No. 1 第十六章 第十六章 污水的自然生物处理系统 污水的自然生物处理系统 高景峰 北京工业大学 No. 2 第 16章 自然生物处理系统 ? 16.1稳定塘的基本原理 ? 16.2好氧塘 ? 16.3兼性塘 ? 16.4厌氧塘 ? 16.5曝气塘与深度处理塘 ? 16.6污水的土地处理系统 No. 3 16.1 稳定塘的基本原理 稳定塘的基本原理 ? 16.1.1 稳定塘的 稳定塘的 定义 定义 ? 16.1.2 稳定塘的 稳定塘的 沿革 沿革 ? 16.1.3 稳定塘的 稳定塘的 优点 优点 ? 16.1.4 稳定塘的 稳定塘的 弊端 弊端 ? 16.1.5 稳定塘的 稳定塘的 分类 分类 ? 16.1.6 稳定塘的 稳定塘的 净化机理 净化机理 No. 4 16.1.1 稳定塘的定义 ? 稳定塘 (Stabilization Ponds),我国又习称 氧 化塘 (Oxidation Ponds),又名 生物塘 。 ? 稳定塘 是经过人工适当修整的土地,设围堤和 防渗层的污水池塘,主要依靠自然生物净化功 能使污水得到净化的一种污水生物处理技术。 ? 污水在塘中的净化过程与 自然水体的自净 过程 相近。 No. 5 16.1.2 稳定塘的沿革 ? 国外 ? 从19世纪末开始使用,在20世纪50年代以后得到较快 的发展。当前全世界已有几十个国家采用稳定塘处理 污水,美国共有稳定塘近7000座。 ? 各国的实践证明,稳定塘能够有效地用于生活污水、 城市污水和各种有机性工业废水的处理。能够适应各 种气候条件,如热带、亚热带、温带甚至于高纬度的 寒冷地区。 ? 稳定塘现多作为二级处理技术考虑,但它完全可以作 为活性污泥法或生物膜法后的深度处理技术,也可以 作为一级处理技术。 No. 6 ? 国内 ? 从60年代末开始,陆续修建了一批稳定塘,到1988年, 我国已建成并已投入运行的稳定塘约90座, 其中比较著 名的有: ? 1、湖北省鄂城县以农药废水为处理对象的鸭儿湖稳定塘 ; ? 2、处理城市污水,但污水中工业废水比重较大的齐齐哈 尔市稳定塘、 ? 3、山东胶州市稳定塘、 ? 4、内蒙古满洲里市稳定塘 ? 5、新疆克拉玛依稳定塘等。 ? 从分布的地区来看,从新疆维吾尔自治区到滨海地区,从 北部边疆的内蒙古到南部省份的四川,几乎遍布全国。 No. 7 ? (1)能够充分利用地形,工程简单,建设投资省。 ? (2)能够实现污水资源化,使污水处理与利用相结合。 ? 稳定塘处理后的污水,一般能够达到农业灌溉的水质标 准,可用于农业灌溉,充分利用污水的水肥资源。将污 水中的有机污染物转化为鱼、水禽等物质。利用稳定塘 处理污水,环境效益、社会效益、经济效益是十分明显 的。 ? (3)污水处理能耗少,维护方便,成本低廉。 ? 依靠自然功能处理污水 16.1.3 稳定塘的优点 No. 8 ? (1)占地面积大, 没有空闲的余地是不宜采用的。 ? (2)污水净化效果,在很大程度上受季节、气温、光照 等自然因素的控制,不够稳定。 ? (3)防渗处理不当,地下水可能遭到污染。 ? (4)易于散发臭气和滋生蚊蝇等。 16.1.4 稳定塘的弊端 No. 9 16.1.5 稳定塘的分类 根据 塘水中微生物优势群体类型和塘水的溶解氧 工况 来划分,即: ? (1)好氧稳定塘,简称好氧塘 ? (2)兼性稳定塘,简称兼性塘 ? (3)厌氧稳定塘,简称厌氧塘 ? (4)曝气稳定塘,简称曝气塘 ? (5)深度处理塘 ? 根据处理 水的出水方式 ,稳定塘又可分为 连续出水塘 、控制出水塘与贮存塘 3种类型。 No. 10 ? (1)好氧稳定塘,简称好氧塘 ? 深度较浅,一般不超过0.5m, 阳光能够透入 塘底, 主要由藻类供氧,全部塘水都呈好氧状 态,由好氧微生物起 有机污染物的降解与污水 的 净化作用 。 No. 11 ? (2)兼性稳定塘,简称兼性塘 ? 塘水较深,一般在1.0m以上 ,从塘面到一定 深度(0.5m左右),阳光能够透入,藻类光合作 用旺盛,溶解氧比较充足,呈好氧状态, 塘底 为沉淀污泥,处于厌氧状态,进行厌氧发酵, 介于好氧与厌氧之间为兼性区,存活大量的兼 性微生物。兼性塘的污水净化是由好氧、兼性 、厌氧微生物协同完成的。 ? 兼性稳定塘 是城市污水处理 最常用 的一种稳定 塘。 No. 12 ? (3)厌氧稳定塘,简称厌氧塘 ? 塘水深度一般在2.0m以上,有机负荷率高, 整个塘水基本上都呈厌氧状态,在其中进行水 解、产酸以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。 ? 厌氧稳定塘一般用作为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。 No. 13 ? (4)曝气稳定塘,简称曝气塘 ? 塘深在2.0m以上 ,由 表面曝气器供氧 ,并对塘水进行 搅动 ,在曝气条件下,藻类的生长与光合作用受到抑 制。 ? 曝气塘又可分为 好氧曝气塘 及 兼性曝气塘 两种。好氧 曝气塘与活性污泥处理法中的延时曝气法相近。 ? (5)深度处理塘 ? 专门用以 处理二级处理后出水 的深度处理塘。这种塘 的功能是进一步降低二级处理水中残余的有机污染物 (BOD值、COD值)、SS、细菌以及氮、磷等植物性营 养物质等。在污水处理厂和接纳水体之间起到缓冲作 用。深度处理塘一般采用大气复氧或藻类光合作用的 供氧方式。 No. 14 ? 根据处理 水的出水方式 ,稳定塘又可分为 连续出水塘 、控制出水塘与贮存塘 3种类型。 ? 上述的几种稳定塘,在一般情况下,都按连续出水方 式运行,但也可按控制出水塘和贮存塘(包括季节性贮 存塘)方式运行。 ? 控制出水塘 的 主要特征 是 人为地控制塘的出水 ,在年 内的某个时期内,如结冰期,塘内只有污水流入,而 无处理水流出,此时塘可起蓄水作用。在某个时期内 ,如在灌溉季节,又将塘水大量排出,出水量远超过 进水量。 No. 15 ? 控制出水塘 适用于下列地区: ? (1)结冰期较长的寒冷地区;(2)干旱缺水,需要季节性 利用塘水的地区;(3)稳定塘处理水季节性达不到排放 标准或水体只能在丰水期接纳塘出水的地区。 ? 但实际上控制出水塘多为兼性塘。 ? 贮存塘,即只有进水而无处理水排放的稳定塘,主要 依靠蒸发和微量渗透来调节塘容。 这种稳定塘需要的 水面积很大,只适用于蒸发率高的地区。塘水中盐类 物质的浓度将与日俱增,最终将抑制微生物的增殖、 导致有机物降解效果降低。 No. 16 ? 16.1.6.1 稳定塘中的生物及其生态系统 ? 16.1.6.2 稳定塘对污水的净化作用 ? 16.1.6.3 稳定塘净化过程的影响因素 16.1.6 稳定塘的净化机理分类 No. 17 16.1.6.1 稳定塘中的生物及其生态系统 ? (1)稳定塘中的生物 ? (2)稳定塘生态系统 No. 18 (1)稳定塘中的生物 ? 在稳定塘塘水中存活并对污水起净化作用的生物,有: 细菌、藻类、微型动物(原生动物;后生动物)、水生植 物以及其他水生动物。 ? 1)细菌 ? 和活性污泥法、生物膜法等人工生物处理技术相同, 在 稳定塘内对有机污染物降解起主要作用的是细菌。 ? 在好氧塘和兼性塘好氧区以及兼性区内活动的细菌中, 绝大部分属兼性异养菌 。在相应的稳定塘水中还存活着 好氧菌、厌氧菌以及自养菌 。 No. 19 ? (A)好氧菌和兼性菌 ? 主要在好氧塘内和兼性塘的好氧区内活动。 ? (B)产酸菌 ? 属兼性异养菌,在缺氧的条件下,可将有机物分解为 乙酸、丙酸、丁酸等有机酸和醇类。产酸菌对温度及 pH值的适应性较强,在兼性塘的较深处和厌氧塘内都 可发现。 ? (C)厌氧菌 ? 厌氧菌常见于厌氧塘和兼性塘污泥区。 产甲烷菌即是 其中之一,它将有机酸转化为甲烷和二氧化碳。 在厌 氧塘内常见的还有绝对厌氧的 脱硫弧菌 , 它能使硫酸 盐还原生成硫化氢。 No. 20 ? (D)硝化菌 ? 硝化菌是绝对好氧菌,世代时间长,生长缓慢 ,只有在供氧充分,有机物含量很低,一般细 菌不能成为优势菌种时,硝化菌才会大量增殖 成为优势种属, 硝化菌一般只存活在深度处理 塘。 No. 21 ? 2)藻类 ? 稳定塘是菌藻共生体系 ,藻类在稳定塘内起着 十分重要的作用。藻类具有叶绿体,含有叶绿 素或其他色素,能够藉这些色素进行光合作用 。 是塘水中溶解氧的主要提供者 。 ? 在光照充足的白昼,藻类吸收二氧化碳放出氧 ;在黑暗的夜晚,藻类营内源呼吸,消耗氧并 放出二氧化碳。 ? 这种菌藻共生关系,构成了稳定塘的重要的生 态特征。 No. 22 ? 稳定塘内存活的藻类种属很多,但主要有以下3种: ? (A)绿藻 ? 这是稳定塘内最常见的藻类。是单细胞或多细胞的绿色藻 类。宜于在微碱性的环境中生长。 ? (B)蓝绿藻 ? 又名蓝藻 ,是机体构造最简单的一群藻类,藻体为单细胞 以及丝状体等。分布广、适应性强, 蓝绿藻对污水净化有 一定的积极作用, 它能够代谢硫化氢,固定大气中的氮 。 ? 在污水中出现的蓝绿藻主要是分布极广的颤藻。当颤藻大 量生长时,水的颜色变成蓝绿色,还会发出霉味。 ? (C) 褐藻 , 但它一般不能成为优势藻类。 No. 23 3)原生动物和后生动物 ? 对稳定塘,原生动物和后生动物不宜作为指示性生 物考虑。 因其出现没有规律,数量也不等。 ? 在稳定塘内存活的属于微型动物的还有 枝角类中的 水蚤 。出现大量的水蚤,稳定塘的处理水将非常清 澈透明, ? 