污水处理和资源化生态工程

1、第八章污水处理和资源化生态工程、本章纲要、水质自然净化机制和方法人工湿地处理系统污水土地处理系统污水稳定池处理系统，一、水质自然净化机制和方法、物质在自然环境中被各种物理、化学和生物性的运输、转换所分解。 根据这个自然界的反应功能，物质在一定的空间和一定的时间内降低其浓度的作用称为自净化作用。 水体的自我净化作用是指水体中污染物的浓度和毒性随时间和空间的变化而自然下降的现象。 利用自我净化作用发展起来的各种环境净化方法统称为自然净化。 根据自然净化的发生机理，可分为物理净化、化学净化、生物净化三种。 1、水质自然净化的机制、物理作用：包括稀释、吸附、扩散、沉淀及再曝气作用，其中再曝气作用为最主

2、要的影响因素。水流方向、污染源、推进、扩散、混合均匀截面、稀释本身无法去除污染物。 存在的两种运动形式：推进和扩散、化学作用：化学作用主要是污染物的化学变化，一般水温条件下化学作用不明显，通常在扩散作用、混合作用及沉淀作用过程中会发生氧化、还原、吸附或凝聚现象。 生物作用：有机污染物被水中的微生物分解利用，如藻类通过光合作用或微生物分解溶解性的有机物质等，最终使有机物恢复到无机稳定状态。 加强自然净化作用的方向、改善物质转换过程：水质自然净化作用的途径相当复杂，必须选择最佳的反应机制，才能加强净化处理的效果。 例如，改变流动状况、水力停留时间和流量等的溶解氧、值等化学作用生物作用，包括营养盐、

3、有机质的增加和去除等。 物质反应速度的强化：选定适当的反应途径后，反应速度的强化方法包括降低中间产物的累积和反应条件，如温度、值、营养盐、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、营养盐和基质的溶解速度等。 物质形状的变化：利用物质的物理特性的作用，例如可以增加附着体的空隙。 去除多馀的物质：去除多馀的物质是去除对净化作用有不良影响的物质。 生态系统的生成：保持自然净化功能，可以加强生态系统的恢复。 例如，种植植物、改善土壤性质等。 但是，如果使用错误的方法，生态系统也有可能被破坏，例如导入外来生物种，与当地的生物竞争，会发生原有种的削减和外来生物种的过

4、度繁殖，因此在强化自然净化的方法中，必须慎重地考虑种的选择。 生物菌剂：在水体中添加特殊的微生物菌剂，能增加降解菌的扩增能力和速度，提高降解效率。 植被处理法：包括湿地、水生植物处理、植物缓冲带、草沟、浮岛等。 土地处理法：灌溉处理、地下渗透过滤。 接触氧化法：包括砂砾间的接触、填充滤材等。 其他处理方法：直接曝气法、稳定池、多自然型河川施工方法。 2、水质自然净化方法根据水体现状和自然净化方法的应用原理，二、人工湿地处理系统、人工湿地系统(Constucted wetland )是指工程建设池塘深度在1.5左右以下的池塘和沟，栽培水生植物后引入污水进行净化处理的技术。 根据美国环境保护厅出版

5、的人工湿地处理城市废水手册，人工湿地系统已经有40多年的应用历史。 如果设计和操作合适，人工湿地系统是一个可靠性和有效的自然净化处理系统，处理水质可达到二级至三级处理的水质标准。1、人工湿地系统的概念2、人工湿地净化废水的机制；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)起着除去有机物的主要作用，湿地植物的根系会把氧带入周围的土壤，而远离根的环境却是厌氧的，通过处理环境的变化带，增强了人工湿地处理复杂污染物的能力。 大部分有机物的去除依赖于土壤中的微生物，而重金属、硫、磷等污染物却依赖于土壤和植物的作用。 浮游物去除污水中的浮游物含有有机物、氮

6、磷、重金属、病原菌等多种污染物，去除浮游物能提高污水的去除率。 悬浮物主要通过过滤、沉淀、湿地介质表面的吸附和微生物的生长等作用从水中除去。 湿地对去除浮游物非常有效，浮游固体出水值一般在10mg/L以下。 为了避免排水口附近发生堵塞，一般在浸水前设置预处理来降低总固体浓度，设置沉淀池即可。 去除有机物污水中的有机物含有粒状有机物和溶解性有机物。 前者可以通过沉淀和过滤迅速去除，而后者可以通过植物根系生物膜的吸附、吸收和生物代谢分解过程分解去除。 微生物分解有机物分为好氧分解和厌氧分解。 好氧分解主要由好氧异养菌控制： CH2O O2=CO2 H2O厌氧分解由两性厌氧菌和专性厌氧菌控制，这一过

