生態(tài)工程與污水處理系統(tǒng)課件

1、生態(tài)工程與污水處理系統(tǒng)1生態(tài)工程與污水處理系統(tǒng) 討論生態(tài)工程與污水處理系統(tǒng)，首先要了解生態(tài)工程，生態(tài)工程從本質(zhì)上就是生態(tài)系統(tǒng)的思想加上工程設(shè)計(jì)，討論生態(tài)工程我們先從生態(tài)系統(tǒng)開始，讓我們簡單回顧一下生態(tài)系統(tǒng)。 一、生態(tài)系統(tǒng)概述一、生態(tài)系統(tǒng)概述 1. 生態(tài)系統(tǒng)的基本概念 生態(tài)系統(tǒng)可以定義為一定空間內(nèi)生物和非生物成分通過物質(zhì)的循環(huán)、能量的流動(dòng)和信息的交換而相互作用、相互依存所構(gòu)成的生態(tài)功能單元。生態(tài)工程與污水處理系統(tǒng)2 生態(tài)系統(tǒng)的生物組織層次是生物群落，所以生態(tài)系統(tǒng)也可以定義為：研究生物群落與其環(huán)境間相互作用關(guān)系及其作用規(guī)律功能單位。 生態(tài)系統(tǒng)可以是一個(gè)很具體的概念，一個(gè)池塘、一座別墅、一片森林或一

2、塊草地都是一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)。同時(shí)，它又是在空間范圍上抽象的概念。生態(tài)系統(tǒng)和生物圈只是研究的空間范疇及其復(fù)雜程度不同。小的生態(tài)系統(tǒng)聯(lián)合成大的生態(tài)系統(tǒng)，簡單的生態(tài)系統(tǒng)組合成復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，而最大、最復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)就是生物圈。 總之，生態(tài)系統(tǒng)可以概括為：自然界一定空間的生物與環(huán)境之間相互作用、相互制約、不斷演變，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡、相對穩(wěn)定的統(tǒng)一整體，是具有一定結(jié)構(gòu)和功能的單位。生態(tài)系統(tǒng)的核心問題是結(jié)構(gòu)、功能及其調(diào)節(jié)機(jī)制。生態(tài)工程與污水處理系統(tǒng)3 2. 生態(tài)系統(tǒng)組成成分和結(jié)構(gòu) （1）生態(tài)系統(tǒng)的組成成分 生態(tài)系統(tǒng)由兩部分、四個(gè)基本成分所組成。兩大部分就是生物和非生物環(huán)境，或稱之為生命系統(tǒng)和環(huán)境系統(tǒng)。四個(gè)基本成分

3、是指生產(chǎn)者、消費(fèi)者、還原者和非生物環(huán)境。 非生物環(huán)境 包括氣候因子和營養(yǎng)因子以及生物賴以生存的無機(jī)介質(zhì)。 生產(chǎn)者 是生物成分中能利用太陽能等能源，將簡單無機(jī)物合成復(fù)雜有機(jī)物的自養(yǎng)生物，如陸生的各種植物、水生的高等植物和藻類，還包括一些光能細(xì)菌和化能細(xì)菌。生態(tài)工程與污水處理系統(tǒng)4 消費(fèi)者 是靠自養(yǎng)生物或其他生物為食而獲得生存能量的異養(yǎng)生物，主要是各類動(dòng)物。 還原者 亦稱分解者，這類生物也屬異養(yǎng)生物，故又稱小型消費(fèi)者，包括細(xì)菌、真菌、放線菌和原生動(dòng)物。生態(tài)工程與污水處理系統(tǒng)5光照綠色植物食草動(dòng)物寄生動(dòng)物食腐動(dòng)物食渣動(dòng)物食肉動(dòng)物分解者光合作用轉(zhuǎn)換者營養(yǎng)鹽類無生命部分基本成分生產(chǎn)者有生命的成份消費(fèi)者非

