自然生物處理系統(tǒng)水質(zhì)工程學(xué)

1、§8-1　氧化塘（Oxidation ponds） §8-2　污水的土地處理——污水灌溉,,第八章 氧化塘及土地處理系統(tǒng),氧化塘,8.1.1 概述 8.1.2 氧化塘中污染物的遷移與轉(zhuǎn)化 8.1.3 氧化塘對(duì)污水的凈化作用（途徑） 8.1.4 氧化塘的影響因素 8.1.5 氧化塘處理工藝 8.1.6 氧化塘的前處理，后處理及流程組合,,概述,氧化塘是經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)施工的、具有圍堤和防滲層的污水處

2、理塘，又稱穩(wěn)定塘、生物塘。氧化塘構(gòu)造簡(jiǎn)單，易于維護(hù)管理，污水凈化效果好，節(jié)省能源。 氧的來(lái)源——主要由藻類通過(guò)光合作用提供，塘復(fù)氧起輔助作用?！⊙趸量勺鳛橐患?jí)、二級(jí)處理，亦可作為三級(jí)處理。,概述,主要優(yōu)點(diǎn)1、可充分利用地形(舊河道、沼澤地、峽谷地)，工程簡(jiǎn)單，基建投資省；2、可以實(shí)現(xiàn)污水資源化，使污水處理和利用相結(jié)合：①　農(nóng)灌?、谘趸羶?nèi)形成藻類、水生植物，浮游生物，底棲動(dòng)物以及魚、蝦、水禽等多級(jí)食物鏈，組成復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，將污

3、水中有機(jī)物轉(zhuǎn)化成魚、蝦、水禽，供食用。3、污水處理能耗低，維護(hù)方便，處理成本低。,概述,不足之處1、停留時(shí)間長(zhǎng)，占地面積大；　2、處理效果不穩(wěn)定，受季節(jié)、氣溫、光照等自然因素影響大；3、防滲處理不當(dāng)，可能污染地下水；　 4、易散發(fā)臭氣，滋長(zhǎng)蚊蠅，衛(wèi)生條件不佳。,概述,氧化塘分類根據(jù)塘水中微生物的優(yōu)勢(shì)種群及溶解氧情況來(lái)分，可分為：1、好氧塘 2、兼性塘 3、厭氧塘 4、曝氣塘 5、深度處理塘根據(jù)處理水的

4、出水方式，可分為： 1、連續(xù)出水塘 2、控制出水塘 3、貯存塘,,氧化塘中污染物的遷移與轉(zhuǎn)化,一、碳的轉(zhuǎn)化 二、氮的轉(zhuǎn)化 三、磷的轉(zhuǎn)化,,碳的轉(zhuǎn)化,1、微生物的新陳代謝作用，可將有機(jī)碳轉(zhuǎn)化為CO2，微生物得以生長(zhǎng)；2、水生植物（主要是藻類）可通過(guò)光合作用吸收無(wú)機(jī)碳，自身得以增殖，呼吸作用又釋放部分無(wú)機(jī)碳；3、機(jī)體死亡后沉入塘底，經(jīng)厭氧微生物作用分解為溶解性有機(jī)碳和無(wú)機(jī)碳；,碳的轉(zhuǎn)化,4、不溶性有機(jī)物在塘底經(jīng)厭氧發(fā)酵

5、分解為溶解性的有機(jī)碳和無(wú)機(jī)碳； 5、有機(jī)體經(jīng)食物鏈向高營(yíng)養(yǎng)級(jí)傳遞，最后轉(zhuǎn)化為水產(chǎn)，獲得一定效益。,,氮的轉(zhuǎn)化,1、氨化作用 2、硝化作用 3、反硝化作用 4、揮發(fā)作用：高pH時(shí)向大氣揮發(fā)，揮發(fā)量甚至可達(dá)21%；5、吸收作用：機(jī)體合成代謝的吸收,,磷的轉(zhuǎn)化,1、合成作用：無(wú)機(jī)磷變有機(jī)磷2、分解代謝：有機(jī)磷變無(wú)機(jī)磷 3、溶解性磷與非溶解性磷的相互轉(zhuǎn)化：由于塘水pH值的變化引起不同形態(tài)磷的相互轉(zhuǎn)化。白天光合作用消耗

6、H+，使塘水pH值升高；夜晚由于光合作用停止，底泥的厭氧分解使pH值降低。氧化塘中磷的去除率一般可達(dá)50~70%。,,氧化塘對(duì)污水的凈化作用（途徑）,1、稀釋作用：靠風(fēng)力、水流及污染物的擴(kuò)散作用使進(jìn)入塘內(nèi)的污水與氧化塘中原有的水混合，使進(jìn)水得到稀釋；2、沉淀與絮凝作用：塘中部分生物分泌物可將小顆粒絮凝成達(dá)顆粒并發(fā)生沉淀；3、好氧微生物的代謝作用4、厭氧微生物的代謝作用,氧化塘對(duì)污水的凈化作用（途徑）,5、浮游生物的作用：吞食細(xì)菌和

7、懸浮有機(jī)顆粒；分泌粘液促進(jìn)絮凝 6、水生維管束植物的作用：吸收氮、磷；富集重金屬；充氧；作為微生物生長(zhǎng)的載體；配水,,氧化塘的影響因素,有溫度、光照、混合、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、有毒物質(zhì)、蒸發(fā)量、降雨量、污水預(yù)處理等。,,氧化塘處理工藝,一、好氧塘 二、兼性塘 三、厭氧塘 四、曝氣氧化塘 五、水生生物塘與深度處理塘,,好氧塘,1、概述　　水深較淺(≤0.5m)，利于陽(yáng)光能透入塘底，充氧主要靠藻類光合作用，風(fēng)力的攪拌也可自然復(fù)氧（輔助

