第六节-生态工程与污水处理系统ppt课件

第六节第六节 生态工程与污水处理系统生态工程与污水处理系统主讲：冯昭鹏主讲：冯昭鹏4/25/20244/25/2024西北师范大学生命科学学院西北师范大学生命科学学院第六节 生态工程与污水处理系统主讲：冯昭鹏7/31/2023一、生态工程简介一、生态工程简介（一）生态工程的定义及其应用（一）生态工程的定义及其应用 生态工程（生态工程（Ecological Engineering）一般指）一般指人工设计的、以生物种群为主要结构组分、具有人工设计的、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。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：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，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。的生产工艺系统。4/25/20244/25/2024西北师范大学生命科学学院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7/31/202 在应用于环境科学研究的生态工程设计中，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。必须首先明确其目的。设计生态工程的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）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）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）保护自然，保护物种（自然保护区）4/25/20244/25/2024西北师范大学生命科学学院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，必须首先明确其生态工程设计的原理及原则生态工程设计的原理及原则 原理：生态学的基本原理原理：生态学的基本原理 原则：社会规律和经济规律原则：社会规律和经济规律4/25/20244/25/2024西北师范大学生命科学学院西北师范大学生命科学学院生态工程设计的原理及原则7/31/2023西北师范大学生命科 目前生态工程的设计和运行已逐步进入生态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。间、时间和数量方面达到最优化，满足人类需要。4/25/20244/25/2024西北师范大学生命科学学院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（二）生态工程的类型（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。基础进行物质转化、分解、富集与再生。4/25/20244/25/2024西北师范大学生命科学学院西北师范大学生命科学学院（二）生态工程的类型7/31/2023西北师范大学生命科学学 根据生态工程的性质及其主要目标，大致可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：分为以下几个类型：l物质能量多层利用生态工程物质能量多层利用生态工程l物质转化与再生生态工程物质转化与再生生态工程l无污染生态工程无污染生态工程l污染自净多功能生态工程污染自净多功能生态工程l工农业联合生态工程工农业联合生态工程4/25/20244/25/2024西北师范大学生命科学学院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l物质能量多层利用生态工程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。级利用和各取所需的生物结构。4/25/20244/25/2024西北师范大学生命科学学院西北师范大学生命科学学院物质能量多层利用生态工程7/31/2023西北师范大学生命科l物质转化与再生生态工程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。食物链通过代谢过程完成物质循环。蔗基鱼塘蔗基鱼塘4/25/20244/25/2024西北师范大学生命科学学院西北师范大学生命科学学院物质转化与再生生态工程蔗基鱼塘7/31/2023西北师范大学l无污染生态工程无污染生态工程 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。称为无污染工程。4/25/20244/25/2024西北师范大学生命科学学院西北师范大学生命科学学院无污染生态工程7/31/2023西北师范大学生命科学学院l污染自净多功能生态工程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。态系统进行调控，称为自净。4/25/20244/25/2024西北师范大学生命科学学院西北师范大学生命科学学院污染自净多功能生态工程7/31/2023西北师范大学生命科学l工农业联合生态工程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产体系，减少废物并改善农业生态环境的生态工程。程。4/25/20244/25/2024西北师范大学生命科学学院西北师范大学生命科学学院工农业联合生态工程7/31/2023西北师范大学生命科学学院二、氧化塘法二、氧化塘法 生物氧化塘（生物氧化塘（Oxidation Pond），又称稳定），又称稳定塘，是利用藻类和细菌两类生物间功能上的协同塘，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。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。微生物作用下进行生物降解。4/25/20244/25/2024西北师范大学生命科学学院西北师范大学生命科学学院二、氧化塘法 生物氧化塘（Oxidation Pond（一）净化原理（一）净化原理4/25/20244/25/2024西北师范大学生命科学学院西北师范大学生命科学学院（一）净化原理7/31/2023西北师范大学生命科学学院（二）氧化塘内的生物组成（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。生物量极高，而且浮游动物（甲壳类）大量出现。4/25/20244/25/2024西北师范大学生命科学学院西北师范大学生命科学学院（二）氧化塘内的生物组成7/31/2023西北师范大学生命科1.