污染物处理利用生态工程和生态净水措施
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污染物处理利用生态工程和生 态净水措施
本章纲要
1. 污水处理和资源化生态工程 2. 固体废弃物处理生态工程 3. 大气污染防治生态工程 4. 土地污染治理生态工程
第一节 污水处理和资源化生 态工程
水质自然净化机理与方法 人工湿地处理系统 污水土地处理系统 污水稳定塘处理系统
一、水质自然净化机理与方法
二、 人工湿地处理系统
1.人工湿地系统的概念
人工湿地系统（Constucted wetland）， 是指以工程方式构筑池深小于 1.5ｍ 左右的 池塘或沟渠并种植水生植物后，导入污水进 行净化处理的技术。根据美国环境保护署出 版的 《人工湿地处理城市废水手册》所述， 人工湿地系统已有40 余年的应用历史。只要 设计及操作得当 ，人工湿地系统是可靠、有 效的自 然净化处理系统， 处理水质可达二 级至三级处理的水质标准。
➢ 氮、磷的去除
污水中的氮包括无机氮和有机氮。无机氮包括氨氮、 亚硝酸盐和硝酸盐。有机氮包括尿素、氨基酸、嘌呤和 嘧啶。研究表明，人工湿地处理系统对氮的去除作用包 括基质的吸附、过滤、沉淀、挥发、植物的吸收和微生 物硝化、反硝化作用。
人工湿地系统中对P的去除主要通过下面三个方面： 微生物正常的同化或植物的吸收作用；聚磷菌的过量摄P 作用；基质的物理化合作用。其中最主要的是基质对P的 吸附作用及其纳P容量，其吸附作用与基质中Fe ，Al 和 Ca等金属离子有关，而植物吸收对P的去除效率影响不大。
从自然净化的发生机理上来看，可分为物理净化、化 学净化和生物净化三类。
① 物理作用：包括稀释、吸附、扩散、沉淀以 及再曝气作用，其中以再曝气作用为最主要的影 响因素。
水流方向
扩散 推流
污染源
混合均匀断面
稀释本身并不能去除污染物质。 存在的两种运动形式：推流和扩散
② 化学作用：化学作用主要为污染物质的化学变 化，在一般水温条件下，其化学作用 并不明显， 通常在扩散作用、混合作用及沉淀作用的过程的 中发生氧化、还原、吸附或凝聚的现象。
⑦生物菌剂：可以在水体添加特殊的微生物菌剂，增 加降解菌的扩繁能力和速率，提高降解效率。
2.水质自然净化方法
基于水体现状及自然净化方法的应用原理，分为：
植生处理法：包括湿地、水生植物处理、植物 缓冲带、草沟和浮岛等。
土地处理法：灌溉处理、地下渗滤。 接触氧化法：包括砾间接触、填充滤材等。 稳定塘处理法
2. 人工湿地净化废水的机理
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）在有机物的去除中起主要作用，湿地植物 的根系将氧气带入周围的土壤，但远离根部的环境 处于厌氧，形成处理环境的变化带，这就加强了人 工湿地去除复杂污染物的难处理污染物的能力。大 部分有机物的去除是靠土壤中的微生物，但某些污 染物如重金属、硫、磷等依赖于土壤和植物的作用。
1.水质自然净化的机理
物质在自然环境中借助各种物理、 化学及生物性的输 送、转化而降解。通过此自然界的反应功能，物质会在一 定空间及一定时间内降低其浓度，这种作用称为自净作用。
水体自净作用是指进入水体中的污染物质浓度或毒性， 随时间和空间的变化而自然降低的现象。
而利用自净作用所发展出来的各类环境净化方法则统 称为自然净化。
③ 生物作用：有机污染物被水中的微生物分解而 利用，例如，藻类行光合作用或微生物分解溶解 性有机物质等，使有机物最后回归成无机安定的 状态。
阳 光 ↓ 一 级 生 产 者 → 原 生 动 物 → 轮 虫 、 浮 游 甲 壳 动 物 → 鱼 → 其 他 动 物
异 养 细 菌 废 物 、 排 泄 物 人
自然净化作用强化方向
①物质转换过程的改善：水质自然净化作用的途径相 当复杂，所以要选择最适当的反应机制才可加强净化处 理的效果，例如，改变流况、水力停留时间及流量等； 化学作用方面，如溶氧、ｐＨ值等；生物作用方面，包 括营养盐、有机质的增加或去除等。
