1、污染物处理利用生态工程和生态净水措施本章纲要本章纲要1.污水处理和资源化生态工程污水处理和资源化生态工程2.固体废弃物处理生态工程固体废弃物处理生态工程3.大气污染防治生态工程大气污染防治生态工程4.土地污染治理生态工程土地污染治理生态工程第一节 污水处理和资源化生态工程?水质自然净化机理与方法?人工湿地处理系统?污水土地处理系统?污水稳定塘处理系统一、水质自然净化机理与方法一、水质自然净化机理与方法1.1.水质自然净化的机理物质在自然环境中借助各种物理、化学及生物性的输送、转化而降解。通过此自然界的反应功能，物质会在一定空间及一定时间内降低其浓度，这种作用称为自净作用。水体自净作用是指进入水
2、体中的污染物质浓度或毒性，随时间和空间的变化而自然降低的现象。而利用自净作用所发展出来的各类环境净化方法则统称为自然净化。从自然净化的发生机理上来看，可分为物理净化、化学净化和生物净化三类。物理作用：包括稀释、吸附、扩散、沉淀以及再曝气作用，其中以再曝气作用为最主要的影响因素。水流方向流方向扩散扩散推流推流污染源污染源稀释本身并不能去除污染物质。存在的两种运动形式：推流和扩散混合均匀断面混合均匀断面 化学作用：化学作用主要为污染物质的化学变化，在一般水温条件下，其化学作用并不明显，通常在扩散作用、混合作用及沉淀作用的过程的中发生氧化、还原、吸附或凝聚的现象。生物作用：有机污染物被水中的微生物分
3、解而利用，例如，藻类行光合作用或微生物分解溶解性有机物质等，使有机物最后回归成无机安定的状态。阳阳光光 一一级级生生产产者者 原原生生动动物物 轮轮虫虫、浮浮游游甲甲壳壳动动物物 鱼鱼 其其他他动动物物 异异养养细细菌菌 废废物物、排排泄泄物物 人人 自然净化作用强化方向物质转换过程的改善：水质自然净化作用的途径相当复杂，所以要选择最适当的反应机制才可加强净化处理的效果，例如，改变流况、水力停留时间及流量等；化学作用方面，如溶氧、值等；生物作用方面，包括营养盐、有机质的增加或去除等。物质反应速率的加强：选定适当反应途径后，反应速度的加强方法包括降低中间产物的累积以及对反应条件，例如温度、值、营
4、养盐、基质的调整。调整输送速度：调整物质输送速度，包括流速、水力停留时间、水流路径、营养盐或基质的溶解速度等。物质形状的改变：可利用物质物理特性的作用能够加强或是改善，例如增加附着体的孔隙。去除多余物质：去除多余物质，就是去除引发净化作用产生负面影响的物质。生态系的生成：自然净化功能的维持，可以强化生态系的恢复，例如种植植物、改善土壤性质等。但若是使用错误的方式也可能造成生态系的破坏，例如引进外来生物种造成与当地生物形成竞争的情形，使得原来物种的削减或是外来生物种的过度繁殖，所以在自然净化强化的方法中必须对物种的选择加以谨慎考察。生物菌剂：可以在水体添加特殊的微生物菌剂，增加降解菌的扩繁能力和
5、速率，提高降解效率。2.2.水质自然净化方法基于水体现状及自然净化方法的应用原理，分为：?植生处理法：包括湿地、水生植物处理、植物缓冲带、草沟和浮岛等。?土地处理法：灌溉处理、地下渗滤。?接触氧化法：包括砾间接触、填充滤材等。?稳定塘处理法二、人工湿地处理系统1.1.人工湿地系统的概念人工湿地系统（Constucted wetlandConstucted wetland），是指以工程方式构筑池深小于1.51.5 左右的池塘或沟渠并种植水生植物后，导入污水进行净化处理的技术。根据美国环境保护署出版的 人工湿地处理城市废水手册所述，人工湿地系统已有 4040 余年的应用历史。只要设计及操作得当，人