4、基本成分生態(tài)工程與污水處理系統(tǒng)6 （2）生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括營養(yǎng)結(jié)構(gòu)、物種結(jié)構(gòu)、空間結(jié)構(gòu)和時(shí)間結(jié)構(gòu)。 營養(yǎng)結(jié)構(gòu) 生態(tài)系統(tǒng)各組成成分之間建立起來的營養(yǎng)關(guān)系，構(gòu)成了生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)，它是生態(tài)系統(tǒng)中能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的基礎(chǔ)。生產(chǎn)者（主要是綠色植物）消費(fèi)者（主要是動(dòng)物）還原者（各種微生物）非生物環(huán)境(空氣、水、土壤)生態(tài)工程與污水處理系統(tǒng)7 物種結(jié)構(gòu) 生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的物種組成結(jié)構(gòu)，不同的生態(tài)系統(tǒng)差異巨大，如水生生態(tài)系統(tǒng)與陸生生態(tài)系統(tǒng)就有很大的差異。 一些學(xué)者把生態(tài)系統(tǒng)中的物種按其資源利用方式劃分為同資源功能組（guild，相當(dāng)于同業(yè)工會(huì)）和異質(zhì)功能組。 空間結(jié)構(gòu) 是生物群落的空間格局狀況，

5、包括群落的垂直結(jié)構(gòu)（成層現(xiàn)象）和水平結(jié)構(gòu)（種群的水平配置格局）。 時(shí)間結(jié)構(gòu) 主要是指物種的時(shí)間變化關(guān)系和發(fā)育特征，構(gòu)成一個(gè)完整的季相。生態(tài)工程與污水處理系統(tǒng)8 3. 生態(tài)系統(tǒng)的基本功能 生態(tài)系統(tǒng)中生物的生產(chǎn)、物質(zhì)循環(huán)以及相應(yīng)的能量流動(dòng)和信息傳遞過程，是生態(tài)系統(tǒng)的四大基本功能。 （1）生物生產(chǎn) 生態(tài)系統(tǒng)中的生物生產(chǎn)包括初級生產(chǎn)（primary production）和次級生產(chǎn)（secondary production）兩個(gè)過程。前者是生產(chǎn)者（主要是綠色植物）把太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的過程，故又稱為植物性生產(chǎn)。后者是消費(fèi)者（主要是動(dòng)物）的生命活動(dòng)將初級產(chǎn)品轉(zhuǎn)化為動(dòng)物能，故稱為動(dòng)物性生產(chǎn)。生態(tài)工程與污水

6、處理系統(tǒng)9 （2）物質(zhì)循環(huán) 生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)主要是指維持生命活動(dòng)正常進(jìn)行所必須的各種營養(yǎng)元素，包括c、h、o、n、p和s等。這些物質(zhì)也是通過食物鏈各營養(yǎng)級傳遞和轉(zhuǎn)化的，從而構(gòu)成了生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)流動(dòng)。生態(tài)工程與污水處理系統(tǒng)10生態(tài)工程與污水處理系統(tǒng)11生態(tài)工程與污水處理系統(tǒng)12 （3）能量流動(dòng) 生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)（energy flow）是指能量通過食物網(wǎng)在系統(tǒng)內(nèi)的傳遞和耗散過程，即能量在生態(tài)系統(tǒng)中的行為。它始于生產(chǎn)者的初級生產(chǎn)止于還原者功能的完成，整個(gè)過程包括著能量形態(tài)的轉(zhuǎn)變，能量的轉(zhuǎn)移、利用和耗散。 （4）信息傳遞 生態(tài)系統(tǒng)的功能除體現(xiàn)在生物生產(chǎn)過程、能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)方面外，還表現(xiàn)在系統(tǒng)

7、中各生命成分之間存在著信息的輸入、輸出和傳遞。生態(tài)工程與污水處理系統(tǒng)13 包括：營養(yǎng)信息：即通過營養(yǎng)交換的形式或以食物鏈的關(guān)系，把信息從一個(gè)種群（或個(gè)體）傳遞給另一個(gè)種群（或個(gè)體）；物理信息，由生態(tài)系統(tǒng)物種本身賦予的顏色、光和發(fā)出的聲音等構(gòu)成?；瘜W(xué)信息：是指在某些特定條件下，生物體分泌出某種特殊的化學(xué)物質(zhì)，借以傳遞某種信息；行為信息，如鳥類發(fā)情期的“舞蹈”動(dòng)作，燕子求偶時(shí)在空中的特殊飛行格式等。 4. 生態(tài)系統(tǒng)基本特征 （1）生態(tài)系統(tǒng)是動(dòng)態(tài)功能系統(tǒng) 生態(tài)系統(tǒng)具有有機(jī)體的一系列生物學(xué)特性，如發(fā)育、代謝、繁殖、生長和衰老等。任何一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)總是處于不斷發(fā)展、進(jìn)化和演變之中，即生態(tài)系統(tǒng)的演替。 生態(tài)

