第六节-生态工程与污水处理系统

第六节生态工程与污水处理系统主讲：冯昭鹏2020/4/2西北师范大学生命科学学院一、生态工程简介（一）生态工程的定义及其应用生态工程（EcologicalEngineering）一般指人工设计的、以生物种群为主要结构组分、具有一定功能的、宏观的、人为参与调控的工程系统。我国生态学家马世骏对生态工程的定义是：应用生态系统中物种共生与物质循环再生的原理，结合系统工程的最优化方法设计的多层利用物质的生产工艺系统。2020/4/2西北师范大学生命科学学院在应用于环境科学研究的生态工程设计中，必须首先明确其目的。设计生态工程的目的生产人们所需的物质（粮食、蔬菜、生物药品）治理环境污染物（生物氧化塘）保护自然，保护物种（自然保护区）2020/4/2西北师范大学生命科学学院生态工程设计的原理及原则原理：生态学的基本原理原则：社会规律和经济规律2020/4/2西北师范大学生命科学学院目前生态工程的设计和运行已逐步进入生态参数的定量分析阶段，如生态工程中的能流过程分析，物质循环和平衡分析，最终目的是建立生态过程数学模型，是生态系统中物质、能量在空间、时间和数量方面达到最优化，满足人类需要。2020/4/2西北师范大学生命科学学院（二）生态工程的类型生态系统的两个主要基本功能：通过一定相互协调的结构形成动态平衡；以多层营养结构为基础进行物质转化、分解、富集与再生。2020/4/2西北师范大学生命科学学院根据生态工程的性质及其主要目标，大致可分为以下几个类型：物质能量多层利用生态工程物质转化与再生生态工程无污染生态工程污染自净多功能生态工程工农业联合生态工程2020/4/2西北师范大学生命科学学院物质能量多层利用生态工程模拟不同种类生物群落的互生功能，包括分级利用和各取所需的生物结构。2020/4/2西北师范大学生命科学学院物质转化与再生生态工程食物链通过代谢过程完成物质循环。蔗基鱼塘2020/4/2西北师范大学生命科学学院无污染生态工程兼顾工业生产和保护环境的工艺，被称为无污染工艺，若干此种工艺所构成的工程体系，被称为无污染工程。2020/4/2西北师范大学生命科学学院污染自净多功能生态工程生态系统中同时存在多种调控作用对自然生态系统进行调控，称为自净。2020/4/2西北师范大学生命科学学院工农业联合生态工程在工农业发展中相互补偿原料，保持稳定生产体系，减少废物并改善农业生态环境的生态工程。2020/4/2西北师范大学生命科学学院二、氧化塘法生物氧化塘（OxidationPond），又称稳定塘，是利用藻类和细菌两类生物间功能上的协同作用处理污水的一种生态系统。由藻类的光合作用产生的氧以及空气中的氧来维持好气状态，使池塘内的废水中的有机物在微生物作用下进行生物降解。2020/4/2西北师范大学生命科学学院（一）净化原理2020/4/2西北师范大学生命科学学院（二）氧化塘内的生物组成氧化塘与自然界的富营养水体基本类似，其中所出现的生物种类多样性相当高，有细菌，也有大型生物。与其他生物处理法不同的是，藻类生物量极高，而且浮游动物（甲壳类）大量出现。2020/4/2西北师范大学生命科学学院1.藻类小球藻属栅列藻属席藻属眼虫藻属颤藻属衣藻属2020/4/2西北师范大学生命科学学院2.细菌无色杆菌假单胞菌黄杆菌产碱杆菌芽孢杆菌2020/4/2西北师范大学生命科学学院3.微型动物轮虫膜袋虫钟虫2020/4/2西北师范大学生命科学学院氧化塘的特点：构筑物简单能源消耗少运转管理方便起初仅用于处理生活污水，现已推广至食品、制革、造纸、石油化工、农药等各种废水的处理。2020/4/2西北师范大学生命科学学院（三）氧化塘的分类与功能1.兼性塘2.厌氧塘3.好氧高效塘4.精制塘5.曝气塘2020/4/2西北师范大学生命科学学院1.兼性塘目前兼性塘（FacultativePond）广泛应用于处理工业、农业废水和生活污水。兼性塘功能模式图2020/4/2西北师范大学生命科学学院2.厌氧塘厌氧塘（AnaerobicPond）中主要为厌氧生物，接纳预处理的废水种类有：屠宰场废水、造纸厂、家禽加工厂、食品加工厂、制革厂、啤酒厂、家禽饲料加工厂、牛奶厂、炼油厂、石油化工工业、制药厂以及其它高浓度有机废水。2020/4/2西北师范大学生命科学学院3.精制塘精制糖（MaturationPond）一般用来改进生物滤池法、活性污泥法以及其它类型生物塘排放的出水，目的是为了降低可沉降固体、BOD5、微生物以及氨的浓度。2020/4/2西北师范大学生命科学学院4.曝气塘曝气塘（AeratedPond）以机械曝气摄氧，可使塘内污水中固体或部分固体保持在悬浮状态，具有搅拌和充氧双重功能。