自然生物处理

污水自然生物处理系统与常规处理技术相比，具有工艺简便、操作管理方便、建设投资和运转成本低的特点。建设投资仅为常规处理技术的1/2～1/3，运转费用仅为常规处理技术的1/2～1/10，可大幅度降低污水处理成本。

污水的自然生物处理法主要有水体净化法和土壤净化法两类：属于前者的有氧化塘和养殖塘，统称为生物稳定塘，其净化机理与活性污泥法类似，主要通过水-水生生物系统（菌藻共生系统和水生生物系统）对污水进行自然处理；属于后者的有土壤渗滤和污水灌溉，统称为土地处理，其净化机理与生物膜法类似，主要利用土壤-微生物-植物系统（陆地生态系统）的自我调控机制和对污染物的综合净化功能，对污水进行自然净化。

自然生物处理稳定塘

稳定塘又称氧化塘或生物塘，是经过人工适当修整或修建的设围堤和防渗层的污水池塘，主要通过水生生态系统的物理、化学和生物作用对污水进行自然净化。

污水在塘内经较长时间的停留，通过水中包括水生植物在内的多种生物的综合作用，使有机污染物、营养素和其他污染物质进行转换、降解和去除，从而实现污水的无害化、资源化和再利用的目的。

（1）稳定塘的污水净化机理

稳定塘的净化机理是，污水进入稳定塘后在风力和水流的作用下被稀释，在塘内滞留的过程中，悬浮物沉淀，水中有机物通过好氧或厌氧微生物的代谢被氧化而达到稳定的目的。好氧微生物代谢所需溶解氧由塘表面的大气复氧作用以及藻类的光合作用提供，也可通过人工曝气供氧。

（2）稳定塘净化过程的影响因素

稳定塘环境因子的作用是不可忽视的。光照影响藻类的生长及水中溶解氧的变化；温度影响微生物的新陈代谢作用；有机负荷对塘内细菌的繁殖及氧、二氧化碳含量产生影响；pH值、营养元素等也可能构成净化过程的影响因素。各项环境因子相互联系，多重作用，构成稳定塘的环境条件。此外，水质和维护管理等也影响稳定塘的净化功能。

1）温度

温度对稳定塘的净化功能有重要的影响，因为温度直接影响细菌和藻类的生命活动。好氧菌能在10～40℃的范围内存活和代谢，最佳温度范围是25～35℃，藻类正常的存活温度范围是5～40℃，最佳生长温度则是30～35℃，厌氧菌的存活温度范围是15～60℃，33℃和53℃左右最适宜。稳定塘的主要热源之一是太阳辐射。非曝气塘在一年的某些季节，沿塘的深度常会产生温度梯度，水温呈垂直分布。夏季上层水比较暖和，沿水深温度下降。秋季温度下降时，水面温度相对低于塘底部温度，上部和下部水相互交换，形成所谓的秋季翻塘。当冰封融化和水温上升时，也会出现春季翻塘。春秋两季翻塘时，塘底的厌氧物质被带到表面而散发出相当大的臭味。稳定塘的另一热源可能是进水，当进水与塘水温差较大，可能在塘内形成异重流。在寒冷地区，厌氧塘宜采用深塘，尽管较深的塘底部温度低，但在冬季塘的表面发生冰封时，较深的塘底部温度仍较高，仍能发生一定的降解作用。

2）光照

透过塘表面的光强度和光谱构成对塘内微生物的活性有较大的影响，对好氧塘尤为重要，因为好氧塘的关键是应使光线能穿透至塘底。光是藻类进行光合作用的能源，藻类必须获得足够的光，才能合成新的藻类细胞物质和提供必要的氧气。

3）混合条件

进水与塘内原有塘水的混合程度，对稳定塘的净化功能至关重要。混合能使有机物与细菌充分接触，并避免由于短流而降低塘的有效容积，特别是当进水和塘水温差较大时，应注意避免发生异重流。因此在设计稳定塘时，应注意采取适当措施，如塘型设计、进出口的形式与位置设计以及在适当位置设导流板等，为稳定塘创造良好的水力条件，以有助于塘水的混合。

4）营养物质

为使稳定塘内微生物保持正常的生理活动，必须充分满足其所需要的营养物质。微生物所需要的营养元素主要是碳、氮、磷、硫、钾等。城镇污水基本上能够满足微生物对各种营养元素的需要。用稳定塘处理工业废水时，应注意营养物质的平衡。

