

② 隔油沉砂池

設(shè)計(jì)并聯(lián)的2個(gè)隔油沉砂池。隔油沉砂池參考國標(biāo)圖集04S519中的GG-2S型隔油池，進(jìn)水管設(shè)置在隔油沉砂池的邊角處，進(jìn)出水管選用PVC管，管徑DN300 mm，進(jìn)水管標(biāo)高-0.55 m；出水管設(shè)于進(jìn)水口的對(duì)角處，出水管標(biāo)高-1.20 m。Ⅰ號(hào)隔油沉砂池規(guī)格5.0×4.0×1.5 m，240磚混結(jié)構(gòu)。Ⅱ號(hào)隔油沉砂池規(guī)格5.0×5.0×1.5 m，磚混結(jié)構(gòu)。2個(gè)處理池共占地45 m2，總體積67.5 m3，有效容積50 m3。

③ 折流式生態(tài)溝

污水從隔油沉砂池中自流流入生態(tài)溝，生態(tài)溝溝底寬3.0 m，溝面寬5.0 m，設(shè)計(jì)水深0.5 m，總深1.0 m，為一等腰梯形。生態(tài)溝全長(zhǎng)85.0 m，為了節(jié)約土地和便于施工，把生態(tài)溝設(shè)計(jì)成迂回的折型。生態(tài)溝占地510.0 m2，總體積360.0 m3，有效容積148.8 m3，水力停留時(shí)間為20 h。生態(tài)溝溝埂上種植黑麥草、美人蕉和濕生喬木等。

④ 植物穩(wěn)定塘

植物穩(wěn)定塘規(guī)格為30.0×20.0×1.0 m，面積600.0 m2，植物塘中心區(qū)域?yàn)槿齻€(gè)并列的深水區(qū)，其規(guī)格分別為15.0×4.0×2.0 m，15.0×6.0×2.5 m，15.0×4.0×2.0 m，三深水區(qū)間距3 m。周圍為1 m深的淺水區(qū)。淺水區(qū)、深水區(qū)的實(shí)際水深分別設(shè)計(jì)為0.5 m、1.5 m、2.0 m。交替的深淺區(qū)是為了營(yíng)造出更利于各類生物生存的多樣化生境。穩(wěn)定塘有效容積為534 m3，出水管管心標(biāo)高-1.15 m。在植物選擇方面，根據(jù)植物的休眠和死亡情況，合理選擇配置植物。在淺水區(qū)、深水區(qū)種植荷、棱、豆瓣菜、浮萍等漂浮植物，但應(yīng)注意其收獲管理和定期收獲；深水區(qū)種植金魚藻、黑藻、菹草等沉水植物；近岸區(qū)域可種植風(fēng)車草、旱傘草、鳶尾等挺水植物以及芋頭、慈姑、茭白等具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的水生植物。

⑤ 圍欄

為了防止人畜干擾，在系統(tǒng)外圍建設(shè)一圈金屬圍欄，金屬網(wǎng)為160×1.8 m。在入水口對(duì)應(yīng)位置設(shè)置一道門，規(guī)格1.8×1.5 m。

1.3 核心單元的解析

①生態(tài)溝

生態(tài)溝渠可通過植物及溝渠中附著的大量藻類和微生物降解和吸收污染物質(zhì)，同時(shí)增加污水中溶解氧的含量，為后續(xù)處理步驟創(chuàng)造良好的條件[9-11]。折流式生態(tài)溝可充分利用土地，減少占地面積和工程量。溝埂底角設(shè)計(jì)為45°梯形，既解決垂直溝埂易塌方的問題，又增加了埂表面濕生植物的種植面積。

②植物穩(wěn)定塘

作為一種利用天然凈化能力的生物處理構(gòu)筑物，植物穩(wěn)定塘主要利用菌藻的共同作用分解吸收污水中的各類污染物[12-13]。其作為“三池”處理系統(tǒng)的主體工藝，具備以下優(yōu)勢(shì)：可充分利用地形，工程簡(jiǎn)易，基建投資省；管理簡(jiǎn)單，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)低，處理效果穩(wěn)定；底泥清淤所需周期長(zhǎng)；穩(wěn)定塘中可以種植茭白、慈菇、藕等經(jīng)濟(jì)作物，同時(shí)放養(yǎng)田螺、鰱魚、鳙魚、鯉魚、鯽魚等水生生物，形成良好的水生生態(tài)系統(tǒng)，濾池性魚類的存在還可抑制藻類的過度生長(zhǎng)，同時(shí)可獲得一定的經(jīng)濟(jì)收入。

