河南省冶金研究所有限責(zé)任公司 李帥，王春俊

生態(tài)處理技術(shù)是凈化污水、控制水污染的一項(xiàng)重要技術(shù)。廣義上看，任何采用生態(tài)學(xué)的基本原理和方法，使用生態(tài)系統(tǒng)處理水中污染物的技術(shù)，都可以歸類為生態(tài)處理技術(shù)。但是，為了與“生態(tài)修復(fù)”的概念相互區(qū)別，我們按處理的對象不同進(jìn)行分類?！拔鬯鷳B(tài)處理技術(shù)”主要是指針對各類廢水排放源而言的，從產(chǎn)生環(huán)節(jié)產(chǎn)生后，未排入外環(huán)境前對污水進(jìn)行處理的技術(shù)?！八w生態(tài)修復(fù)技術(shù)”主要針對的對象是環(huán)境中的水體，包括江河湖泊，以及水庫、人工河道等人工水體。本文對現(xiàn)行的主要污水生態(tài)處理技術(shù)的概念及分類進(jìn)行了介紹。

一、污水生態(tài)處理技術(shù)[1]

污水生態(tài)處理技術(shù)是利用自然生態(tài)系統(tǒng)去除污水中的污染物的技術(shù)，或以生態(tài)學(xué)的基本原理和方法為基礎(chǔ)，研究和開發(fā)針對不同污水的處理技術(shù)，主要是借鑒不同類型的水生生態(tài)系統(tǒng)的自凈原理。

污水生態(tài)處理技術(shù)的對象包括各類工業(yè)企業(yè)污水治理、農(nóng)村面源生活污水治理、城市生活污水處理廠出水深度治理等。按污水生態(tài)處理技術(shù)的不同實(shí)現(xiàn)方式，可分成穩(wěn)定塘、人工濕地、土地處理系統(tǒng)等。

在《廢水污染控制技術(shù)手冊（2013版）》和《排水工程（第四版）》中，把人工濕地劃為土地處理技術(shù)的一部分。但在一些學(xué)術(shù)期刊論文中，也將穩(wěn)定塘、污水土地處理、人工濕地并列作為廢水生態(tài)處理技術(shù)看待。由于在濕地中，水生植物、水生動(dòng)物發(fā)揮了一定的作用，不同于穩(wěn)定塘、污水土地處理，因此，我們將污水土地處理系統(tǒng)也作為污水生態(tài)處理技術(shù)的一種主要形式。

二、穩(wěn)定塘生態(tài)修復(fù)技術(shù)

穩(wěn)定塘生態(tài)修復(fù)技術(shù)是對自然湖泊的模仿，實(shí)際形式類似于人工建設(shè)的池塘或水庫，其凈化機(jī)理是水體的自凈能力。通俗來講，穩(wěn)定塘就是人工建設(shè)的污水池塘，由于在自然狀態(tài)下水體自凈速率較小，為了提高污水處理效率，通常需要進(jìn)行人工干預(yù)。常見的人工干預(yù)形式有：為了防止污水滲入地下而污染地下水，通常需要修建防滲層；為了提高處理速率而進(jìn)行人工曝氣；為了防止厭氧過程中產(chǎn)生過多的惡臭氣體，而把塘體的深度降低等。這種模仿自然湖泊而人工建設(shè)的污水塘就是穩(wěn)定塘。在穩(wěn)定塘中對污水處理起主導(dǎo)作用的是菌藻共生系統(tǒng)。在實(shí)際使用中，主要類型有兼性塘、好氧塘、厭氧塘、曝氣塘，這是目前主流的穩(wěn)定塘分類方式。穩(wěn)定塘多與其他污水處理工藝組合使用，且多用于第一道工序。

在傳統(tǒng)意義的穩(wěn)定塘中主要通過菌澡共生系統(tǒng)去除污水中的污染物，其主要缺點(diǎn)是需要較長的水力停留時(shí)間，因此占地面積較大，又由于沒有曝氣系統(tǒng)，容易導(dǎo)致塘體下部發(fā)生厭氧反應(yīng)，進(jìn)而造成惡臭散發(fā)、污泥上浮[2]，影響出水水質(zhì)。

就穩(wěn)定塘的工藝特點(diǎn)而言，更適用于熱帶國家。在歐洲、北美洲和亞洲普遍應(yīng)用常規(guī)的初級和二級污水處理和污泥處理工藝在非洲地區(qū)熱帶國家卻相對采用的較少。原因在于：常規(guī)的污水處理流程相對較貴，非洲國家外匯短缺；大多數(shù)非洲國家的設(shè)備維護(hù)與維修水平較低；可以有效控制糞便中的病原體。穩(wěn)定塘工藝工藝在非洲已應(yīng)用了多年，如肯尼亞、南非、津巴布維和博茨瓦納等國家都建有多座污水穩(wěn)定塘，并取得了許多應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。