2020/4/2西北师范大学生命科学学院（四）综合生物塘综合生物塘（MaturationBiologicalPond）是运用生态学原理，将各具特点的生态单元，按照一定的比例和方式组合起来的具有污水净化和污水资源化双重功能的新型稳定塘技术。占地面积小，净化效率高。2020/4/2西北师范大学生命科学学院1.综合生物塘净化生物学基础（1）水生维管束植物生态净化功能（2）藻―菌互生生态系统代谢活性（3）提高出水水质的生态学措施2020/4/2西北师范大学生命科学学院水生维管束植物紫萍凤眼莲2020/4/2西北师范大学生命科学学院水生维管束植物香蒲水花生2020/4/2西北师范大学生命科学学院2.综合生物塘工艺流程及污水净化效果（1）工艺流程进水沉沙厌氧植物藻-菌生态修饰养殖灌溉出水ⅠⅡⅢⅣ2020/4/2西北师范大学生命科学学院（2）污水进化效果经处理，污水达到相应的排放标准。2020/4/2西北师范大学生命科学学院（一）以水生大型植物为基础的处理系统目前比较完善的水生植物塘（AquaticPlantPond）处理废水的工艺流程为：三、水生植物塘原污水格栅曝气塘砂滤出水臭氧消毒粒状碳柱反渗透2020/4/2西北师范大学生命科学学院（二）全年运转途径P.348内容自学（了解营养膜技术）2020/4/2西北师范大学生命科学学院四、人工湿地处理系统（一）人工湿地系统湿地是指每年在足够长的时间内均具有浅的表面水层，能维持大型水生植物生长的生态系统。人工湿地（ArtificialWetland）是根据自然湿地模拟的人工生态系统，用于处理废水。效率高、运费低，并且对废水处理厂难以去除的营养元素有较好的净化效果。2020/4/2西北师范大学生命科学学院人工湿地系统2020/4/2西北师范大学生命科学学院（二）芦苇湿地处理系统实例P.350内容自学2020/4/2西北师范大学生命科学学院芦苇湿地处理系统2020/4/2西北师范大学生命科学学院利用土地以及其中的微生物和植物根系对污染物的净化能力来处理已经过预处理的污水或废水，同时利用其中的水分和肥分促进农作物、牧草或树木生长的工程设施称为土地处理系统（LandTreatmentSystem）。投资少、耗能低、易管理、净化效果好。五、污水土地处理系统2020/4/2西北师范大学生命科学学院（一）污水处理系统的组成与类型1.土地处理系统的组成污水土地处理系统一般由污水的预处理设施，污水的调节与储存设施，污水的输送、布水及控制系统，土地处理面积和排出水收集系统组成。2020/4/2西北师范大学生命科学学院2.土地处理的净化机理土地处理是利用土地生态系统的自净能力净化污水。土地生态系统的净化机理包括土壤的过滤截留、物理和化学的吸附、化学分解、生物氧化以及植物和微生物的摄取等作用。2020/4/2西北师范大学生命科学学院3.土地处理系统的主要类型地表漫流系统慢速渗透系统快速渗透系统自然湿地系统复合污水土地处理系统2020/4/2西北师范大学生命科学学院（二）土地处理系统与污灌的主要区别P.352内容自学2020/4/2西北师范大学生命科学学院六、生态工程与生态农业（一）发展生态农业的必要性生态农业（EcologicalAgriculture）是一种能长期维持农业生产所依赖的环境质量和资源基础，为人类提供必需的食物和纤维等产品的农业生产体系。1.严重的水土流失和土壤侵蚀2.化肥和农药用量越来越大3.大量消耗石油能源2020/4/2西北师范大学生命科学学院（二）生态工程的能量平衡与物质循环分析基本方法1.能量分析对生态工程系统中的各种能量流加以确定和计算，并对各种能量流之间的相互关系进行分析，进而从能量角度对该系统的基本特征做出评价。P.3542020/4/2西北师范大学生命科学学院2.物质循环分析P.355氮循环2020/4/2西北师范大学生命科学学院（三）生态农业能量与物质分析P.355内容自学2020/4/2西北师范大学生命科学学院思考题1.什么是生态工程？如何进行特定生态工程的能量平衡与物质循环分析？2.生态工程有哪些类型？环境污染治理中如何运用生态工程的基本原理？3.氧化塘处理废水的特点是什么？其降解和去除污染物的原理是什么？4.在氧化塘处理废水过程中，藻和菌起什么作用？它们的关系如何？2020/4/2西北师范大学生命科学学院5.为保证污水处理生态系统的正常运行，您认为需要解决那些关键问题？6.土壤处理污水系统与污灌的主要区别是什么？在进行土地处理过程中应注意解决那些关键问题？7.污水的土地处理系统有哪几种类型？8.生态系统在农业发展过程中将发挥什么作用？2020/4/2西北师范大学生命科学学院