污水生态处理方法概念及分类

河南省冶金研究所有限责任公司 李帅，王春俊

生态处理技术是净化污水、控制水污染的一项重要技术。广义上看，任何采用生态学的基本原理和方法，使用生态系统处理水中污染物的技术，都可以归类为生态处理技术。但是，为了与“生态修复”的概念相互区别，我们按处理的对象不同进行分类。“污水生态处理技术”主要是指针对各类废水排放源而言的，从产生环节产生后，未排入外环境前对污水进行处理的技术。“水体生态修复技术”主要针对的对象是环境中的水体，包括江河湖泊，以及水库、人工河道等人工水体。本文对现行的主要污水生态处理技术的概念及分类进行了介绍。

一、污水生态处理技术[1]

污水生态处理技术是利用自然生态系统去除污水中的污染物的技术，或以生态学的基本原理和方法为基础，研究和开发针对不同污水的处理技术，主要是借鉴不同类型的水生生态系统的自净原理。

污水生态处理技术的对象包括各类工业企业污水治理、农村面源生活污水治理、城市生活污水处理厂出水深度治理等。按污水生态处理技术的不同实现方式，可分成稳定塘、人工湿地、土地处理系统等。

在《废水污染控制技术手册（2013版）》和《排水工程（第四版）》中，把人工湿地划为土地处理技术的一部分。但在一些学术期刊论文中，也将稳定塘、污水土地处理、人工湿地并列作为废水生态处理技术看待。由于在湿地中，水生植物、水生动物发挥了一定的作用，不同于稳定塘、污水土地处理，因此，我们将污水土地处理系统也作为污水生态处理技术的一种主要形式。

二、稳定塘生态修复技术

稳定塘生态修复技术是对自然湖泊的模仿，实际形式类似于人工建设的池塘或水库，其净化机理是水体的自净能力。通俗来讲，稳定塘就是人工建设的污水池塘，由于在自然状态下水体自净速率较小，为了提高污水处理效率，通常需要进行人工干预。常见的人工干预形式有：为了防止污水渗入地下而污染地下水，通常需要修建防渗层；为了提高处理速率而进行人工曝气；为了防止厌氧过程中产生过多的恶臭气体，而把塘体的深度降低等。这种模仿自然湖泊而人工建设的污水塘就是稳定塘。在稳定塘中对污水处理起主导作用的是菌藻共生系统。在实际使用中，主要类型有兼性塘、好氧塘、厌氧塘、曝气塘，这是目前主流的稳定塘分类方式。稳定塘多与其他污水处理工艺组合使用，且多用于第一道工序。

在传统意义的稳定塘中主要通过菌澡共生系统去除污水中的污染物，其主要缺点是需要较长的水力停留时间，因此占地面积较大，又由于没有曝气系统，容易导致塘体下部发生厌氧反应，进而造成恶臭散发、污泥上浮[2]，影响出水水质。

就稳定塘的工艺特点而言，更适用于热带国家。在欧洲、北美洲和亚洲普遍应用常规的初级和二级污水处理和污泥处理工艺在非洲地区热带国家却相对采用的较少。原因在于：常规的污水处理流程相对较贵，非洲国家外汇短缺；大多数非洲国家的设备维护与维修水平较低；可以有效控制粪便中的病原体。稳定塘工艺工艺在非洲已应用了多年，如肯尼亚、南非、津巴布维和博茨瓦纳等国家都建有多座污水稳定塘，并取得了许多应用经验。

三、污水土地处理技术

与稳定塘是对自然湖泊的模仿相类似，污水土地处理技术是模仿天然状态下的土壤对污水的净化过程而开发出的污水处理技术，其净化机理是土壤的自净能力，该工艺最初来自对污水农田灌溉的改造。同样的，由于在自然状态下土壤自净速率较小，为了提高土壤对污水的处理效率，通常也需要进行人工干预。常见的人工干预形式有：为了最大程度利用土壤的自净能力，需要控制进入土壤的污染物量，过大或过小均不利于自净能力的发挥；为了保证进水和排水的顺利，一般需要修建完善的进水和排水设施；为了提高处理效率，可能会在土壤中种植一些有利于降解污染物的植物等。目前常见的污水土地处理系统有慢速渗滤、快速渗滤、地表漫流、地下渗滤四种主要类型。

在生态系统中，自然状态下的土壤及其中的微生物、植物对对各种污染物具有一定的综合净化能力，因此可以用来处理城市污水和工业废水。同时，普通污水或废水中的水分和肥料也可利用来促进农作物、牧草或林木的生长，并使其增加产量，凡能达到上述目的的工程设施，即称为土地处理系统。它由污水或废水的预处理设施、贮水湖、灌溉系统、地下排水系统等组成。土地处理系统的对污染物的去除效率取决于施用负荷、土壤、作物、气候、设计目的和运行条件等多种因素。污水的土地处理，既经济有效地净化了污水，又充分利用了污水中的营养物质和水，强化了农作物、牧草和林木的生产。

