水體與土壤都具有一定的自淨能力，在微生物的作用下，排入水體或土壤的廢水中的有機物會被分解。這種利用水體和土壤的自淨能力來消除污染的處理方式就屬於污水的自然生物處理。一般分為穩定塘系統和土地處理系統。
基本介紹
- 中文名：自然生物處理
- 外文名：Natural biological treatment
- 套用學科：環境工程
- 適用領域範圍：環境生態
- 特點：工藝簡便、操作管理方便等
- 處理方法：穩定塘、土地處理
簡介,特點,處理方法,穩定塘,污水土地處理系統,
簡介
污水的自然生物處理系統是一種利用天然淨化能力與人工強化技術相結合併具有多種功能的良性生態處理系統，在一定條件下，穩定塘還能作為養殖塘加以利用，污水灌溉則可將廢水和其中的營養物質作為水肥資源利用，獲得除害興利、一舉兩得的效果。
特點
污水自然生物處理系統與常規處理技術相比，具有工藝簡便、操作管理方便、建設投資和運轉成本低的特點。建設投資僅為常規處理技術的1/2～1/3，運轉費用僅為常規處理技術的1/2～1/10，可大幅度降低污水處理成本。
處理方法
污水的自然生物處理法主要有水體淨化法和土壤淨化法兩類：屬於前者的有氧化塘和養殖塘，統稱為生物穩定塘，其淨化機理與活性污泥法類似，主要通過水-水生生物系統（菌藻共生系統和水生生物系統）對污水進行自然處理；屬於後者的有土壤滲濾和污水灌溉，統稱為土地處理，其淨化機理與生物膜法類似，主要利用土壤-微生物-植物系統（陸地生態系統）的自我調控機制和對污染物的綜合淨化功能，對污水進行自然淨化。
穩定塘
穩定塘又稱氧化塘或生物塘，是經過人工適當修整或修建的設圍堤和防滲層的污水池塘，主要通過水生生態系統的物理、化學和生物作用對污水進行自然淨化。
污水在塘內經較長時間的停留，通過水中包括水生植物在內的多種生物的綜合作用，使有機污染物、營養素和其他污染物質進行轉換、降解和去除，從而實現污水的無害化、資源化和再利用的目的。
（1）穩定塘的污水淨化機理
穩定塘的淨化機理是，污水進入穩定塘後在風力和水流的作用下被稀釋，在塘內滯留的過程中，懸浮物沉澱，水中有機物通過好氧或厭氧微生物的代謝被氧化而達到穩定的目的。好氧微生物代謝所需溶解氧由塘表面的大氣復氧作用以及藻類的光合作用提供，也可通過人工曝氣供氧。
（2）穩定塘淨化過程的影響因素
穩定塘環境因子的作用是不可忽視的。光照影響藻類的生長及水中溶解氧的變化；溫度影響微生物的新陳代謝作用；有機負荷對塘內細菌的繁殖及氧、二氧化碳含量產生影響；pH值、營養元素等也可能構成淨化過程的影響因素。各項環境因子相互聯繫，多重作用，構成穩定塘的環境條件。此外，水質和維護管理等也影響穩定塘的淨化功能。
1）溫度
溫度對穩定塘的淨化功能有重要的影響，因為溫度直接影響細菌和藻類的生命活動。好氧菌能在10～40℃的範圍記憶體活和代謝，最佳溫度範圍是25～35℃，藻類正常的存活溫度範圍是5～40℃，最佳生長溫度則是30～35℃，厭氧菌的存活溫度範圍是15～60℃，33℃和53℃左右最適宜。穩定塘的主要熱源之一是太陽輻射。非曝氣塘在一年的某些季節，沿塘的深度常會產生溫度梯度，水溫呈垂直分布。夏季上層水比較暖和，沿水深溫度下降。秋季溫度下降時，水面溫度相對低於塘底部溫度，上部和下部水相互交換，形成所謂的秋季翻塘。當冰封融化和水溫上升時，也會出現春季翻塘。春秋兩季翻塘時，塘底的厭氧物質被帶到表面而散發出相當大的臭味。穩定塘的另一熱源可能是進水，當進水與塘水溫差較大，可能在塘內形成異重流。在寒冷地區，厭氧塘宜採用深塘，儘管較深的塘底部溫度低，但在冬季塘的表面發生冰封時，較深的塘底部溫度仍較高，仍能發生一定的降解作用。
2）光照
透過塘表面的光強度和光譜構成對塘內微生物的活性有較大的影響，對好氧塘尤為重要，因為好氧塘的關鍵是應使光線能穿透至塘底。光是藻類進行光合作用的能源，藻類必須獲得足夠的光，才能合成新的藻類細胞物質和提供必要的氧氣。