6、工湿地系统是可靠、有效的自 然净化处理系统，处理水质可达二级至三级处理的水质标准。2.人工湿地净化废水的机理人工湿地是由基质、水体、植物、动物和微生物组成的生态系统。生活在土壤中的微生物（细菌和真菌）在有机物的去除中起主要作用，湿地植物的根系将氧气带入周围的土壤，但远离根部的环境处于厌氧，形成处理环境的变化带，这就加强了人工湿地去除复杂污染物的难处理污染物的能力。大部分有机物的去除是靠土壤中的微生物，但某些污染物如重金属、硫、磷等依赖于土壤和植物的作用。?悬浮物去除污水中的悬浮物含有大量的污染物质，例如有机物、氮磷、重金属和病原菌等，因此去除悬浮物可以提高污水的去除率。悬浮物主要通过过滤、沉淀
7、、湿地介质表面的吸附及微生物生长等作用从水中去除。湿地对悬浮物的去除非常有效，悬浮固体出水值一般低于10mg/L10mg/L。为防止在进水口附近发生堵塞，进水前必须设置预处理以降低总固体浓度，一般设置沉淀池即可。?有机物的去除污水中的有机物包括包括颗粒性有机物和溶解性有机物。前者通过沉淀和过滤可迅速去除，而后者则通过植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代谢降解过程被分解而去除。微生物降解有机物又分为好氧降解和厌氧降解。好氧降解主要由好氧异氧菌控制：CH2O+O2=CO2+H2O厌氧降解由兼性厌氧菌和专性厌氧菌控制，该过程分两步进行。第一步主要产物为脂肪酸，如乙酸、乳酸、乙醇、CO2和H2。C6H1
8、2O6+2H2O=2CH3COOH+4H2+2CO2C6H12O6=2CH3CHOHCOOHC6H12O6=2CO2+2CH3CH2OH硫酸盐还原菌和产甲烷菌利用上述脂肪酸进行代谢活动。CH3COOH+H2SO4=2CO2+2H2O+H2SCH3COOH+4H2=2H2O+2CH4CO2+4H2=CH4+2H2OBOD的去除包括几个生物化学过程：好氧呼吸，厌氧消减和硫酸盐还原。?氮、磷的去除污水中的氮包括无机氮和有机氮。无机氮包括氨氮、亚硝酸盐和硝酸盐。有机氮包括尿素、氨基酸、嘌呤和嘧啶。研究表明，人工湿地处理系统对氮的去除作用包括基质的吸附、过滤、沉淀、挥发、植物的吸收和微生物硝化、反硝化作
9、用。人工湿地系统中对P P的去除主要通过下面三个方面：微生物正常的同化或植物的吸收作用；聚磷菌的过量摄P P作用；基质的物理化合作用。其中最主要的是基质对P P的吸附作用及其纳P P容量，其吸附作用与基质中Fe Fe，Al Al 和CaCa等金属离子有关，而植物吸收对P P的去除效率影响不大。?重金属去除人工湿地对重金属也有很强的去除能力。金属离子去除机理主要有：植物的吸收和富集作用、土壤胶体颗粒的吸附、悬浮颗粒的过滤和沉淀，人工湿地对污水中重金属去除是通过植物、微生物、土壤基质等组成成分共同起作用的。3.人工湿地的组成绝大多数人工湿地由五部分构成：基质，具有透水性，如土壤、砂、砾石；水体（在
10、基质表面上或下流动的水）；植物，适于在饱和水和厌氧基质中生长，如芦苇；无脊椎或脊椎动物；好氧或厌氧微生物种群。湿地系统正是在这种有一定长宽比和底面坡度的洼地中，由土壤和填料（如砾石等）混合组成的填料床，污水在床体的填料缝隙中流动或在床体表面流动，并在床体表面种植具有性能好、成活率高、抗水性强、生长周期长、美观及具有经济价值的水生植物（如芦苇、蒲草等），从而形成一个独特的动植物生态系统。植物植物是人工湿地的重要组成部分。人工湿地净化污水过程中,植物的作用可以归纳为 3 3个重要的方面:回收利用污水中可利用态的营养物质,吸附、富集重金属和一些有毒有害物质;为根区好氧微生物输送氧气;增强和维持介质的
11、水力传输。一般来说,选择湿地植物要注意几个原则：净化能力，耐污能力和抗寒、抗热能力强，对不同的污染物采用相应的植物种类；选择在本地适应性好的植物，最好是本地植物；根系发达、生物量大；抗病虫害能力强；最好有广泛用途或经济价值；易管理，综合利用价值高。不同的植物类型对不同的污染物质具有一定的针对性。对氮磷去除效果较好的湿地植物，如茭白、芦苇、水烛、灯心草。对重金属有较好的去除作用的植物是：宽叶香蒲，且对Pb、Zn、Cd 等重金属有较好的去除作用。微生物人工湿地中微生物是净化污水的“主力军”。其数量在一定程度上可反映人工湿地净化污水的能力。它们把有机质作为丰富能源，将其转化为营养物质和能量。人工湿地
