自然生物處理

污水自然生物處理系統(tǒng)與常規(guī)處理技術(shù)相比，具有工藝簡便、操作管理方便、建設(shè)投資和運轉(zhuǎn)成本低的特點。建設(shè)投資僅為常規(guī)處理技術(shù)的1/2～1/3，運轉(zhuǎn)費用僅為常規(guī)處理技術(shù)的1/2～1/10，可大幅度降低污水處理成本。

污水的自然生物處理法主要有水體凈化法和土壤凈化法兩類：屬于前者的有氧化塘和養(yǎng)殖塘，統(tǒng)稱為生物穩(wěn)定塘，其凈化機理與活性污泥法類似，主要通過水-水生生物系統(tǒng)（菌藻共生系統(tǒng)和水生生物系統(tǒng)）對污水進行自然處理；屬于后者的有土壤滲濾和污水灌溉，統(tǒng)稱為土地處理，其凈化機理與生物膜法類似，主要利用土壤-微生物-植物系統(tǒng)（陸地生態(tài)系統(tǒng)）的自我調(diào)控機制和對污染物的綜合凈化功能，對污水進行自然凈化。

自然生物處理穩(wěn)定塘

穩(wěn)定塘又稱氧化塘或生物塘，是經(jīng)過人工適當修整或修建的設(shè)圍堤和防滲層的污水池塘，主要通過水生生態(tài)系統(tǒng)的物理、化學(xué)和生物作用對污水進行自然凈化。

污水在塘內(nèi)經(jīng)較長時間的停留，通過水中包括水生植物在內(nèi)的多種生物的綜合作用，使有機污染物、營養(yǎng)素和其他污染物質(zhì)進行轉(zhuǎn)換、降解和去除，從而實現(xiàn)污水的無害化、資源化和再利用的目的。

（1）穩(wěn)定塘的污水凈化機理

穩(wěn)定塘的凈化機理是，污水進入穩(wěn)定塘后在風(fēng)力和水流的作用下被稀釋，在塘內(nèi)滯留的過程中，懸浮物沉淀，水中有機物通過好氧或厭氧微生物的代謝被氧化而達到穩(wěn)定的目的。好氧微生物代謝所需溶解氧由塘表面的大氣復(fù)氧作用以及藻類的光合作用提供，也可通過人工曝氣供氧。

（2）穩(wěn)定塘凈化過程的影響因素

穩(wěn)定塘環(huán)境因子的作用是不可忽視的。光照影響藻類的生長及水中溶解氧的變化；溫度影響微生物的新陳代謝作用；有機負荷對塘內(nèi)細菌的繁殖及氧、二氧化碳含量產(chǎn)生影響；pH值、營養(yǎng)元素等也可能構(gòu)成凈化過程的影響因素。各項環(huán)境因子相互聯(lián)系，多重作用，構(gòu)成穩(wěn)定塘的環(huán)境條件。此外，水質(zhì)和維護管理等也影響穩(wěn)定塘的凈化功能。

1）溫度

溫度對穩(wěn)定塘的凈化功能有重要的影響，因為溫度直接影響細菌和藻類的生命活動。好氧菌能在10～40℃的范圍內(nèi)存活和代謝，最佳溫度范圍是25～35℃，藻類正常的存活溫度范圍是5～40℃，最佳生長溫度則是30～35℃，厭氧菌的存活溫度范圍是15～60℃，33℃和53℃左右最適宜。穩(wěn)定塘的主要熱源之一是太陽輻射。非曝氣塘在一年的某些季節(jié)，沿塘的深度常會產(chǎn)生溫度梯度，水溫呈垂直分布。夏季上層水比較暖和，沿水深溫度下降。秋季溫度下降時，水面溫度相對低于塘底部溫度，上部和下部水相互交換，形成所謂的秋季翻塘。當冰封融化和水溫上升時，也會出現(xiàn)春季翻塘。春秋兩季翻塘?xí)r，塘底的厭氧物質(zhì)被帶到表面而散發(fā)出相當大的臭味。穩(wěn)定塘的另一熱源可能是進水，當進水與塘水溫差較大，可能在塘內(nèi)形成異重流。在寒冷地區(qū)，厭氧塘宜采用深塘，盡管較深的塘底部溫度低，但在冬季塘的表面發(fā)生冰封時，較深的塘底部溫度仍較高，仍能發(fā)生一定的降解作用。

2）光照

透過塘表面的光強度和光譜構(gòu)成對塘內(nèi)微生物的活性有較大的影響，對好氧塘尤為重要，因為好氧塘的關(guān)鍵是應(yīng)使光線能穿透至塘底。光是藻類進行光合作用的能源，藻類必須獲得足夠的光，才能合成新的藻類細胞物質(zhì)和提供必要的氧氣。

