王輝

(唐山環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，河北 唐山 063000)

隨著我國(guó)人民生活水平的不斷提高，對(duì)環(huán)境質(zhì)量的高標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)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(duì)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(shù)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(duì)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(shù)是指運(yùn)用生態(tài)學(xué)原理，采用工程學(xué)方法，使廢水無(wú)害化、資源化，是廢水中污染物治理與水資源利用相結(jié)合的方法，是生態(tài)學(xué)四大基本原理在水資源領(lǐng)域的具體運(yùn)用。

1.1 循環(huán)再生原理

生態(tài)系統(tǒng)通過(guò)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(lái)的簡(jiǎn)單物質(zhì)，并歸還到非生物組分中。如此循環(huán)往復(fù)，進(jìn)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(jìn)行著循環(huán)和再生的過(guò)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(fù)植物與微生物種群之間、各種修復(fù)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(fù)植物，給根系微生物提供生態(tài)位和適宜的營(yíng)養(yǎng)條件，促進(jìn)微生物的生長(zhǎng)和繁殖，促使廢水中植物不能直接利用的那部分污染物轉(zhuǎn)化或降解為植物可利用的成分，反過(guò)來(lái)又促進(jìn)植物的生長(zhǎng)和發(fā)育。

1.3 整體優(yōu)化原理

廢水的生態(tài)處理技術(shù)涉及點(diǎn)源控制、廢水傳輸、預(yù)處理工程、布水工藝、修復(fù)植物選擇和再生水的利用等基本過(guò)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(gè)整體，對(duì)這些基本過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化，從而達(dá)到充分發(fā)揮處理系統(tǒng)對(duì)污染物的凈化功能和對(duì)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(lèi)型、微生物種群及水文條件差異很大，導(dǎo)致廢水中污染物質(zhì)在轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)時(shí)，必須有區(qū)別地進(jìn)行布水工藝與修復(fù)植物的選擇、結(jié)構(gòu)配置和運(yùn)行管理。

2 廢水生態(tài)處理技術(shù)體系

廢水生態(tài)處理技術(shù)以土地處理方法為基礎(chǔ)，是廢水土地處理系統(tǒng)的進(jìn)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(shù)上特別強(qiáng)調(diào)在廢水污染成分處理過(guò)程中修復(fù)植物-微生物體系與處理環(huán)境或介質(zhì)(如土壤)的相互關(guān)系，特別注意對(duì)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(fù)植物的土壤表面，廢水在流經(jīng)地表土壤-植物系統(tǒng)時(shí)得到充分凈化的處理工藝類(lèi)型。在該處理系統(tǒng)中，投配的廢水一部分被修復(fù)植物吸收，一部分在滲入底土的過(guò)程中其中的污染物被土壤介質(zhì)截獲，或被修復(fù)植物根系吸收、利用或固定，或被土壤中的微生物轉(zhuǎn)化、降解為無(wú)毒或低毒的成分。

工程設(shè)計(jì)時(shí)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(fù)荷為 0.6～6.0m/a，年有機(jī)負(fù)荷為2.0×103 kgBOD/(hm2·a)。其它需要考慮的場(chǎng)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(guò)程中通過(guò)生物氧化、硝化、反硝化、過(guò)濾、沉淀、還原等一系列作用而得到凈化的廢水處理工藝類(lèi)型。其工藝目標(biāo)主要包括:①?gòu)U水處理與再生水補(bǔ)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(guò)攔截工程措施，使再生水從地下進(jìn)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(chǎng)之下，在作物生長(zhǎng)季節(jié)用于灌溉。

工程設(shè)計(jì)時(shí)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(fù)荷為 6～150m/a，年有機(jī)負(fù)荷為3.6×104 kgBOD/(hm2·a)。此外，場(chǎng)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(zhǎng)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(dòng)過(guò)程中得以充分凈化的廢水處理工藝類(lèi)型。該系統(tǒng)的工藝目標(biāo)是:①在低預(yù)處理水平達(dá)到相當(dāng)于二級(jí)處理出水水質(zhì)；②結(jié)合其他強(qiáng)化手段，對(duì)有機(jī)污染及營(yíng)養(yǎng)物負(fù)荷的處理可達(dá)到較高水平；③再生水收集與回用。

工程設(shè)計(jì)時(shí)主要影響因素為:(1)地面最佳坡度為2%～8%；(2)土壤類(lèi)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(fù)荷為3～21m/a，年有機(jī)負(fù)荷為1.5×104kgBOD/(hm2·a)；(4)植物類(lèi)型選擇是保持系統(tǒng)有效運(yùn)行的最基本條件，以根系發(fā)達(dá)、對(duì)污染物耐性強(qiáng)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(jìn)入系統(tǒng)，因此常常采用不同類(lèi)型的草類(lèi)進(jìn)行混合種植。

對(duì)于典型的城市廢水，水力負(fù)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(shí)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(fù)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(dòng)過(guò)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(lèi)型。該處理系統(tǒng)的工藝目標(biāo)包括:①直接處理廢水；②對(duì)經(jīng)人工或其它工藝處理后的廢水進(jìn)行再處置或深度處理；③利用廢水營(yíng)造濕地自然保護(hù)區(qū)，為野生群落提供有價(jià)值的生態(tài)棲息地，為生物多樣性研究提供場(chǎng)地。

工程設(shè)計(jì)時(shí)主要影響因素為:(1)土壤滲透系數(shù)≤0.12m/d；(2)年水力負(fù)荷為 3～30 m/a，年有機(jī)負(fù)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(fù)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(gòu)造和良好擴(kuò)散性能的地下土層中，廢水在經(jīng)毛管浸潤(rùn)和土壤滲濾作用向周?chē)拖蛳逻\(yùn)動(dòng)過(guò)程中達(dá)到處理、利用要求的廢水處理工藝類(lèi)型。

該處理系統(tǒng)主要應(yīng)用于分散的小規(guī)模廢水處理，其工藝目標(biāo)主要包括:①直接處理廢水；②在地下處理廢水的同時(shí)為上層覆蓋綠地提供水分與營(yíng)養(yǎng)，使處理場(chǎng)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(fèi)用。

工程設(shè)計(jì)時(shí)主要影響因素為:(1)年水力負(fù)荷為0.4～3.0m/a，散水管最大埋深1.5 m；(2)需要有專(zhuān)門(mén)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(duì)預(yù)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(jié)語(yǔ)

研究表明，上述5個(gè)類(lèi)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(gòu)成了聯(lián)合式生態(tài)處理系統(tǒng)?？傊S著生態(tài)處理技術(shù)的不斷改進(jìn)和新型生態(tài)處理技術(shù)的研制，對(duì)進(jìn)水水質(zhì)將進(jìn)一步放寬。

[1]孫鐵珩，周啟星.污染生態(tài)學(xué)研究的回顧與展望[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，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(xué)出版社，1997.