原因 之一 是水蚤类动物能够吞食藻类、细菌及呈悬 浮状有机物; ? 原因 其二 则是水蚤类动物能够分泌粘性物质,促进 细小悬浮物产生凝聚作用,使水澄清。 No. 24 ? 4)水生植物 ? 在稳定塘内种植水生维管束植物,能够提高稳定塘 对有机污染物和氮、磷等无机营养物的去除效果, 水生植物收获后也可作某些用途,能够取得一定的 经济效益。 ? 在稳定塘内种植的有下列 3种水生植物 : No. 25 (A)浮水植物 ? 这种水生植物自由漂浮在水面,直接从大气中吸取氧 和二氧化碳,从塘水中吸取营养盐类。 ? 现在常在稳定塘内种植的浮水植物是 凤眼莲,俗称水 葫芦 。 ? 凤眼莲具有较强的耐污性,去污能力也强,叶片呈圆 形或心形,茎6~12cm,叶柄长10~20cm,叶柄中部 以下膨胀成葫芦状的浮囊。既水平生长又垂直生长, 丛生。空气中的氧通过凤眼莲的叶和茎送到其根部, 释放出溶于水中,细菌及原生动物则聚集其根部。除 微生物的新陈代谢作用外, 凤眼莲 本身也能够直接吸 收水中的有机污染物(包括营养盐、重金属、酚、氰等) ,使水中的BOD值和COD值下降。 No. 26 ? 有 凤眼莲 生长的稳定塘,其水层保持好氧条件 ,但底层呈厌氧状态。这样对硝化和反硝化作 用提供了有利条件。 ? 凤眼莲 收获后可作为青贮饲料,可用于堆肥和 厌氧发酵回收沼气。 ? 除 凤眼莲 外,可在稳定塘内种植的浮水植物还 有 水浮莲、水花生、浮萍、槐叶萍等,也能够 起到改善水质的作用,但去污能力较差于凤眼 莲, 适宜于在负荷较低的稳定塘内种植,而 凤 眼莲 则可以种植在 有机负荷较高 的稳定塘内。 No. 27 ? (B)沉水植物 ? 沉水植物根生于底泥中,茎、叶则全部沉没于水 中,仅在开花时,花出于水面。沉水植物在光照 透射不到的区域不能生长,因此,只能在 塘水深 度较小及有机负荷较低的塘中种植。 ? 沉水植物在稳定塘内的作用同浮水植物,此外, 沉水植物多为鱼类和鸭鹅的良好饲料,可以考虑 在种植沉水植物的稳定塘内放养水禽动物,建立 良好的生态系统。 ? 常见的沉水植物有马来眼子菜、叶状眼子菜等。 No. 28 ? (C)挺水植物 ? 挺水植物根生长于底泥中,茎、叶则挺出水面。最常 见的挺水植物是 水葱和芦苇 。 ? 水葱 呈深绿色,茎圆柱形,高1~1.5m。 ? 芦苇 为淡绿色,茎也是圆柱形,高可达3.0m。芦苇用 途颇广,是优良的护堤植物,也是纸浆和人造纤维的 原料,地下茎可供药用。 ? 水葱和芦苇在稳定塘内的作用与上述两种植物相同, 但挺水植物只能生长于 浅水中 ,而且在收割季节还需 要将水放空,因此,在稳定塘内种植受到限制。 No. 29 ? 5)其他水生动物 ? 为了使稳定塘具有一定的经济效益,可以考虑利用塘 水养鱼和放养鸭、鹅等水禽。 ? 在稳定塘内宜于放养杂食性鱼类(如鲤鱼、鲫鱼),它们 捕食水中的食物残屑和浮游动物;如链、鳙一类的滤 食性鱼类以及如草鱼一类的草食性鱼类等。它们能够 控制藻类的过度增殖。 ? 水禽如鸭、鹅等也是以水草为食的,鸭还能够食用浮 游动物和小型鱼类,在稳定塘内放养水禽,是建立良 好的生态系统,获取经济效益的有效途径。 No. 30 (2)稳定塘生态系统 ? 不同类型的稳定塘所处的环境条件不同,其中形成的 生态系统又有各自的特点。 ? 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 细菌在生态系统中具有关键的作用 。 ? 藻类在光合作用中放出氧 ,向细菌提供足够的氧,使 细菌能够进行正常的生命活动。 ? 菌藻共生体系是稳定塘内最基本的生态系统。其他水 生植物和水生动物的作用则是辅助性的 ,它们的活动 从不同的途径强化了污水的净化过程。 No. 31 No. 32 ? 1)稳定塘内生态系统中不同种群的相互关系 ? 稳定塘内生态系统中的各种生物种群的作用各不相同 ,但它们之间却存在着互相依存互相制约的关系。 ? (A)菌藻共生关系 ? 在稳定塘内对溶解性有机污染物起降解作用的是异养 菌,降解反应按下式进行: + + ++→+ 42272811 1311 NHOHCOHHOHC No. 33 ? 按此式,每分解1g有机物需氧1.56g,放出 CO 2 1.69g,H 2 O0.85g和NH 4 近0.1g。 ? 植物性浮游生物藻类的光合成反应,就是在阳 光能量的作用下的细胞增殖与放氧反应,即在 其本身增殖的同时,并放出氧。 藻类的分子式 近似地为:C 106 H 263 O 110 N 16 P ? 而藻类的光合成反应式则为 216110263106 2 2 432 138 1812216106 OPNOHC HOHHPONOCO + →++++ +?? No. 34 ? 由上式可以计算出,每合成lg藻类,释放出1.244g氧。 ? 从上列两式可见, 细菌代谢活动所需的O 2 由藻类通过光 合作用提供,而其代谢产物CO 2 又提供给藻类用于光合 反应。在稳定塘内细菌和藻类之间就是保持着这样的互 相依存又互相制约的关系。 ? 通过光合作用反应,应当注意到这样的一个现实,即: 流入的一部分有机污染物,虽被降解但形成了藻类,藻 类也是有机体,由于藻类的合成是以水中的CO 2 作为碳 源,因此生成的藻类(有机体)的数量,有可能大于流进的 有机污染物的数量。因此,可以认为,在氧化塘内有机 污染物的降解反应,也是溶解性有机污染物转换为较稳 定的另一种形态的有机体——藻类细胞的过程。 No. 35 B)稳定塘内的食物链网 No. 36 ? 在稳定塘内,从食物链来考虑,细菌、藻类以及 适当的水生植物是生产者,细菌与藻类为原生动 物及枝角类动物所食用,并不断繁殖,它们又为 鱼类所吞食,藻类,主要是大型藻类和水生植物 既是鱼类的饵料,又可能成为鸭鹅等水禽类的饲 料。在稳定塘内,鱼、水禽处在最高营养级。如 果各营养级之间保持适宜的数量关系,能够建立 良好的生态平衡,使污水中有机污染物得到降解 ,污水得到净化,其产物得到充分利用,最后得 到鱼、鸭和鹅等水禽产物。 No. 37 2)稳定塘内各种物质的迁移与转化 ? (A) 碳(C)的转化与循环 ? 碳主要以溶解性有机碳的形式随原污水进入稳 定塘,在塘内进行转化与循环(参见图6.3)。 No. 38 No. 39 ? 碳的转化途径主要是 : ? a.通过细菌的新陈代谢作用,使溶解性有机碳 转化为无机碳(CO 2 ),又通过合成作用使细菌本 身得到增殖。 ? b.藻类通过光合作用吸收无机碳,本身机体得 到增殖,当无光照射时,藻类通过呼吸作用又行 释放无机碳(CO 2 )。 ? c.由于衰死,细菌、藻类的机体沉入塘底,在厌 氧发酵作用下,分解为溶解性有机碳和无机碳。 ? d.塘底的厌氧发酵反应对不溶性有机碳进行分 解,形成溶解性有机碳和无视碳。 ? 上述各项作用的结果是溶解性有机物的降解和 细菌、藻类的增殖。 No. 40 ? 细菌和藻类的活动还要影响稳定塘水中碳酸盐 缓冲体系的平衡,使塘水的pH值发生变化, 碳酸盐缓冲体系的基本化学式如下: ? M:金属离子 )5( )4( )3( )2(2)( )1( 2 32 2 3 2 33 3 2 23 2 33222 OHHOH OHHCOOHCO HCOHCO HCOMHCOM HHCOCOHOHCO ?+ +?+ +? +? +??+ +? ??? +?? ?++ +? No. 41 ? 在白昼, 光合作用强烈,CO 2 被耗用,式(1)平衡 向左移行,导致H + 和HCO 3 - 降低,式(4)向右移 行,结果使H + 减少和OH - 增加,pH值上升。 ? 在夜间, 光合作用停止,CO 2 又行积累,式(1)向 右移行,式(4)向左移行,pH值又降低。 No. 42 (B)氮的转化及循环 ? 氮是以有机 氮化合物和 氨氮的形态 随污水进入 稳定塘的。 氮在稳定塘 内的转化及 循环过程见 下图。 No. 43 ? 氮在稳定塘内的转化与循环途径主要是 ? a.氨化作用 ,有机氮化合物在微生物作用下分解为氨态 氮。氨氮不稳定仍要进行硝化反应。 ? b.硝化作用 ,氨态氮在硝化菌的作用下,转化为硝酸氮 。硝化菌属自养型菌,世代时间较长。硝化反应式为: ? 2NH 3 十4O 2 2HNO 3 十2H 2 O十能 ? c.反硝化作用 ,硝酸氮在反硝化菌的作用下,还原成分 子态氮。反硝化菌为异养菌。反硝化反应式为: ? 2HNO 3 十CH 3 COOH 2H 2 O十2HCO 3 - 十N 2 ? 式中CH 3 COOH表示反硝化菌所需要的有机碳源。 No. 44 ? d.挥发作用 ,在pH值较高,水力停留时间较长, 温度较高的环境下,水中的NH 3 能够向大气挥发, 其量可达21%。 ? e.吸收作用 ,微生物及各种水生植物,吸收铵态 氮或硝酸氮作为营养,合成其本身的机体。 ? f.分解作用 ,衰死的细菌和藻类经解体后会形成溶 解性的有机氮和沉淀物。沉淀在沉积层中的有机氮 在厌氧菌的作用下,也可能得到分解。 No. 45 (C)磷的转化及循环 ? 污水中既含有有机磷化合物,也含有溶解性的无机 磷酸盐,进入稳定塘的磷,其转化和循环途径示之 于图6—5。 ? 由图可见,磷在稳定塘内的转化与循环途径如下: ? a. 细菌、藻类及其他生物吸收无机磷化合物以满 足其生命活动的需要,并将其转化为有机磷。 No. 46 No. 47 ? b. 溶解性磷与不溶解磷之间的互相转化,转化 的环境条件是:白昼光照充分,光合作用强烈, 塘水pH值上升,磷酸盐易于沉淀,夜晚光合作 用停止,塘水pH值降低,部分已沉磷酸盐又可 能重新溶于水中。