污水生態處理方法概念及分類

河南省冶金研究所有限責任公司 李帥，王春俊

生態處理技術是凈化污水、控制水污染的一項重要技術。廣義上看，任何采用生態學的基本原理和方法，使用生態系統處理水中污染物的技術，都可以歸類為生態處理技術。但是，為了與“生態修復”的概念相互區別，我們按處理的對象不同進行分類。“污水生態處理技術”主要是指針對各類廢水排放源而言的，從產生環節產生后，未排入外環境前對污水進行處理的技術。“水體生態修復技術”主要針對的對象是環境中的水體，包括江河湖泊，以及水庫、人工河道等人工水體。本文對現行的主要污水生態處理技術的概念及分類進行了介紹。

一、污水生態處理技術[1]

污水生態處理技術是利用自然生態系統去除污水中的污染物的技術，或以生態學的基本原理和方法為基礎，研究和開發針對不同污水的處理技術，主要是借鑒不同類型的水生生態系統的自凈原理。

污水生態處理技術的對象包括各類工業企業污水治理、農村面源生活污水治理、城市生活污水處理廠出水深度治理等。按污水生態處理技術的不同實現方式，可分成穩定塘、人工濕地、土地處理系統等。

在《廢水污染控制技術手冊（2013版）》和《排水工程（第四版）》中，把人工濕地劃為土地處理技術的一部分。但在一些學術期刊論文中，也將穩定塘、污水土地處理、人工濕地并列作為廢水生態處理技術看待。由于在濕地中，水生植物、水生動物發揮了一定的作用，不同于穩定塘、污水土地處理，因此，我們將污水土地處理系統也作為污水生態處理技術的一種主要形式。

二、穩定塘生態修復技術

穩定塘生態修復技術是對自然湖泊的模仿，實際形式類似于人工建設的池塘或水庫，其凈化機理是水體的自凈能力。通俗來講，穩定塘就是人工建設的污水池塘，由于在自然狀態下水體自凈速率較小，為了提高污水處理效率，通常需要進行人工干預。常見的人工干預形式有：為了防止污水滲入地下而污染地下水，通常需要修建防滲層；為了提高處理速率而進行人工曝氣；為了防止厭氧過程中產生過多的惡臭氣體，而把塘體的深度降低等。這種模仿自然湖泊而人工建設的污水塘就是穩定塘。在穩定塘中對污水處理起主導作用的是菌藻共生系統。在實際使用中，主要類型有兼性塘、好氧塘、厭氧塘、曝氣塘，這是目前主流的穩定塘分類方式。穩定塘多與其他污水處理工藝組合使用，且多用于第一道工序。

在傳統意義的穩定塘中主要通過菌澡共生系統去除污水中的污染物，其主要缺點是需要較長的水力停留時間，因此占地面積較大，又由于沒有曝氣系統，容易導致塘體下部發生厭氧反應，進而造成惡臭散發、污泥上浮[2]，影響出水水質。

就穩定塘的工藝特點而言，更適用于熱帶國家。在歐洲、北美洲和亞洲普遍應用常規的初級和二級污水處理和污泥處理工藝在非洲地區熱帶國家卻相對采用的較少。原因在于：常規的污水處理流程相對較貴，非洲國家外匯短缺；大多數非洲國家的設備維護與維修水平較低；可以有效控制糞便中的病原體。穩定塘工藝工藝在非洲已應用了多年，如肯尼亞、南非、津巴布維和博茨瓦納等國家都建有多座污水穩定塘，并取得了許多應用經驗。

三、污水土地處理技術

與穩定塘是對自然湖泊的模仿相類似，污水土地處理技術是模仿天然狀態下的土壤對污水的凈化過程而開發出的污水處理技術，其凈化機理是土壤的自凈能力，該工藝最初來自對污水農田灌溉的改造。同樣的，由于在自然狀態下土壤自凈速率較小，為了提高土壤對污水的處理效率，通常也需要進行人工干預。常見的人工干預形式有：為了最大程度利用土壤的自凈能力，需要控制進入土壤的污染物量，過大或過小均不利于自凈能力的發揮；為了保證進水和排水的順利，一般需要修建完善的進水和排水設施；為了提高處理效率，可能會在土壤中種植一些有利于降解污染物的植物等。目前常見的污水土地處理系統有慢速滲濾、快速滲濾、地表漫流、地下滲濾四種主要類型。

在生態系統中，自然狀態下的土壤及其中的微生物、植物對對各種污染物具有一定的綜合凈化能力，因此可以用來處理城市污水和工業廢水。同時，普通污水或廢水中的水分和肥料也可利用來促進農作物、牧草或林木的生長，并使其增加產量，凡能達到上述目的的工程設施，即稱為土地處理系統。它由污水或廢水的預處理設施、貯水湖、灌溉系統、地下排水系統等組成。土地處理系統的對污染物的去除效率取決于施用負荷、土壤、作物、氣候、設計目的和運行條件等多種因素。污水的土地處理，既經濟有效地凈化了污水，又充分利用了污水中的營養物質和水，強化了農作物、牧草和林木的生產。

