16污水的自然生物处理 一，教学内容及学时分配(4学时) 16.1稳定塘16.2污水的土地处理系统 二，教学目的及要求： 掌握稳定塘的稳定塘的净化机理、影响因素，熟悉好氧塘、兼性塘、厌氧塘、 曝气塘、深度处理塘等工艺的工作原理、构造特点及设计计算基本原理与应用。 16.1稳定塘 16.1.1概述 1.定义 稳定塘(Stqbilization Ponds)：过去称为氧化塘(Oxidation Ponds),是一种 利用天然净化能力的生物处理构筑塘。 是土地经过人工适当的修整，设围堤和防渗层的池塘，主要依靠自然生物净 化功能使污水得到净化的一种污水处理技术，除其中个别类型如曝气塘外，在提 高净化功能方面，不采取实质性的人工强化措施。 2.净化原理 污水在塘中的净化过程与自然水体的自净过程极其相近，污水在塘内缓慢的 流动，较长时间的贮存，通过在污水中存活的微生物的代谢活动和过程，包括水 生植物在内的多种生物的综合作用，利用菌藻共生，使有机物降解，污水净化。 全净化过程包括3种状态：好氧：兼性：厌氧。 好氧微生物需DO:主要由塘内以藻类为主的水生浮游植物所产生的光合作 用提供。 3.发展 上世纪末开始使用，在本世纪5060年代发展较迅速，但占城市废水处理 的比例较低，工业发达国家城市污水以传统二级处理为主。后由于能源紧张，追 使人们研究节能的处理方法，考虑节能和深度处理，才开始重视生物塘技术。特 别是作为小城镇的废水处理方法已有多年历史，60年代初，美国内作家庭生活 污水处理的生物塘>1下个，而用作工业废水处理塘>800个。 1981年美“水清洁法”在法律上肯定稳定塘为代替二级处理的实用技术， 当前全世界几十个国家采用稳定塘处理污水，美国共有稳定塘7000座
我国从50年代开始研究，至1988年已建成90座，1990发展113座，已建 成处理污水190万md ·工业污水：湖北省鄂城县以农药废水为处理对象的鸭儿湖稳定塘 ●城市污水：山东胶州市稳定塘、内蒙满州里市稳定塘、新疆克拉珀依稳 定塘 我国环保政策（技术）规定城市废水，应推行废水处理厂与氧化塘、土地处 理相结合的政策。 过去，生物塘主要处理人口较少的城镇污水，现在已发展到每天可处理10 万md,如印度比来市生物处理塘：服务10万人：澳大利亚墨尔本生物塘地： 35万m/d。 4.适用条件 城市废水及多种工业废水皆可利用稳定塘进行处理。 采用稳定塘是否为最优选择，需视当地是否具备适宜的条件而定，一般需具 备以下条件： ①土h 因稳定塘占地多，当地需有可供稳定塘使用的土地，最好是可找到无农业利 用价值的荒地，地价较低，可利用注地，废河滩，荒地等围堤筑成。 ②气候 当地气候适于稳定塘运行。 气温： ·气温高：适于生物代谢，有机物去除率高，可减少占地，降低投资 ●气温低：在严寒地区（如东北、北欧、加拿大）建不少稳定塘，但占地 多，如有闲置的土地，也是合理的。 ●日照条件：藻光合作用 。风力：适当风力有利于塘水的混合 5.稳定塘的优缺点 优点： ①在适合的条件时（如有可利用的旧河道、沼洋、峡谷及无农用价值基地）， 基建投资少，充分利用地形，工程简单 ②运行管理简单，耗能少，运行管理费低，约为传统人工处理厂的12~13 ③可进行综合利用，如养殖水生动物和植物，形成多级食物网的复合生态系 统，如使用得当，会产生明显的经济、社会、环境效益 ④能够实现污水资源化，使污水处理与利用相结合，如处理后的水用于浓灌 缺点：