其次,水中如存在有三价铁化 合物可与溶解性磷酸盐结合形成磷酸铁沉淀。第 三,如水中存在硝酸盐,它也可能促使沉积中的 磷转化为溶解性磷。 ? c. 有机磷在细菌作用下的氧化分解。稳定塘对 磷的去除率可达50%一70%,效果较好。 No. 48 (D)有害物质的转化 ? 随工业废水可能进入稳定塘的有害物质,主要有合成有机 物和重金属离子等。这类物质在稳定塘内的转化及去除的 途径是: ? a.生物降解作用 ,微生物对苯、酚、脂、有机染料、农 药、多氯联苯等有害物质,在适宜的环境条件下,可能具 有一定的降解功能。 ? b.吸附与吸收作用 ,水生植物的根系,适宜于微生物的 附着与生长,能够通过吸附作用去除一部份有害物质,根 系也具有吸收重金属等有害物质的能力,可使重金属离子 富集,降低塘水中重金属离子的浓度。 ? c.整合及沉淀作用 ,重金属离子还能够与其他化合物形 成整合物而沉淀于塘底。 No. 49 ? 首先 , 上述3项作用在程度上是有限的,在浓度 上也有限制, 如有害物质在塘水中浓度过高,将 危害塘水中各种生物的生理活动,严重时可能使 稳定塘的净化功能遭到破坏。 ? 其次 ,有害物质,特别是重金属离子,只是“转 移”而不是降解和转化 ,含有重金属离子的污泥 或水生植物,在 处置 上非常 困难 ,如不慎会造成 二次污染, 如该物质进入食物链,还将危害人们 的健康。 因此,含有有害物质和重金属的工业废 水,应严格地加以控制,力求在厂内进行局部处 理,将有害物质和重金属去除,不使其进入稳定 塘。 No. 50 16.1.6.2 稳定塘对污水的净化作用 ? 稳定塘在下面6个方面对污水产生净化作用。 ? (1)稀释作用 稀释作用 ? (2)沉淀和絮凝作用 沉淀和絮凝作用 ? (3)好氧微生物的代谢作用 好氧微生物的代谢作用 ? (4)厌氧微生物的代谢作用 厌氧微生物的代谢作用 ? (5)浮游生物的作用 浮游生物的作用 ? (6)水生维管束植物的作用 水生维管束植物的作用 No. 51 ? 污水进入稳定塘后,在风力、水流以及污染物 的扩散作用下,与塘内已有塘水进行程度的混 合,使进水得到稀释,降低了其中各项污染指 标的浓度。 ? 稀释作用是一种物理过程,稀释作用并没有改 变污染物的性质,但却为进一步的净化作用创 造条件。 (1)稀释作用 No. 52 (2)沉淀和絮凝作用 ? 自然沉淀与絮凝沉淀 对污水在稳定塘的净化过 程中起到一定的作用。 ? 污水进入稳定塘后,由于流速降低,其所挟带 的悬浮物质, 在重力作用下, 沉于塘底。使污 水的各项指标都得到降低。 ? 此外,在稳定塘的塘水中含有大量的 生物分泌 物,这些物质一般都具有絮凝作用, 在它们的 作用下,污水中的细小悬浮颗粒产生了絮凝作 用,小颗粒聚集成为大颗粒,沉于塘底成为沉 积层。沉积层则通过厌氧分解进行稳定。 No. 53 (3)好氧微生物的代谢作用 ? 在稳定塘内, 污水净化最关键的作用仍是在好 氧条件下, 异养型好氧菌和兼性菌对有机物都 是在这种作用下而得以去除的。 ? 当稳定塘内生态系统处于良好的平衡状态时, 细菌的数目能够得到自然的控制。当采用多级 稳定塘系统时,细菌数目将随着级数的增加而 逐渐减少。 ? 稳定塘由于好氧微生物的代谢作用,能够取得 很高的有机物去除率,BOD5可去除90%以 上,COD去除率也可达80%。 No. 54 (4)厌氧微生物的代谢作用 ? 在兼性塘的塘底沉积层和厌氧塘内,溶解氧全无 ,厌氧细菌得以存活,并对有机污染物进行厌氧 发酵分解,这也是稳定塘净化作用的一部分。 ? 在厌氧塘和兼性塘的塘底,有机污染物一般能够 经历厌氧发酵3个阶段的全过程,即水解阶段、产 氢产乙酸阶段和产甲烷阶段的全过程,最终产物 主要是CH 4 和CO 2 以及硫醇等。 No. 55 ? CH 4 的水溶性较差,要通过厌氧层、兼性层以及好氧 层从水面逸走,厌氧反应生成的有机酸,有可能扩散 到好氧层或兼性层,由好氧微生物或兼性微生物进一 步加以分解,在好氧层或兼性层内的难降解物质,可 能沉于塘底,在厌氧微生物的作用下,转化为可降解 的物质而得以进一步降解。 ? 因此,可以说在稳定塘内, 有机污染物是在好氧微生 物、兼性微生物以及厌氧微生物协同作用下,得以去 除的。 No. 56 (5)浮游生物的作用 ? 在稳定塘内存活着多种浮游生物,它们各自从不 同的方面对稳定塘的净化功能发挥着作用。 ? 藻类 的主要功能是供氧,同时也起到从塘水中去 除某些污染物,如氮、磷的作用。 ? 原生动物、后生动物及枝角类浮游动物在稳定塘 内的主要功能是吞食游离细菌和细小的悬浮状污 染物和污泥颗粒 ,可使塘水进一步澄清。此外, 它们还分泌能够产生生物絮凝作用的粘液。 No. 57 ? 底栖动物 如摇蚊等摄取污泥层中的藻类或细菌 ,可使污泥层的污泥数量减少。 ? 放养的鱼类 的活动也有助于水质净化,它们捕 食微型水生动物和残留了水中的污物。 ? 各种生物处于同一的生物链中,互相制约,它 们的动态平衡有利于水质净化。 No. 58 (6)水生维管束植物的作用 ? 在稳定塘内,水生维管束植物主要在下面几方面 对水质净化起作用。 ? a. 水生植物吸收氮、磷等营养,使稳定塘去除氮 、磷的功能有所提高。 ? b. 水生植物的根部具有富集重金属的功能,可提 高重金属的去除率。 ? c. 每一株水生植物都象一台小小的供氧机,向塘 水供氧。 ? d. 水生植物的根和茎,为细菌和微生物提供了生 长介质,去除BOD和COD的功能有所提高。 No. 59 16.1.6.3 稳定塘净化过程的影响因素 ? (1)温度 温度 ? (2)光照 光照 ? (3)混合 混合 ? (4)营养物质 营养物质 ? (5)有毒物质 有毒物质 ? (6)蒸发量和降雨量 蒸发量和降雨量 ? (7)污水的预处理 污水的预处理 No. 60 ? 温度对稳定塘净化功能的影响是十分重要的, 因为温度直接影响细菌和藻类的生命活动。 ? 好氧菌能在10~40℃的范围内存活并营生命 活动,其最佳温度范围则是25~35℃。 ? 藻类正常的存活温度范围是5~40℃,最佳生 长温度则是30~35℃。在温度为5~30℃的 正常范围内,每升高10℃,微生物的代谢速 率将提高一倍。 ? 厌氧菌的存活温度范围是15~60℃,其有两 个适宜温度,一是33℃左右,一是53℃左右 。 (1) 温度 No. 61 ? 稳定塘的主要热源之一是太阳辐射 。在稳定塘形 成温度分层现象,塘表面的温度高,任随季节和 阳光的强弱、昼夜有较大的变化。塘底部温度较 稳定,但较低。 ? 稳定塘的另一热源可能是进水 , 但如与塘水温差 大,可能在塘内形成异重流。 ? 稳定塘温度降低的主要有蒸发、对流、风力和与 地下水接解等原因 ,对此,可考虑采取相应的技 术措施。此外,在气温低的季节,应考虑采取降 低负荷率,减少进水负荷,延长污水在塘内的停 留时间等措施。 No. 62 (2) 光照 ? 光是藻类进行光合作用的能源,藻类必须获得足够的光, 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,称为光饱和值。藻类不同,光饱和值也不同,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层移动的习性,以寻求对其最适 合的光照强度。 No. 63 (3) 混合 ? 进水与塘内原有塘水的混合,对充分发挥稳定塘 的净化功能至为重要。混合能使营养物质与溶解 氧均匀分布,能使有机物与细菌充分接触。 ? 使塘水混合的重要因素是风力 ,对水面较大,深 度较浅的稳定塘,风力推动塘表面水层到塘的一 端,并转向塘底,表层水中的溶解氧比较充足, 转向塘的深部,能够使溶解氧得到混合分布,营 养物质也可以得到一定的混合。 因此,稳定塘的 塘址一般应选在四季都能借助风力的场所。 No. 64 ? 此外,还应为稳定塘创造产生良好水力条件的技 术措施,以有助于塘水的混合,如塘型的规划、 进出口装置的形式与位置以及在适当位置设导流 板等。 ? 当稳定塘不能借助风力,混合情况不佳时,应考 虑采取人工搅拌、混合等措施。 No. 65 (4) 营养物质 ? 如使稳定塘内微生物保持正常的生理活动,必 须充分满足其所需要的营养物质。微生物所需 要的营养元素主要是碳、氮、磷、硫及其他某 些微量元素,如铁、锰、钾、铝、锌、铜等。 ? 正常的细菌,其原生质中含氮量达11%左右, 含磷2%,藻类原生质含氮约10%~11%,含 磷约2%~3%。 ? 城市污水基本上能够满足微生物对各种营养元 素的需要。如氮、磷含量过多时,可能会导致 藻类的过量增殖,这也是应当避免的。 No. 66 ? 应对稳定塘进水中的有毒物质的浓度加以限制 ,就此可参考有关文献资料。 (5) 有毒物质 (6) 蒸发量和降雨量 ? 应当综合考虑蒸发和降雨两方面的因素。降雨 能够使稳定塘中污染物质浓度得到稀释,促进 塘水混合,但也缩短了污水在搪中的停留时间 。蒸发的作用则相反,塘的出水量将小于进水 量,水力停留时间将大于设计值,但塘水中的 污染物质,如无机盐类的浓度,由于浓缩而有 所提高。 No. 67 (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。主要依靠微生物的新陈代谢功能。 ? 预处理的目的 是使污水水质更适应稳定塘净化功 能的要求。