廢水生態(tài)處理技術及方法

王輝

(唐山環(huán)境監(jiān)測中心站，河北 唐山 063000)

隨著我國人民生活水平的不斷提高，對環(huán)境質(zhì)量的高標準要求，對淡水資源的需求和取用量正在大幅度上升；另一方面，由于對淡水資源取用量的迅速增加，廢水的產(chǎn)出量也隨之大幅度增加。廢水生態(tài)處理技術的發(fā)展，為廢水資源化和回用提供了廣闊的前景，有助于緩和缺水地區(qū)水資源的緊張局面，對減輕、消除富水地區(qū)水環(huán)境的污染具有重要意義。

1 廢水生態(tài)處理原理

廢水生態(tài)處理技術是指運用生態(tài)學原理，采用工程學方法，使廢水無害化、資源化，是廢水中污染物治理與水資源利用相結合的方法，是生態(tài)學四大基本原理在水資源領域的具體運用。

1.1 循環(huán)再生原理

生態(tài)系統(tǒng)通過生物成分，一方面利用非生物成分不斷地合成新物質(zhì)，一方面又把合成物質(zhì)降解為原來的簡單物質(zhì)，并歸還到非生物組分中。如此循環(huán)往復，進行不停頓的新陳代謝作用。這樣，生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)和能量就進行著循環(huán)和再生的過程。

1.2 和諧共存原理

在廢水的生態(tài)處理系統(tǒng)中，由于循環(huán)和再生的需要，各種修復植物與微生物種群之間、各種修復植物之間、各種微生物之間和生物與處理系統(tǒng)環(huán)境之間相互作用，和諧共存，修復植物，給根系微生物提供生態(tài)位和適宜的營養(yǎng)條件，促進微生物的生長和繁殖，促使廢水中植物不能直接利用的那部分污染物轉化或降解為植物可利用的成分，反過來又促進植物的生長和發(fā)育。

1.3 整體優(yōu)化原理

廢水的生態(tài)處理技術涉及點源控制、廢水傳輸、預處理工程、布水工藝、修復植物選擇和再生水的利用等基本過程，它們環(huán)環(huán)相扣，相互不可缺少。因此，把廢水的處理系統(tǒng)看成是一個整體，對這些基本過程進行優(yōu)化，從而達到充分發(fā)揮處理系統(tǒng)對污染物的凈化功能和對水、肥資源的有效利用。

1.4 區(qū)域分異原理

不同地理區(qū)域，由于氣溫、地質(zhì)、土壤類型、微生物種群及水文條件差異很大，導致廢水中污染物質(zhì)在轉化、降解等生態(tài)行為上具有明顯的區(qū)域分異。在廢水的生態(tài)處理系統(tǒng)設計時，必須有區(qū)別地進行布水工藝與修復植物的選擇、結構配置和運行管理。

2 廢水生態(tài)處理技術體系

廢水生態(tài)處理技術以土地處理方法為基礎，是廢水土地處理系統(tǒng)的進一步演化和發(fā)展，以土壤介質(zhì)的凈化功能為核心，在技術上特別強調(diào)在廢水污染成分處理過程中修復植物-微生物體系與處理環(huán)境或介質(zhì)(如土壤)的相互關系，特別注意對環(huán)境因子的優(yōu)化與調(diào)控。

2.1 慢滲生態(tài)處理系統(tǒng)

慢滲生態(tài)處理系統(tǒng)是以表面布水或高壓噴灑方式將廢水投配到修復植物的土壤表面，廢水在流經(jīng)地表土壤-植物系統(tǒng)時得到充分凈化的處理工藝類型。在該處理系統(tǒng)中，投配的廢水一部分被修復植物吸收，一部分在滲入底土的過程中其中的污染物被土壤介質(zhì)截獲，或被修復植物根系吸收、利用或固定，或被土壤中的微生物轉化、降解為無毒或低毒的成分。

工程設計時主要影響因素為:(1)土壤滲透系數(shù)為0.036～0.360m/d；(2)年水力負荷為 0.6～6.0m/a，年有機負荷為2.0×103 kgBOD/(hm2·a)。其它需要考慮的場地工藝參數(shù)有:地面坡度<30%，土層厚>0.6m，地下水位>0.6m。

2.2 快滲生態(tài)處理系統(tǒng)

快滲生態(tài)處理系統(tǒng)是將廢水有控制地投配到具有良好滲濾性能的土壤表面，廢水在重力作用下向下滲濾過程中通過生物氧化、硝化、反硝化、過濾、沉淀、還原等一系列作用而得到凈化的廢水處理工藝類型。其工藝目標主要包括:①廢水處理與再生水補給地下水；②用地下暗管或豎井收集再生水以供回用；③通過攔截工程措施，使再生水從地下進入地表；④再生水季節(jié)性地貯存在具有回收系統(tǒng)的處理場之下，在作物生長季節(jié)用于灌溉。

