第六節(jié)-生態(tài)工程與污水處理系統(tǒng)上課講義課件

第六節(jié)生態(tài)工程與污水處理系統(tǒng)主講：馮昭鵬第六節(jié)生態(tài)工程與污水處理系統(tǒng)主講：馮昭鵬一、生態(tài)工程簡(jiǎn)介（一）生態(tài)工程的定義及其應(yīng)用生態(tài)工程（EcologicalEngineering）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)。我國(guó)生態(tài)學(xué)家馬世駿對(duì)生態(tài)工程的定義是：應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)中物種共生與物質(zhì)循環(huán)再生的原理，結(jié)合系統(tǒng)工程的最優(yōu)化方法設(shè)計(jì)的多層利用物質(zhì)的生產(chǎn)工藝系統(tǒng)。一、生態(tài)工程簡(jiǎn)介（一）生態(tài)工程的定義及其應(yīng)用在應(yīng)用于環(huán)境科學(xué)研究的生態(tài)工程設(shè)計(jì)中，必須首先明確其目的。設(shè)計(jì)生態(tài)工程的目的生產(chǎn)人們所需的物質(zhì)（糧食、蔬菜、生物藥品）治理環(huán)境污染物（生物氧化塘）保護(hù)自然，保護(hù)物種（自然保護(hù)區(qū)）在應(yīng)用于環(huán)境科學(xué)研究的生態(tài)工程設(shè)計(jì)中，必須首先明確其生態(tài)工程設(shè)計(jì)的原理及原則原理：生態(tài)學(xué)的基本原理原則：社會(huì)規(guī)律和經(jīng)濟(jì)規(guī)律生態(tài)工程設(shè)計(jì)的原理及原則目前生態(tài)工程的設(shè)計(jì)和運(yùn)行已逐步進(jìn)入生態(tài)參數(shù)的定量分析階段，如生態(tài)工程中的能流過(guò)程分析，物質(zhì)循環(huán)和平衡分析，最終目的是建立生態(tài)過(guò)程數(shù)學(xué)模型，是生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)、能量在空間、時(shí)間和數(shù)量方面達(dá)到最優(yōu)化，滿足人類需要。目前生態(tài)工程的設(shè)計(jì)和運(yùn)行已逐步進(jìn)入生態(tài)參數(shù)的定量分析（二）生態(tài)工程的類型生態(tài)系統(tǒng)的兩個(gè)主要基本功能：通過(guò)一定相互協(xié)調(diào)的結(jié)構(gòu)形成動(dòng)態(tài)平衡；以多層營(yíng)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。（二）生態(tài)工程的類型

根據(jù)生態(tài)工程的性質(zhì)及其主要目標(biāo)，大致可分為以下幾個(gè)類型：物質(zhì)能量多層利用生態(tài)工程物質(zhì)轉(zhuǎn)化與再生生態(tài)工程無(wú)污染生態(tài)工程污染自凈多功能生態(tài)工程工農(nóng)業(yè)聯(lián)合生態(tài)工程根據(jù)生態(tài)工程的性質(zhì)及其主要目標(biāo)，大致可分為以下幾個(gè)類物質(zhì)能量多層利用生態(tài)工程

模擬不同種類生物群落的互生功能，包括分級(jí)利用和各取所需的生物結(jié)構(gòu)。物質(zhì)能量多層利用生態(tài)工程物質(zhì)轉(zhuǎn)化與再生生態(tài)工程

食物鏈通過(guò)代謝過(guò)程完成物質(zhì)循環(huán)。蔗基魚塘物質(zhì)轉(zhuǎn)化與再生生態(tài)工程蔗基魚塘無(wú)污染生態(tài)工程兼顧工業(yè)生產(chǎn)和保護(hù)環(huán)境的工藝，被稱為無(wú)污染工藝，若干此種工藝所構(gòu)成的工程體系，被稱為無(wú)污染工程。無(wú)污染生態(tài)工程污染自凈多功能生態(tài)工程生態(tài)系統(tǒng)中同時(shí)存在多種調(diào)控作用對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)控，稱為自凈。污染自凈多功能生態(tài)工程工農(nóng)業(yè)聯(lián)合生態(tài)工程在工農(nóng)業(yè)發(fā)展中相互補(bǔ)償原料，保持穩(wěn)定生產(chǎn)體系，減少?gòu)U物并改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的生態(tài)工程。工農(nóng)業(yè)聯(lián)合生態(tài)工程二、氧化塘法