3）混合條件

進水與塘內(nèi)原有塘水的混合程度，對穩(wěn)定塘的凈化功能至關(guān)重要?；旌夏苁褂袡C物與細菌充分接觸，并避免由于短流而降低塘的有效容積，特別是當進水和塘水溫差較大時，應(yīng)注意避免發(fā)生異重流。因此在設(shè)計穩(wěn)定塘?xí)r，應(yīng)注意采取適當措施，如塘型設(shè)計、進出口的形式與位置設(shè)計以及在適當位置設(shè)導(dǎo)流板等，為穩(wěn)定塘創(chuàng)造良好的水力條件，以有助于塘水的混合。

4）營養(yǎng)物質(zhì)

為使穩(wěn)定塘內(nèi)微生物保持正常的生理活動，必須充分滿足其所需要的營養(yǎng)物質(zhì)。微生物所需要的營養(yǎng)元素主要是碳、氮、磷、硫、鉀等。城鎮(zhèn)污水基本上能夠滿足微生物對各種營養(yǎng)元素的需要。用穩(wěn)定塘處理工業(yè)廢水時，應(yīng)注意營養(yǎng)物質(zhì)的平衡。

5）有毒物質(zhì) ·

有毒物質(zhì)能抑制藻類和細菌的代謝和生長，為了使穩(wěn)定塘正常運行，應(yīng)對進水中的有毒物質(zhì)濃度加以限制或進行預(yù)處理。

6）蒸發(fā)量和降雨量

降雨能夠使穩(wěn)定塘中污染物質(zhì)濃度得到稀釋，促進塘水混合，但也縮短了污水在塘中的水力停留時間。蒸發(fā)的作用則相反，塘的出水量將小于進水量，水力停留時間將大于設(shè)計值，但塘水中的污染物質(zhì)，如無機鹽類的濃度，由于濃縮而有所提高。

（3）穩(wěn)定塘的分類及其特點

1）穩(wěn)定塘的分類

穩(wěn)定塘有多種分類方式，通常根據(jù)塘內(nèi)微生物類型及供氧方式分為四類。

① 好氧塘，塘深較淺，陽光能透到池底，主要由藻類供氧，全部塘水呈好氧狀態(tài)，主要由好氧微生物起有機污染物的降解作用。

② 兼氧塘塘水較深，從塘面到一定深度（0.5m左右）陽光能夠透人，藻類光合作用旺盛，溶解氧比較充足，呈好氧狀態(tài)。塘底存在沉淀污泥層，底部處于厭氧狀態(tài)，進行厭氧發(fā)酵。在好氧與厭氧區(qū)之間是兼氧區(qū)，溶解氧隨晝夜更替變化為有、無狀態(tài)。兼氧塘的污水凈化是由好氧和厭氧微生物協(xié)同作用完成的。

③ 曝氣塘，由表面曝氣器供氧，塘水呈好氧狀態(tài)，污水停留時間短。由于塘水被攪動，藻類的生長與光合作用受到抑制。

根據(jù)塘的功能，還有深度處理塘和生態(tài)塘。深度處理塘是專門用于處理二級處理出水以滿足受納水體或回用要求的好氧塘，所以又稱三級處理塘，也有人稱熟化塘。深度處理塘有機負荷很低，能進一步降低水中殘余的有機污染物、細菌、氮、磷等。生態(tài)塘是利用污水養(yǎng)殖水生植物或水生動物，如蘆葦、水浮萍、魚等，塘內(nèi)也存在細菌和藻類，利用不同營養(yǎng)級的生物構(gòu)成復(fù)雜的塘生態(tài)系統(tǒng)。生態(tài)塘不僅可達到污水處理的目的，并可回收水產(chǎn)品作為工業(yè)原料或養(yǎng)殖畜禽的飼料，實現(xiàn)污水資源化。

2）穩(wěn)定塘的特點

作為污水生物處理技術(shù)，穩(wěn)定塘具有以下優(yōu)點：

① 能夠充分利用廢河道、沼澤地、山谷、河漫灘等，建設(shè)投資省，基建投資約為常規(guī)污水處理廠的1/2～1/3；

② 運行維護簡便，維護人員少；

③ 風(fēng)能是穩(wěn)定塘系統(tǒng)的重要輔助能源之一，經(jīng)過適當?shù)脑O(shè)計，可實現(xiàn)風(fēng)能的自然曝氣充氧，基本無電能消耗。運行和維護單價僅為常規(guī)污水處理廠的1/3～1/5；