5）有毒物质 ·

有毒物质能抑制藻类和细菌的代谢和生长，为了使稳定塘正常运行，应对进水中的有毒物质浓度加以限制或进行预处理。

6）蒸发量和降雨量

降雨能够使稳定塘中污染物质浓度得到稀释，促进塘水混合，但也缩短了污水在塘中的水力停留时间。蒸发的作用则相反，塘的出水量将小于进水量，水力停留时间将大于设计值，但塘水中的污染物质，如无机盐类的浓度，由于浓缩而有所提高。

（3）稳定塘的分类及其特点

1）稳定塘的分类

稳定塘有多种分类方式，通常根据塘内微生物类型及供氧方式分为四类。

① 好氧塘，塘深较浅，阳光能透到池底，主要由藻类供氧，全部塘水呈好氧状态，主要由好氧微生物起有机污染物的降解作用。

② 兼氧塘塘水较深，从塘面到一定深度（0.5m左右）阳光能够透人，藻类光合作用旺盛，溶解氧比较充足，呈好氧状态。塘底存在沉淀污泥层，底部处于厌氧状态，进行厌氧发酵。在好氧与厌氧区之间是兼氧区，溶解氧随昼夜更替变化为有、无状态。兼氧塘的污水净化是由好氧和厌氧微生物协同作用完成的。

③ 曝气塘，由表面曝气器供氧，塘水呈好氧状态，污水停留时间短。由于塘水被搅动，藻类的生长与光合作用受到抑制。

根据塘的功能，还有深度处理塘和生态塘。深度处理塘是专门用于处理二级处理出水以满足受纳水体或回用要求的好氧塘，所以又称三级处理塘，也有人称熟化塘。深度处理塘有机负荷很低，能进一步降低水中残余的有机污染物、细菌、氮、磷等。生态塘是利用污水养殖水生植物或水生动物，如芦苇、水浮萍、鱼等，塘内也存在细菌和藻类，利用不同营养级的生物构成复杂的塘生态系统。生态塘不仅可达到污水处理的目的，并可回收水产品作为工业原料或养殖畜禽的饲料，实现污水资源化。

2）稳定塘的特点

作为污水生物处理技术，稳定塘具有以下优点：

① 能够充分利用废河道、沼泽地、山谷、河漫滩等，建设投资省，基建投资约为常规污水处理厂的1/2～1/3；

② 运行维护简便，维护人员少；

③ 风能是稳定塘系统的重要辅助能源之一，经过适当的设计，可实现风能的自然曝气充氧，基本无电能消耗。运行和维护单价仅为常规污水处理厂的1/3～1/5；

④ 能实现污水资源化。稳定塘处理后的污水能达到农业灌溉水质标准，充分利用污水的水肥资源。塘中的污泥与水生植物等混合堆肥可生产土壤改良剂。种植水生植物、养鱼、养鸭等的生态塘，其经济收入可抵偿运行费用；

⑤ 如处理适当，可形成生态景观；

⑥ 污泥产生量少，约为活性污泥法的1/10；

⑦ 适应能力和抗冲击负荷能力强，能承受水质和水量大范围的波动。

但稳定塘也有以下缺点：

① 占地面积大；

② 污水处理效果受季节、气温和光照等影响，全年内不够稳定。在北方有过冬问题和春秋季翻塘气味问题；

③ 防渗处理不当时，可能污染地下水；

④ 容易散发臭气和滋生蚊蝇。

自然生物处理污水土地处理系统

污水土地处理系统也属于污水自然处理范畴，简要定义为：污水有控制地投配到土地上，通过土壤-植物系统物理、化学和生物的吸附、过滤与净化作用，使污水中的污染物得以降解、净化。氮、磷等营养物质和水分得以再利用，促进绿色植物生长并获得增产。污水土地处理系统是人工规划、设计与自然净化相结合，以及水处理与利用相结合的环境系统工程，一般可分为慢速渗滤、快速渗滤、地表漫流、湿地处理和地下渗滤系统等五种工艺，其中湿地处理系统主要依据生态单元而定名，其他系统则是依据水流路径而定名。不同的土地处理类型有不同的工艺条件、工艺参数和场地要求。

（1）污水土地处理系统由以下部分组成：

1）污水的收集与预处理设备：防止泥砂在布水系统中沉淀和机械磨损，以及过量悬浮固体引起的土壤堵塞。

2）污水的调节、贮存设备：调节土地处理系统受气候影响时的水力负荷，可采用贮存塘与土地处理联合系统。

3）配水与布水系统配水系统：包括污水泵站、输水管道等。布水系统的功能是将污水按工艺要求均匀地投配到土壤-植物系统。

4）土地净化田（土壤-植物系统）：土地净化田是土地处理系统的核心，污染物的净化和去除主要在此完成。在一定范围内，选择到满足土地处理要求的土地是这一技术成功的关键。土地选择要考虑地形、地表坡度和土壤性质。 ·