7、程分两个阶段进行。 第一阶段的主要产物是醋酸、乳酸、乙醇、CO2、H2等脂肪酸。 c6h12 o 62 H2O=2ch3cooh 4h 2co 2c6h12 o6=2ch3CHO hcooh6h12 o6=2co 2ch 3c h2oh硫酸盐还原菌和蛋氨酸产生菌利用上述脂肪酸进行代谢活动。 ch3COO hhhhhhhhhhhh 2so4=2CO2 h2h3ch3ooh4h2=2H2O 2ch4CO2 h2h2=ch4H2O BOD的去除包括几个生化过程：好氧呼吸、减氧和硫酸盐还原。 去除污水中的氮，氮、磷包括无机氮和有机氮。 无机氮含有氨氮、亚硝酸盐、硝酸盐。 有机氮含有尿素、氨基酸、嘌呤、

8、嘧啶。 研究表明，人工湿地处理系统的除氮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、脱氮作用。 人工湿地系统中p的去除主要是通过微生物的正常同化或植物的吸收作用的多磷菌的过度摄取p作用基质的物理化合作用。 其中最重要的是基质对p的吸附作用及其受体容量，其吸附作用与基质中的Fe、Al和Ca等金属离子有关，而植物的吸收对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。 金属离子去除机制主要有植物的吸收和浓缩作用、土壤胶体粒子的吸附、悬浮粒子的过滤和沉淀，人工湿地与植物、微生物、土壤基质等组成成分共同作用于去除污水中的重金属。 3、人工湿地的构成，大多数人工湿

9、地由五部分组成：基质、透水性，如土壤、沙子、砂砾； 水体(在基质表面上或下方流动的水)适合在芦苇等饱和水和厌氧基质中生长的没有植物脊椎或脊椎的动物好氧或厌氧微生物种群。 湿地系统在这种具有一定长径比和底面坡度的洼地中，是土壤和填料(砂砾等)混合的填料床，污水在地面的填料间隙中流动，或者在地面表面流动。 并且，通过在地面上种植性能好、存活率高、耐水性强、生长周期长、具有美观和经济价值的水生植物(芦苇、蒲草等)，形成了独特的动植物生态系统。 植物是人工湿地的重要组成部分。在人工湿地净化污水的过程中，植物的作用总结为三个重要方面：它能够回收利用污水中可用状态的营养物质，加强和维持向能够吸附、浓缩重金

10、属和有毒有害物质的根区好氧微生物输送氧气的媒体的水力传输。 一般选择湿地植物要注意几个原则：净化能力、耐污染性和耐寒性、耐热性强，对不同污染物采用相应植物种类的本地选择适应性高的植物，希望本地植物根系发达，对生物量多的病虫害有很强的广泛用途和经济价值不同的植物类型对不同的污染物具有一定的靶向性。 氮磷去除效果好的湿地植物，如草莓白、芦苇、蜡烛、灯芯草。 对重金属有良好去除作用的植物是阔叶树，对Pb、Zn、Cd等重金属有良好的去除作用。 微生物人工湿地中的微生物是净化污水的“主力军”。 其数量在一定程度上反映了人工湿地净化污水的能力。 以有机质为丰富的能源，将其转化为营养物质和能量。 人工湿地处

11、理污水前，各种微生物的数量与自然湿地几乎相同。 但是，随着污水进入人工湿地系统，某些微生物的数量逐渐增加，在一定时间内达到最大值并保持稳定。 人工湿地系统的微生物主要去除污水中的有机质和n，不易分解的有机物质和有毒物质利用微生物的诱发变异特性，培养和分解这些有机物质和有毒物质容易吸收消化的优势细菌。 人工湿地微生物的活动是湿地净化污水的最主要因素。 目前的研究发现，微生物在BOD5、COD、氮等分解过程中起着重要的作用。 人工湿地的优势种是假单胞菌属、农杆菌属Alcaligens属和农杆菌属Flavobacterium属，是生长迅速的微生物，体内含有分解质粒，是分解有机物的主体微生物种群。 此

12、外，对于难以分解的有机物和有毒物质，必须利用微生物诱变特性，培育和分解适合吸收和消化这些物质的优势种。 同时发现湿地中的微生物数量和种类与污水净化效果有一定的关系。 其数量越多去除率越高。 其中，污水中BOD5的去除率与湿地细菌总数有显着相关，氨氮的去除率与硝化细菌和脱氮菌的数量密切相关，污水中大肠菌的去除率与湿地原生动物和放线菌的数量有显着相关。 这表明湿地微生物对污染物的分解起着重要的作用。 基质基质，别名填料是人为设计的提供不同大小的砾石、砂、土粒等以一定厚度铺着的植物生长、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，同时可以为水生植物提供支撑载体和生长所需的营养