④ 能實現(xiàn)污水資源化。穩(wěn)定塘處理后的污水能達到農(nóng)業(yè)灌溉水質(zhì)標準，充分利用污水的水肥資源。塘中的污泥與水生植物等混合堆肥可生產(chǎn)土壤改良劑。種植水生植物、養(yǎng)魚、養(yǎng)鴨等的生態(tài)塘，其經(jīng)濟收入可抵償運行費用；

⑤ 如處理適當，可形成生態(tài)景觀；

⑥ 污泥產(chǎn)生量少，約為活性污泥法的1/10；

⑦ 適應(yīng)能力和抗沖擊負荷能力強，能承受水質(zhì)和水量大范圍的波動。

但穩(wěn)定塘也有以下缺點：

① 占地面積大；

② 污水處理效果受季節(jié)、氣溫和光照等影響，全年內(nèi)不夠穩(wěn)定。在北方有過冬問題和春秋季翻塘氣味問題；

③ 防滲處理不當時，可能污染地下水；

④ 容易散發(fā)臭氣和滋生蚊蠅。

自然生物處理污水土地處理系統(tǒng)

污水土地處理系統(tǒng)也屬于污水自然處理范疇，簡要定義為：污水有控制地投配到土地上，通過土壤-植物系統(tǒng)物理、化學(xué)和生物的吸附、過濾與凈化作用，使污水中的污染物得以降解、凈化。氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)和水分得以再利用，促進綠色植物生長并獲得增產(chǎn)。污水土地處理系統(tǒng)是人工規(guī)劃、設(shè)計與自然凈化相結(jié)合，以及水處理與利用相結(jié)合的環(huán)境系統(tǒng)工程，一般可分為慢速滲濾、快速滲濾、地表漫流、濕地處理和地下滲濾系統(tǒng)等五種工藝，其中濕地處理系統(tǒng)主要依據(jù)生態(tài)單元而定名，其他系統(tǒng)則是依據(jù)水流路徑而定名。不同的土地處理類型有不同的工藝條件、工藝參數(shù)和場地要求。

（1）污水土地處理系統(tǒng)由以下部分組成：

1）污水的收集與預(yù)處理設(shè)備：防止泥砂在布水系統(tǒng)中沉淀和機械磨損，以及過量懸浮固體引起的土壤堵塞。

2）污水的調(diào)節(jié)、貯存設(shè)備：調(diào)節(jié)土地處理系統(tǒng)受氣候影響時的水力負荷，可采用貯存塘與土地處理聯(lián)合系統(tǒng)。

3）配水與布水系統(tǒng)配水系統(tǒng)：包括污水泵站、輸水管道等。布水系統(tǒng)的功能是將污水按工藝要求均勻地投配到土壤-植物系統(tǒng)。

4）土地凈化田（土壤-植物系統(tǒng)）：土地凈化田是土地處理系統(tǒng)的核心，污染物的凈化和去除主要在此完成。在一定范圍內(nèi)，選擇到滿足土地處理要求的土地是這一技術(shù)成功的關(guān)鍵。土地選擇要考慮地形、地表坡度和土壤性質(zhì)。 ·

5）凈化水的收集、利用系統(tǒng)：保證污水土地處理系統(tǒng)的處理效果和水流通暢，保護地下水和再生水利用。

6）監(jiān)測系統(tǒng)：檢查、監(jiān)控處理效果。

污水土地處理系統(tǒng)在某種意義上源于傳統(tǒng)的污水灌溉，但不等于污水灌溉，兩者的主要區(qū)別是：

① 目的不同。傳統(tǒng)污水灌溉是一項農(nóng)田水利工程，其主要目的是利用污水提高作物產(chǎn)量，用水則“灌”，不用則“放”。而土地處理是一項污水處理工程，應(yīng)能終年連續(xù)運行。

② 負荷控制不同。傳統(tǒng)的污水灌溉把污水作為水肥資源加以利用，只注意水“肥”和水“量”，按不同作物的不同季節(jié)對水的需要來確定灌水時間與灌溉定額。而土地處理則重視污水處理效果，按單位面積污染負荷及其對有機物的降解容量來確定水力負荷。

③ 生態(tài)結(jié)構(gòu)不同。傳統(tǒng)污水灌溉中的污水是服務(wù)于作物的，通常單一種植。而土地處理通常設(shè)計成多樣化種植的生態(tài)結(jié)構(gòu)，以便針對不同作物對有機物的降解能力，在不同種植單元上進行水力負荷的有效分配，保證系統(tǒng)在最佳狀態(tài)下連續(xù)運行。