生物氧化塘（OxidationPond），又稱穩(wěn)定塘，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)。由藻類的光合作用產(chǎn)生的氧以及空氣中的氧來(lái)維持好氣狀態(tài)，使池塘內(nèi)的廢水中的有機(jī)物在微生物作用下進(jìn)行生物降解。二、氧化塘法生物氧化塘（OxidationPond（一）凈化原理（一）凈化原理（二）氧化塘內(nèi)的生物組成氧化塘與自然界的富營(yíng)養(yǎng)水體基本類似，其中所出現(xiàn)的生物種類多樣性相當(dāng)高，有細(xì)菌，也有大型生物。與其他生物處理法不同的是，藻類生物量極高，而且浮游動(dòng)物（甲殼類）大量出現(xiàn)。（二）氧化塘內(nèi)的生物組成1.藻類小球藻屬柵列藻屬席藻屬眼蟲藻屬顫藻屬衣藻屬1.藻類小球藻屬柵列藻屬2.細(xì)菌無(wú)色桿菌假單胞菌黃桿菌產(chǎn)堿桿菌芽孢桿菌2.細(xì)菌無(wú)色桿菌假單胞菌3.微型動(dòng)物輪蟲膜袋蟲鐘蟲3.微型動(dòng)物輪蟲膜袋蟲氧化塘的特點(diǎn)：構(gòu)筑物簡(jiǎn)單能源消耗少運(yùn)轉(zhuǎn)管理方便起初僅用于處理生活污水，現(xiàn)已推廣至食品、制革、造紙、石油化工、農(nóng)藥等各種廢水的處理。氧化塘的特點(diǎn)：（三）氧化塘的分類與功能1.兼性塘2.厭氧塘3.好氧高效塘4.精制塘5.曝氣塘（三）氧化塘的分類與功能1.兼性塘

目前兼性塘（FacultativePond）廣泛應(yīng)用于處理工業(yè)、農(nóng)業(yè)廢水和生活污水。兼性塘功能模式圖1.兼性塘兼性塘功能模式圖2.厭氧塘

厭氧塘（AnaerobicPond）中主要為厭氧生物，接納預(yù)處理的廢水種類有：屠宰場(chǎng)廢水、造紙廠、家禽加工廠、食品加工廠、制革廠、啤酒廠、家禽飼料加工廠、牛奶廠、煉油廠、石油化工工業(yè)、制藥廠以及其它高濃度有機(jī)廢水。2.厭氧塘3.精制塘

精制糖（MaturationPond）一般用來(lái)改進(jìn)生物濾池法、活性污泥法以及其它類型生物塘排放的出水，目的是為了降低可沉降固體、BOD5、微生物以及氨的濃度。3.精制塘4.曝氣塘

曝氣塘（AeratedPond）以機(jī)械曝氣攝氧，可使塘內(nèi)污水中固體或部分固體保持在懸浮狀態(tài)，具有攪拌和充氧雙重功能。4.曝氣塘（四）綜合生物塘

綜合生物塘（MaturationBiologicalPond）是運(yùn)用生態(tài)學(xué)原理，將各具特點(diǎn)的生態(tài)單元，按照一定的比例和方式組合起來(lái)的具有污水凈化和污水資源化雙重功能的新型穩(wěn)定塘技術(shù)。

占地面積小，凈化效率高。（四）綜合生物塘1.綜合生物塘凈化生物學(xué)基礎(chǔ)（1）水生維管束植物生態(tài)凈化功能（2）藻―菌互生生態(tài)系統(tǒng)代謝活性（3）提高出水水質(zhì)的生態(tài)學(xué)措施1.綜合生物塘凈化生物學(xué)基礎(chǔ)水生維管束植物紫萍鳳眼蓮水生維管束植物紫萍鳳眼蓮水生維管束植物香蒲水花生水生維管束植物香蒲2.綜合生物塘工藝流程及污水凈化效果（1）工藝流程進(jìn)水沉沙厭氧植物藻-菌生態(tài)修飾養(yǎng)殖灌溉出水ⅠⅡⅢⅣ2.綜合生物塘工藝流程及污水凈化效果進(jìn)水沉沙厭氧植物藻-菌生（2）污水進(jìn)化效果

經(jīng)處理，污水達(dá)到相應(yīng)的排放標(biāo)準(zhǔn)。（2）污水進(jìn)化效果（一）以水生大型植物為基礎(chǔ)的處理系統(tǒng)目前比較完善的水生植物塘（AquaticPlantPond）處理廢水的工藝流程為：三、水生植物塘原污水格柵曝氣塘砂濾出水臭氧消毒粒狀碳柱反滲透（一）以水生大型植物為基礎(chǔ)的處理系統(tǒng)三、水生植物塘原污水格柵（二）全年運(yùn)轉(zhuǎn)途徑P.348