③生態(tài)溝和穩(wěn)定塘生態(tài)系統(tǒng)的建立

在生態(tài)溝渠和穩(wěn)定塘周邊和淺水區(qū)域種植挺水植物，在深水區(qū)域種植沉水植物和漂浮植物。在選擇和配置方面，應(yīng)選擇生命力強(qiáng)、生物量大、生命周期短、納污能力強(qiáng)、便于收獲及具有一定美學(xué)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值的植物；采用多種植物進(jìn)行搭配，不僅可在視覺上進(jìn)行相互襯托，提高物種多樣性，充分應(yīng)用不同植物的生長(zhǎng)周期，構(gòu)建更為健康的生態(tài)系統(tǒng)，而且可使污水處理的能力得到增強(qiáng)[14]。同時(shí)投放的水生動(dòng)物也是該水生生態(tài)系統(tǒng)中的重要組成部分。

1.4 運(yùn)行效果

對(duì)大漁村“三池”污水處理系統(tǒng)進(jìn)行采樣檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果顯示其對(duì)COD、NH3-N、TP的去除效率分別達(dá)到68.8%、71.7%和81.3%，表明該處理系統(tǒng)對(duì)污染物的削減效果明顯，對(duì)村莊污水的凈化能力顯著。

2 “三池”處理系統(tǒng)和其他村莊污水處理工藝的比較

2.1 一體化設(shè)備

一體化設(shè)備主體工藝采用生物膜法，通常由調(diào)節(jié)池、酸化池、生化池、過濾池和消毒池五部分組成[15]。一體化設(shè)備的污泥產(chǎn)量較少，過濾池中的污泥可以回流到酸化池中，具有流程緊湊、污水處理效率高、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)；但其價(jià)格相對(duì)較高，處理水量小，因此不太適宜用于該流域村莊污水的處理。

2.2 土壤滲濾

土壤滲濾利用土壤毛細(xì)血管浸潤(rùn)擴(kuò)散原理，在滲濾過程中利用存在于土壤各種微環(huán)境中的不同功能微生物對(duì)污染物進(jìn)行降解和凈化[16, 17]，具有基建及運(yùn)行管理費(fèi)用低、運(yùn)行管理簡(jiǎn)單、氮磷去除能力強(qiáng)、處理水質(zhì)好、可用于污水回用等特點(diǎn)。但容易發(fā)生土壤堵塞導(dǎo)致系統(tǒng)散失處理功能，對(duì)地面景觀和衛(wèi)生環(huán)境也有一定影響，還有可能污染地下水。

2.3 人工濕地

人工濕地指模擬自然濕地，人工設(shè)計(jì)建造的由填料、植物、動(dòng)物、微生物等組成的統(tǒng)一體，利用濕地生態(tài)系統(tǒng)中物理、化學(xué)和生物的共同作用來實(shí)現(xiàn)對(duì)污水的凈化作用。人工濕地操作管理簡(jiǎn)單、運(yùn)行費(fèi)用低、投資少、具有一定的美學(xué)價(jià)值，可充分利用農(nóng)村地區(qū)現(xiàn)有的荒地、洼地、沼澤地來進(jìn)行修建，已得到較為廣泛的應(yīng)用[18]。但人工濕地占地面積較大，易受氣候條件的影響，隨著運(yùn)行，污水中懸浮物被截留下來，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不斷積累，植物腐爛，加上農(nóng)村技術(shù)管理的欠缺，更容易產(chǎn)生淤積阻塞現(xiàn)象，導(dǎo)致濕地水流不暢，最終可能導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰[19]。

2.4 小結(jié)

“三池”處理系統(tǒng)與上述三種村莊污水處理工藝相比，易于建設(shè)、便于維護(hù)、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低，適合在滇池流域村莊進(jìn)行推廣。

