生态塘应用于污水深度处理的技术现状及前景展望

摘要 本文从生态塘的原理说起，分述了生态塘的应用和技术现状，并据此简单分析了生态塘的发展前景。

关键词 生态塘；污水；深度处理技术；现状；前景

中图分类号 X703 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)051-0134-02

目前，人们越来越重视利用生物技术的方法来处理污染物，生态塘就是其中的一种。它的主要特点就是投资和管理费用相对低廉、操作方便和对污染水体的净化效果好等，是经济欠发达地区治理污水和实施污水资源化循环利用的有效途径。

1 生态塘的原理

生态塘的生物作用的过程都是以太阳能为初始能源、以活性蛋白酶为催化剂的酶促反应，由于此类蛋白酶的高效催化特性，即使是在常温常压以及几乎中性的溶液环境条件下都能进行彻底的反应，其能量的传递和转化是通过生态塘中的食物链和食物网得以实现，不仅大大简化了污染治理的条件，操作简便，费用低廉，不需要过多投入，而且绝大多数污染物经过这般处理后，最终产物基本都是稳定的无毒无害物质，如二氧化碳、水和甲烷等，部分产物还可以作为新生的能源物资加以利用，同时还可以获得大量水产，经济效益相当客观，而且对于环境的可持续发展也大有益处。

2 生态塘的应用现状

2.1 生态塘的国外应用现状

生态塘在国外包括国外很多发达国家的应用都是相当广泛的。如美国的最早应用可以追溯到1901年，当时是在德克萨斯州的圣安东尼奥市建成并投入使用。到目前为止，在美国的中小社区已经建成的生态塘系统已有12?000多座之多，其发挥的功能占美国污水处理总量的25%。还比如德国的慕尼黑，该市在1920年就建成了当时欧洲最早的污水净化养鱼塘系统，并且该系统一直沿用到现在，到目前为止，德国建成的生态塘系统已有3?000多座。还比如法国已有2?000多座。在前苏联，小城镇污水处理的主要任务也是由生态塘系统来完成的。另外，还有很多国家都建有大量的生态塘系统投入了使用，如加拿大、印度、巴西、沙特阿拉伯、以色列和约旦等等，不胜枚举。

2.2 生态塘的国内应用现状

和国外相比，我国利用生态塘系统来进行污水的处理起步较晚，发展也相对比较缓慢。我国对生态塘系统的最早研究和试验是在20世纪50年代末，然而直到70年代才基本上形成一定的规模。当时最大的原因也是迫于污水的排放量随着城市化进程的加快而日益增大，一方面是要解决这个问题，另一方面为解决农田的污水灌溉安全问题。基于这样的原因，当时不仅加大了现成坑塘的利用程度，更是修整了大量的废旧河道，改造为废水塘库加以补充利用。80年代是我国利用生态塘系统处理污水的高峰期，当时相关的配套技术也得以突飞猛进的发展，尤其是在农村和郊区应用最为广泛，比较成功的案例如山东的东营、胶州和广东的番禺等。由于经验的累计，促进技术向更加成熟的方向发展，涌现了一大批当时相当具有价值的研究成果，比如对生物处理的机理有了更深入的掌握、更熟悉其运行规律和优化设计等。发展到如今，我国大概有几百个城市都已经开始在利用生态塘系统在进行这污水的处理工作，都取得了比较成功的结果。但与国外的生态塘系统比较的话，从设计、建造、运行和生态功能等方面，都还显得粗糙和落后，未能达到最理想的状态。

3 生态塘的技术现状

现目前，生态塘对污水处理的主要任务体现在脱氮除磷和资源再生循环利用两个方面，包括三方面的关键技术，一是遴选出具有高效污水净化能力的水生植物；二是更加优化菌藻配伍降污能力；三是优化高效曝气复氧技术等。

3.1 高效净化植物的遴选细化

水生净化植物的选择直接影响生态塘的净化效果，在选择的时候要结合当地的自然环境条件，综合考虑各方面的因素。具体的遴选方法可参照以下原则。

1）首先应该考虑的就是水生净化植物自身的生态适应能力。其适应能力最直接的表现就是能在能够在需要净化的水体环境当中正常地生长，在植物引种的时候特别应注意这样的问题，植物对不同环境有不同的适应能力，因此要做到因地制宜，保证植物的正常生长。