3）混合條件
進水與塘內原有塘水的混合程度，對穩定塘的淨化功能至關重要。混合能使有機物與細菌充分接觸，並避免由於短流而降低塘的有效容積，特別是當進水和塘水溫差較大時，應注意避免發生異重流。因此在設計穩定塘時，應注意採取適當措施，如塘型設計、進出口的形式與位置設計以及在適當位置設導流板等，為穩定塘創造良好的水力條件，以有助於塘水的混合。
4）營養物質
為使穩定塘內微生物保持正常的生理活動，必須充分滿足其所需要的營養物質。微生物所需要的營養元素主要是碳、氮、磷、硫、鉀等。城鎮污水基本上能夠滿足微生物對各種營養元素的需要。用穩定塘處理工業廢水時，應注意營養物質的平衡。
5）有毒物質 ·
有毒物質能抑制藻類和細菌的代謝和生長，為了使穩定塘正常運行，應對進水中的有毒物質濃度加以限制或進行預處理。
6）蒸發量和降雨量
降雨能夠使穩定塘中污染物質濃度得到稀釋，促進塘水混合，但也縮短了污水在塘中的水力停留時間。蒸發的作用則相反，塘的出水量將小於進水量，水力停留時間將大於設計值，但塘水中的污染物質，如無機鹽類的濃度，由於濃縮而有所提高。
（3）穩定塘的分類及其特點
1）穩定塘的分類
穩定塘有多種分類方式，通常根據塘內微生物類型及供氧方式分為四類。
① 好氧塘，塘深較淺，陽光能透到池底，主要由藻類供氧，全部塘水呈好氧狀態，主要由好氧微生物起有機污染物的降解作用。
② 兼氧塘塘水較深，從塘面到一定深度（0.5m左右）陽光能夠透人，藻類光合作用旺盛，溶解氧比較充足，呈好氧狀態。塘底存在沉澱污泥層，底部處於厭氧狀態，進行厭氧發酵。在好氧與厭氧區之間是兼氧區，溶解氧隨晝夜更替變化為有、無狀態。兼氧塘的污水淨化是由好氧和厭氧微生物協同作用完成的。
③ 曝氣塘，由表面曝氣器供氧，塘水呈好氧狀態，污水停留時間短。由於塘水被攪動，藻類的生長與光合作用受到抑制。
根據塘的功能，還有深度處理塘和生態塘。深度處理塘是專門用於處理二級處理出水以滿足受納水體或回用要求的好氧塘，所以又稱三級處理塘，也有人稱熟化塘。深度處理塘有機負荷很低，能進一步降低水中殘餘的有機污染物、細菌、氮、磷等。生態塘是利用污水養殖水生植物或水生動物，如蘆葦、水浮萍、魚等，塘內也存在細菌和藻類，利用不同營養級的生物構成複雜的塘生態系統。生態塘不僅可達到污水處理的目的，並可回收水產品作為工業原料或養殖畜禽的飼料，實現污水資源化。
2）穩定塘的特點
作為污水生物處理技術，穩定塘具有以下優點：
① 能夠充分利用廢河道、沼澤地、山谷、河漫灘等，建設投資省，基建投資約為常規污水處理廠的1/2～1/3；
② 運行維護簡便，維護人員少；
③ 風能是穩定塘系統的重要輔助能源之一，經過適當的設計，可實現風能的自然曝氣充氧，基本無電能消耗。運行和維護單價僅為常規污水處理廠的1/3～1/5；
④ 能實現污水資源化。穩定塘處理後的污水能達到農業灌溉水質標準，充分利用污水的水肥資源。塘中的污泥與水生植物等混合堆肥可生產土壤改良劑。種植水生植物、養魚、養鴨等的生態塘，其經濟收入可抵償運行費用；
⑤ 如處理適當，可形成生態景觀；
⑥ 污泥產生量少，約為活性污泥法的1/10；
⑦ 適應能力和抗衝擊負荷能力強，能承受水質和水量大範圍的波動。
但穩定塘也有以下缺點：
① 占地面積大；
② 污水處理效果受季節、氣溫和光照等影響，全年內不夠穩定。在北方有過冬問題和春秋季翻塘氣味問題；
③ 防滲處理不當時，可能污染地下水；
④ 容易散發臭氣和滋生蚊蠅。
污水土地處理系統
污水土地處理系統也屬於污水自然處理範疇，簡要定義為：污水有控制地投配到土地上，通過土壤-植物系統物理、化學和生物的吸附、過濾與淨化作用，使污水中的污染物得以降解、淨化。氮、磷等營養物質和水分得以再利用，促進綠色植物生長並獲得增產。污水土地處理系統是人工規劃、設計與自然淨化相結合，以及水處理與利用相結合的環境系統工程，一般可分為慢速滲濾、快速滲濾、地表漫流、濕地處理和地下滲濾系統等五種工藝，其中濕地處理系統主要依據生態單元而定名，其他系統則是依據水流路徑而定名。不同的土地處理類型有不同的工藝條件、工藝參數和場地要求。