①占地面积过多 ②处理效果受气候的影响，全年净化效果不稳定，如过冬问题、春秋翻塘问 ③如设计或运行不当，可能形成二次污染，如污染地下水、产生臭气等滋生 蚊蝇 16.1.2净化机理 1,稳定塘中的生物及其生态系统 稳定塘中的生物： ①细菌 ·好氧菌和兼性菌（好氧、兼氧塘） ·产酸菌（兼氧或厌氧塘 ●厌氧菊（厌氧塘） ·硝化菌（深度处理塘） ②藻类 。绿藻（最常见）：为单细胞或多细胞藻，宜于微碱性环境 ·蓝绿藻：机体构造最简单，为单细胞、丝状体，分布广，适应强，在高 温或低温地区存活 ·褐藻：非优势藻，少 ③原生动物和后生动物等微生动物 ·不如活性污泥法中有规律，数量也不等，不宜作指示生物 ●此外，塘内可能出现大量水蚤，捕食细菌和藻类，防止其过度增殖，水 质非常清澈，水蚤分泌粘性物质去除少量原物 ·摇蚊动虫一存在于底泥中，摄食底泥中微生物，使污泥量减少 ④水生植物 塘内种植水生维管束植物，能提高对有机物及N、P的去除，收获后也 可获取一些经济效益。 ·浮水植物 自自由漂浮在水面，直接从大气中吸取氧和CO2,从塘水中吸收营养 盐（重金属、酚、氧） 自风眼莲（俗称水葫芦，最常用）：有较强耐污水及去污水能力：生 长于好氧塘：收获后作饲料可用于堆肥和发酵产沼气 3
自种类：水花生、浮萍、槐叶萍（适应耐污水较差、适于低负荷塘） ·沉水植物 自根生于底泥中，茎、叶全部沉没于水中，仅在开花时，花出于水面 自适于：光照充足（光照不到处不生长），塘深小，负荷低的塘 自作用：同上，此外是鱼类、鸭鹅的好饲料 自种类：马来眼子菜、叶状眼子菜 ·挺水植物： 自根生于底泥中，茎、叶则挺出水面 自种类：水葱、芦苇 芦苇：优良护是植物，造纸和纤维原料，地下茎可作药用：适于浅水中， 且收割季节要放空塘水，使在塘中种植受限。 ⑤其它水生动物 自鱼：可控制藻过渡繁殖 自鸭、鹅：创造一定经济效益，建立良好生态系统 稳定塘生态系统： 稳定塘是以净化污水为目的的工程设备，因此，分解有机污染物的细南在生 态系统中具有关键作用，藻类在光合作用中放O2,向细菌供氧。 菌藻共生系统是稳定塘内最基本的生态系统。 2.稳定塘对污水的净化作用 净化作用 净化机理 稀释作用 混合， 钟物理 污染物 没有改变污染物性质，但为进一步净化 污木进入塘中，，使所快带的悬浮物质，在五力作用下一沉手塘 作用 塘水中所含大量生物分泌物，这些物质具有絮凝作用，在它们作用下 污水中细小颗粒产生絮凝作用，使之聚成大颗粒，沉淀去除 好氧微生物 好氧菌、兼性菌对有机物的降解代谢是污水净化的关能，该过程可取得 代谢作用 高有机物士除率1B0D,90%,7C0D>80% 厌氧微生物 在指性底泥，厌喷内DO=0 代谢作用 有机物发生厌氧发酵，并且经历厌氧发酵三个阶段的全过程 浮游生物 藻类供O,并除N、P 的作用 原生动物、后生动物、枝角类浮游生物，吞食游离细菌和细小悬浮物， 使水澄 4
底栖动物，如摇蚊，摄食污泥中藻类和细菌，诚少污泥量 水生植物吸收氨，磷等，使除N、P功能有所提高 水生维束 水生植物的根部具有宫集重金属的功能，可提高重金属 植物的作用 母一 16.1.3稳定塘的分类及处理工艺流程 1.