2）净化植物具有发达的根系。发达的根系不仅有利于降低水体的富营养程度，更能为微生物提供足够的寄生场所，而增加微生物的种群群落能更进一步提高对污水的净化能力。

3）净化植物的选择应该充分考虑塘系的结构和运行费用。这方面可以尽量优先考虑本地植物，一是方便管理，二是也能有效控制成本和日常管理工作量，另外就是本地的植物更强的适应性也能增加其抗恶劣气候灾害和病虫害的能力。

4）选用对温差喜好不同的植物进行配伍种植，以免在季节交替后出现水生净化植物的空白期而导致水质变化大幅落差。

5）选择生长周期更长的多年生水生植物。这样能尽量减少植物的更换频率从而降低系统的运行成本。

在满足以上基本要求的基础上，应充分考虑植物的种群特性、去污能力、营养需求以及景观美学等多方面的因素合理配伍，形成最佳的脱氮去磷效果。

3.2 优化菌藻配伍提高降污能力

菌藻共生方式处理污水的基本原理就是，首先污水中的需氧菌通过氧化分解的作用，把污水中的有机污染物分解，通过代谢产生出二氧化碳、无机氮和磷化合物等，而这些物质恰好正是藻类可以利用到的营养物质，通过光合作用，藻类物质再把这些物质充分吸收为自己的组分，同时释放出氧气供需氧菌继续氧化分解有机物。整个过程是一个循环式的过程，以此形成菌藻共生去污的特殊效果。

1）活性藻系统。对活性藻系统的研究源于以色列人Shelef&AZOV等人，他们在这个领域做了大量的工作并使该技术得以发展。活性藻系统本质上也是依据菌藻共生的原理，首先是合理选择菌藻的种类，在此基础上，通过控制菌类和藻类的比例关系，充分利用藻类的自身供氧来减少人工供氧量，这样在很大程度上降低了污水处理的成本。本系统还可以采用菌藻大量繁殖的方式来净化污水，同时提高了水生副产品的产量，因此又被称为高速氧化塘。此系统的缺点就是菌类和藻类的比例控制上，首先就是确定最佳比例要进行大量繁杂的复配过程，另外就是即使确定了比例，维系该比例也存在一定的技术难度。

2）高效藻类塘。高效藻类塘是美国加州大学伯克利分校的Oswald提出并发展的。它主要有四方面的主要特征以区别于传统的生态塘：①较浅的深度，一般在0.3 m～0.6 m之间，而传统生态塘为0.5 m～2.0 m；②安装有连续搅拌设备；③停留时间短，比普通生态塘短7倍～10倍；④塘宽度小，分有狭长廊道，能很好配合搅拌设备，提高污水混合的均匀度，很好调节塘液的温度以及氧和CO2浓度，使脱氮的效果更加理想。以上的所有特征不仅大大减少了生态塘的占地面积，而且非常有利于菌藻的繁殖和生长，增加了生态塘生物相的多样性，对氮磷的去除效果理想。目前，此类生态塘在美国、法国、德国、南非、以色列、印度、新加坡等国都有应用，但目前在我国尚无应用实例。此系统的缺点是不太适合大型污水处理厂的需要。

3）固定化菌藻共生系统。近年来，在污水的处理中，比较广泛地采用的技术就是固定化微生物和固定化藻类。它最大的优点就是能够保持较高的微生物浓度，很方便做固液分离的处理、不容易受到有毒物质的影响和污泥的制造量少等特点，对污染物能有很好的净化作用。此系统的缺点是不能维持生态塘的多样生物相，处理污水的种类相对单一。

以上三种菌藻配伍系统根据其自身特点，可以在不同的环境和条件下选择性采用。

3.3 曝气复氧技术的优化

生态塘水体的氧份主要从空气或者是水生植物的光合作用来获得。但即使是两者的合力效果很多时候都很难满足水体的净化过程。因此需要采用人工曝气的方式来加快水体的复氧速度，增加好氧菌的活力从而实现水质的改善。