5）净化水的收集、利用系统：保证污水土地处理系统的处理效果和水流通畅，保护地下水和再生水利用。

6）监测系统：检查、监控处理效果。

污水土地处理系统在某种意义上源于传统的污水灌溉，但不等于污水灌溉，两者的主要区别是：

① 目的不同。传统污水灌溉是一项农田水利工程，其主要目的是利用污水提高作物产量，用水则“灌”，不用则“放”。而土地处理是一项污水处理工程，应能终年连续运行。

② 负荷控制不同。传统的污水灌溉把污水作为水肥资源加以利用，只注意水“肥”和水“量”，按不同作物的不同季节对水的需要来确定灌水时间与灌溉定额。而土地处理则重视污水处理效果，按单位面积污染负荷及其对有机物的降解容量来确定水力负荷。

③ 生态结构不同。传统污水灌溉中的污水是服务于作物的，通常单一种植。而土地处理通常设计成多样化种植的生态结构，以便针对不同作物对有机物的降解能力，在不同种植单元上进行水力负荷的有效分配，保证系统在最佳状态下连续运行。

④ 处理后出水的出路有差别。传统污水灌溉后的出水通常流放河系。而土地处理后的出水，可流放河系，也可作为中水资源再生重复利用，如注入地下、浇灌绿地、冲洗厕所等。通常快速渗滤系统再生水的回收率可达80%，慢速渗滤系统可达30%，地下渗滤系统达70%。关键是应保证土地处理系统的稳定、正常运行，以获得良好的净化水质。

（2）污水土地处理的净化机理

土壤-植物系统对污水的净化是一个十分复杂的综合过程，其中包括过滤、吸附、化学反应与化学沉淀以及微生物代谢作用下的有机物分解和植物吸收等。

1） 过滤土壤颗粒间的空隙具有截流水中悬浮颗粒的作用。污水流经土壤后，悬浮物（SS）被截流，污水得到净化。影响土壤过滤净化的因素有：土壤颗粒的大小、颗粒间孔隙的形状和大小以及污水中悬浮颗粒的性质、含量与粒径大小等。如悬浮颗粒过粗、过多以及微生物代谢产物过多等会导致土壤颗粒的堵塞。

2） 吸附在土地处理系统中，污水中的非极性分子与土壤中的中性分子，在范德华力的作用下相互吸附而固定在土壤中；污水中的金属离子与土壤中的无机胶体和有机胶体颗粒，或污水中的某些有机物与土壤中的重金属离子由于螯合作用形成可吸性螫合物而固定在土壤中；重金属离子与土壤颗粒之间，进行阳离子交换而被置换吸附并生成难溶性的物质固定在土壤中等。

3） 化学反应与化学沉淀污水中的重金属离子与土壤的某些组分进行化学反应生成难溶性化合物而沉淀；如果调整、改变土壤的氧化还原电位，能够生成难溶性硫化物和金属氢氧化物；某些化学反应还能够生成金属磷酸盐等物质沉积于土壤中；在土地处理系统中还存在光化学降解作用等。

4） 微生物代谢作用在土壤中生存着种类繁多、数量巨大的土壤微生物，它们对土壤颗粒中的有机颗粒和溶解性有机物具有较强的降解能力，这是土壤具有强大自净能力的原因。

5） 植物吸附和吸收作用 在土地处理系统中，污水中的营养物质（氮、磷）主要靠作物吸附和吸收而去除，再通过作物收获将其转移出土壤系统。

应该说明，土地处理系统对污染物的去除效能是上述作用的综合结果，污水中的污染物是通过上述多种途径去除的 。

污水的自然生物处理系统是一种利用天然净化能力与人工强化技术相结合并具有多种功能的良性生态处理系统，在一定条件下，稳定塘还能作为养殖塘加以利用，污水灌溉则可将废水和其中的营养物质作为水肥资源利用，获得除害兴利、一举两得的效果。

生物处理主要用于处理有机垃圾，也称生物质废物，主要包括厨余垃圾（剩饭剩菜、果皮、鱼刺等）、动植物残体（动物尸体、树皮、木屑、农作物秸秆），动物粪便等。其他垃圾则不适合生物处理：包括纸制品（报纸、纸箱），塑料制品，玻璃、金属，皮革、橡胶、衣物等。还有家庭清扫垃圾，油、涂料等也不适于生物处理。总之，能用于生物处理的垃圾要“易腐烂”。

生物处理利用垃圾的高有机质含量和高含水率，处理后实现生活垃圾的减量化；厌氧消化技术中沼气的产生，实现了生活垃圾的能源化；好氧堆肥技术的产品以及厌氧消化技术的沼渣可作为肥料用于土地利用。