1 生態工程介紹

1.1 生態工程

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

1.2 生態工程原理

生態工程涉及生態學、生物學、工程學、環境科學、經濟和社會等領域,原理眾多。我國學者(馬世駿1986、顏京松1986、Ma&Yan1989,Yanetal1992)在系統生態學理論的基礎上,對生態工程的原理作了精辟論述和提煉。把生態工程原理總結為整體、協調、自生、再生循環等基本原理。孫鐵珩,周啟星等[2]提出污水生態工程是指運用生態學原理,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 主要生態工程污水處理技術

2.1 污水土地處理系統

污水土地處理系統是一種污水處理的生態工程技術,其原理是通過農田、林地、葦地等土壤--植物系統的生物、化學、物理等固定與降解,對污水中的污染物實現凈化并對污水及氮、磷等資源加以利用[3]。根據處理目標、處理對象的不同,將污水土地處理系統分為慢速滲濾(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]。

土地處理系統造價低,處理效果佳,其工程造價及運行費用僅為傳統工藝的10%~50%。其中污水濕地生態處理系統又稱人工濕地,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等營養物得到利用。整個系統呈自然式良性循環,構成了具有自適應、自凈化能力的水陸生態系統。該系統管理簡單,穩定后幾乎不需要人的參與,物耗、能耗低,效率高。生態系統中的植物群體不需要另行施肥與灌溉,還兼有美化環境的功能,這種生態凈化方法實現了水環境可持續發展[5]。

以人工濕地處理系統為例,土地生態處理系統對污水的凈化機理如下:系統中的填料(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 污水生態塘處理系統

生態塘系統是以太陽能為初始能源,通過在塘中種植水生作物,進行水產和水禽養殖,建立人工生態系統,,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]。有機物質在生態塘處理系統中得到降解,釋放出的營養物進入了復雜的食物鏈中,產生的水生作物、水產都可以被收獲。生態塘處理系統能夠有效地處理生活污水及一些有機工業廢水,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、運行管理簡單的優點。但該系統占地面積大、易出現短流、溫度較高時易散發臭氣和孳生蚊蟲、對氮磷的去除效果不穩定。近年來,我國生態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、水產養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系統和良好的內部良性循環系統。

2.3 蚯蚓微生物濾池系統

蚯蚓生態濾池是濾床中建立的人工生態系統,由濾床填料、蚯蚓及布水系統等組成。系統利用蚯蚓和微生物的協同作用對污水中含有的各種形態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循環。

3 生態污水新型處理技術

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(the underground capillary seepage system,UCSS)[11]。地下毛細滲濾系統(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土地凈化污水處理系統占地面積和運行費用問題,還可回收污水和營養物質(包括氮、磷和鉀)用于植物生長。

活機器(living machine)系統是加拿大出生的海洋生物學家約翰·托德(John Todd)發明的,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系統,將水產養殖與人工濕地結合起來并封閉在溫室里,以創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、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。根據國情,我國的污水治理必須走生態處理技術的道路[13]。 
　　 
參考文獻

[1]欽佩,安樹青,顏京松.生態工程學.南京大學出版社[M],1997. 
[2]孫鐵珩,周啟星,張凱松.污水生態處理技術體系及應用[J].水資源保護,2002,3:6-9. 
[3]錢文敏,陸軼峰,普紅平,張斌.分散生活污水的土地處理綜析[J].云南環境科學.2005,24(4):40-43. 
[4]楊文濤,劉春平,文紅艷.淺談污水土地處理系統[J].土壤通報,2007,38(2):394-397. 
[5]程璞,李多松,張雁秋.城市小區分散式生態污水處理[J].能源環境保護.2004,18(6):4-10. 
[6]鄭潔敏,牛天新,宋亮.污水生態處理技術概述[J]. 杭州農業科技, 2008 (2):26-28. 
[7]黃梅,李小兵.我國生態塘污水處理工藝的研究與應用[J].企業技術開發.2004,23(12):19-21. 
[8]種云霄,胡洪營,錢易.大型水生植物在水污染治理中的應用研究進展[J].環境污染治理技術與設備.2003,(4):36-40. 
[9]朱繼紅,宋碧玉,王啟中,鄒鵬,劉琳.新型污水生態工程處理技術[J].污染防治技術.2003,16(4):107-110. 
[10]楊鍵,楊健,婁山杰.一種新型環境友好污水處理工藝--蚯蚓生態濾池[J].國資源綜合利用.2008,26(1):16-19. [11]SUN Tieheng,HE Yaowu,OU Ziqing ,et al. Treatment of Domistic Wastewater by an Undergrouder Capillary Seepage System[J].Ecological Engineering,1998,11:111-119. 
[12]田魁祥,李惠英,李偉強,孫朋建,貢月玲. 城市生活污水微型生態處理工程及再生水農業利用研究[J].農業系統科學與綜合研究.2001,17(4):276-278. 
[13]孫鐵珩.污水生態處理技術體系及發展趨勢[J].水土保持研究,2004,11(3):1-3.來源：谷騰水網