由于該技術自身固有的特點，在我國污水土地處理技術主要用于處理農村污水，可充分利用廣大農村地區的土地優勢，可降低污水處理成本，且運行效果穩定，通常作為整體處理工藝的一個環節與其他污水處理工藝組合成新的工藝。對組合工藝的研究表明，與其他工藝組合后，整體工藝具有較明顯的除磷效果[3]。

四、人工濕地

與穩定塘是對自然湖泊的模仿相類似，人工濕地是對自然濕地的模仿，其凈化機理是濕地的自凈能力。同樣的，由于在自然狀態下濕地的自凈速率較小，為了提高濕地對污水的處理效率，通常也需要進行人工干預。常見的人工干預形式有：人工栽種對污染物有較高凈化效果或有較高耐受性的濕地植物；針對要處理的污水特性，選擇合適的基質；為了提高水中的溶解氧含量，需要采用一些曝氣充氧措施等。目前人工濕地主要根據其栽種的水生植物類型進行分類，理論上可分為浮水、挺水、沉水植物系統等類型。目前實際建設的人工濕地一般都是挺水植物系統。

與穩定塘、污水土地處理系統類似，人工濕地本身也是一個相對完整的生態系統，在人工濕地中對污染物降解起主要作作的仍然是微生物。水生植物、基質對污染物的去除也有一定直接效果，但效果有限，主要是作為生態系統的一部分，保證整個生態系統的完整性和穩定性。

由于人工濕地中可以種植植物，因此具有營造景觀的功能，目前實際建成的人工濕地基本都具有一定的景觀功能。在我國，一些穿過城市或在城市周邊經過的河流常常被修建成人工濕地，城市中的許多公園甚至也以人工濕地的形式構建，在處理了污水的同時也具有一定的經濟效益、美學價值。

近年來，在人工濕地處理污水的實踐中最常見的問題是基質堵塞，當污水中污染物濃度較高時，堵塞的頻率更高。為了彌補人工濕地的缺陷，出現了多種新型的人工濕地。主要是將人工濕地與其他工藝組合，或構建多級復合的人工濕地[4]。

五、污水生態處理技術的特點[5]

污水處理技術經過了100多年的發展，目前在污水處理領域，主要的處理方法還有物理法、化學法、物化法、生物法，其他、種類繁多的技術基本都是從這幾種基本方法組合、延伸而來的。污水生態處理技術可以看作生物法的延伸和發展，但與常規的厭氧法、好氧法又有一些不同，主要物點如下：

（一）優點

1.工程投資較小

污水生態處理技術不需要建設大規模的水處理構筑物（如氧化溝、沉淀池等），不需要購買各種常見的污水處理設備（如水泵、鼓風機、曝氣機等），因此工程投資較小。據國內外相關研究資料統計，在相同的單位污水量的條件下，污水生態處理技術的總投資約為傳統污水處理技術的總投資的1/3-1/8。

2.運行成本低

生態系統的能量來自太陽能，具有能量和物質自發流動的特性。污水生態處理技術充分利用了生態系統能量和物質自發流動的特性，對人為干預的依賴性較小，因此運行成本較低。據相關研究資料，參考一些已經建成并投運的污水生態處理裝置，實際運行成本比常規的生物法裝置低很多，約為傳統方法的1/6-1/17。即使考慮到脫氮、除磷的需求，其能耗也比常規的傳統方法低很多。

3.二次污染小

污水生態處理技術充分利用生態系統對污染物的凈化能力，基本無須投加各類化學藥劑，因此二次污染小。

4.耐沖擊負荷能力強、處理效果比較穩定

生態系統是一個獨立運轉的開放系統，能夠保持或恢復自身結構和功能的相對穩定，因此污水生態處理技術能夠適應一些污染負荷變化較大的場合，在污染負荷變化較大的情況（不超過生態系統的自我調節能力）下能夠保證出水水質穩定達標。

5.操作管理簡單

由于生態系統具有能量和物質自發流動的特性，并且具有一定的穩定性和自我調節能力，因此基于污水生態處理技術的各種污染治理工程可以自動穩定運行，操作管理簡單。

6.具備景觀功能

生態系統本身具有一定的文化服務功能，具有為人類生活提供休閑、娛樂與美學享受等方面的價值。采用污水生態處理技術處理污水時，可以因地制宜，將生態處理技術的實現形式營造成具有一定文化服務的景觀，在治理污水的同時，可以發展休閑、旅游等娛樂活動，間接提高經濟效益。

（二）缺點

污水生態處理技術的最大缺點是處理單位污水量需要較多的土地，不易在城市地區推廣。在中國，由于人多地少，人地矛盾突出，主要應用于農村地區，很少用于城市生活污水處理。近年來，隨著污水處理技術的不斷發展，以污水生態處理技術為基礎新技術新工藝不斷涌現，例如電解強化、投加混凝劑等，在一定程度上可以彌補污水生態處理技術的缺點。