8、工程與污水處理系統(tǒng)14 （2）生態(tài)系統(tǒng)具有一定的區(qū)域特征 生態(tài)系統(tǒng)都與特定的空間相聯(lián)系，包含一定地區(qū)和范圍的空間概念。 （3）生態(tài)系統(tǒng)是開放的“自持系統(tǒng)” 在自然生態(tài)系統(tǒng)中，通過生產(chǎn)者對光能的轉(zhuǎn)化，消費(fèi)者取食植物，而動(dòng)植物殘?bào)w以及它們的代謝物通過分解者作用，使結(jié)合在復(fù)雜有機(jī)物中的礦質(zhì)元素又歸還到環(huán)境中，重新供植物利用。 （4）生態(tài)系統(tǒng)具有自動(dòng)調(diào)節(jié)功能 自然生態(tài)系統(tǒng)若未受到人類或者其他因素的嚴(yán)重干擾和破壞，其結(jié)構(gòu)和功能是非常和諧的，這是因?yàn)樯鷳B(tài)系統(tǒng)具有自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，當(dāng)生態(tài)系統(tǒng)受到外來干擾而使穩(wěn)定狀態(tài)改變時(shí)，系統(tǒng)靠自身內(nèi)部的機(jī)制再返回穩(wěn)定、協(xié)調(diào)狀態(tài)的能力。生態(tài)工程與污水處理系統(tǒng)15 5. 生態(tài)系統(tǒng)

9、類型劃分 （1）空間環(huán)境性質(zhì)劃分法 按生態(tài)系統(tǒng)空間環(huán)境性質(zhì)，可把生態(tài)系統(tǒng)分為：淡水生態(tài)系統(tǒng)；海洋生態(tài)系統(tǒng)；陸地生態(tài)系統(tǒng)。 （2）組分價(jià)值劃分法 按生態(tài)系統(tǒng)的組分或應(yīng)用價(jià)值，生態(tài)系統(tǒng)可以分為：農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)；森林生態(tài)系統(tǒng)；草地生態(tài)系統(tǒng)；果園生態(tài)系統(tǒng)；水生生態(tài)系統(tǒng)；聚落或城市生態(tài)系統(tǒng)；道路生態(tài)系統(tǒng)。生態(tài)工程與污水處理系統(tǒng)16 （3）人為影響劃分法 按人類對生態(tài)系統(tǒng)的影響性質(zhì)和大小分為：自然生態(tài)系統(tǒng)；人工生態(tài)系統(tǒng)；受干擾生態(tài)系統(tǒng)；污染生態(tài)系統(tǒng)。 二、生態(tài)工程二、生態(tài)工程 1. 生態(tài)工程的定義及其應(yīng)用 生態(tài)工程一般指人工設(shè)計(jì)的，以生物種群為主要結(jié)構(gòu)組分，具有一定功能的、宏觀的、人為參與調(diào)控的工程系統(tǒng)。

10、生態(tài)工程可以是人工設(shè)計(jì)的一個(gè)群落，一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)或一個(gè)更為宏觀的地域性的生態(tài)空間。生態(tài)工程與污水處理系統(tǒng)17 生態(tài)工程主要是以生物種群、生物群落、生態(tài)系統(tǒng)為構(gòu)成的組分，所以生態(tài)學(xué)的基本原理是生態(tài)工程構(gòu)建和運(yùn)行的主要理論依據(jù)。 在應(yīng)用于環(huán)境科學(xué)研究中的生態(tài)工程設(shè)計(jì)中，按其目的，有：污水處理的生態(tài)工程、防風(fēng)固沙的生態(tài)工程、城市垃圾處理生態(tài)工程、湖泊或水源地治理生態(tài)工程。 2. 生態(tài)工程類型 生態(tài)系統(tǒng)有兩個(gè)起主要作用的基本功能。一是通過一定相互協(xié)調(diào)的結(jié)構(gòu)所形成的動(dòng)態(tài)平衡。二是以多層營養(yǎng)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)進(jìn)行物質(zhì)轉(zhuǎn)化、分解、富集與再生。 根據(jù)生態(tài)工程的性質(zhì)及其主要目標(biāo)，大致可分為：生態(tài)工程與污水處理系統(tǒng)18 （