②物质反应速率的加强：选定适当反应途径后，反应 速度的加强方法包括降低中间产物的累积以及对反应条 件，例如温度、ｐＨ值、营养盐、基质的调整。
C6H12O6+2H2O=2CH3COOH+4H2+2CO2 C6H12O6=2CH3CHOHCOOH C6H12O6=2CO2+2CH3CH2OH 硫酸盐还原菌和产甲烷菌利用上述脂肪酸进行代谢活动。
CH3COOH+H2SO4=2CO2+2H2O+H2S CH3COOH+4H2=2H2O+2CH4 CO2+4H2=CH4+2H2O BOD的去除包括几个生物化学过程：好氧呼吸，厌氧消减 和硫酸盐还原。
③调整输送速度百度文库调整物质输送速度，包括流速、水 力停留时间、水流路径、营养盐或基质的溶解速度等。
④物质形状的改变：可利用物质物理特性的作用能够 加强或是改善，例如增加附着体的孔隙。
⑤去除多余物质：去除多余物质，就是去除引发净化 作用产生负面影响的物质。
⑥生态系的生成：自然净化功能的维持，可以强化生 态系的恢复，例如种植植物、改善土壤性质等。但若 是使用错误的方式也可能造成生态系的破坏，例如引 进外来生物种造成与当地生物形成竞争的情形，使得 原来物种的削减或是外来生物种的过度繁殖，所以在 自然净化强化的方法中必须对物种的选择加以谨慎考 察。
➢ 有机物的去除
污水中的有机物包括包括颗粒性有机物和溶解性有机 物。前者通过沉淀和过滤可迅速去除，而后者则通过植 物根系生物膜的吸附、吸收及生物代谢降解过程被分解 而去除。微生物降解有机物又分为好氧降解和厌氧降解。
好氧降解主要由好氧异氧菌控制：
CH2O+O2=CO2+H2O 厌氧降解由兼性厌氧菌和专性厌氧菌控制，该过程分 两步进行。第一步主要产物为脂肪酸，如乙酸、乳酸、 乙醇、CO2和H2。
➢ 悬浮物去除
污水中的悬浮物含有大量的污染物质，例如有机物、 氮磷、重金属和病原菌等，因此去除悬浮物可以提高污 水的去除率。悬浮物主要通过过滤、沉淀、湿地介质表 面的吸附及微生物生长等作用从水中去除。湿地对悬浮 物的去除非常有效，悬浮固体出水值一般低于10mg/L。 为防止在进水口附近发生堵塞，进水前必须设置预处理 以降低总固体浓度，一般设置沉淀池即可。
本章纲要
1. 污水处理和资源化生态工程 2. 固体废弃物处理生态工程 3. 大气污染防治生态工程 4. 土地污染治理生态工程
第一节 污水处理和资源化生 态工程
水质自然净化机理与方法 人工湿地处理系统 污水土地处理系统 污水稳定塘处理系统
一、水质自然净化机理与方法
二、 人工湿地处理系统
1.人工湿地系统的概念
人工湿地系统（Constucted wetland）， 是指以工程方式构筑池深小于 1.5ｍ 左右的 池塘或沟渠并种植水生植物后，导入污水进 行净化处理的技术。根据美国环境保护署出 版的 《人工湿地处理城市废水手册》所述， 人工湿地系统已有40 余年的应用历史。只要 设计及操作得当 ，人工湿地系统是可靠、有 效的自 然净化处理系统， 处理水质可达二 级至三级处理的水质标准。
➢ 氮、磷的去除
污水中的氮包括无机氮和有机氮。无机氮包括氨氮、 亚硝酸盐和硝酸盐。有机氮包括尿素、氨基酸、嘌呤和 嘧啶。研究表明，人工湿地处理系统对氮的去除作用包 括基质的吸附、过滤、沉淀、挥发、植物的吸收和微生 物硝化、反硝化作用。
人工湿地系统中对P的去除主要通过下面三个方面： 微生物正常的同化或植物的吸收作用；聚磷菌的过量摄P 作用；基质的物理化合作用。其中最主要的是基质对P的 吸附作用及其纳P容量，其吸附作用与基质中Fe ，Al 和 Ca等金属离子有关，而植物吸收对P的去除效率影响不大。
从自然净化的发生机理上来看，可分为物理净化、化 学净化和生物净化三类。
① 物理作用：包括稀释、吸附、扩散、沉淀以 及再曝气作用，其中以再曝气作用为最主要的影 响因素。
水流方向
扩散 推流
污染源
混合均匀断面
稀释本身并不能去除污染物质。 存在的两种运动形式：推流和扩散
② 化学作用：化学作用主要为污染物质的化学变 化，在一般水温条件下，其化学作用 并不明显， 通常在扩散作用、混合作用及沉淀作用的过程的 中发生氧化、还原、吸附或凝聚的现象。