包括: ? ① 去除悬浮物特别是可沉性的悬浮物和油脂; ? ② 调整pH值,使进水的pH值处于中性左右; ? ③ 去除污水中的有毒有害物质,使其浓度降至允 许数值以下。对城市污水主要考虑的是第一项。 No. 68 ? 可沉悬浮物能够在塘内沉淀,并在塘底形成污泥沉 积层,在沉积层内进行厌氧发酵反应,使沉泥量减 少,但这一进程缓慢,如污水未经去除悬浮物的预 处理,污泥沉积与降解不能平衡,沉积层仍将形成 ,并逐渐增厚,进入兼性区或好氧区,此外,污泥 沉积层厌氧发酵反应产物如CH 4 、H 2 S等在逸出大 气层时通过兼性区和好氧区,将影响这两个区域的 正常工作,因此,如沉积层过厚严重时可使兼性区 和好氧区的净化功能遭到破坏。 No. 69 ? 城市污水稳定塘处理系统内将以去除可沉悬浮物 为目的的预处理纳入是完全必要的,但在厌氧塘 前则勿需考虑预处理。 ? 城市污水稳定塘处理所采用的预处理工艺包括: 格栅、沉砂池、沉淀池、需要时应增设除油池。 ? 试验结果认定,水解酸化工艺可以作为稳定塘系 统的预处理技术。 ? 在水解酸化池内污水只进行厌氧反应的第一阶段: 水解酸化。通过水解酸化,污水中的复杂的有机 物转化为有机酸,如乙酸、丙酸等,难降解的有 机物也被分解为比较容易降解的物质,对后续的 稳定塘的净化功能起到了强化作用。 No. 70 16.2 好氧塘 ? 1.概述 ? 2.好氧塘的设计与计算 No. 71 1.概述 ? 图中的好氧区即为好氧塘的功能模式。好氧塘的深度一 般在0.5m左右,阳光能透入池底,采用较低的有机负荷 值, 塘内存在着藻/菌及原生动物的共生系统. ? 在阳光照射时间内 ,塘内生长的藻类在光合作用下,释 放出大量的氧,塘表面也由于风力的搅动进行自然复氧 ,这一切使塘水保持良好的好氧状态。在水中繁殖生育 的好氧异养微生物通过其本身的代谢活动对有机物进行 氧化分解,而它的代谢产物CO 2 充作藻类光合作用的碳 源。藻类摄取CO 2 及N、P等无机盐类,并利用太阳光能 合成其本身的细胞质,并释放出氧。 No. 72 No. 73 ? 在好氧塘内高效地进行着光合成反应和有机物的 降解反应, 溶解氧是充足的,但在一日内是变化 的, ? 在白昼, 藻类光合作用放出的氧远远超过藻类和 细菌所需要的,塘水中氧的含量很高,可达到饱 和状态; ? 在晚间, 光合作用停止,由于生物呼吸所耗,水 中溶解氧浓度下降,在凌晨时最低,阳光开始照 射,光合作用又行开始,水中溶解氧再行上升。 ? 在好氧塘内 pH值 也是变化的。在白昼pH值上升 ,夜晚又行下降。 No. 74 ? 好氧塘内的生物相 ,在种类与种属方面比较丰富 ,属于植物性的微生物有菌类和藻类,属于动物 性的则有原生动物、后生动物等微型动物。在数 量上是相当可观的,每1mL水滴内的细菌数可高 达10 8 ~5×10 9 个。 ? 好氧塘的优点 是净化功能较高 , 有机污染物降解 速率高,污水在塘内停留时间短。但进水应进行 比较彻底的预处理去除可沉悬浮物,以防形成污 泥沉积层。 ? 好氧塘的缺点 是占地面积大,处理水中含有大量 的藻类,需进行除藻处理,对细菌的去除效果也 较差。 No. 75 ? 根据有机物负荷率的高低 ,好氧塘还可以分为高负 荷好氧塘、普通好氧塘和深度处理好氧塘 3种 。 ? 高负荷好氧塘 ,有机物负荷率高,污水停留时间短 ,塘水中藻类浓度很高,这种塘仅适于气候温暖、 阳光充足的地区采用。 ? 普通好氧塘 ,即一般所指的好氧塘,有机负荷率较 前者为低,以处理污水为主要功能。 ? 深度处理好氧塘 ,以处理二级处理工艺出水为目的 好氧塘,有机负荷率很低,水力停留时间也较前者 为低,处理水质良好。 No. 76 2.好氧塘的设计 ? (1)一般规定 ? 1)根据城市规划,在有可供污水处理利用的湖塘、 洼地,气温适宜、日照条件良好的地方,可以考 虑采用好氧塘。 ? 2)好氧塘可作为独立的污水处理技术,也可以作为 深度处理技术,设置在人工生物处理系统或其它 类型稳定塘(兼性塘或厌氧塘)之后。 ? 3)作为独立的污水处理技术的好氧塘,污水在进塘 之前必须进行旨在去除可沉悬浮物的预处理。 ? 4)好氧塘分格,不宜少于两格,可串联或并联运行 。 No. 77 ? 5)好氧塘的水深应保证阳光透射到塘底,使整个 塘容都处于好氧状态。但不宜过浅,过浅会在运 行上产生问题,如:水温不易控制,变动频繁, 对藻类生长不利;光合作用产生的氧不易保持; 冲击负荷造成的影响较大等。 ? 6)塘内污水应进行良好的混合,混合不好将产生 热分层现象,热分层现象出现后,塘水上层温度 高,水的密度降低,一些不能自由浮动的藻类在 深度的某个部位形成密集层,阻碍阳光透入,不 利于藻类的光合产氧。 ? 风是稳定塘塘水混合的主要动力,为此,好氧塘 应建于高处通风良好的地域;每座塘的面积以不 超过40000m 2 (4×10m 2 )为宜。 No. 78 ? 7)塘表面积以矩形为宜,长宽比取值2~3:1,塘 堤外坡4:1~5:1,内坡3:1~2:1,堤顶宽度取 1.8~2.4m ? 8)以塘深十处的面积作为设计计算平面,应取 0.5m以上的超高。 ? 9)可以考虑处理水回流措施,这样可以在原污水 中接种藻类,增高溶解氧浓度,有利于稳定塘净 化功能的提高。 ? 10)塘底有污泥沉积,是不可避免的,为了避免底 泥发生厌氧发酵,影响好氧塘的净化功能,塘底 底泥应定期清除。 ? 11)好氧塘处理水含有藻类,必要时应进行除藻处 理。 No. 79 (2)好氧塘的设计与计算 ? 在好氧塘内进行着多项复杂的反应,而这些反应 又在多方面取决于当地的自然条件,因此,对好 氧塘建立严密的以理论为基础的计算方法,还有 一定困难。 当前,好氧塘的计算仍以经验数据为 准进行,即按表面有机负荷率进行计算。 计算公 式为: A N QS A 0 = No. 80 ? A——好氧塘的有效面积,m 2 ; ? Q——污水设计流量,m 3 /d; ? S 0 ——原污水BOD 5 浓度,kg/m 3 ; ? N A ——BOD面积负荷率,kg/ (m 2 ·d) ? BOD面积负荷率应根据试验或相近地区污水性 质相近的好氧塘的运行数据确定。表6.1所列 数据可供参考选用。 No. 81 No. 82 16.3 兼性塘 ? 1.概述 ? 2.兼性塘的设计与计算 No. 83 1.概述 ? 在各种类型的氧化塘中,兼性塘是应用最为广泛的一 种。兼性塘一般深1.0~2.0m, ? 在塘的上层,阳光能够照射透入的部位,为好氧层, 其所产生的各项指标的变化和各项反应与好氧塘相同 ,好氧异养微生物对有机污染物进行氧化分解;藻类 的光合作用旺盛,释放大量的氧。 ? 在塘的底部,由沉淀的污泥和衰死的藻类和菌类形成 了污泥层,在这层里由于缺氧,而进行由厌氧微生物 起主导作用的厌氧发酵,从而称为厌氧层。 No. 84 ? 好氧层与厌氧层之间,存在着一个兼性层 ,在这 里溶解氧量很低,而且是时有时无,一般在白昼 有溶解氧存在,而在夜间又处于厌氧状态,在这 层里存活的是兼性微生物,这一类微生物既能够 利用水中游离的分子氧,也能够在厌氧条件下, 从NO 3 - 或CO 3 2- 中摄取氧。 ? 在厌氧区与一般的厌氧发酵反应相同,是在产酸 、产氢产乙酸和产甲烷3种细菌的连续作用下, 相继经过产酸、产氢产乙酸和产甲烷三个阶段的 反应。液态代谢产物如H 2 O、氨基酸、有机酸等 与塘水混合,而如气态的代谢产物,如CO 2 、 CH 4 等则逸出水面,或在通过好氧区时为细菌所 分解,为藻类所利用。 No. 85 ? 厌氧区也有降解BOD的功能,据估算,约有 20%左右的BOD是在厌氧区去除的。此外, 厌氧区,通过厌氧发酵反应可以使沉泥得到一 定程度的降解,减少塘底污泥量。 ? 在好氧区进行的各项反应与存活的生物相基本 同好氧塘。但由于污水的停留时间长,有可能 生长繁育多种种属的微生物,其中包括世代时 间较长的种属,如硝化菌等。除有机物降解外 ,这里还可能进行更为复杂的反应,如硝化反 应等。 No. 86 ? 兼性塘的 主要优点 是 :(1) 对水量、水质的冲击负 荷有一定的适应能力 ;(2) 在达到同等的处理效果 条件下,其建设投资与维护管理费用低于其他生 物处理工艺。 ? 兼性塘的净化功能是多方面的, 实际运行资料证 明,除对城市污水、生活污水中的有机污染物外 ,兼性塘能够比较有效地去除某些较难降解的有 机化合物,如木质素、合成洗剂、农药以及氮、 磷等植物性营养物质。因此,兼性塘适用于处理 木材化工、制浆造纸、煤化工、石油化工等工业 废水。 No. 87 ? 2.兼性塘的设计与计算 ? 兼性塘计算的主要内容也是求定塘的 有效面积 。对 兼性塘现仍多采用 经验数据 进行计算。 ? (1)设计参数的参考值 ? 本书所列举的是用于城市污水处理的兼性塘的各项 设计参数,供参考,为了便于选用,对每项参数都 作必要的说明。 ? 1)兼性塘可以作为独立处理技术考虑,也可以作为 生物处理系统中的一个处理单元或者作为深度处理 塘的预处理工艺。 No. 88 ? 2)塘深,一般采用1.2~2.5m 。此外还应考虑污泥 层的厚度以及为容纳流量变化和风浪冲击的保护 高度,在北方寒冷地区还应考虑冰盖的厚度。 ? 污泥层厚度取值0.3m ,在有完善的预处理工艺的 条件下,这个厚度可容纳10年左右的污泥。保护 高度按0.5~1.0m考虑。 ? 冰盖厚度由地区汽温而定,一般为0.2~0.6m。 ? 3)停留时间 ,根据地区的气象条件,水质、对处 理水的水质要求、地区的具体条件,即从技术及 经济两方面的综合因素考虑确定。