3 “三池”處理系統(tǒng)效益分析

3.1 環(huán)境效益分析

環(huán)境效益是“三池”處理系統(tǒng)最主要的效益。自“三池”處理系統(tǒng)運(yùn)行后，村莊產(chǎn)生的生活污水得到有效的收集處理，由進(jìn)水濃度×去除率×水量得到COD、氨氮、TP的年削減量分別為18.4 t、2.2 t和0.28 t。從源頭上削減了滇池流域的村落生活污染，減少了入湖污染量，大大減輕了“污灌”現(xiàn)象，保護(hù)了耕地和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)改善了村莊的環(huán)境衛(wèi)生狀況，提高了村莊生態(tài)文明水平。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益分析

“三池”處理系統(tǒng)的運(yùn)用，一方面可以實(shí)現(xiàn)生活污水的資源化利用，經(jīng)過三池處理后的水可作為農(nóng)田灌溉用水、景觀用水等，提高水的利用率，減少化肥和清潔水的使用。另一方面，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，可以降低滇池水質(zhì)下降所造成的經(jīng)濟(jì)損失，并改善周圍村民的生活衛(wèi)生條件，由此增強(qiáng)居民的身體健康水平，減少周圍居民的醫(yī)療衛(wèi)生支出。

此外，“三池”處理系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)后，將促使滇池流域村莊周邊生態(tài)環(huán)境得到顯著改善，提高村莊形象，吸引更多外來投資，促進(jìn)滇池流域村莊經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

3.3 社會(huì)效益分析

“三池”處理系統(tǒng)工程將村莊生活污水作集中處理，通過污水處理工程措施的整體性發(fā)揮工程社會(huì)效益。工程體現(xiàn)了因地制宜、經(jīng)濟(jì)合理的原則，而且整改后發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)，不影響農(nóng)民現(xiàn)有創(chuàng)收水平。村莊生活污水通過三池凈化，使得村民居住環(huán)境得以優(yōu)化，相當(dāng)于開展了農(nóng)村環(huán)境宣傳教育，逐步營(yíng)造了良好的環(huán)境氛圍。

村莊環(huán)境改善，減少了居民疾病的發(fā)病率，有益于提高公共衛(wèi)生健康狀況及其他生活質(zhì)量。通過村莊水環(huán)境綜合整治，普及了科技知識(shí)，提高了村民的科學(xué)技術(shù)應(yīng)用水平，增強(qiáng)了村民的環(huán)保意識(shí)、生態(tài)意識(shí)，養(yǎng)成了文明健康的生產(chǎn)、生活方式，對(duì)推動(dòng)社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)具有積極的意義和典型的示范作用。

4 結(jié)語

“三池”處理系統(tǒng)是根據(jù)昆明市村莊生活污水和村莊發(fā)展特點(diǎn)，有針對(duì)性地進(jìn)行設(shè)計(jì)的一種污水處理工藝。具有前期資金投入少、運(yùn)行成本少、后期人工維護(hù)簡(jiǎn)單、占地面積少且可因地制宜，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)修改的特點(diǎn)。景觀效果好，沒有噪聲污染，污水治理效果能達(dá)到《GB18918-2002城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)，適用于滇池流域農(nóng)村污水的治理工程。

[1]段永慧，張乃明.滇池流域農(nóng)村面源污染現(xiàn)狀分析[J].環(huán)境保護(hù),2003(7):28-30.

[2]Ongley, E. D., Xiaolan, Z., Tao, Y. Current status of agricultural and rural non-point source pollution assessment in China[J]. Environmental Pollution, 2010, 158(5): 1159-1168.

[3]劉超翔, 胡洪營(yíng), 黃霞, 施漢昌, 錢易.滇池流域農(nóng)村污水生態(tài)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 中國給水排水, 2003, 19(2): 93-94.

[4]劉曉璐, 牛宏斌, 閆海, 丁湛,盧鳳蘭, 馬曉毅, 楊柳青, 劉永智. 農(nóng)村生活污水生態(tài)處理工藝研究與應(yīng)用[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2013, 29(9): 184-191.

[5]Qiang, Z., Dong, H., Zhu, B., Qu, J., Nie, Y. A comparison of various rural wastewater treatment processes for the removal of endocrine-disrupting chemicals (EDCs)[J]. Chemosphere, 2013, 92(8): 986-992.

[6]Zou, J., Guo, X., Han, Y., Liu, J., Liang, H. Study of a novel vertical flow constructed wetland system with drop aeration for rural wastewater treatment[J]. Water, Air, Soil Pollution, 2012, 223(2): 889-900.