藻类藻类小球藻属小球藻属 栅列藻属栅列藻属 席藻属席藻属眼虫藻属眼虫藻属 颤藻属颤藻属 衣藻属衣藻属4/25/20244/25/2024西北师范大学生命科学学院西北师范大学生命科学学院1.藻类小球藻属 栅列藻属 2.细菌细菌 无色杆菌无色杆菌 假单胞菌假单胞菌 黄杆菌黄杆菌 产碱杆菌产碱杆菌 芽孢杆菌芽孢杆菌4/25/20244/25/2024西北师范大学生命科学学院西北师范大学生命科学学院2.细菌 无色杆菌 假单胞菌3.微型动物微型动物轮虫轮虫 膜袋虫膜袋虫钟虫钟虫4/25/20244/25/2024西北师范大学生命科学学院西北师范大学生命科学学院3.微型动物轮虫 膜袋虫7氧化塘的特点：氧化塘的特点：u构筑物简单构筑物简单u能源消耗少能源消耗少u运转管理方便运转管理方便 起初仅用于处理生活污水，现已推广至食品、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。制革、造纸、石油化工、农药等各种废水的处理。4/25/20244/25/2024西北师范大学生命科学学院西北师范大学生命科学学院氧化塘的特点：7/31/2023西北师范大学生命科学学院（三）氧化塘的分类与功能（三）氧化塘的分类与功能1.兼性塘兼性塘2.厌氧塘厌氧塘3.好氧高效塘好氧高效塘4.精制塘精制塘5.曝气塘曝气塘4/25/20244/25/2024西北师范大学生命科学学院西北师范大学生命科学学院（三）氧化塘的分类与功能7/31/2023西北师范大学生命科1.兼性塘兼性塘 目前兼性塘（目前兼性塘（Facultative Pond）广泛应用于）广泛应用于处理工业、农业废水和生活污水。处理工业、农业废水和生活污水。兼性塘功能模式图兼性塘功能模式图4/25/20244/25/2024西北师范大学生命科学学院西北师范大学生命科学学院1.兼性塘兼性塘功能模式图7/31/2023西北师范大学生命2.厌氧塘厌氧塘 厌氧塘（厌氧塘（Anaerobic Pond）中主要为厌氧生）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。工工业、制药厂以及其它高浓度有机废水。4/25/20244/25/2024西北师范大学生命科学学院西北师范大学生命科学学院2.厌氧塘7/31/2023西北师范大学生命科学学院3.精制塘精制塘 精制糖（精制糖（Maturation Pond）一般用来改进生）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、的出水，目的是为了降低可沉降固体、BOD5、微、微生物以及氨的浓度。生物以及氨的浓度。4/25/20244/25/2024西北师范大学生命科学学院西北师范大学生命科学学院3.精制塘7/31/2023西北师范大学生命科学学院4.曝气塘曝气塘 曝气塘（曝气塘（Aerated Pond）以机械曝气摄氧，）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，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。具有搅拌和充氧双重功能。4/25/20244/25/2024西北师范大学生命科学学院西北师范大学生命科学学院4.曝气塘7/31/2023西北师范大学生命科学学院（四）综合生物塘（四）综合生物塘 综合生物塘（综合生物塘（Maturation Biological Pond）是运用生态学原理，将各具特点的生态单元，按是运用生态学原理，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。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。占地面积小，净化效率高。4/25/20244/25/2024西北师范大学生命科学学院西北师范大学生命科学学院（四）综合生物塘7/31/2023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）水生维管束植物生态净化功能 （2）藻）藻菌互生生态系统代谢活性菌互生生态系统代谢活性 （3）提高出水水质的生态学措施）提高出水水质的生态学措施4/25/20244/25/2024西北师范大学生命科学学院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7/31/2023西北师范大学生水生维管束植物水生维管束植物紫萍紫萍凤眼莲凤眼莲4/25/20244/25/2024西北师范大学生命科学学院西北师范大学生命科学学院水生维管束植物紫萍凤眼莲7/31/2023西北师范大学生命科水生维管束植物水生维管束植物香蒲香蒲 水花生水花生4/25/20244/25/2024西北师范大学生命科学学院西北师范大学生命科学学院水生维管束植物香蒲 2.综合生物塘工艺流程及污水净化效果综合生物塘工艺流程及污水净化效果（1）工艺流程）工艺流程进水进水沉沙沉沙厌氧厌氧植物植物藻藻-菌菌生态修饰生态修饰养殖养殖灌溉灌溉出水出水4/25/20244/25/2024西北师范大学生命科学学院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进水沉沙厌氧植物藻-菌生（2）污水进化效果）污水进化效果 经处理，污水达到相应的排放标准。经处理，污水达到相应的排放标准。4/25/20244/25/2024西北师范大学生命科学学院西北师范大学生命科学学院（2）污水进化效果7/31/2023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（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（目前比较完善的水生植物塘（Aquatic Plant Pond）处理废水的工艺流程为：）处理废水的工艺流程为：三、水生植物塘三、水生植物塘原污水原污水格栅格栅曝气塘曝气塘砂滤砂滤出水出水臭氧消毒臭氧消毒粒状碳柱粒状碳柱反渗透反渗透4/25/20244/25/2024西北师范大学生命科学学院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三、水生植物塘原污水格栅（二）全年运转途径（二）全年运转途径 P.348 内容自学（了解营养膜技术）内容自学（了解营养膜技术）4/25/20244/25/2024西北师范大学生命科学学院西北师范大学生命科学学院（二）全年运转途径7/31/2023西北师范大学生命科学学院四、人工湿地处理系统四、人工湿地处理系统（一）人工湿地系统（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。表面水层，能维持大型水生植物生长的生态系统。人工湿地（人工湿地（Artificial Wetland）是根据自然湿地）是根据自然湿地模拟的人工生态系统，用于处理废水。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。