1 生態(tài)工程介紹

1.1 生態(tài)工程

生態(tài)工程以復雜的社會——經(jīng)濟——自然復合生態(tài)系統(tǒng)為對象,遵循應用生態(tài)系統(tǒng)中物種共生、物質再生循環(huán)及結構與功能協(xié)調等原則,以整體調控為手段,以人與自然的協(xié)調關系為基礎,以高效和諧為方向,為人類社會及自然環(huán)境雙受益和資源環(huán)境可持續(xù)發(fā)展設計的具有物質多層分級利用、良性循環(huán)的生產(chǎn)工藝體系。以期同步取得生態(tài)環(huán)境效益、經(jīng)濟效益和社會效益[1]。

1.2 生態(tài)工程原理

生態(tài)工程涉及生態(tài)學、生物學、工程學、環(huán)境科學、經(jīng)濟和社會等領域,原理眾多。我國學者(馬世駿1986、顏京松1986、Ma&Yan1989,Yanetal1992)在系統(tǒng)生態(tài)學理論的基礎上,對生態(tài)工程的原理作了精辟論述和提煉。把生態(tài)工程原理總結為整體、協(xié)調、自生、再生循環(huán)等基本原理。孫鐵珩,周啟星等[2]提出污水生態(tài)工程是指運用生態(tài)學原理,采用工程學手段,把污水有控制地投配到土地上,利用土壤-植物-微生物復合系統(tǒng)的物理、化學等特征對污水中的水、肥資源加以回收利用,對污水中可降解污染物進行凈化的工藝技術,是污水治理與水資源利用相結合的方法。

2 主要生態(tài)工程污水處理技術

2.1 污水土地處理系統(tǒng)

污水土地處理系統(tǒng)是一種污水處理的生態(tài)工程技術,其原理是通過農(nóng)田、林地、葦?shù)氐韧寥?-植物系統(tǒng)的生物、化學、物理等固定與降解,對污水中的污染物實現(xiàn)凈化并對污水及氮、磷等資源加以利用[3]。根據(jù)處理目標、處理對象的不同,將污水土地處理系統(tǒng)分為慢速滲濾(SR)、快速滲濾(RI)、地表漫流(OF)、濕地處理(WL)和地下滲濾(UG)五種主要工藝類型[4]。

土地處理系統(tǒng)造價低,處理效果佳,其工程造價及運行費用僅為傳統(tǒng)工藝的10%~50%。其中污水濕地生態(tài)處理系統(tǒng)又稱人工濕地,目前研究最為深入、應用最廣泛。通過人工濕地生態(tài)工程進行水污染控制不僅可以使污水中的水得以再生利用,還能使污水中的有機物、N、P、K等營養(yǎng)物得到利用。整個系統(tǒng)呈自然式良性循環(huán),構成了具有自適應、自凈化能力的水陸生態(tài)系統(tǒng)。該系統(tǒng)管理簡單,穩(wěn)定后幾乎不需要人的參與,物耗、能耗低,效率高。生態(tài)系統(tǒng)中的植物群體不需要另行施肥與灌溉,還兼有美化環(huán)境的功能,這種生態(tài)凈化方法實現(xiàn)了水環(huán)境可持續(xù)發(fā)展[5]。

以人工濕地處理系統(tǒng)為例,土地生態(tài)處理系統(tǒng)對污水的凈化機理如下:系統(tǒng)中的填料(介質)具有巨大的比表面積,易形成生物膜,污水流經(jīng)顆粒表面時,其中的污染物質通過沉淀、過濾、吸附作用被截留[6]。

2.2 污水生態(tài)塘處理系統(tǒng)

生態(tài)塘系統(tǒng)是以太陽能為初始能源,通過在塘中種植水生作物,進行水產(chǎn)和水禽養(yǎng)殖,建立人工生態(tài)系統(tǒng),,通過天然的生化自凈作用,在自然條件下完成污水的生物處理[7]。有機物質在生態(tài)塘處理系統(tǒng)中得到降解,釋放出的營養(yǎng)物進入了復雜的食物鏈中,產(chǎn)生的水生作物、水產(chǎn)都可以被收獲。生態(tài)塘處理系統(tǒng)能夠有效地處理生活污水及一些有機工業(yè)廢水,對有機物和病原體有很好的去除效果,具有投資少、運行費用低、運行管理簡單的優(yōu)點。但該系統(tǒng)占地面積大、易出現(xiàn)短流、溫度較高時易散發(fā)臭氣和孳生蚊蟲、對氮磷的去除效果不穩(wěn)定。近年來,我國生態(tài)塘污水處理工藝研究側重在兩個方面[8]:篩選、培育高效水生凈化植物;組合曝氣、水生植物、水產(chǎn)養(yǎng)殖多個生物處理單元的綜合功能,營建生化一體化水生動植物復合生態(tài)體系,是污水處理與資源利用的完美結合,構建了一個完整的生態(tài)系統(tǒng)和良好的內(nèi)部良性循環(huán)系統(tǒng)。

2.3 蚯蚓微生物濾池系統(tǒng)

蚯蚓生態(tài)濾池是濾床中建立的人工生態(tài)系統(tǒng),由濾床填料、蚯蚓及布水系統(tǒng)等組成。系統(tǒng)利用蚯蚓和微生物的協(xié)同作用對污水中含有的各種形態(tài)污染物質進行處理和轉化。蚯蚓可對污水和污泥進行吸收和分解,清掃濾床,防止堵塞[9]。蚯蚓糞便可以濾除污染物,提高處理效率。蚯蚓的存在可作為家禽飼料。污水中的生物膜污泥微生物通過食物鏈最終被有效地轉化為蚯蚓的增長及其排泄物,而蚯蚓的機體及其排泄物又可成為他微生物的分解利用對象,從而進行新一輪的生態(tài)循環(huán)。

3 生態(tài)污水新型處理技術

如利用土壤毛細管浸潤擴散原理,研制成功的地下毛細滲濾系統(tǒng)(the underground capillary seepage system,UCSS)[11]。地下毛細滲濾系統(tǒng)(UCSS)的中心部分是地下毛細滲濾槽,它通過土壤過濾和微生物降解來去除污水中的污染物。在一定程度上解決了常規(guī)土地凈化污水處理系統(tǒng)占地面積和運行費用問題,還可回收污水和營養(yǎng)物質(包括氮、磷和鉀)用于植物生長。

活機器(living machine)系統(tǒng)是加拿大出生的海洋生物學家約翰·托德(John Todd)發(fā)明的,是利用太陽能以及利用由多種多樣直接或間接從太陽獲得能量的生物組成生態(tài)系統(tǒng),將水產(chǎn)養(yǎng)殖與人工濕地結合起來并封閉在溫室里,以創(chuàng)造一個高效的污水處理過程[12],包含了沉淀、過濾、凈化、吸收、揮發(fā)、硝化和反硝化、厭氧和好氧分解過程,在獲得高標準水質的同時避免了自然處理系統(tǒng)占地大、滯留期長、寒冷氣候處理效果欠佳等弊端。

結語

污水生態(tài)處理技術基本上不涉及化學能的投入和化學品的消耗。根據(jù)國情,我國的污水治理必須走生態(tài)處理技術的道路[13]。 
　　 
參考文獻

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