（1）污水土地處理系統由以下部分組成：
1）污水的收集與預處理設備：防止泥砂在布水系統中沉澱和機械磨損，以及過量懸浮固體引起的土壤堵塞。
2）污水的調節、貯存設備：調節土地處理系統受氣候影響時的水力負荷，可採用貯存塘與土地處理聯合系統。
3）配水與布水系統配水系統：包括污水泵站、輸水管道等。布水系統的功能是將污水按工藝要求均勻地投配到土壤-植物系統。
4）土地淨化田（土壤-植物系統）：土地淨化田是土地處理系統的核心，污染物的淨化和去除主要在此完成。在一定範圍內，選擇到滿足土地處理要求的土地是這一技術成功的關鍵。土地選擇要考慮地形、地表坡度和土壤性質。 ·
5）淨化水的收集、利用系統：保證污水土地處理系統的處理效果和水流通暢，保護地下水和再生水利用。
6）監測系統：檢查、監控處理效果。
污水土地處理系統在某種意義上源於傳統的污水灌溉，但不等於污水灌溉，兩者的主要區別是：
① 目的不同。傳統污水灌溉是一項農田水利工程，其主要目的是利用污水提高作物產量，用水則“灌”，不用則“放”。而土地處理是一項污水處理工程，應能終年連續運行。
② 負荷控制不同。傳統的污水灌溉把污水作為水肥資源加以利用，只注意水“肥”和水“量”，按不同作物的不同季節對水的需要來確定灌水時間與灌溉定額。而土地處理則重視污水處理效果，按單位面積污染負荷及其對有機物的降解容量來確定水力負荷。
③ 生態結構不同。傳統污水灌溉中的污水是服務於作物的，通常單一種植。而土地處理通常設計成多樣化種植的生態結構，以便針對不同作物對有機物的降解能力，在不同種植單元上進行水力負荷的有效分配，保證系統在最佳狀態下連續運行。
④ 處理後出水的出路有差別。傳統污水灌溉後的出水通常流放河系。而土地處理後的出水，可流放河系，也可作為中水資源再生重複利用，如注入地下、澆灌綠地、沖洗廁所等。通常快速滲濾系統再生水的回收率可達80%，慢速滲濾系統可達30%，地下滲濾系統達70%。關鍵是應保證土地處理系統的穩定、正常運行，以獲得良好的淨化水質。
（2）污水土地處理的淨化機理
土壤-植物系統對污水的淨化是一個十分複雜的綜合過程，其中包括過濾、吸附、化學反應與化學沉澱以及微生物代謝作用下的有機物分解和植物吸收等。
1） 過濾土壤顆粒間的空隙具有截流水中懸浮顆粒的作用。污水流經土壤後，懸浮物（SS）被截流，污水得到淨化。影響土壤過濾淨化的因素有：土壤顆粒的大小、顆粒間孔隙的形狀和大小以及污水中懸浮顆粒的性質、含量與粒徑大小等。如懸浮顆粒過粗、過多以及微生物代謝產物過多等會導致土壤顆粒的堵塞。
2） 吸附在土地處理系統中，污水中的非極性分子與土壤中的中性分子，在范德華力的作用下相互吸附而固定在土壤中；污水中的金屬離子與土壤中的無機膠體和有機膠體顆粒，或污水中的某些有機物與土壤中的重金屬離子由於螯合作用形成可吸性螫合物而固定在土壤中；重金屬離子與土壤顆粒之間，進行陽離子交換而被置換吸附並生成難溶性的物質固定在土壤中等。
3） 化學反應與化學沉澱污水中的重金屬離子與土壤的某些組分進行化學反應生成難溶性化合物而沉澱；如果調整、改變土壤的氧化還原電位，能夠生成難溶性硫化物和金屬氫氧化物；某些化學反應還能夠生成金屬磷酸鹽等物質沉積於土壤中；在土地處理系統中還存在光化學降解作用等。
4） 微生物代謝作用在土壤中生存著種類繁多、數量巨大的土壤微生物，它們對土壤顆粒中的有機顆粒和溶解性有機物具有較強的降解能力，這是土壤具有強大自淨能力的原因。
5） 植物吸附和吸收作用 在土地處理系統中，污水中的營養物質（氮、磷）主要靠作物吸附和吸收而去除，再通過作物收穫將其轉移出土壤系統。
應該說明，土地處理系統對污染物的去除效能是上述作用的綜合結果，污水中的污染物是通過上述多種途徑去除的。