11、1）物質(zhì)能量多層次利用生態(tài)工程 （2）物質(zhì)轉(zhuǎn)化與再生生態(tài)工程 （3）無污染生態(tài)工程 （4）污染自凈多功能生態(tài)工程 復(fù)雜的自然生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部具有緩沖能力和調(diào)節(jié)能力，即使由于某處物質(zhì)積累，損壞系統(tǒng)的原來結(jié)構(gòu)，也會(huì)出現(xiàn)適應(yīng)新情況的生物更新，此種現(xiàn)象稱為自凈。模擬如此復(fù)雜功能的工藝體系，可建立防治和處理污染的多功能生態(tài)工程。 （5）工農(nóng)業(yè)聯(lián)合生態(tài)工程生態(tài)工程與污水處理系統(tǒng)19 三、污水處理生態(tài)工程三、污水處理生態(tài)工程 污水處理生態(tài)工程可以理解為生態(tài)學(xué)原理和工程處理設(shè)施相結(jié)合的污水處理方法。由于這種處理方法和污水的資源化密切相關(guān)，因此也稱為污水資源化生態(tài)工程。一般說來這種處理方法包括：穩(wěn)定塘、土地處理系統(tǒng)

12、、人工濕地系統(tǒng)、水生植物處理系統(tǒng)等。 1. 穩(wěn)定塘 過去稱為氧化塘（oxidation pond）現(xiàn)在稱為穩(wěn)定塘（stabilization pond） （1）概述生態(tài)工程與污水處理系統(tǒng)20 國家“七五”攻關(guān)課題，武漢市墨水湖中試氧化塘平面圖：* 厭：厭氧塘 兼：兼性塘兼兼兼兼兼兼兼兼厭綜合生物塘污水 泵沉淀池生態(tài)工程與污水處理系統(tǒng)21 定義：穩(wěn)定塘又稱氧化塘，是利用藻類和細(xì)菌兩類生物間功能上的協(xié)同作用處理污水的一種生態(tài)系統(tǒng)。 另一個(gè)定義：是經(jīng)過設(shè)計(jì)施工的，具有圍堤和防滲層的污水處理塘。 由于一般穩(wěn)定塘均是由不同類型單元塘優(yōu)化組合而成的一個(gè)整體，因此穩(wěn)定塘又稱為穩(wěn)定塘系統(tǒng)，它是一種構(gòu)造簡單，管

13、理維修容易，處理效果穩(wěn)定可靠的污水處理方法。 定位：穩(wěn)定塘是二級生物處理。 處理效果：相關(guān)于常規(guī)的二級處理。生態(tài)工程與污水處理系統(tǒng)22 應(yīng)用：在缺水和有大量土地可供利用的地方可以應(yīng)用。 優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡單，投資較低，節(jié)約能源，處理效果穩(wěn)定。 缺點(diǎn)：主要占地面積大。 （2）穩(wěn)定塘處理過程凈化污水的原理 原理：是利用藻菌共生關(guān)系和食物鏈分解污水中污染物的生物凈化作用和物理的、化學(xué)的凈化作用，使污水得到凈化。 穩(wěn)定塘中的生物組成 活躍在穩(wěn)定塘中并對污水凈化起作用的生物主要有細(xì)菌、藻類、原生動(dòng)物及后生動(dòng)物、水生植物及其它高等水生動(dòng)物。生態(tài)工程與污水處理系統(tǒng)23 a. 細(xì)菌 細(xì)菌是穩(wěn)定塘中數(shù)量最多，作用最大

14、的一類微生物。 種類：好氧菌 兼性厭氧菌 厭氧菌 主要作用：污染物的生物降解 b. 藻類：主要有藍(lán)藻、綠藻、硅藻 主要作用：光合放氧，補(bǔ)充塘中氧是主要功能，也有生物降解作用，特別是一些異養(yǎng)藻類。 c. 原生動(dòng)物及后生動(dòng)物 原生動(dòng)物：肉足類，鞭毛類，纖毛類 后生動(dòng)物：輪蟲類，甲殼類，技角類及水生昆蟲。 主要作用：捕食微生物及藻類，吞食有機(jī)顆粒，改善水質(zhì)。生態(tài)工程與污水處理系統(tǒng)24 d. 水生植物 包括：浮水植物、沉水植物、挺水植物 主要作用：可以光合放氧，吸收利用有機(jī)物，凈化水體。 e. 高等水生動(dòng)物 主要是魚、螺蚌、鴨、鵝等水禽。 作用：捕食水生植物、低等動(dòng)物，凈化水體。 穩(wěn)定塘生態(tài)系統(tǒng)及其特