除的营养元素有较好的净化效果。4/25/20244/25/2024西北师范大学生命科学学院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7/31/2023西北人工湿地系统人工湿地系统4/25/20244/25/2024西北师范大学生命科学学院西北师范大学生命科学学院人工湿地系统7/31/2023西北师范大学生命科学学院（二）芦苇湿地处理系统实例（二）芦苇湿地处理系统实例 P.350 内容自学内容自学4/25/20244/25/2024西北师范大学生命科学学院西北师范大学生命科学学院（二）芦苇湿地处理系统实例7/31/2023西北师范大学生命芦苇湿地处理系统芦苇湿地处理系统4/25/20244/25/2024西北师范大学生命科学学院西北师范大学生命科学学院芦苇湿地处理系统7/31/2023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草或树木生长的工程设施称为土地处理系统（Land Treatment System）。）。投资少、耗能低、易管理、净化效果好。投资少、耗能低、易管理、净化效果好。五、污水土地处理系统五、污水土地处理系统4/25/20244/25/2024西北师范大学生命科学学院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（一）污水处理系统的组成与类型（一）污水处理系统的组成与类型 1.土地处理系统的组成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。制系统，土地处理面积和排出水收集系统组成。4/25/20244/25/2024西北师范大学生命科学学院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7/31/2023西北师范大学 2.土地处理的净化机理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土地处理是利用土地生态系统的自净能力净化污水。化污水。土地生态系统的净化机理包括土壤的过滤截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。及植物和微生物的摄取等作用。4/25/20244/25/2024西北师范大学生命科学学院西北师范大学生命科学学院 2.土地处理的净化机理7/31/2023西北 3.土地处理系统的主要类型土地处理系统的主要类型u 地表漫流系统地表漫流系统u 慢速渗透系统慢速渗透系统u 快速渗透系统快速渗透系统u 自然湿地系统自然湿地系统u 复合污水土地处理系统复合污水土地处理系统4/25/20244/25/2024西北师范大学生命科学学院西北师范大学生命科学学院 3.土地处理系统的主要类型7/31/2023（二）土地处理系统与污灌的主要区别（二）土地处理系统与污灌的主要区别 P.352 内容自学内容自学4/25/20244/25/2024西北师范大学生命科学学院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7/31/2023西北师范六、生态工程与生态农业六、生态工程与生态农业（一）发展生态农业的必要性（一）发展生态农业的必要性 生态农业（生态农业（Ecological Agriculture）是一种）是一种能长期维持农业生产所依赖的环境质量和资源基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础，为人类提供必需的食物和纤维等产品的农业生产体系。生产体系。1.严重的水土流失和土壤侵蚀严重的水土流失和土壤侵蚀 2.化肥和农药用量越来越大化肥和农药用量越来越大 3.大量消耗石油能源大量消耗石油能源4/25/20244/25/2024西北师范大学生命科学学院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7/31/2（二）生态工程的能量平衡与物质循环分析基本（二）生态工程的能量平衡与物质循环分析基本方法方法 1.能量分析能量分析 对生态工程系统中的各种能量流加以确定和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，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。进而从能量角度对该系统的基本特征做出评价。P.3544/25/20244/25/2024西北师范大学生命科学学院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7/31/20 2.物质循环分析物质循环分析 P.355氮循环氮循环4/25/20244/25/2024西北师范大学生命科学学院西北师范大学生命科学学院 2.物质循环分析氮循环7/31/2023西北（三）生态农业能量与物质分析（三）生态农业能量与物质分析 P.355 内容自学内容自学4/25/20244/25/2024西北师范大学生命科学学院西北师范大学生命科学学院（三）生态农业能量与物质分析7/31/2023西北师范大学生思考题思考题1.什么是生态工程？如何进行特定生态工程的能量什么是生态工程？如何进行特定生态工程的能量平衡与物质循环分析？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？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？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？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？它们的关系如何？4/25/20244/25/2024西北师范大学生命科学学院西北师范大学生命科学学院思考题7/31/2023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？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？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？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？生态系统在农业发展过程中将发挥什么作用？4/25/20244/25/2024西北师范大学生命科学学院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4/25/20244/25/2024西北师范大学生命科学学院西北师范大学生命科学学院Thanks!7/31/2023西北师范大学生命科学学院