12、在处理污水之前，各类微生物的数量与自然湿地基本相同。但随着污水不断进入人工湿地系统，某些微生物的数量将逐渐增加，并在一定时间内达到最大值而趋于稳定。人工湿地系统中的微生物主要去除污水中的有机质和N N，某些难降解的有机物质和有毒物质需要运用微生物的诱发变异特性，培育驯化适宜吸收和消化这些有机物质和有毒物质的优势细菌，进行降解。人工湿地中微生物的活动是湿地净化污水的最主要因素。现有研究已经发现在BOD5BOD5、COD COD 以及氮等降解的过程中微生物都发挥了重要作用。人工湿地中的优势菌种有假单胞杆菌属PseudomonasPseudomonas、产碱杆菌属Alcaligens Alcalig
13、ens 和黄杆菌属Flavobacterium Flavobacterium，均为生长快速的微生物，其体内含有降解质粒，是分解有机物的主体微生物种群。此外，对于有些难降解的有机物和有毒物须运用微生物诱导变异特性，培育驯化适宜吸收和消化这些物质的优势种，进行降解。同时，研究发现湿地中的微生物数目和种类与污水净化效果也有一定的关系。其数量越多则去除率越高。其中污水中BOD5BOD5的去除率与湿地细菌总数显著相关，氨氮的去除率与硝化细菌和反硝化细菌的数量密切相关，污水中总大肠杆菌的去除率与湿地原生动物和放线菌数量也存在显著相关性。这也从一个方面说明湿地微生物在污染物降解中起到了重要作用。基质基质,又
14、称填料,是人为设计的由不同大小的砾、沙、土颗粒等按一定厚度铺成的供植物生长、微生物附着的床体。基质是污水处理的主要场所,也是微生物的主要载体，同时又可以为水生植物提供支持载体和生长所需的营养物质，当这些营养物质通过污水流经人工湿地时,基质通过一些物理、化学途径(如吸附、吸收、过滤、沉淀、络合反应和离子交换等)来去除污水中的SSSS、N N、P P等营养物质。自由表面流系统多以土壤为基质,潜流与垂直流系统易于取材等因素。则根据不同的特征污染物选择不同的基质,并须考虑便宜、动物动物是作为人工湿地生态系统中必不可少的一部分,其在食物链与营养级的生态平衡中起到重要作用,进而对人工湿地污水处理系统的稳定
15、性作出了重要贡献。目前,关于人工湿地中动物参与污染物净化方面的研究甚少,有研究提到了蚯蚓(Drilonema)(Drilonema)能起到清洁垃圾的作用,从而减少了排泥次数。蚯蚓和沙蚕(Nereisdiversicolor)(Nereisdiversicolor)对重金属有富集作用,可以推测这些动物对污水中的重金属去除也能起一些作用。4.4.人工湿地系统的分类根据水的流动状态，将人工湿地系统分为如下类型：?自由水面系统（FWSFWS），又称表面流湿地；?潜流系统（SFSSFS），又称潜流湿地。潜流湿地又分为水平流潜流系统（HFSHFS）和垂直流潜流系统（VFSVFS）（1 1）表面流湿地（FW
16、SFWS）此形式的人工湿地是在池深约0.6-1.5的浅池塘或渠道中种植各种水生植物，包含挺水植物（如香蒲、芦苇、风车草、茭白笋及开卡芦等）、沉水植物（如水蕴草、金鱼藻等）、浮叶植物（如睡莲、菱角等）及漂浮植物（青萍、满江红等），其外观和功能与自然湿地类似，具开放水面区、水生植物密植区、浮岛等环境，可吸引野外的动植物，具栖息地重现的功能。FWSFWS湿地依湿地表面形态不同分为：（2 2）潜流湿地（SFSSFS）?此形式的人工湿地是在池深 0.6-1、底部坡度0.51的沟渠或水池铺设砾石或土壤后密植挺水植物，再导入污水并控制水面高度，使水面不曝露于空气，即污水仅在介质中流动，没有开放水面区。?主要