稳定塘的分类 根据塘中微生物优势群体类型和塘水的D0状况划分： ①好氧稳定塘 ·适于： 自气温适宜、日照条件良好 自独立的污水处理技术，也可作深度处理技术 ·特点： 自深度较浅 一般+0.5m,阳光能够透入塘底 自由藻类供氧，全部塘水都呈好氧状态 自由好氧微生物降解有机物 ②兼性稳定塘（城市污水最常用的一种稳定塘） ·适于：独立的处理技术，作深度处理的顶处理 ◆特点： 自深度一般>1.0m-2.0m 自兼性塘的净化作用由好氧、厌氧，兼性微生物共同降解净化 从塘面到一定深度(0.5m左右)，阳光能透入，光合作用旺盛、 藻类供氧、D0充足，呈好氧状态 口塘底为沉淀污泥，处于厌氧状态，进行厌氧发酵 口介于好氧、厌氧之间的区域为兼性区，存在大量兼性微生物 自微生物：好氧、厌氧、兼性微生物 ·优点：对水量、水质冲击抗燕：达到相同处理条件下，基建及管理费低 ③厌氧稳定塘（常置于稳定塘的首端，以承担较高有机负荷） ·适于： 自一般用作高浓度有机废水的首级处理工艺，继之还设兼性塘、好氧 塘，甚至深度处理塘， 自水量不大，如食品、肉类、牲畜饲养场
·特点： 自有机负荷高，全塘无好氧区 自深度>2.0m4.0m,塘水深度一般在2.0米以上，在水面所形成的浮 渣层具有保温和防止光合作用的作用，整个塘水处于厌氧状态。 自 其中进行水解，产酸及甲烷发酵等厌氧反应全过程，净化速度低 污水停留时间长 自微生物：参与反应的微生物只有细菌，系统中的产酸菌、产氢产乙 酸菌和产甲烷菌共存，但不是直接的食物链关系， ④曝气稳定塘 ●采用人工曝气供氧：表面叶轮曝气（常用）、鼓风曝气 ●塘深>2.0m ·在曝气条件下，藻类生长与光合作用受到抑制 ●又根据曝气设备安装密度和曝气强度分为： 自完全泥合曝气塘（好氧曝气塘）：曝气强度大，使全塘水中固体悬 浮 目部分混合曝气塘（兼性曝气塘）：使部分固体悬浮 ⑤深度处理塘（又称三级处理塘） ·塘的进水中含有机污染物质很低，一般BODs进水 。适用： 自冰冻期较长的寒冷地区 自干早缺水，需要季节性利用塘水地区 自塘处理水季节性不达标，水休只能在丰水期接纳
③贮存塘： ·特点：只进水而无出水，依靠蒸发和微量渗透调节塘容，需要的水面积 很大 ·适于：蒸发率高的地区 2.工艺流程 注：下列流程中，每种塘设计可能是单塘，也可能是多级串联，一般要求每 种稳定塘至少2~3个塘串联，以改善水力特性。 流程1： 进水一预处理一好氧塘出水 进水一预处理兼性塘好氧塘一出水 自处理城市污水，城市污水浓度低，不需厌氧塘 流程2： 进水一厌氧塘·兼性塘·好氧垌·出水 自优点： 减小塘系统的T:和占地 可代替沉淀池和污泥消化池，颗粒在其中沉淀，减量 将大分子转为小分子，有利后处理 自适用范围： 使用厌氧塘，因为其水温>15℃，最佳32℃ 国外在高温地区采用，低温地区不适于 我国七五攻关低温地区，呼和浩特市-19.7℃，nBOD=43.9% 流程3： 进水一预处理一曝气塘二沉池一出水 进水一颅处理一曝气培廉性增出水 自优点：占地小，能耗大 自我国七五5攻关：间歇性曝气塘，充氧时间：冬季和晚上无光合作 用时。 流程4：综合塘工艺流程 进水→兼性塘一水生植物调·养鱼塘·芦苇塘一出水
16.1.4稳定塘净化过程的影响因素 1.温度 温度直接影响细菌和藻类的生命活动 好氧菌 适宜温度：10一40℃ 最佳25~30℃ 藻类菌 适宜温度：540℃ 最佳30~35℃ 厌氧菌 适宜温度：15~60℃ 最佳33℃或53℃ 每升高10℃微生物代谢速率提高1倍 温度分布： ●稳定塘主要热源是： 自太阳辐射：温度分层，表面温度高，随季节、阳光强弱、白昼变化 较大：底层：温度较稳定，但较低。 自进水温度高 ●降温：蒸发、对流、风力和地下水接触。