生態(tài)修復技術工藝
傳統(tǒng)的生物處理工藝控制相對復雜,而且投資較大。而生態(tài)修復技術投資少,運行方便,能耗低。因此,生態(tài)處理技術在以后會得到更大的應用。
此外,生態(tài)修復工程可以結合其他技術,使其處理效果更加好。例如:利用基因工程和生物技術篩選超積累、高耐性修復植物和具有特異降解功能的微生物進入處理系統(tǒng),能更有效的達到處理效果。
1、生物處理技術
生物處理技術包括好氧處理、厭氧處理、厭氧—好氧組合處理。其主要原理是人工馴化、培養(yǎng)適合于降解某種污染物的微生物,通過控制室和微生物生長的環(huán)境以穩(wěn)定和加速污染物的降解。
由于生物處理技術起步較早,現(xiàn)在已有很多成熟的工藝,比如SBR、UASB、氧化溝等。這些工藝一般要輔助結合其他一些處理方法,例如物理處理法(如吸附法、重力法、離心法和引力法等)、化學處理法(如凝絮法、提取法、氧化法、離子交換法和沉淀法等)。
2、生態(tài)塘處理法
生態(tài)塘是以太陽能為初始能源,通過在塘中種植水生作物,進行水產(chǎn)和水禽養(yǎng)殖,形成人工生態(tài)系統(tǒng)。在太陽能(日光輻射提供能量)的推動下,通過生態(tài)塘中多條食物鏈的物質遷移、轉化和能量的逐級傳遞、轉化,將進入塘中污水中的有機污染物進行降解和轉化,最后不僅去除了污染物,而且以水生作物、水產(chǎn)的形式作為資源回收,凈化的污水也作為
再生水資源予以回收再用,使污水處理與利用結合起來,實現(xiàn)了污水處理資源化。
人工生態(tài)系統(tǒng)利用種植水生植物、養(yǎng)魚、養(yǎng)鴨、養(yǎng)鵝等形成多條食物鏈。其中不僅有分解者生物、生產(chǎn)者生物,還有消費者生物,三者分工協(xié)作,對污水中的污染物進行更有效的處理與利用,并由此可形成許多條食物鏈,構成縱橫交錯的食物網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)。如果在各營養(yǎng)級之間保持適宜的數(shù)量比和能量比,就可建立良好的生態(tài)平衡系統(tǒng)。污水進入這種生態(tài)塘中,其中的有機污染物不僅被細菌和真菌降解凈化,而其降解的最終產(chǎn)物,一些無機化合物作為碳源、氮源和磷源,以太陽能為初始能源,參與食物網(wǎng)中的新陳代謝過程,并從低營養(yǎng)級到高營養(yǎng)級逐級遷移轉化,最后轉變成水生作物、魚、蝦、蚌、鵝、鴨等產(chǎn)物,從而獲得可觀的經(jīng)濟效益。
3、人工濕地處理技術
人工濕地是近年來迅速發(fā)展的水體生物—生態(tài)修復技術,可處理多種工業(yè)廢水,包括化工、石油化工、紙漿、紡織印染、重金屬冶煉等各類廢水,后又推廣應用為雨水處理。這種技術已經(jīng)成為提高大型水體水質的有效方法。人工濕地的原理是利用自然生態(tài)系統(tǒng)中物理、化學和生物的三重共同作用來實現(xiàn)對污水的凈化。這種濕地系統(tǒng)是在一定長寬比及底面有坡度的洼地中,由土壤和填料(如卵石等)混合組成填料床,污染水可以在床體的填料縫隙中曲折地流動,或在床體表面流動。在床體的表面種植具有處理性能好、成活率高的水生植物(如蘆葦?shù)龋?,形成一個獨特的動植物生態(tài)環(huán)境,對污染水進行處理!
人工濕地的顯著特點之一是其對有機污染物有較強的降解能力。廢水中的不溶性有機物通過濕地的沉淀、過濾作用,可以很快地被截留進而被微生物利用;廢水中可溶性有機物則可通過植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代謝降解過程而被分解去除。隨著處理過程的不斷進行,濕地床中的微生物也繁殖生長,通過對濕地床填料的定期更換及對濕地植物的收割而將新生的有機體從系統(tǒng)中去除。濕地對氮、磷的去除是將廢水中的無機氮和磷作為植物生長過程中不可缺少的營養(yǎng)元素,可以直接被濕地中的植物吸收,用于植物蛋白質等有機體的合成,同樣通過對植物的收割而將它們從廢水和濕地中去除。
由于這種處理系統(tǒng)的出水質量好,適合于處理飲用水源,或結合景觀設計,種植觀賞植物改善風景區(qū)的水質狀況。其造價及運行費遠低于常規(guī)處理技術。英、美、日、韓等國都已建成一批規(guī)模不等的人工濕地。
4、土地處理技術
土地處理技術是一種古老、但行之有效的水處理技術。它是以土地為處理設施,利用土壤—植物系統(tǒng)的吸附、過濾及凈化作用和自我調控功能,達到某種程度對水的凈化的目的。土地處理系統(tǒng)可分為快速滲濾、慢速滲濾、地表漫流、濕地處理和地下滲濾生態(tài)處理等幾種形式。國外的實踐經(jīng)驗表明,土地處理系統(tǒng)對于有機化合物尤其是有機氯和氨氮等有較好的去除效果。德、法、荷等國均有成功的經(jīng)驗。
5、具體工藝的應用
目前國內外有很多水體修復的成功工程。例如日本渡良瀨蓄水池的人工濕地,這是一座設有人工設施的蘆葦蕩,將蓄水池的水引到蘆葦蕩,通過吸附、沉淀及吸收作用,去除水中的氮、磷及浮游植物,達到對水體進行自然凈化的目的。這種凈化過程循環(huán)進行,確保蓄水池水質潔凈。渡良瀨人工濕地的人工植被從陸地到水面依次為:杞柳(水邊林)—蘆葦、荻、蓑衣草(濕地植物)—茭白、寬葉香蒲(吸水植物)—荇菜、菱(浮葉植物),形成了一體的生態(tài)空間。渡良瀨人工濕地已經(jīng)成為日本最大的蘆葦蕩,也成為對居民、兒童進行環(huán)保及愛水教育的場所,組織學生進行自然觀察。
在我國也有很多水體生態(tài)修復的研究和工程實例。例如李正魁研究了固定化氮循環(huán)細菌技術(INCB)在貴陽紅楓湖物理生態(tài)工程(PEEN)實驗區(qū)的除氮、抑菌效果,結果表明,應用PEEN—INCB技術使紅楓湖試驗區(qū)總氮、非離子氨和亞硝酸鹽氮分別平均降低0.568mg/L,0.015mg/L和0.019mg/L。工程后排入紅楓湖的非離子氨均<0.02mg/L,NO2-N≤0.1mg/L,16個月內無一次超標,而工程前的超標率達39%。與其他湖區(qū)相比,PEEN-INCB治理工程區(qū)域各主要指標下降4%~40%。
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