13、物质，当这些营养物质通过污水流过人工湿地时，基质通过一些物理、化学途径(吸附、吸收、过滤、沉淀、络合反应和离子交换等)。 自由表面流系统多以土壤为基质，潜流和垂直流系统应根据特征的污染物选择不同的基质，考虑廉价、易取材等因素。 动物是人工湿地生态系统不可缺少的一部分，在食物链和营养级的生态平衡中发挥了重要作用，对人工湿地污水处理系统的稳定性作出了重要贡献。 目前，对人工湿地净化动物污染物的研究极少，有研究认为蚯蚓发挥了清洁垃圾的作用，减少了排泥次数。 可以推测蚯蚓和沙蚕对重金属有丰富的作用，这些动物对去除污水中的重金属也有效果。自由水面系统(FWS )、也被称为表面流湿地的潜流系统(SFS )

14、，也被称为潜流湿地。 潜流湿地分为水平流潜流系统(HFS )和垂直流潜流系统(VFS )，根据水流状态，将人工湿地系统分为以下类型：4.人工湿地系统的分类。 这种形式的人工湿地包括在池深约0.6-1.5的浅池和水路中种植各种水生植物的抽水植物(香槟、苇、风车草、苞白笋、开卡芦等)、沉水植物(水草、金鱼藻等)、浮叶植物(睡莲、菱角等)和浮叶植物(蓝叶、满江红等)。 (1)表面流湿地(FWS )、FWS湿地按湿地的表面形态分为：这种形式的人工湿地在池深0.6-1、底部坡度0.51的沟槽和池塘中铺上砂砾和土壤后，密植充满水的植物，导入污水控制水面的高度，使水面不暴露于空气中，即主要处理机构是利用砂砾

15、和植物根系上附着的微生物，分解水中的污染物。 (2)潜流湿地(SFS )、水平流潜流系统(HFS ) :污水从进口经由砂砾等系统介质，以近水平流方式流出到系统表面以下。 在这个过程中污染物被分解。 媒体通常选择水力传导性好的材料。 氧气主要是从植物的根系中释放出来的。 因为在欧洲主要使用芦苇，所以也被称为芦苇地板处理系统。 夏普也是常用的湿地植物。 垂直流潜流系统(VFS ) :该系统通常在整个表面安装供水系统，周期性浸水。 系统下部排水，水流在系统表面以下。 目的是系统排出水，最大限度地进行供氧。几种不同的湿地系统相比，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。 通过合理的设计可以

16、将BOD5、SS、营养盐、原生动物、金属离子和其他物质处理到二级和高级处理水平。 预处理主要去除粗粒子，降低有机负荷。 构筑物包括双层沉淀池、化粪池、稳定池或初沉池。 人工湿地的流动状态采用推进式、回流式、台阶供水或综合式。 5、人工湿地系统的工艺流程、推流、回流式、阶梯式浸水、综合式、6 .人工湿地系统的区块配置方案，一般来说，系统主要由三部分组成： (1)收集和预处理设施。 由污水集水管网络、污水集水池、电网、沉淀池等构成。 如果在被污染的河里取水，就可以消除污水集管网和污水集水池。 (2)配水和集水设施。 由配水池、配水池、配水管网、配水管、集水管和集水池构成。 (3)湿地床。 可根据出

17、水水质的要求设计一级或多级湿地床，污水在串联或并联的湿地床上多次被净化。 7、人工湿地系统辅助设施、人工湿地污水处理技术还处于开发阶段，特别是我国还没有成熟的设计参数，其技术设计也还处于试验阶段。 人工湿地系统的设计受多种因素的影响，主要有水力负荷、有机负荷、湿地床的结构形式、流程及其配置方式、入水系统和出水系统的类型和湿地栽培的植物种类等。 根据国家和地区的不同，气候条件、植被类型、地理状况也不同。 因此，根据不同的情况，多通过小规模试验和中等试验取得数据进行人工湿地的设计。 8、人工湿地系统的设计、(1)表面流湿地的设计、欧洲芦苇床湿地的设计是基于活塞流动力学的。 湿地地板通常用粘土或合成薄膜密封，种植苇(phragmites australis )。 湿地尺寸的计算基于德国Kickuth的研究。 湿地的尺寸与流速、进水的BOD浓度、预计出水BOD值以及常数k-1有关系。 在湿地地板进水口的床的推荐值为0.6m，坡度为26%，水深只有25mm。大部分水流都是潜流式的。 这样适合在斜面上种芦苇床促进水流。 (2)潜流式湿地的设计，例如，(3)设计参数，(4)其他设计要素的确定，地址的选择，入水系统的配置，填料的选择，情况1 :成都府南河活水公园，成都市花了5年多的时间投入25亿元，拆除600多条排水管路，整个河道，42