1）微孔曝气系统。微孔曝气系统由供氧装置和微孔布气管构成，该系统无需提供动力，不会产生噪声。如德国Messer公司开发的Biox-N，该工艺纯氧曝气的微气泡是由一种特殊橡胶材料制成的软管加输氧气垫产生，微细小孔均匀分布在管壁上，氧气通过时可产生直径小于2 mm的微气泡，这等同是扩大了气、液接触面积，缩短了反应时间，将氧的利用率提高到了80%。该系统的缺点是利用纯氧会增加成本投入，微孔容易堵塞，所以建议在小型且泥沙含量少的生态塘使用。

2）混流增氧系统。混流增氧系统的组成部分有供氧装置、水泵、混流器和喷射机等。其工作原理是：增压管上的文氏管能够将氧气泡粉碎和溶解，再与水泵抽吸加压后的水混合，最后通过喷射机喷射注入水体。该系统运用在3.5 m水深的位置，其充氧效率可到70%左右。该系统的缺点也有利用纯氧会增加成本投入，而且水泵需要动力，有噪音，所以建议在小型且远离人居地的生态塘使用。

3）水质改良增氧系统。此系统的工作原理是将塘底的淤泥吸到水面再喷射散开，使淤泥中的有机质得以充分氧化，所以它本身会随有机质的氧化反而消耗水体的氧份，但如果是在大好的晴天，配合浮游水生植物的光合作用就能大大提升水体的含氧量。本系统的特点是对天气的依赖性强，所以建议在多晴天阳光充足的地区采用。

4）鼓风曝气系统。该系统有鼓风机和布有微孔的气管组成，在城市污水和工业废水处理方面采用的非常广泛。近年来，通过对微孔布气管的技术改良，使得该系统的增氧效率有了明显提高，在水深5 m的条件下基本可达到30%左右。该系统的缺点是需要足够的水深才能最大程度提高增氧效果，所以建议在规模相对大的生态塘采用。

5）水下射流曝气系统。该系统的原理其实很简单，就是通过潜水泵的作用将水吸入后加压喷射，在管道的出水口再通过装置吸入空气，混合进高压水流一同切入水体。该系统由于是出水口混合空气的方式，所以建议应用于浅水生态塘。

4 生态塘应用的前景展望

1）目前生态塘的技术和工艺已经在向着更规范、更资源化、更生态美学化的目标前进，在现有生态塘的基础上进一步发展水产养殖，通过增加水生植物、鱼、虾、鸭、鹅等多物种方式形成具有更丰富食物链的人工生态池塘系统，让生产者、消费者和分解者三者充分配合，实现对污染物的深度处理与利用。由于获得农产品是污水处理的目的之一，所以并不是所有污水都适合用生态塘的方式来进行处理，因此目前多用于城镇生活污水的处理。

2）经过传统污水处理方法处理的污水一般情况仍含有较高浓度的氮磷或者其他的污染物，如果直接进入自然那水体依然容易引起水体的恶化。而运用生态塘对城市二级出水进行再次深度脱氮除磷处理的话，可以更进一步缩小污水和自然水体的水质差异，从而把污染的程度减小到最低。然而，目前将生态塘用于城市污水的深度处理的实例几乎很少见到，原因就在于生态塘当前的规划和运行指标不是很适合城市污水的深度处理，因此，如要把生态塘运用到这一领域来，必将更进一步研究生态塘应用于城市污水深度处理相关的设计和更高的运行效能，并结合综合的生态效益分析，以争取更优质的环境效益。

3）由于生态塘的脱氮除磷效果确实要比传统的污水处理方法要有效得多，因此，生态塘应该能够成为用于污水深度二级处理的有效代用方法。我国并不是一个水资源丰富的国家，人均水量仅是世界人均水平的1/4，在世界所有国家当中排110位。我国共有600多座城市，其中的2/3都是缺水城市，情况特别严重的至少有130多个。然而，很多地区并不是缺少水，只是缺少能实际使用的水。据有关方面调查统计显示，我国每年的污水排放总量高达560?600亿 m3，这里面有80%都是未经处理而直接排放，以至于全国的地表水因污染而不能使用的占到所有地表水体的40%，同时还使50%的地下水同样受到威胁，64%人群的引用水不能达标。因此，要解决水资源严重短缺的现象，不仅仅是需要做到对水资源的节约使用，同样重要的是实施污水的资源化处理，实现水资源的可循环利用。所以，我们有理由相信，生态塘用于污水深度处理的技术，在我国水资源严重缺乏的大环境下，有其发展的意义，更有其发展的广阔前景。

参考文献

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