一般规定为 7~ 180d,幅度很大。高值用于北方,即使冰封期高 达半年以上的高寒地区也可以采用。低值用于南 方,但也能够保持处理水水质达到规定的要求。 No. 89 ? 4)BOD表面负荷率。 按0.0002~0.010kg/ (m 2 .d)考虑。低值用于北方寒冷地区,高值用于南 方炎热地区。应当说明,负荷率的选定应以最冷 月份的平均温度作为控制条件。但也应当认识到 ,正常运行的塘系统,在最冷月份处理水的水质 并不一定是最差的,将有一定的时间滞后,滞后 时间的长短视塘容积而定,即与停留时间有关。 这一点是应当充分估计到的。 ? 5)BOD去除率一般可达70%~90%。 ? 6)藻类浓度取值10~100mg/L。 ? 7)如采取处理水循环措施,循环率可为千分之 0.2~2.0。 No. 90 ? (2)在塘的构造方面应考虑的因素 ? 1)塘形 ,以矩形为宜,矩形塘易于施工和串联组 合,有助于风对塘水的混合,而且死角少。如四 角作成圆形,死区更少,长宽比以2:1或3:1为 宜。不宜采用不规则的塘形。 ? 2)塘数 ,除小规模的兼性塘可以考虑采用单一的 塘进行处理外,一般不宜少于2座。宜采用多级 串联,第一塘面积大,约占总面积的30%~60% ,采用较高的负荷率,以不使全塘都处于厌氧状 态为限。串联可得优质处理水。也可以考虑并联 ,并联式流程可使污水中的有机污染物得到均匀 分配。 No. 91 ? 3)进水口 ,矩形塘进水口应尽量使塘的横断面上 配水均匀,宜采用扩散管或多点进水。 ? 4)出水口 ,出水口与进水口之间的直线距离应尽 可能的大,一般在矩形塘按对角线排列设置,以 减少短路。 ? 进、出口的设计应参照有关资料进行。 No. 92 16.4 厌氧塘 ? 1.厌氧塘的特征与控制条件 .厌氧塘的特征与控制条件 ? 2.厌氧塘的设计与计算 .厌氧塘的设计与计算 ? 3.厌氧塘的处理效果 .厌氧塘的处理效果 No. 93 1.厌氧塘的特征与控制条件 .厌氧塘的特征与控制条件 No. 94 ? 厌氧塘是依靠厌氧菌的代谢功能使有机污染物得 到降解,因此,厌氧塘在功能上受厌氧发酵的特 征所控制,在构造上也应服从厌氧反应的要求。 (1)在参与反应的生物方面 ,只有细菌,不存在其 他任何生物,在系统中有产酸菌、产氢产乙酸菌 和产甲烷苗共存,但三者之间不是直接的食物链 关系,而是产酸菌和产氢产乙酸菌的代谢产物— —有机酸、乙酸和氢是产甲烷菌的营养物质,产 甲烷菌用以营生理活动。 ? 产酸菌和产氢产乙酸菌是由兼性菌和厌氧菌组成 的群集,产甲烷菌则是专性厌氧菌,它们能够从 NO 3 - 、NO 2 - 以及SO 4 2- 和CO 3 2- 中获取氧。 No. 95 ? (2)在反应进程方面 ,由于产甲烷菌的世代时 间长,增殖速度缓慢,因此,厌氧发酵反应的 速度慢,产酸菌和产氢产乙酸菌的世代时间短 ,增殖速度较快。在三种细菌之间应保持动态 的平衡关系。否则有机酸大量积累,pH值下 降,使甲烷发酵反应受到抑制。 ? (3)在能量方面 ,厌氧反应,无论是其中间产 物或最终产物,都含有相当的能量,反应过程 释放的能量较少,用于菌体增殖的能量也较少 。最终产物CH 4 可作为能量而加以回收。 No. 96 ? (4)根据产酸、产氢产乙酸及产甲烷三种微生物在 生理和功能上的特征,必须以甲烷发酵反应作为 厌氧发酵的控制阶段, 必须创造适应产甲烷菌要 求的条件 ,其中主要有: ? a. 要在产酸、产氢产乙酸、产甲烷3个阶段之间 保持平衡,为此,要控制有机污染物的投入,使 有机物负荷宰处于适宜的范围内,一般此值应通 过试验确定。有机酸在系统中的浓度应控制在 3000mg/L以下。 ? b. pH值要介于6.5~7.5之间; No. 97 ? c. C:N,一般应介于20:1的范围内,但这个 数值不是绝对的,可以根据不同的具体条件确 定。 ? d. 污水中不得含有能够抑制细菌活动的物质 ,如重金属和有毒物质。 ? e. 产甲烷菌对温度有比较严格的要求,但厌 氧塘对温度实际上是无法控制的,只是应当考 虑采用措施,使塘内温度不要有剧烈的变动。 No. 98 ? 此外, 厌氧塘对周围环境有着某些不利的影响, 应予注意,其中主要是 : ? (1)厌氧塘内污水的污染浓度高,深度大易于污染 地下水,因此,必须作好防渗措施。 ? (2)厌氧塘一般多散发臭气,应使其远离住宅区, 一般应在500m以上。 ? (3)某些废水,如肉类加工废水用厌氧塘处理,在 水面上可能形成浮渣层,浮渣层对保持塘水温度 有利,但有碍观瞻,而且在浮渣上滋生小虫,又 有碍环境卫生,应考虑采取适当的措施。 No. 99 ? 厌氧塘多用以处理高浓度水量不大的有机废水, 如肉类加工、食品工业、牲畜饲养场等废水。城 市污水由于有机污染物含量较低,一般很少采用 厌氧塘处理。 ? 此外, 厌氧塘的处理水,有机物含量仍很高,需 要进一步通过兼性塘和好氧塘处理。 在这种情况 下,以厌氧塘为首塘勿需进行预处理,以厌氧塘 代替初次沉淀池,这样做有下列几项效益: ① 有 机污染物降解一部分,约30%左右; ② 使一部分 难降解有机物转化为可降解物质,有利于后续塘 处理; ③ 通过厌氧发酵反应有机物降解,降低污 泥量,减轻污泥处理与处置工作。 No. 100 ? 2.厌氧塘的设计与计算 ? (1)设计的经验数据 ? 迄今为止,厌氧塘是按经验数据设计的。现将用 于厌氧塘设计的经验数据加以介绍,并作简要说 明。 ? 1)有机物负荷率。 对厌氧塘,由于有机物厌氧降 解速率是停留时间的函数,而与塘面积关系较小 ,因此,以采用BOD容积负荷率,kgBOD 5 / (m 3 塘容·d)为宜。对VSS含量高的废水,还应 用VSS容积负荷率进行设计。但对城市污水厌氧 塘的设计, 一般还多采用BOD表面负荷率。 No. 101 a. BOD表面负荷率 ? 厌氧塘为了维持其厌氧条件,应规定其最低容许 BOD表面负荷率。如果厌氧塘的BOD表面负荷 率过低,其工况就将接近于兼性塘。 ? 最低容许BOD表面负荷率与BOD 5 容积负荷率、 气温有关。我国北方可采用300kg ? BOD 5 / (10 4 m 2 ·d),南方可采用 800kgBOD 5 / (10 4 m2·d)。 ? 我国给水排水设计手册对厌氧塘处理城市污水的 建议负荷率值为20~60gBOD 5 / (m 2 ·d)、 (200~600)kgBOD 5 / (10 4 m 2 ·d)。 No. 102 b. BOD容积负荷 No. 103 ? c.VSS容积负荷率 ? VSS容积负荷率用于厌氧塘处理VSS含量高废 水的设计。 ? 下面所列举的是国外对几种工业废水厌氧塘处 理所采用的VSS容积负荷 ? 家禽粪水 0.063~0.16kgVSS/ (m 3 ·d) ? 奶牛粪水 0.166~1.12kgVSS/ (m 3 ·d) ? 猪粪水 0.064~0.32kgVSS/ (m 3 ·d) ? 菜牛屠宰废水0.593kgVSS/ (m 3 ·d) No. 104 ? 2)水力停留时间, 污水在厌氧塘内的停留时间, 采用的数值介于很大的幅度内,无成熟数据可以 遵循,应通过试验确定。 ? 我国《给水排水设计手册》的建议值,对城市污 水是30~50d。国外有长达160d的设计运行数据 ,但也有短为12d的。 ? (2)厌氧塘的形状和主要尺寸 ? 1)厌氧塘表面 仍以矩形为宜,长宽比2~2.5:1 。 ? 2)塘深 ,厌氧塘的有效深度(包括污泥层深度)为 3~5m,当土壤和地下水条件适宜时,可增大到 6m。 No. 105 ? 处理城市污水的厌氧塘的塘深:1.0~3.6m,由于 厌氧塘是通过阳光对塘水加热的,塘水温度的垂 直分布梯度是-1℃/0.3m,因此,深度也不宜过 大。 ? 用以处理城市污水的厌氧塘底部储泥深度,不应 小于0.5m,污泥量按50L/(人·a)计算。污泥清 除周期为5~10年。 ? 3)保护高度 0.6~1.0m。 ? 4)塘底 略具坡度,堤内坡1:1~1:3。 ? 5)厌氧塘的单塘面积 不应大于 8000m 2 (0.8×10 4 m 2 )。 ? 6)厌氧塘一般位于稳定塘系统之首,截留污泥量 较大,因此轮换清除塘泥。宜设并联的厌氧塘, 以便轮换清除塘泥。 No. 106 ? 7)厌氧塘进出口 ,厌氧塘进口一般按设在高于塘 底0.6~1.0m处(参见图6.6),使进水与塘底污泥 相混合。塘底宽度小于9m时,可以只用一个进口 ,宽塘应采用多个进口。进水管径200~300mm 。出水口为淹没式,深入水下0.6m,不得小于冰 层厚度或浮渣层厚度。 No. 107 3.厌氧塘的处理效果 ? (1)厌氧塘对有机污染物的去除率取决于水温、 负荷率、水力停留时间以及污水性质等因素。 ? 我国城市污水处理厌氧塘的中试结果,BOD去 除率为30%~60%。厌氧塘对一些化工原料和 醇、醛、酚、酮等物质也有相当的去除能力。 No. 108 ? (2)厌氧塘具有去除重金属离子的能力 ,塘水中的硫化 物(S 2- )与污水中的重金属离子Cu 2+ 、Zn 2+ 、Pb 2+ 、Cd 2+ 、Ni 2+ 等化合,成为重金属硫化物而沉淀。 ? (3)产气量与所产气体的成分与水温有关。 由于厌氧塘 水温一般都不高,多在15~20℃之间,所以气体成分 多是氮和CO 2 、CH 4 的含量较低。 ? 