內(nèi)容自學(xué)（了解營(yíng)養(yǎng)膜技術(shù)）（二）全年運(yùn)轉(zhuǎn)途徑四、人工濕地處理系統(tǒng)（一）人工濕地系統(tǒng)

濕地是指每年在足夠長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)均具有淺的表面水層，能維持大型水生植物生長(zhǎng)的生態(tài)系統(tǒng)。人工濕地（ArtificialWetland）是根據(jù)自然濕地模擬的人工生態(tài)系統(tǒng)，用于處理廢水。效率高、運(yùn)費(fèi)低，并且對(duì)廢水處理廠難以去除的營(yíng)養(yǎng)元素有較好的凈化效果。四、人工濕地處理系統(tǒng)（一）人工濕地系統(tǒng)人工濕地系統(tǒng)人工濕地系統(tǒng)（二）蘆葦濕地處理系統(tǒng)實(shí)例P.350內(nèi)容自學(xué)（二）蘆葦濕地處理系統(tǒng)實(shí)例蘆葦濕地處理系統(tǒng)蘆葦濕地處理系統(tǒng)利用土地以及其中的微生物和植物根系對(duì)污染物的凈化能力來(lái)處理已經(jīng)過(guò)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(zhǎng)的工程設(shè)施稱為土地處理系統(tǒng)（LandTreatmentSystem）。投資少、耗能低、易管理、凈化效果好。五、污水土地處理系統(tǒng)利用土地以及其中的微生物和植物根系對(duì)污染物的（一）污水處理系統(tǒng)的組成與類型1.土地處理系統(tǒng)的組成污水土地處理系統(tǒng)一般由污水的預(yù)處理設(shè)施，污水的調(diào)節(jié)與儲(chǔ)存設(shè)施，污水的輸送、布水及控制系統(tǒng)，土地處理面積和排出水收集系統(tǒng)組成。（一）污水處理系統(tǒng)的組成與類型2.土地處理的凈化機(jī)理土地處理是利用土地生態(tài)系統(tǒng)的自凈能力凈化污水。土地生態(tài)系統(tǒng)的凈化機(jī)理包括土壤的過(guò)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。2.土地處理的凈化機(jī)理3.土地處理系統(tǒng)的主要類型地表漫流系統(tǒng)

慢速滲透系統(tǒng)快速滲透系統(tǒng)自然濕地系統(tǒng)復(fù)合污水土地處理系統(tǒng)3.土地處理系統(tǒng)的主要類型（二）土地處理系統(tǒng)與污灌的主要區(qū)別

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內(nèi)容自學(xué)（二）土地處理系統(tǒng)與污灌的主要區(qū)別六、生態(tài)工程與生態(tài)農(nóng)業(yè)（一）發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)的必要性生態(tài)農(nóng)業(yè)（EcologicalAgriculture）是一種能長(zhǎng)期維持農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所依賴的環(huán)境質(zhì)量和資源基礎(chǔ)，為人類提供必需的食物和纖維等產(chǎn)品的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系。

1.嚴(yán)重的水土流失和土壤侵蝕

2.化肥和農(nóng)藥用量越來(lái)越大

3.大量消耗石油能源六、生態(tài)工程與生態(tài)農(nóng)業(yè)（一）發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)的必要性（二）生態(tài)工程的能量平衡與物質(zhì)循環(huán)分析基本方法1.能量分析對(duì)生態(tài)工程系統(tǒng)中的各種能量流加以確定和計(jì)算，并對(duì)各種能量流之間的相互關(guān)系進(jìn)行分析，進(jìn)而從能量角度對(duì)該系統(tǒng)的基本特征做出評(píng)價(jià)。

P.354（二）生態(tài)工程的能量平衡與物質(zhì)循環(huán)分析基本方法2.物質(zhì)循環(huán)分析

P.355氮循環(huán)2.物質(zhì)循環(huán)分析氮循環(huán)（三）生態(tài)農(nóng)業(yè)能量與物質(zhì)分析P.355

內(nèi)容自學(xué)（三）生態(tài)農(nóng)業(yè)能量與物質(zhì)分析思考題1.什么是生態(tài)工程？如何進(jìn)行特定生態(tài)工程的能量平衡與物質(zhì)循環(huán)分析？2.生態(tài)工程有哪些類型？環(huán)境污染治理中如何運(yùn)用生態(tài)工程的基本原理？3.氧化塘處理廢水