工程設計時主要影響因素為:(1)土壤滲透系數(shù)為 0.36～0.6m/d:(2)年水力負荷為 6～150m/a，年有機負荷為3.6×104 kgBOD/(hm2·a)。此外，場地工藝參數(shù)的選擇也是重要的，包括:地面坡度<15%，土層厚>1.5m，地下水位>1.0m。

2.3 地表漫流生態(tài)處理系統(tǒng)

地表漫流生態(tài)處理系統(tǒng)是以表面布水或低壓、高壓噴灑形式將廢水有控制地投配到生長多年生牧草、坡度和緩、土地滲透性能低的坡面上，使廢水在地表沿坡面緩慢流動過程中得以充分凈化的廢水處理工藝類型。該系統(tǒng)的工藝目標是:①在低預處理水平達到相當于二級處理出水水質(zhì)；②結合其他強化手段，對有機污染及營養(yǎng)物負荷的處理可達到較高水平；③再生水收集與回用。

工程設計時主要影響因素為:(1)地面最佳坡度為2%～8%；(2)土壤類型選擇滲透性能低的土壤，以黏土、亞黏土最為適宜，或在0.3～0.6m處以下有不透水層；(3)年水力負荷為3～21m/a，年有機負荷為1.5×104kgBOD/(hm2·a)；(4)植物類型選擇是保持系統(tǒng)有效運行的最基本條件，以根系發(fā)達、對污染物耐性強且具有一定吸收固定能力的植物為主，避免作物作為處理組分進入系統(tǒng)，因此常常采用不同類型的草類進行混合種植。

對于典型的城市廢水，水力負荷率通常為2～4cm/d ；廢水投配速率常采用0.03～0.25m3/(h·m2)；廢水投配頻率，5～7d/周；廢水投配時間，5～24h。

2.4 廢水濕地生態(tài)處理系統(tǒng)

廢水濕地生態(tài)處理系統(tǒng)是將廢水有控制地投配到土壤-植物-微生物復合生態(tài)系統(tǒng)，并使土壤經(jīng)常處于飽和狀態(tài)，廢水在沿一定方向流動過程中在耐濕植物和土壤相互聯(lián)合作用下得到充分凈化的處理工藝類型。該處理系統(tǒng)的工藝目標包括:①直接處理廢水；②對經(jīng)人工或其它工藝處理后的廢水進行再處置或深度處理；③利用廢水營造濕地自然保護區(qū)，為野生群落提供有價值的生態(tài)棲息地，為生物多樣性研究提供場地。

工程設計時主要影響因素為:(1)土壤滲透系數(shù)≤0.12m/d；(2)年水力負荷為 3～30 m/a，年有機負荷為1.8×104 kgBOD/(hm2·a)；(3)地面坡度<2%，土層厚度>0.3m；(4)最常用的修復植物有蘆葦屬、燈芯草屬、香蒲屬和簏草屬植物。

2.5 地下滲濾生態(tài)處理系統(tǒng)

地下滲濾生態(tài)處理系統(tǒng)是將廢水投配到具有一定構造和良好擴散性能的地下土層中，廢水在經(jīng)毛管浸潤和土壤滲濾作用向周圍和向下運動過程中達到處理、利用要求的廢水處理工藝類型。

該處理系統(tǒng)主要應用于分散的小規(guī)模廢水處理，其工藝目標主要包括:①直接處理廢水；②在地下處理廢水的同時為上層覆蓋綠地提供水分與營養(yǎng)，使處理場地有良好的綠化帶鑲嵌其中；③產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)再生水以供回用；④節(jié)約廢水集中處理的輸送費用。

工程設計時主要影響因素為:(1)年水力負荷為0.4～3.0m/a，散水管最大埋深1.5 m；(2)需要有專門配制的特殊土壤，土壤滲透率為0.15～5.0cm/h，地表植物為綠化植物；(3)土層厚大于0.6m，地面坡度小于15%，地下水埋深大于1.0 m；(4)對預處理要求低，一般化糞池出水即可；(5)再生水回收，回收率在70% 以上。

3 結語

研究表明，上述5個類型之一或相互之間形成的串聯(lián)系統(tǒng)可有效地提高處理系統(tǒng)的有效性，即構成了聯(lián)合式生態(tài)處理系統(tǒng)?？傊?，隨著生態(tài)處理技術的不斷改進和新型生態(tài)處理技術的研制，對進水水質(zhì)將進一步放寬。

[1]孫鐵珩，周啟星.污染生態(tài)學研究的回顧與展望[J].應用生態(tài)學報，2002，3(2):221～223.

[2]孫鐵珩，區(qū)自清，李培軍.城市廢水土地處理系統(tǒng)研究[M].北京:科學出版社，1997.