15、點(diǎn)： 穩(wěn)定塘的生態(tài)系統(tǒng)與湖泊生態(tài)系統(tǒng)有很多相似之處，但穩(wěn)定塘是一種半人工的生態(tài)系統(tǒng)，因此又有獨(dú)特的特點(diǎn)。生態(tài)工程與污水處理系統(tǒng)25 穩(wěn)定塘生物類群的生態(tài)關(guān)系： a. 藻菌共生關(guān)系 b. 食物鏈中的吞食關(guān)系 穩(wěn)定塘對污水的凈化作用原理 a. 稀釋作用 b. 沉淀和絮凝沉淀作用 c. 有機(jī)物的好氧分解 氧的消耗 氧的補(bǔ)充 d. 有機(jī)物的厭氧消化 e. 浮游生物的凈化作用 f. 水生維管束植物的凈化作用 生態(tài)工程與污水處理系統(tǒng)26 （3）穩(wěn)定塘系統(tǒng)單元塘的種類及特點(diǎn)： 按穩(wěn)定塘的微生物優(yōu)熱群體類型以及塘的充氧狀況，可以分為好氧塘、兼性塘、厭氧塘和曝氣塘，以及精制塘、綜合生物塘。 好氧塘 兼性塘 厭氧

16、塘 曝氣塘 精制塘（深度處理塘） 綜合生物塘 （4）影響穩(wěn)定塘處理過程的因素 溫度、光照、混合、營養(yǎng)物質(zhì)、微量元素、有毒物質(zhì)、蒸發(fā)量和降雨量。生態(tài)工程與污水處理系統(tǒng)27 2. 水生植物塘（水生植物處理污水系統(tǒng)） 水生植物處理污水系統(tǒng)可以與穩(wěn)定塘前面的處理系統(tǒng)聯(lián)用，也可以單獨(dú)使用。 （1）水生植物處理污水的凈化作用和原理 水生植物對氮、磷等污染物的吸收和去除。 水生植物對重金屬的吸收和積累。 水生植物對有毒有害有機(jī)污染物的吸收和降解。 （2）水生植物處理污水的系統(tǒng) 單一水生植物系統(tǒng) 復(fù)合水生植物處理系統(tǒng) 藻類處理系統(tǒng) 光生物反應(yīng)器生態(tài)工程與污水處理系統(tǒng)28 3. 污水土地處理系統(tǒng) 土地處理就是人

17、工可控的條件下將污水投配到土壤上，通過土壤植物系統(tǒng)自然地完成一系列物理、化學(xué)和生物凈化過程，達(dá)到設(shè)計(jì)所要求的凈化程度的一種污水處理方法。 利用土地以及其中的微生物和植物根系對污染物的凈化能力來處理已經(jīng)過預(yù)處理的污水或廢水，同時(shí)利用其中的水分和肥分促進(jìn)農(nóng)作物、牧草或樹木生長的工程設(shè)施稱為土地處理系統(tǒng)。 (1) 土地處理系統(tǒng)的組成 (2) 土地處理的凈化機(jī)理 土地處理系統(tǒng)的凈化機(jī)理包括土壤的過濾截留，物理和化學(xué)的吸附、化學(xué)分解、生物氧化以及植物和微生物的攝取等作用。生態(tài)工程與污水處理系統(tǒng)29 (3) 凈化能力及負(fù)荷 (4) 不同處理類型 快速滲濾系統(tǒng)（rapid infilteration lan

18、d treatment ri） 地表漫流系統(tǒng)（漫灌系統(tǒng)） 慢速滲濾系統(tǒng)（slow rate s.r） 自然濕地系統(tǒng) 人工濕地污水處理系統(tǒng) (5) 土地處理系統(tǒng)的規(guī)劃及設(shè)計(jì) (6) 進(jìn)入土地系統(tǒng)的污水標(biāo)準(zhǔn)及預(yù)處理生態(tài)工程與污水處理系統(tǒng)30 4. 人工濕地污水處理系統(tǒng)（constructed wetland treatment system）(人工構(gòu)建的土壤植物微生物處理系統(tǒng)) (1) 基本結(jié)構(gòu) (2) 人工濕地的水流方式 平流式 垂直流 轉(zhuǎn)流 (3) 人工濕地的應(yīng)用 (4) 人工濕地系統(tǒng)的強(qiáng)化處理 人工濕地處理污水的前處理強(qiáng)化 根際微生物強(qiáng)化處理 人工濕地植物的優(yōu)化選擇組合，各種不同形式的組合。