[7]曲波, 譚學(xué)軍, 顧俊, 皇甫建國,范彬.縣 (市) 域農(nóng)村污水處理設(shè)施集約化運(yùn)行管理方式與應(yīng)用[J]. 中國給水排水, 2016, 32(22):34-38.

[8]中國環(huán)保在線.http://www.hbzhan.com/news/detail/60610.html

[9]王巖, 王建國, 李偉, 薄錄吉, 楊林章. 生態(tài)溝渠對(duì)農(nóng)田排水中氮磷的去除機(jī)理初探[J]. 生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào), 2010, 26(6): 586-590.

[10]陶玲, 李谷, 李曉莉, 林玉良, 張世羊.基于固著藻類反應(yīng)器的生態(tài)溝渠構(gòu)建[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2011, 27(1):297-302.

[11]Chen, L., Liu, F., Wang, Y., Li, X., Zhang, S., Li, Y., Wu, J. Nitrogen removal in an ecological ditch receiving agricultural drainage in subtropical central China[J]. Ecological Engineering, 2015(82): 487-492.

[12]Sutherland, D. L., Turnbull, M. H., Craggs, R. J. Increased pond depth improves algal productivity and nutrient removal in wastewater treatment high rate algal ponds[J]. water research, 2014(53): 271-281.

[13]盧少勇, 張彭義, 余剛, 祝萬鵬, 向長(zhǎng)生. 農(nóng)田排灌水的穩(wěn)定塘-植物床復(fù)合系統(tǒng)處理[J]. 中國環(huán)境科學(xué), 2004, 24(5):605-609.

[14]Zhang, C. B., Wang, J., Liu, W. L., Zhu, S. X., Liu, D., Chang, S. X., Chang J.,Ge, Y. Effects of plant diversity on nutrient retention and enzyme activities in a full-scale constructed wetland[J]. Bioresource technology, 2010, 101(6): 1686-1692.

[15]黃治平, 張克強(qiáng), 沈豐菊, 馬友華, 翟中葳, 孫麗.巢湖流域農(nóng)村生活污水處理技術(shù)模式調(diào)查和分析[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2012,31(1): 179-184.

[16]閆亞男, 張列宇, 席北斗, 侯明, 夏訓(xùn)峰,熊瑛.改良化糞池/地下土壤滲濾系統(tǒng)處理農(nóng)村生活污水[J]. 中國給水排水, 2011,27(10):69-72.

[17]Dong, H. Y., Qiang, Z. M., Wang, W. D., & Jin, H. (2012). Evaluation of rural wastewater treatment processes in a county of eastern China[J]. Journal of Environmental Monitoring, 14(7): 1906-1913.

[18]Wu, H., Zhang, J., Ngo, H. H., Guo, W., Hu, Z., Liang, S., Fan J., Liu, H. A review on the sustainability of constructed wetlands for wastewater treatment: design and operation[J]. Bioresource technology, 2015(175):594-601.

[19]黃錦樓, 陳琴,許連煌.人工濕地在應(yīng)用中存在的問題及解決措施[J]. 環(huán)境科學(xué), 2013, 34(1), 401-408.

Preliminary Analysis of “Three Chambers” System for Treatment of Domestic Wastewater from Villages around the Dianchi Lake Watershed

SHAN Bei1, TU Qi2, CHANG Jun-jun2, LIANG Yun2, LU Yi-feng2

(1. Kunming Institute of Landscape Science, Kunming Yunnan 650224, China)

The collection and treatment of village domestic wastewater around the Dianchi Lake watershed have attracted great attentions of the public. At present, among the various treatment technologies, the “three chambers” system composed of grit chamber, oil separator, and ecological purifying chamber was popularized and employed widely due to its low cost of construction and wastewater treatment and simple management and high environmental benefit as well as good adaptability to local economic development and surrounding environmental conditions. Dayuvillage, a small village near Dianchi Lake, was used as an example in this paper. The application of “three chambers” system in the village was assessed through comparison with domestic wastewater treatment technologies in other villages. And a comprehensive benefit analysis of the technology was conducted as well. The purpose of this paper was to provide some scientific bases for how to choose village domestic wastewater treatment technology for the villages around Dianchi Lake.

theDianchi Lake watershed; village domestic wastewater; “Three Chambers” treatment system; study

2017-05-05

國家水體污染控制與治理重大專項(xiàng)(2012ZX07302-002-11)。

X703

A

1673-9655(2017)05-0028-04