气温低季节，采用较低负荷， 减少进水负荷，增长停留时间。 2.光照 光是藻进行光合作用的能源，藻类必须获得足够光，才能将各种物质转化为 细胞的原生质。 藻类对光的利用有一限值，称光饱和值。藻类不同，光饱和值也不同，一般 5380~53800 Lumen/m 由于日光的强度往往超过藻类所能利用的光照强度，因此，藻类有从稳定塘 表面向深度移动的习性，以寻求对其最适合的光照强度。 据报导： 自当光饱和值为6400 Lumen时，藻类的最大产量79g/m2d 自当光饱和值为8600 Lumen时，藻类的最大产量105gm2d 自由于稳定塘对光的利用率，平均为41%，所以藻实际产量33 43g/m2d 3.混合 作用：对充分发挥塘净化功能非常重要 自混合使营养物质与溶解氧分布均匀 自使有机物与细菌充分接触
动力： ①风力：塘选在一年四季都能借风力场所，对面积大、池浅的塘，风力可使 塘水达v-10mh,使表面水层一准至一另一端，并转向塘底，表面D0充足，使 转向塘底的D0混匀。 创造产生良好水力条件的措施：如塘型规划，进出口装置的形式与位置 ②人工搅拌、混合：如不能借风力，混合不佳时采用 4.营养物质 ●主要：C、N、P、S ●微量：Fe、Mm、K、钼、Co、Zn、Cu 自细菌：原生质中：N:11%左右，P:2% 目藻类：原生质中：N:10~11%,P:2~3% ·城市污水基本能满足营养要求 ·注意：N、P含量过多时，可能会导致藻类的过量增殖，应避免 5.有毒物质 对妨碍生化过程毒物浓度加以控制 6.蒸发量和降雨量 ●降雨作用： 使塘中污染物浓度得到稀释，促进塘水混合，缩短了污水在塘中的停留时间 ●蒸发作用： 塘的出水量<进水量，停留时间加长，污染物，如无机盐浓度，因为浓缩而 有所提高 7.污水的预处理 稳定塘工艺属生物处理技术范畴，相当于二级处理工艺 目的： 使污水水质更适应稳定塘净化功能的要求 内容： ●去除悬浮物特别是可沉性的悬浮物和油脂 9
·调整pH值，使进水pH值处于中性左右 ·去除污水中的有毒有害物质，降至要求浓度以下 适用范围： 城市污水稳定塘处理系统 而厌氧塘前勿需考虑预处理 预处理工艺： ·格栅、沉砂池、沉淀池 ·需要时增设除油池 ·水解酸化可以作稳定塘顶处理技术 16.2污水的土地处理系统 16.2.1概述 1.定义 污水土地处理系统：属于污水自然处理范畴，是一种环境生态工程。 人工调控及系统自我调控的条件下，利用土壤—微生物—植物组成的生 态系统对废水中的污染物进行一系列物理的、化学的和生物的净化过程，使废水 的水质得到净化和改善，能经济有效净化污水，并利用系统的营养物质和水分的 循环利用，使绿色植物生长繁殖，（农作物、牧草、林木），整治国土，建立良 好生态环境，从而实现废水的资源化、无害化和稳定化的生态系统。 这是一种高效、节能、经济并综合生态原理的废水处理利用系统 2.历史 利用城市废水灌农田历史悠久，最早可至公元前古希腊雅旦。许多国家在公 元16世纪开始利用废水灌溉谷物和蔬菜，以后遍及欧洲。 ● 18世纪末英国开始采用快速渗滤和废水灌溉法处置城市废水 ·20世纪30年代，由于城市迅速发展，人口、工业高度集中、土地价格 上涨，废水在土地处理前未进行必要适当预处理导致废水因散发臭气， 污染土壤、地下水、植物，影响人体健康等弊端停滞发展，此时城市污 水活性污泥，生物滤池处理方法迅速发展成熟。 ●20世纪40年代，二战后，石油化工兴起、发展，大量有害物进入环境