产气量,据奥斯瓦尔德的报告,当厌氧塘的塘底水温 为15℃时,产气量仅为53m 3 /(10 4 m 2 ·d);塘底水 温为20℃时,产气量约为280m 3 / (10 4 m 2 ·d) ;塘 底水温达23℃时,产气量可以提高到455m 3 / (10 4 m 2 ·d) ? 厌氧塘的单位产气量不高,CH 4 含量又低,无使用价 值,所以一般不设集气设备回收。 No. 109 16.5 曝气塘和深度处理塘 ? 16.5.1曝气塘 曝气塘 ? 1.概述 概述 ? 2.曝气塘的设计与计算 曝气塘的设计与计算 ? 16.5.2 16.5.2深度处理塘 ? 1.概述 概述 ? 2.深度处理塘的设计与计算 深度处理塘的设计与计算 No. 110 16.5.1 曝气塘 1.概述 ? 曝气塘是经过人工强化的稳定塘。 采用人工曝气装置 向塘内污水充氧,并使塘水搅动。 ? 人工曝气装置多采用表面机械曝气器,但也可以采用 鼓风曝气系统。 ? 曝气塘可分为好氧曝气塘和兼性曝气塘两类。 主要取 决于曝气装置的数量、安设密度和曝气强度。 ? 当曝气装置的功率较大 ,足以使塘水中全部生物污泥 部处于悬浮状态,并向塘水提供足够的溶解氧时,即 为好氧曝气塘。 ? 如果曝气装置的功率仅能使部分固体物质处于悬浮状 态, 而有一部分固体物质沉积塘底,进行厌氧分解, 曝气装置提供的溶解氧也不敷全部需要,则即为兼性 曝气塘。 No. 111 ? 曝气塘虽属于稳定塘的范畴,但又不同于其他 以自然净化过程为主的稳定塘,实际上,曝气 塘是介于活性污泥法中的延时曝气法与稳定塘 之间的处理工艺。 ? 由于经过人工强化,曝气塘的净化功能、净化 效果以及工作效率都明显地高于一般类型的稳 定塘。污水在塘内的停留时间短,曝气塘所需 容积及占地面积均较小,这是曝气塘的主要优 点,但由于采用人工曝气措施,耗能增加,运 行费用也有所提高。 No. 112 ? 实践证明,对深度为3~5m的曝气塘,采用表 面机械曝气器,其比功率为6kW/1000m 3 污 水时,可以使塘水中全部固体物质处于悬浮状 态,采用比功率为1kW/1000m 3 污水的表面 曝气器,能够使部分固体物质处于悬浮状态。 No. 113 2.曝气塘的设计与计算 ? (1)基本参数 ? 曝气塘也用 表面负荷率 进行计算,就此采用下列参数。 ? BOD 5 表面负荷率 ,《给水排水设计手册》对城市污水处 理的建议值是30~60gBOD 5 /(m 2 ·d)。 ? 塘深 ,与采用的表面机械曝气器的功率有关,一般介于 2.5~5.0m之间。 ? 停留时间 ,好氧曝气塘为l~10d;兼性曝气塘为7~20d ? 塘内 悬浮固体(生物污泥)浓度 80~200mg/L之间。 No. 114 (2)计算公式 ? 曝气塘在工艺和有机物降解机理等方面与活性污 泥法的延时曝气法相近,因此,有关活性污泥法 的计算理论,对曝气塘也适用。 ? 对曝气塘,下列几项假定是适宜的: ? 1)塘内污水的流态为完全混合型。 ? 2)有机物在塘内的降解呈一级反应。 ? 3)无污泥回流系统。 ? 因此,下式成立 KS dt dS ?= No. 115 ? 式中 S 0 、S e :分别为原污水和处理水中有机污 染物浓度(以BOD、COD或TOC表示mg/L ? t:污水在塘内的停留时间,d; ? K:有机污染物降解速度常数 ? 式中 V:曝气塘的容积m 3 。 ? 将V/Q=t及去除率[(S 0 -S e )/S 0 ]·100=E两式代 入上式,并加以整理,得 e e0 KS t =- SS ? VKSQSQS ee )( 0 =? No. 116 ? 由上式可见,污水在曝气塘内的停留时间主要取 决于去除率E及有机污染物的降解速度常数K值 。将上式变换 ? 对兼性曝气塘,由于塘底污泥产生厌氧分解,部 分有机污染物还原并进入塘水中,从而使曝气塘 处理水的BOD值有所提高,考虑这一因素,在 上式中引人一个系数F,即: )100( 100 1 EK E t Kt Kt E ? = ? + = Kt S S e + = 1 0 No. 117 ? 式中F:考虑塘底污泥产生厌氧分解,使部分有 机污染物还原并进入塘水中,处理水BOD值增 高的比值,比值受温度影响较大,夏季为1.4, 冬季取1.0。 ? 在曝气塘的计算中,K值是一个重要的数据, 此值对处理城市污水的曝气塘介于0.05~0.8 之间,如欲求得准确的数值,应通过试验确定 。 F Kt S S e + = 1 0 No. 118 ? 水温对K值的影响很大,一般以20℃为准,如不 是20℃则应通过下列公式加以修正。 ? 式中 K (T) :温度为T的K值; ? K (20) :温度为20℃的K值; ? T:曝气塘的设计温度,℃; ? θ :温度系数,其值因污水类型不同而异,一般 介于1.065~1.0g之间。 ? 应当说明,在曝气塘的塘水中含有浓度约为 80~200mg/l的生物污泥,由于量少,而且其活 性也较低,因此,在上述计算中末子考虑,以简 化计算过程,对计算结果无多大影响。 20 )20()( ? ×= T T KK θ No. 119 16.5.2 深度处理塘 ? 1.概述 ? 2.深度处理塘的设计和计算 No. 120 1.概述 .概述 ? 深度处理塘又称三级处理塘、熟化塘。 深度处理塘的 处理对象是常规二级处理工艺(如活性污泥法、生物膜 法)的处理水以及处理效果与二级处理技术相当的稳定 塘出水,使处理达到一定高度的水质标难,以适应受 纳水体或回用对水质的要求。 ? 深度处理塘能够在污水处理厂和受纳水体之间起缓冲 作用。深度处理塘设置在二级处理工艺之后或稳定塘 系统的最后。 ? 深度处理塘一般多采用好氧塘的形式,也有采用曝气 塘的形式的,用兼性塘形式的则较少。 No. 121 ? 进入深度处理塘进行处理的污水水质,一般 BOD不大于30mg/L,COD不大于120mg/L ,而SS则介于30~60mg/L之间. ? 通过深度处理塘的处理,可使BOD、COD等 指标进一步降低;进一步去除水中的细菌和去 除水中的藻类以及氮、磷等植物性营养物质。 No. 122 (1)BOD、 COD的去除 ? 污水通过二级处理:正艺处理后,处理水中BOD 、COD等值已不高,一般介于15~30mg/L之间 。而且残余的BOD、COD都是难于降解的,因 此,深度处理塘对这些指标的去除效率不可能太 高,一般BOD的去除率在30%~60%之间,残 留的BOD值,可能还在5~20mg/L之间;COD 的去除率更低,一般仅为10%~25%左右,深度 处理塘的出水中残留COD值可能在50mg/L以上 。 No. 123 ? (2)细菌的去除 ? 稳定塘对大肠杆菌、结核杆菌、葡萄球菌属以 及酵母等都有良好的去除效果。深度处理塘对 这些细菌也有较好的去除能力。 ? 深度处理塘去除细菌的效果,受到水温、光照 强度、光照时间的影响。高温除菌效果好于低 温;阳光有较强的灭菌效果。 No. 124 ? (3)藻类的去除 ? 未经除藻处理的深度处理塘的处理水,仍含有大 量藻类。这种处理水的BOD、COD值仍很高, 不符合排放或回用的要求,而且在氯化后生成三 氯甲烷等三致物质。 ? 稳定塘除藻问题是一项待解决的问题。效果比较 好的方法就是在稳定塘内养鱼,通过养鱼使塘水 中藻类含量降低,又可从养鱼中取得效益。塘水 中的藻类为动物性浮游生物的食料,浮游生物又 是鱼类的良好饵料,这样在塘水中就形成藻类— 动物性浮游生物—鱼类这一生态系统与食物链。 No. 125 ? 就这一问题应考虑下列各项: ? (A)深度处理塘的进水水质,除如BOD 5 、SS以外, 其他各项指标应达到渔业水域水质标准的要求。 ? (B)放养的鱼种应以动物性浮游生物为食的鱼类为主 ,如花鲢、白鲢,并配以鳙、鲤、罗非鱼等。 ? (C)放养方式,先饲养鱼种,待鱼体长达10~15cm 后再转移到水质良好的塘内饲养成商品鱼,商品鱼 上市前都要在清洁水域中饲养一段时间,以利释放 残毒。对商品鱼应作残毒分析。 ? (D)放养鱼的深度处理塘,出水的藻类含量可降至 1000个/mL左右。 No. 126 ? (4)氮磷的去除 ? 在稳定塘内氮、磷的去除,主要依靠塘水中藻类的吸收。 在夏季塘水中藻类含率高,氮、磷的去除率亦高,在盛夏 季节,硝酸氮的去除率可达30%左右;磷的去除率高达 70%以上。 ? 在冬季低温季节,氮的去除率仅为0%~10%,磷的去除 率也降至2%~27%。 ? 除藻类的吸收外,氮还能够通过反硝化反应而去除,如在 底部有污泥层的浅塘,在泥水交界面上,硝酸氮就有可能 通过反硝化过程而去除。 ? 磷酸盐的大部分是通过由于光合作用形成高pH值的环境 ,通过沉淀而从水中去除的。 ? 在冬季和夜间,pH值下降,塘底污泥中的磷,可能返溶 重新入水。 No. 127 ? 2.深度处理塘的设计和计算 ? 深度处理塘的计算在当前仍采用负荷率进行,根据去除对 象的不同而采用不同的负荷率及其他各项设计参数。 ? (1)以去除BOD、COD为主要目的的深度处理塘。 采用下 表所列举的各项参数。 No. 128 ? 至于曝气塘型深度处理塘所采取的负荷率值一般都在 100kg/(10 4 m 2 ·d)以上,应根据试验确定。 ? (2)养鱼的深度处理塘 。BOD 5 负荷率可取值20~ 35kg/(10 4 m 2 · d),水力停留时间应不小于15d。 ? (3)以去除氨氮为目的的深度处理塘。 BOD表面负荷率不 高于20kgBOD 5 / (10 4 m 2 · d) 。水力停留时间不少于 12d,氨氮的去除率可达65%~70%。 ? (4)以除磷为目的深度处理塘。 BOD、表面负荷率取值在 13kgBOD 5 /(10 4 m 2 · d)左右,水力停留时间为12d, 磷酸盐去除率可按60%考虑。 16.6 污水的土地处理系统 16.6.1 概述 16.6.2 污水土地处理系统工艺 16.6.1 概述 1.污水土地处理系统的含义 2.污水土地处理系统的组成 3.土地处理系统对污水的净化作用机理 4.土地处理的限制组分与限制设计参数 1.污水土地处理系统的含义 在人工调控和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 对水中的污染物质进行一系列物理的、 化学的和生物的净化过程,使废水的水 质得到净化和改善;并通过系统的营养 成分和水分的循环利用,使绿色植物生 长繁殖,从而实现废水的资源化、无害 化和稳定化的生态系统工程,称为 污水 土地处理系统。 2.污水土地处理系统的组成 污水土地处理系统的组成: (1)污水的预处理设备; (2)污水的调节、贮存设备; (3)污水的输送、配布与控制系统与设备 ; (4)土地净化田; (5)净化水的收集、利用系统。 土地处理系统的核心是土地净化田 . 3.土地处理系统对污水的净化作 用机理 1)、物理过滤 2)、物理吸附与物理化学吸附 3)、化学反应与化学沉淀 4)、微生物代谢作用下的有机物分解 1)、物理过滤 土壤颗粒间的孔隙具有截留、滤除水中悬 浮颗粒的性能。 影响因素: ① 土壤颗粒的大小、 ② 颗粒间孔隙的形状和大小、 ③ 孔隙的分布以及污水中悬浮颗粒的性质、 多少与大小等。 ④ 如悬浮颗粒过粗、过多以及微生物代谢产 物过多等都能导致产生土壤颗粒的 堵塞 。 2)、物理吸附与物理化学吸附 在非极性分子之间的范德华力的作用 下,土壤中粘土矿物颗粒能够吸附土壤 中的中性分子。污水中的部分重金属离 子在土壤胶体表面,因阳离子交换作用 而被置换、吸附并生成难溶性的物质被 固定在矿物的晶格中。 金属、粒子与土壤中的无机胶体和有机 胶体由于螯合而形成螯合化合物;有机 物与无机物的复合化而生成复合物;重 金属离子与土壤进行阳离子交换而被置 换吸附 ; 某些有机物与土壤重重金属生 3)、化学反应与化学沉淀 、化学反应与化学沉淀 重金属离子与土壤的某些组分进行化学反 应生成难溶性化合物而沉淀; 如果调整、改变土壤的氧化还原电位,能 够生成难溶性硫化物; 改变 pH值,能够生成金属氢氧化物; 某些化学反应还能够生成金属磷酸盐等物 质,而沉积于土壤中。 4)、微生物代谢作用下的有机物 、微生物代谢作用下的有机物 分解 分解 在土壤中生存着种类繁多、数量巨大的土 壤微生物,它们对土壤颗粒中的有机颗粒 和溶解性有机物具有强大的降解与转化能 力,这也是土壤具有 强大的自净能力的原 因 。 4.土地处理的限制组分与限制设 计参数 废水中含有多种成分。一个特定的土壤 -植物系统对不同的化学组分具有不同 的同化容量。 所以,对该系统就需要确定一个 限制组 分 (Land Limiting Constituents,LLC); 而对系统的设计,需要确定其 限制设计 参数 ( Limiting Design Parameter,LDP)。 这就意味着一个主宰或限制的土壤-植 物系统的化学组分或设计参数。当土壤 植物系统能够满足该项组分时 其它 16.6.2 污水土地处理系统工艺 1.慢速渗滤处理系统 2.快速渗滤系统 3.地表漫流处理系统 4.湿地处理系统 5.污水地下渗滤处理系统 慢速渗滤:北京高碑店废水试验基地 沈阳市西慢速渗滤 /昆明 快速渗滤:北京高碑店废水试验基地 昌平镇废水试验基地 地表漫流:北京高碑店废水试验基地 北京市燕京啤酒厂废水 昌平镇废水试验基地 将污水投配到种有作物的土地表面,污 水缓慢地在土地表面流动并向土壤中渗 滤,一部分污水直接为作物所吸收,一 部分则渗入土壤中,从而使污水得到净 化的一种土地处理工艺 . z1.慢速渗滤处理系统 1.慢速渗滤处理系统 one目标 two工艺性能 three预处理 four作物选择 five系统净化能力 适用于渗水性能良好的土壤、砂质土壤 及蒸发量小、气候湿润地区 . 美国有些地区使用该系统已经达 100多 年 . 慢渗系统可以分为农业型和森林型 . 也可以与快速渗滤或地表漫流等系统组 成复合系统 . one目标 1)工艺目标 A处理污水 B利用水和营养物质生产农作物 C节省优质清洁水,特别是干旱地区 2)设计目标 I型慢速渗滤处理系统 按 LDP概念进行设计,将尽可能多的废 水投配到尽可能小的田块上 对城市废水, 慢速渗滤处理 系统的 LDP 通常是土层的通水能力或废水中的含氮 量 对工业废水, LDP则为通水能力、氮、 BOD重金属以及有毒有害化学组分 II型慢速渗滤处理系统 按水再用优化的原则进行设计。为满足 作物生长之需的总灌水要求而向田块投 配足够的废水 two工艺性能 废水投配负荷一般较低,由于渗滤速度 慢,废水在大量微生物的表层土壤中停 留时间较长,因此,废水净化效率高, 出水水质优良 three预处理 1)一级处理 指初次沉淀或酸化(水解)池处理。场 地远离人居,严禁通行,作物不供人食 用 2)二级处理 指稳定塘或传统二级生物处理,应控制 大肠杆菌数小于 100MPN/100mL MPN 每升水样中大肠菌群的最可能数目 ( MPN值) )(个 数)数)(全部水样体积积(得阴性结果的水样体 数目得阳性结果的发酵管的 L/ ml 1000 ml MPN × = four作物选择 以处理废水为目的,选用多年生牧草, 其生长期长,对氮的利用率高,忍受水 力负荷能力强。 森林型的 慢速渗滤处理 可以利用污泥灌 田。 以种植谷物为主的 慢速渗滤处理 是以利 用为主,对废水的调蓄应加强管理 five系统净化能力 本工艺对 BOD 5 的去除率,一般可达 95 %以上, COD去除率达 85%~ 90%,氮 的去除率则在 80%~ 90%之间。 z2.快速渗滤系统 z这是将污水有控制地投配到具有良好渗滤性 能的土地表面,在污水向下渗滤的过程中,在 过滤、沉淀、氧化、还原以及生物氧化、硝化、 反硝化等一系列物理、化学及生物的作用下, 得到净化处理的一种污水土地处理工艺。 one设计目标 Two工艺性能 three预处理要求 Four 其它 本系统污水是周期地向渗滤田灌水和休灌, 使表层土壤处于淹水 /干燥,即厌氧、好氧 交替运行状态,在休灌期,表层土壤恢复好 氧状态,在这里产生强力的好氧降解反应, 被土壤层截留的有机物为微生物所分解,休 灌期土壤层脱水干化有利于下一个灌水周期 水的下渗和排除。在土壤层形成的厌氧、好 氧交替的运行状态有利于氮、磷的去除。 本工艺的负荷率 (有机负荷率及水力负荷 率 )高于其他类型的土地处理系统,但如 严格控制灌水一休灌周期,本工艺的净化 效果仍然很高。 本系统的 处理效果 处理效果 : (1) COD去除率可达 95%; COD去除率 91%。处理水 BOD< l0mg/ L; COD< 40mg/ L。 (2) 有较好的脱氮除磷功能: NH 4 去除率 为 85%左右; TN去除率 80%;除磷率可 达 65%。 (3) 去除大肠菌的能力强,去除率可达 99.9%,出水含大肠菌为≤ 40个/ 100mL。 one设计目标 1)可以净化补给地下水 2)可籍井或地下水排水回收净化水,继 而或者回用或者排放 3)可将净化水贮存在地下含水层中 Two工艺性能 BOD、 SS、大肠杆菌几乎可以全部去除 脱氮可以达 50%;若以一级处理作为预 处理,其 BOD/N大于 3,尚能满足脱氮 过程所需碳源;对于二级出水,若采用 灌水 7~9天,落干 12~15天,也能提高 脱氮效果 除磷率可达 70~93%,取决于土壤的物 化性质,废水的停留时间,气候条件, 运行条件 three预处理要求 废水经一级处理即可满足要求,若场地 有限,势必加大渗滤速率,则应以二级 处理作为预处理。 对于氮的设计,一般情况下,一级处理 即可。二级处理的脱氮效果未必好,因 为水中碳源不足。 Four 其它 回收处理水是本工艺的特征,用地下排 水管或并群回收经过净化的处理水 (参见 图 6.9)或将净化水补给地下水。 快速渗滤处理系统的设计包括确定: (1) 水力负荷速率; (2)渗滤田面积; (3)淹 水朗 (灌水 )与于化期 (休灌 )之比; (4)污 水投配速率;以及 (5)渗滤田的座数及深 度等。 3.地表漫流处理系统 将污水有控制地投配到多年生牧草、坡 度和缓、土壤渗透性差的土地上,污水 以薄层方式沿土地缓慢流动,在流动的 过程中得到净化。净化出水大部分以地 面径流汇集、排放或利用 (参见下图 )。 以处理污水为主,兼行生长 牧草的污水土地处理与利用 工艺。 对预处理程度要求低,地表 径流收集处理水,对地下水 的污染较轻。 在污水在地表漫流的过程 中,只有少部分水量蒸发和 渗入地下,大部分汇入建于 低处的集水沟。 本系统适用于渗透性较低的粘土、亚粘 土,最佳坡度为 2%~ 8%。 本系统进水须经适当的预处理,如格栅、 筛滤等,其出水水质则相当于传统的生 物处理的出水水质。 据国内、外的实际运行资料,地表漫流 处理系统对 BOD的去除率可达 90%左 右;总氮的去除率为 70%~ 80%;而悬 浮物的去除率较高,一般达 90%~ 95%。 地表漫流处理系统的另一项特点是在污 水漫流地域可种植作物,如牧草等,因 此,具有一定的经济效益。 