三、污水土地處理技術(shù)

與穩(wěn)定塘是對自然湖泊的模仿相類似，污水土地處理技術(shù)是模仿天然狀態(tài)下的土壤對污水的凈化過程而開發(fā)出的污水處理技術(shù)，其凈化機(jī)理是土壤的自凈能力，該工藝最初來自對污水農(nóng)田灌溉的改造。同樣的，由于在自然狀態(tài)下土壤自凈速率較小，為了提高土壤對污水的處理效率，通常也需要進(jìn)行人工干預(yù)。常見的人工干預(yù)形式有：為了最大程度利用土壤的自凈能力，需要控制進(jìn)入土壤的污染物量，過大或過小均不利于自凈能力的發(fā)揮；為了保證進(jìn)水和排水的順利，一般需要修建完善的進(jìn)水和排水設(shè)施；為了提高處理效率，可能會(huì)在土壤中種植一些有利于降解污染物的植物等。目前常見的污水土地處理系統(tǒng)有慢速滲濾、快速滲濾、地表漫流、地下滲濾四種主要類型。

在生態(tài)系統(tǒng)中，自然狀態(tài)下的土壤及其中的微生物、植物對對各種污染物具有一定的綜合凈化能力，因此可以用來處理城市污水和工業(yè)廢水。同時(shí)，普通污水或廢水中的水分和肥料也可利用來促進(jìn)農(nóng)作物、牧草或林木的生長，并使其增加產(chǎn)量，凡能達(dá)到上述目的的工程設(shè)施，即稱為土地處理系統(tǒng)。它由污水或廢水的預(yù)處理設(shè)施、貯水湖、灌溉系統(tǒng)、地下排水系統(tǒng)等組成。土地處理系統(tǒng)的對污染物的去除效率取決于施用負(fù)荷、土壤、作物、氣候、設(shè)計(jì)目的和運(yùn)行條件等多種因素。污水的土地處理，既經(jīng)濟(jì)有效地凈化了污水，又充分利用了污水中的營養(yǎng)物質(zhì)和水，強(qiáng)化了農(nóng)作物、牧草和林木的生產(chǎn)。

由于該技術(shù)自身固有的特點(diǎn)，在我國污水土地處理技術(shù)主要用于處理農(nóng)村污水，可充分利用廣大農(nóng)村地區(qū)的土地優(yōu)勢，可降低污水處理成本，且運(yùn)行效果穩(wěn)定，通常作為整體處理工藝的一個(gè)環(huán)節(jié)與其他污水處理工藝組合成新的工藝。對組合工藝的研究表明，與其他工藝組合后，整體工藝具有較明顯的除磷效果[3]。

四、人工濕地

與穩(wěn)定塘是對自然湖泊的模仿相類似，人工濕地是對自然濕地的模仿，其凈化機(jī)理是濕地的自凈能力。同樣的，由于在自然狀態(tài)下濕地的自凈速率較小，為了提高濕地對污水的處理效率，通常也需要進(jìn)行人工干預(yù)。常見的人工干預(yù)形式有：人工栽種對污染物有較高凈化效果或有較高耐受性的濕地植物；針對要處理的污水特性，選擇合適的基質(zhì)；為了提高水中的溶解氧含量，需要采用一些曝氣充氧措施等。目前人工濕地主要根據(jù)其栽種的水生植物類型進(jìn)行分類，理論上可分為浮水、挺水、沉水植物系統(tǒng)等類型。目前實(shí)際建設(shè)的人工濕地一般都是挺水植物系統(tǒng)。

與穩(wěn)定塘、污水土地處理系統(tǒng)類似，人工濕地本身也是一個(gè)相對完整的生態(tài)系統(tǒng)，在人工濕地中對污染物降解起主要作作的仍然是微生物。水生植物、基質(zhì)對污染物的去除也有一定直接效果，但效果有限，主要是作為生態(tài)系統(tǒng)的一部分，保證整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的完整性和穩(wěn)定性。

由于人工濕地中可以種植植物，因此具有營造景觀的功能，目前實(shí)際建成的人工濕地基本都具有一定的景觀功能。在我國，一些穿過城市或在城市周邊經(jīng)過的河流常常被修建成人工濕地，城市中的許多公園甚至也以人工濕地的形式構(gòu)建，在處理了污水的同時(shí)也具有一定的經(jīng)濟(jì)效益、美學(xué)價(jià)值。