17、处理机制为利用附着在砾石或是植物根系的微生物分解水中污染物。水平流潜流系统（HFSHFS）：污水从进口经由砂石等系统介质，以近水平流方式在系统表面以下流向出口。此过程中，污染物得到降解。介质通常选用水力传导性良好的材料。氧主要通过植物根系释放。在欧洲主要应用芦苇，因此又称芦苇床处理系统。香蒲也是常用的湿地植物。垂直流潜流系统（VFSVFS）：该系统通常在整个表面设置配水系统，并周期性进水。系统下部排水，水流处于系统表面以下。目的是系统可以排空水，以最大程度地进行氧补给。几种不同湿地系统比较5.5.人工湿地系统的工艺流程人工湿地污水处理系统由 预处理单元和人工湿地单元组成。通过合理设计可将 BO
18、DBOD5 5、SSSS、营养盐、原生动物、金属离子和其他物质处理达到二级和高级处理水平。预处理主要去除粗颗粒和降低有机负荷。构筑物包括双层沉淀池、化粪池、稳定塘或初沉池。人工湿地中的流态采用推流式、回流式、阶梯进水或综合式。推流式推流式回流式回流式阶梯式进水阶梯式进水综合式综合式实例：成都府南河活水公园成都市花了五年多时间，投入了 25亿人民币，拆除 600多处排污管道，整条河道都进行了清淤，重新修整了 42公里的河岸。然而，河道治理工程完成后，府南河水仍没有变得清澈起来。成都活水园成都活水园城市水净化生态工程的典范城市水净化生态工程的典范成都活水园，占地成都活水园，占地2400024000
19、多平方米，每天有多平方米，每天有200200立方立方水从河中抽出除去细菌、重金属后再回到河中。水从河中抽出除去细菌、重金属后再回到河中。国际上曾获国际上曾获“国际水岸奖最高奖国际水岸奖最高奖”和和“环境地域设环境地域设计奖计奖”。公园形状是一公园形状是一“鱼鱼”形，象征活力和健形，象征活力和健康，也成了该设计的亮点之一。康，也成了该设计的亮点之一。生态净水第一步：喷水池这个喷泉池容积为这个喷泉池容积为780780立方米，功能叫立方米，功能叫“厌氧沉淀池厌氧沉淀池”。泵入池中的污水一部分经物。泵入池中的污水一部分经物理沉淀作用，使比水重的悬浮物沉于池底，从排泥管排出。比水轻的悬浮物浮于水面理沉淀
20、作用，使比水重的悬浮物沉于池底，从排泥管排出。比水轻的悬浮物浮于水面，由人工清理。另一部分经池中的厌氧微生物分解成甲烷、二氧化碳等难溶气体排入，由人工清理。另一部分经池中的厌氧微生物分解成甲烷、二氧化碳等难溶气体排入大气，或成较低分子有机物随水流出，进入下一道净化程序。大气，或成较低分子有机物随水流出，进入下一道净化程序。生态净水第二步：莲花石溪经过初步沉淀的水，经过初步沉淀的水，流入一串形似花瓣的莲花流入一串形似花瓣的莲花石溪，称为石溪，称为“水流雕塑水流雕塑”。它巧妙地引入水力学原。它巧妙地引入水力学原理，利用落差产生的冲力理，利用落差产生的冲力，使水在一个个石花瓣中，使水在一个个石花瓣中
21、活泼欢跳。活泼欢跳。这一方面极富动感和观这一方面极富动感和观赏价值，同时使水在回旋、赏价值，同时使水在回旋、震荡中充分地日暴气充氧，震荡中充分地日暴气充氧，增强水中的含氧量。增强水中的含氧量。生态净水第三步：水从莲花石溪流向微生物池水通过水流雕塑后，进入微生物池，也叫水通过水流雕塑后，进入微生物池，也叫“兼氧池兼氧池”。它的深度。它的深度为为1.61.6米、容积为米、容积为4848立方米。污水在池中被微生物部分净化后，立方米。污水在池中被微生物部分净化后，从微生物池泵入植物池。从微生物池泵入植物池。生态净水第四步：植物池人工湿地生态系统它是它是“活水公园活水公园”水处理工程的核心部分，由水处理工程的核心部分，由6 6个植物塘、个植物塘、1212个植个植物床组成，其中养殖的植物达数十种，还有多种鱼类、昆虫和两栖物床组成，其中养殖的植物达数十种，还有多种鱼类、昆虫和两栖动物。动物。生态净水第五步：经植物池净化后的水进入鱼塘鱼塘出来的水进入戏水池净化后的水从这里流向府南河活水公园模拟自然的堤岸谢谢观看单击此处添加副标题内容谢谢观看单击此处添加副标题内容谢谢观看单击此处添加副标题内容