由于该技术自身固有的特点，在我国污水土地处理技术主要用于处理农村污水，可充分利用广大农村地区的土地优势，可降低污水处理成本，且运行效果稳定，通常作为整体处理工艺的一个环节与其他污水处理工艺组合成新的工艺。对组合工艺的研究表明，与其他工艺组合后，整体工艺具有较明显的除磷效果[3]。

四、人工湿地

与稳定塘是对自然湖泊的模仿相类似，人工湿地是对自然湿地的模仿，其净化机理是湿地的自净能力。同样的，由于在自然状态下湿地的自净速率较小，为了提高湿地对污水的处理效率，通常也需要进行人工干预。常见的人工干预形式有：人工栽种对污染物有较高净化效果或有较高耐受性的湿地植物；针对要处理的污水特性，选择合适的基质；为了提高水中的溶解氧含量，需要采用一些曝气充氧措施等。目前人工湿地主要根据其栽种的水生植物类型进行分类，理论上可分为浮水、挺水、沉水植物系统等类型。目前实际建设的人工湿地一般都是挺水植物系统。

与稳定塘、污水土地处理系统类似，人工湿地本身也是一个相对完整的生态系统，在人工湿地中对污染物降解起主要作作的仍然是微生物。水生植物、基质对污染物的去除也有一定直接效果，但效果有限，主要是作为生态系统的一部分，保证整个生态系统的完整性和稳定性。

由于人工湿地中可以种植植物，因此具有营造景观的功能，目前实际建成的人工湿地基本都具有一定的景观功能。在我国，一些穿过城市或在城市周边经过的河流常常被修建成人工湿地，城市中的许多公园甚至也以人工湿地的形式构建，在处理了污水的同时也具有一定的经济效益、美学价值。

近年来，在人工湿地处理污水的实践中最常见的问题是基质堵塞，当污水中污染物浓度较高时，堵塞的频率更高。为了弥补人工湿地的缺陷，出现了多种新型的人工湿地。主要是将人工湿地与其他工艺组合，或构建多级复合的人工湿地[4]。

五、污水生态处理技术的特点[5]

污水处理技术经过了100多年的发展，目前在污水处理领域，主要的处理方法还有物理法、化学法、物化法、生物法，其他、种类繁多的技术基本都是从这几种基本方法组合、延伸而来的。污水生态处理技术可以看作生物法的延伸和发展，但与常规的厌氧法、好氧法又有一些不同，主要物点如下：

（一）优点

1.工程投资较小

污水生态处理技术不需要建设大规模的水处理构筑物（如氧化沟、沉淀池等），不需要购买各种常见的污水处理设备（如水泵、鼓风机、曝气机等），因此工程投资较小。据国内外相关研究资料统计，在相同的单位污水量的条件下，污水生态处理技术的总投资约为传统污水处理技术的总投资的1/3-1/8。

2.运行成本低

生态系统的能量来自太阳能，具有能量和物质自发流动的特性。污水生态处理技术充分利用了生态系统能量和物质自发流动的特性，对人为干预的依赖性较小，因此运行成本较低。据相关研究资料，参考一些已经建成并投运的污水生态处理装置，实际运行成本比常规的生物法装置低很多，约为传统方法的1/6-1/17。即使考虑到脱氮、除磷的需求，其能耗也比常规的传统方法低很多。

3.二次污染小

污水生态处理技术充分利用生态系统对污染物的净化能力，基本无须投加各类化学药剂，因此二次污染小。

4.耐冲击负荷能力强、处理效果比较稳定

生态系统是一个独立运转的开放系统，能够保持或恢复自身结构和功能的相对稳定，因此污水生态处理技术能够适应一些污染负荷变化较大的场合，在污染负荷变化较大的情况（不超过生态系统的自我调节能力）下能够保证出水水质稳定达标。

5.操作管理简单

由于生态系统具有能量和物质自发流动的特性，并且具有一定的稳定性和自我调节能力，因此基于污水生态处理技术的各种污染治理工程可以自动稳定运行，操作管理简单。

6.具备景观功能

生态系统本身具有一定的文化服务功能，具有为人类生活提供休闲、娱乐与美学享受等方面的价值。采用污水生态处理技术处理污水时，可以因地制宜，将生态处理技术的实现形式营造成具有一定文化服务的景观，在治理污水的同时，可以发展休闲、旅游等娱乐活动，间接提高经济效益。

（二）缺点

污水生态处理技术的最大缺点是处理单位污水量需要较多的土地，不易在城市地区推广。在中国，由于人多地少，人地矛盾突出，主要应用于农村地区，很少用于城市生活污水处理。近年来，随着污水处理技术的不断发展，以污水生态处理技术为基础新技术新工艺不断涌现，例如电解强化、投加混凝剂等，在一定程度上可以弥补污水生态处理技术的缺点。