近年來，在人工濕地處理污水的實(shí)踐中最常見的問題是基質(zhì)堵塞，當(dāng)污水中污染物濃度較高時(shí)，堵塞的頻率更高。為了彌補(bǔ)人工濕地的缺陷，出現(xiàn)了多種新型的人工濕地。主要是將人工濕地與其他工藝組合，或構(gòu)建多級復(fù)合的人工濕地[4]。

五、污水生態(tài)處理技術(shù)的特點(diǎn)[5]

污水處理技術(shù)經(jīng)過了100多年的發(fā)展，目前在污水處理領(lǐng)域，主要的處理方法還有物理法、化學(xué)法、物化法、生物法，其他、種類繁多的技術(shù)基本都是從這幾種基本方法組合、延伸而來的。污水生態(tài)處理技術(shù)可以看作生物法的延伸和發(fā)展，但與常規(guī)的厭氧法、好氧法又有一些不同，主要物點(diǎn)如下：

（一）優(yōu)點(diǎn)

1.工程投資較小

污水生態(tài)處理技術(shù)不需要建設(shè)大規(guī)模的水處理構(gòu)筑物（如氧化溝、沉淀池等），不需要購買各種常見的污水處理設(shè)備（如水泵、鼓風(fēng)機(jī)、曝氣機(jī)等），因此工程投資較小。據(jù)國內(nèi)外相關(guān)研究資料統(tǒng)計(jì)，在相同的單位污水量的條件下，污水生態(tài)處理技術(shù)的總投資約為傳統(tǒng)污水處理技術(shù)的總投資的1/3-1/8。

2.運(yùn)行成本低

生態(tài)系統(tǒng)的能量來自太陽能，具有能量和物質(zhì)自發(fā)流動(dòng)的特性。污水生態(tài)處理技術(shù)充分利用了生態(tài)系統(tǒng)能量和物質(zhì)自發(fā)流動(dòng)的特性，對人為干預(yù)的依賴性較小，因此運(yùn)行成本較低。據(jù)相關(guān)研究資料，參考一些已經(jīng)建成并投運(yùn)的污水生態(tài)處理裝置，實(shí)際運(yùn)行成本比常規(guī)的生物法裝置低很多，約為傳統(tǒng)方法的1/6-1/17。即使考慮到脫氮、除磷的需求，其能耗也比常規(guī)的傳統(tǒng)方法低很多。

3.二次污染小

污水生態(tài)處理技術(shù)充分利用生態(tài)系統(tǒng)對污染物的凈化能力，基本無須投加各類化學(xué)藥劑，因此二次污染小。

4.耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)、處理效果比較穩(wěn)定

生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)的開放系統(tǒng)，能夠保持或恢復(fù)自身結(jié)構(gòu)和功能的相對穩(wěn)定，因此污水生態(tài)處理技術(shù)能夠適應(yīng)一些污染負(fù)荷變化較大的場合，在污染負(fù)荷變化較大的情況（不超過生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力）下能夠保證出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

5.操作管理簡單

由于生態(tài)系統(tǒng)具有能量和物質(zhì)自發(fā)流動(dòng)的特性，并且具有一定的穩(wěn)定性和自我調(diào)節(jié)能力，因此基于污水生態(tài)處理技術(shù)的各種污染治理工程可以自動(dòng)穩(wěn)定運(yùn)行，操作管理簡單。

6.具備景觀功能

生態(tài)系統(tǒng)本身具有一定的文化服務(wù)功能，具有為人類生活提供休閑、娛樂與美學(xué)享受等方面的價(jià)值。采用污水生態(tài)處理技術(shù)處理污水時(shí)，可以因地制宜，將生態(tài)處理技術(shù)的實(shí)現(xiàn)形式營造成具有一定文化服務(wù)的景觀，在治理污水的同時(shí)，可以發(fā)展休閑、旅游等娛樂活動(dòng)，間接提高經(jīng)濟(jì)效益。

（二）缺點(diǎn)

污水生態(tài)處理技術(shù)的最大缺點(diǎn)是處理單位污水量需要較多的土地，不易在城市地區(qū)推廣。在中國，由于人多地少，人地矛盾突出，主要應(yīng)用于農(nóng)村地區(qū)，很少用于城市生活污水處理。近年來，隨著污水處理技術(shù)的不斷發(fā)展，以污水生態(tài)處理技術(shù)為基礎(chǔ)新技術(shù)新工藝不斷涌現(xiàn)，例如電解強(qiáng)化、投加混凝劑等，在一定程度上可以彌補(bǔ)污水生態(tài)處理技術(shù)的缺點(diǎn)。