⑦生物菌剂：可以在水体添加特殊的微生物菌剂，增 加降解菌的扩繁能力和速率，提高降解效率。
2.水质自然净化方法
基于水体现状及自然净化方法的应用原理，分为：
植生处理法：包括湿地、水生植物处理、植物 缓冲带、草沟和浮岛等。
土地处理法：灌溉处理、地下渗滤。 接触氧化法：包括砾间接触、填充滤材等。 稳定塘处理法
2. 人工湿地净化废水的机理
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）在有机物的去除中起主要作用，湿地植物 的根系将氧气带入周围的土壤，但远离根部的环境 处于厌氧，形成处理环境的变化带，这就加强了人 工湿地去除复杂污染物的难处理污染物的能力。大 部分有机物的去除是靠土壤中的微生物，但某些污 染物如重金属、硫、磷等依赖于土壤和植物的作用。
1.水质自然净化的机理
物质在自然环境中借助各种物理、 化学及生物性的输 送、转化而降解。通过此自然界的反应功能，物质会在一 定空间及一定时间内降低其浓度，这种作用称为自净作用。
水体自净作用是指进入水体中的污染物质浓度或毒性， 随时间和空间的变化而自然降低的现象。
而利用自净作用所发展出来的各类环境净化方法则统 称为自然净化。
③ 生物作用：有机污染物被水中的微生物分解而 利用，例如，藻类行光合作用或微生物分解溶解 性有机物质等，使有机物最后回归成无机安定的 状态。
阳 光 ↓ 一 级 生 产 者 → 原 生 动 物 → 轮 虫 、 浮 游 甲 壳 动 物 → 鱼 → 其 他 动 物
异 养 细 菌 废 物 、 排 泄 物 人
自然净化作用强化方向
①物质转换过程的改善：水质自然净化作用的途径相 当复杂，所以要选择最适当的反应机制才可加强净化处 理的效果，例如，改变流况、水力停留时间及流量等； 化学作用方面，如溶氧、ｐＨ值等；生物作用方面，包 括营养盐、有机质的增加或去除等。
②物质反应速率的加强：选定适当反应途径后，反应 速度的加强方法包括降低中间产物的累积以及对反应条 件，例如温度、ｐＨ值、营养盐、基质的调整。
C6H12O6+2H2O=2CH3COOH+4H2+2CO2 C6H12O6=2CH3CHOHCOOH C6H12O6=2CO2+2CH3CH2OH 硫酸盐还原菌和产甲烷菌利用上述脂肪酸进行代谢活动。
CH3COOH+H2SO4=2CO2+2H2O+H2S CH3COOH+4H2=2H2O+2CH4 CO2+4H2=CH4+2H2O BOD的去除包括几个生物化学过程：好氧呼吸，厌氧消减 和硫酸盐还原。
③调整输送速度百度文库调整物质输送速度，包括流速、水 力停留时间、水流路径、营养盐或基质的溶解速度等。
④物质形状的改变：可利用物质物理特性的作用能够 加强或是改善，例如增加附着体的孔隙。
⑤去除多余物质：去除多余物质，就是去除引发净化 作用产生负面影响的物质。
⑥生态系的生成：自然净化功能的维持，可以强化生 态系的恢复，例如种植植物、改善土壤性质等。但若 是使用错误的方式也可能造成生态系的破坏，例如引 进外来生物种造成与当地生物形成竞争的情形，使得 原来物种的削减或是外来生物种的过度繁殖，所以在 自然净化强化的方法中必须对物种的选择加以谨慎考 察。
➢ 有机物的去除
污水中的有机物包括包括颗粒性有机物和溶解性有机 物。前者通过沉淀和过滤可迅速去除，而后者则通过植 物根系生物膜的吸附、吸收及生物代谢降解过程被分解 而去除。微生物降解有机物又分为好氧降解和厌氧降解。
好氧降解主要由好氧异氧菌控制：
CH2O+O2=CO2+H2O 厌氧降解由兼性厌氧菌和专性厌氧菌控制，该过程分 两步进行。第一步主要产物为脂肪酸，如乙酸、乳酸、 乙醇、CO2和H2。
➢ 悬浮物去除
污水中的悬浮物含有大量的污染物质，例如有机物、 氮磷、重金属和病原菌等，因此去除悬浮物可以提高污 水的去除率。悬浮物主要通过过滤、沉淀、湿地介质表 面的吸附及微生物生长等作用从水中去除。湿地对悬浮 物的去除非常有效，悬浮固体出水值一般低于10mg/L。 为防止在进水口附近发生堵塞，进水前必须设置预处理 以降低总固体浓度，一般设置沉淀池即可。