④ 處理后出水的出路有差別。傳統(tǒng)污水灌溉后的出水通常流放河系。而土地處理后的出水，可流放河系，也可作為中水資源再生重復(fù)利用，如注入地下、澆灌綠地、沖洗廁所等。通?？焖贊B濾系統(tǒng)再生水的回收率可達80%，慢速滲濾系統(tǒng)可達30%，地下滲濾系統(tǒng)達70%。關(guān)鍵是應(yīng)保證土地處理系統(tǒng)的穩(wěn)定、正常運行，以獲得良好的凈化水質(zhì)。

（2）污水土地處理的凈化機理

土壤-植物系統(tǒng)對污水的凈化是一個十分復(fù)雜的綜合過程，其中包括過濾、吸附、化學(xué)反應(yīng)與化學(xué)沉淀以及微生物代謝作用下的有機物分解和植物吸收等。

1） 過濾土壤顆粒間的空隙具有截流水中懸浮顆粒的作用。污水流經(jīng)土壤后，懸浮物（SS）被截流，污水得到凈化。影響土壤過濾凈化的因素有：土壤顆粒的大小、顆粒間孔隙的形狀和大小以及污水中懸浮顆粒的性質(zhì)、含量與粒徑大小等。如懸浮顆粒過粗、過多以及微生物代謝產(chǎn)物過多等會導(dǎo)致土壤顆粒的堵塞。

2） 吸附在土地處理系統(tǒng)中，污水中的非極性分子與土壤中的中性分子，在范德華力的作用下相互吸附而固定在土壤中；污水中的金屬離子與土壤中的無機膠體和有機膠體顆粒，或污水中的某些有機物與土壤中的重金屬離子由于螯合作用形成可吸性螫合物而固定在土壤中；重金屬離子與土壤顆粒之間，進行陽離子交換而被置換吸附并生成難溶性的物質(zhì)固定在土壤中等。

3） 化學(xué)反應(yīng)與化學(xué)沉淀污水中的重金屬離子與土壤的某些組分進行化學(xué)反應(yīng)生成難溶性化合物而沉淀；如果調(diào)整、改變土壤的氧化還原電位，能夠生成難溶性硫化物和金屬氫氧化物；某些化學(xué)反應(yīng)還能夠生成金屬磷酸鹽等物質(zhì)沉積于土壤中；在土地處理系統(tǒng)中還存在光化學(xué)降解作用等。

4） 微生物代謝作用在土壤中生存著種類繁多、數(shù)量巨大的土壤微生物，它們對土壤顆粒中的有機顆粒和溶解性有機物具有較強的降解能力，這是土壤具有強大自凈能力的原因。

5） 植物吸附和吸收作用 在土地處理系統(tǒng)中，污水中的營養(yǎng)物質(zhì)（氮、磷）主要靠作物吸附和吸收而去除，再通過作物收獲將其轉(zhuǎn)移出土壤系統(tǒng)。

應(yīng)該說明，土地處理系統(tǒng)對污染物的去除效能是上述作用的綜合結(jié)果，污水中的污染物是通過上述多種途徑去除的 。

污水的自然生物處理系統(tǒng)是一種利用天然凈化能力與人工強化技術(shù)相結(jié)合并具有多種功能的良性生態(tài)處理系統(tǒng)，在一定條件下，穩(wěn)定塘還能作為養(yǎng)殖塘加以利用，污水灌溉則可將廢水和其中的營養(yǎng)物質(zhì)作為水肥資源利用，獲得除害興利、一舉兩得的效果。

生物處理主要用于處理有機垃圾，也稱生物質(zhì)廢物，主要包括廚余垃圾（剩飯剩菜、果皮、魚刺等）、動植物殘體（動物尸體、樹皮、木屑、農(nóng)作物秸稈），動物糞便等。其他垃圾則不適合生物處理：包括紙制品（報紙、紙箱），塑料制品，玻璃、金屬，皮革、橡膠、衣物等。還有家庭清掃垃圾，油、涂料等也不適于生物處理?？傊苡糜谏锾幚淼睦耙赘癄€”。

生物處理利用垃圾的高有機質(zhì)含量和高含水率，處理后實現(xiàn)生活垃圾的減量化；厭氧消化技術(shù)中沼氣的產(chǎn)生，實現(xiàn)了生活垃圾的能源化；好氧堆肥技術(shù)的產(chǎn)品以及厭氧消化技術(shù)的沼渣可作為肥料用于土地利用。