地表漫流处理系统的工艺设计包括: (1)确定水力负荷率和投配速率; (2)计算所需土地面积等。 地表漫流处理系统的水力负荷率为平均 日污水投配量 (m 3 / d)除以本系统的湿 润面积 (m 2 ),表示单位为 cm/ d。 对城市污水,水力负荷率取值介于 0.6~ 8cm/ d之间,取值大小与预处理方式有 关。 投配率则是以每小时投配到单位宽度的污 水量计 (m 3 / (n·m·h))计。 此外,还有投配时间与投配频率二项参数。 投配时间 是每天投配污水的延续时间,以 h / d计,取值 5~ 24h/ d。 投配频率 是在每周内污水投配的日数,一 般为 5~ 7d/周。 4.湿地处理系统 ( WL:WetLand) 湿地处理系统是将污水投放到土壤经常处 于水饱和状态而且生长有芦苇、香蒲等耐 水植物的沼泽地上,污水沿一定方向流 动,在流动的过程中,在耐水植物和土壤 联合作用下,污水得到净化的一种土地处 理工艺。 作用机理 物理的沉降作用; 植物根系的阻截作用; 某些物质的化学沉淀作用; 土壤及植物表面的吸附与吸收作用; 微生物的代谢作用等; 植物根系的某些分泌物对细菌和病毒有灭活 作用; 细菌和病毒也可能在对其不适宜环境中自然 死亡。 One分类 Two工艺目标 three预处理 Four湿地的组合 One分类 天然湿地(沼泽地) 1)淡水湿地:沼泽、苇地、湖沼、河滩、 坑塘、洼地 2)咸水湿地(咸水海滨) 自由水面人工湿地 人工潜流湿地处理系统 Two工艺目标 废水经预处理后进入湿地系统进行进一 步的净化 也可进行深度处理 可利用经过完全或不完全的净水出水改 造和建立湿地生态系统 可以利用人工湿地直接处理废水 three预处理 化粪池 格栅、筛网、 初沉池 酸化池、 厌氧处理工艺、 稳定塘 Four湿地的组合 单池系统 湿地并联系统 湿地串联系统 湿地串-并连系统 湿地与稳定塘的组合系统 湿地与水稻田或与地表漫流等组合系统 (1)天然湿地系统 利用天然洼淀、苇塘,并加以人工修整 而成。中设导流土堤,使污水沿一定方 向流动,水深一般在 30~ 80cm之间, 不超过 1.00m,净化作用与好氧塘相 似,适宜作污水的深度处理。图 6.11所 示为天然湿地处理系统。 用人工筑成水池或沟槽状,地面铺设隔水 层以防渗漏,再充填一定深度的土壤层, 在土壤层种植芦苇一类的维管束植物,污 水由湿地的一端通过布水装置进入,并以 较浅的水层在地表上以推流方式向前流 动,从另一端溢入集水沟,在流动的过程 中保持着自由水面 (参见图 6- 12) (2)自由水面人工湿地 本工艺的有机负荷率及水力负荷率较低。 在确定负荷率时,应考虑气候、土壤状 况、植物类型以及接纳水体对水质要求 等因素,特别是应将使水层保持好氧状 态作为首要条件。 根据本工艺的实际运行数据,有机负荷 率介于 18~110kgBOD 5 / (ha·d)这样较大 的幅度。 我国天津的运行数据,当进水 BOD 5 = 150mg/L时,水力负荷取值 150~200m 3 / (ha d) 出水可达二级处理水标难 (3)人工潜流湿地处理系统 人工潜流湿地处理系统是人工筑成的床 槽,床内充填介质支持芦苇类的挺水植 物生长。 床底设粘土隔水层,并具有一定的坡度。 污水从沿床宽度设置的布水装置进入, 水平流动通过介质,与布满生物膜的介 质表面和溶解氧充分的植物根区接触, 在这一过程中得到净化。 根据床内充填的介质不同,人工潜流湿 地处理系统又可分为两种类型。 其中之一如图 6.13所示,床内介质是由 上、下两层所组成,上层为土壤,下层 为由易于使水流通的介质,如粒径较大 的土壤、碎石等,上层种植芦苇等耐水 植物,下层则为植物根系深入的根系层。 沿床宽设布水沟,内充填碎石,污水由 沿床宽设布水沟,内充填碎石,污水由 布水管流人。在出水的另一端碎石层的 布水管流人。在出水的另一端碎石层的 底部设多孔集水管与出水管相连结,出 底部设多孔集水管与出水管相连结,出 水管设闸阀,能够调节床内水位。 水管设闸阀,能够调节床内水位。 另一种形式的人工潜流湿地处理构筑物, 另一种形式的人工潜流湿地处理构筑物, 称为碎石床,即在床内充填的只是碎石、 称为碎石床,即在床内充填的只是碎石、 砾石一种介质,耐水性植物直接种植在介 砾石一种介质,耐水性植物直接种植在介 质上。进水与出水装置基本上与前一种类 质上。进水与出水装置基本上与前一种类 型的人工湿地相同 型的人工湿地相同 (参见上图 参见上图 )。 。 碎石充填深度应根据种植的植物根系能够 达到的深度而定。一般芦苇为 60~ 70cm。 介质粒径可介于 10~ 30mm之间。湿地系 统初步设计可考虑采用的参考性参数: 水力停留时间 ——7~ 10d 投配负荷率 ——2~ 20cm/ d 布水深度 ——夏季< 10cm;冬季> 30cm 有机负荷 ——15—20kgBOD/ (10 4 m 2 . d) 长宽比 L: B> 10: 1 植物 ——芦苇、香蒲等水葱、灯芯草、 蓑衣草 湿地坡度 ——一般为 0% ~3% 对土壤的要求 ——土壤质地为粘土 -壤土。 渗透性为慢~中等 人工湿地占用土地面积 (F)可用下式估算: F= 6.57× 10 -3 Q(10 4 m 2 ) 式中 Q:污水设计流量, m 3 / d。 5.污水地下渗滤处理系统 将经过腐化池 (化粪池 )或酸化水解池预 处理后的污水有控制地通入设于地下距 地面约 0.5m深处的渗滤田,在土壤的渗 滤作用和毛细管作用下,污水向四周扩 散,通过过滤、沉淀、吸附和在微生物 作用下的降解作用,使污水得到净化。 这种的污水处理法称之为 污水地下渗滤 处理系统。 这种工艺具有以下特征: 1)整体处理系统都设于地下,无损于地面景 观,而且能够种植绿色植物,美化环境。 2)不受外界气温变化的影响,或影响较小。 3)易于建设、便于维护、不堵塞、建设投资 省、运行费用低; 4)对进水负荷的变化适应性较强,耐受冲击 负荷; 5)如运行得当,处理水水质良好、稳定、可 回用于农灌、浇灌城市绿化地、街心公园等。 地下渗滤处理系统是一种以生态原理为 基础,以节能、减少污染、充分利用水 资源的一种新型的小规模的污水处理工 艺技术。 这种工艺适用于处理小流量的居住小区、 旅游点、度假村、疗养院等未与城市排 水系统接通的分散建筑物排出的污水。 地下渗滤处理系统在一些发达国家,如 日本、美国受到重视,得到很大的发展。 我国尚处于初步的启动阶段。 污水地下渗滤处理技术,国外用很多 种,不下十几种,本节择其中主要的几 种加以阐述。 (1)污水土壤渗滤净化沟 (2)毛管浸润渗滤沟 (1)污水土壤渗滤净化沟 如下图所示 在本系统中,污水先经化粪池,或沉淀 池等预处理构筑物处理,去除其中的悬 浮物,然后进入埋在地下的渗滤沟和带 孔的布水管,从布水管中缓慢地向周围 土壤浸润、渗透和扩散。 布水管一般埋设 布水管一般埋设 在距地面 在距地面 0.4m左 左 右的深度其周围 右的深度其周围 铺满砾石,砾石 铺满砾石,砾石 层底部宽 层底部宽 0.5~ ~ 0.7m,其下部铺 ,其下部铺 厚约为 厚约为 0.2m的砂。 的砂。 水力负荷是维持 水力负荷是维持 本工艺正常运行 本工艺正常运行 的关键因素。水 的关键因素。水 力负荷值不能过 力负荷值不能过 大,应根据测得 大,应根据测得 的土壤渗透能力 的土壤渗透能力 (2)毛管浸润渗滤沟 毛管浸润渗滤沟 本工艺也称为尼米 本工艺也称为尼米 (Niimi)系统,日本开 系统,日本开 发的。 发的。 利用土壤毛管浸润扩散原理研制的一种 利用土壤毛管浸润扩散原理研制的一种 浅型土壤污水处理系统。 浅型土壤污水处理系统。 污水经预处理后进入陶土管,在其周围铺毛 细管砾石层,其下铺砂层,砂层下铺有机树 脂膜,以防止污水渗入下层土壤,污染地下 水。污水通过砂砾的毛细管虹吸作用,缓慢 地上升,并向其四周浸润、扩散,进入周围 土壤,在地面下 0.3~ 0.5m的土壤层内存活 着大量的微生物和各种微型动物 毛细管浸润型渗滤系统内形成一个生态系 统,通过生物一土壤系统的复杂而又互相联 系和互相制约的作用下,污水得到净化。 土壤的毛细管浸润作用 是本工艺的主要 特征,因此,必须使土壤经常保持毛细 管浸润状态,使土壤颗粒间保持一定的 和必要的空隙,以维持通气状态,这是 本工艺良好运行的必要条件。 经过实测,在渗滤沟周围 0.5m的土层 内,随着距离的加大,大肠杆菌数量逐 渐减少,在 0.5m处,即完全检不出。 距 1.0m处 BOD 5 去除率达 98%。 污水中的氨氮在 0.4m处已有 99%转化 为硝酸氮。沟上种植的各种植物,其产 量与对照组相比,提高 2~ 3倍。 本工艺的 BOD容积负荷为 0.90g BOD 5 / (m 3 ?h)或 21.6gBOD 5 / (m 3 ? d); BOD 5 的面积负荷为 0.45gBOD 5 / (m 2 ·h)或 10.8gBOD 5 / (m 2 ·d)。 容积水力负荷为 0.005m 3 / (m ? h),或 0.120m 3 / (m 2 ·d); 面积水力负荷则为 0.0025m 3 / (m 2 ·h),或 0.060m 3 / (m 2 ·d)。 除以上列举的两种污水地下渗滤系统 外,在实际上还有一系列其他类型的在 运行,如 : 接触氧化 /土壤净化复合处理系统; 填埋式地下间歇砂滤池; 地下砂 /卵石渗滤沟等 都具有良好的处理效果,对此,在应用 时可参考有关中、外文资料。 END