8、作用），全部塘水呈好氧狀態(tài)。起凈化作用的主要是好氧微生物（菌藻共生系統(tǒng)及原生動(dòng)物）。塘水白天DO高，夜間較低；白天pH高，夜間較低?！　艋δ苣Ｊ剑阂妶D8-1-1,好氧塘,注意：藻類本身也是有機(jī)體，其碳源為CO2，故氧化塘中還存在著溶解性無(wú)機(jī)物轉(zhuǎn)化為較為穩(wěn)定的有機(jī)體的過(guò)程。去除藻類方法：①物理方法（混凝氣浮）；②生物法（延長(zhǎng)食物鏈） 2、好氧塘的設(shè)計(jì)影響因素錯(cuò)綜復(fù)雜，尚無(wú)嚴(yán)密理論為基礎(chǔ)的計(jì)算方法，多用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)：（1）設(shè)置好氧塘

9、的條件：具有可供利用的土地；氣溫適宜，日照良好,好氧塘,（2）設(shè)置位置：可獨(dú)立處理，也可作為深度處理；設(shè)于人工生物處理系統(tǒng)或其它氧化塘（厭氧塘、兼性塘）之后；若單獨(dú)設(shè)置，污水進(jìn)入前應(yīng)進(jìn)行預(yù)處理。（3）常用設(shè)計(jì)參數(shù)　　設(shè)計(jì)參數(shù)　　　　　 數(shù)值 深度（m）　　　 0.15~0.5 停留時(shí)間（d）　 4~6,好氧塘,設(shè)計(jì)參數(shù)　　　　　 數(shù)值 BOD負(fù)荷(kg/m2&#

10、183;d)　 0.004~0.012 BOD去除率(％)　　　 80~95藻類濃度(mg/l)　　 100~200 回流比　　　　　　 0.2~2.0‰,,兼性塘,1、概述　　塘水較深（一般1~2m），上層0.4~0.5m范圍內(nèi)光合作用旺盛，DO充足，呈好氧狀態(tài)；塘底由沉淀污泥和衰亡的藻類和菌類形成厭氧層；好氧層與厭氧層之間，白天有溶解氧，夜間沒有溶解氧，兼性微生物起凈化作用為兼性層。,兼

11、性塘,厭氧層：厭氧產(chǎn)酸發(fā)酵，有降解BOD功能，去除率20％；主要作用是降解塘底污泥，防止過(guò)量累積。　好氧、兼性層：生物相組成復(fù)雜，有多種反應(yīng)過(guò)程如有機(jī)物降解、硝化、反硝化等凈化過(guò)程 凈化功能模式：見圖8-1-2,兼性塘,2、兼性塘的設(shè)計(jì)實(shí)際資料說(shuō)明兼性塘能夠處理多種工業(yè)廢水（石油化工、有機(jī)化工、印染、煤化工、木材化工、制漿造紙等），能有效地去除難降解的有機(jī)物。（1）設(shè)置位置：可獨(dú)立設(shè)置，亦可作為生物處理系統(tǒng)的一部分或深度處

12、理的預(yù)處理工藝 （2）常用設(shè)計(jì)參數(shù),兼性塘,設(shè)計(jì)參數(shù) 參考數(shù)值(城市生活污水)有效塘深度　　　1~2.5m (0.5～1.0m保護(hù)高)　停留時(shí)間　　　　 7~30天　　BOD負(fù)荷　　　0.0002~0.01kg/m2·dBOD去除率　　　 70~90％　藻類濃度　　　 10~100 mg/l　 回流比　　　　 0.2~2.0‰,兼性塘,（3）構(gòu)造方面的考慮以矩形為宜，

13、長(zhǎng)/寬≤3~4，不宜少于兩座；進(jìn)水口：園、方形塘設(shè)在中心，矩形塘設(shè)于長(zhǎng)度的1/3處出口：減少短流，與進(jìn)水口呈對(duì)角線方式排列宜采用多級(jí)串聯(lián)，也可并聯(lián)運(yùn)行塘堤外坡4∶1~5∶1(橫∶豎)，內(nèi)坡2∶1~3∶1，頂寬1.8~2.4m，超高≥4.5m,,厭氧塘,1、概述池深大(>2m)，有機(jī)負(fù)荷高，整個(gè)塘水都呈厭氧狀態(tài)，凈化過(guò)程慢，停留時(shí)間長(zhǎng)?！√卣鳎孩偕鷳B(tài)系統(tǒng)單一，只有細(xì)菌——產(chǎn)酸菌—產(chǎn)甲烷菌的共生系統(tǒng)。②甲烷菌世代時(shí)間長(zhǎng)，繁

14、殖增長(zhǎng)慢；產(chǎn)酸菌世代時(shí)間短。增值迅速， 兩者之間必須保持動(dòng)態(tài)平衡關(guān)系。否則，脂肪酸積累，pH下降會(huì)抑制甲烷發(fā)酵過(guò)程。③應(yīng)以甲烷發(fā)酵作為控制階段，創(chuàng)造適宜于甲烷菌生長(zhǎng)的環(huán)境。,厭氧塘,2、厭氧塘的設(shè)計(jì)（1）功能：處理高濃度有機(jī)廢水（屠宰、禽蛋加工、制漿造紙、食品加工等）（2）設(shè)置位置：作預(yù)處理塘或與其它塘串聯(lián)，一般不作為單獨(dú)的處理單元，而是一種前處理單元。（3）常用設(shè)計(jì)參數(shù),厭氧塘,設(shè)計(jì)參數(shù) 參考數(shù)值 池

15、深 3.0~5.0mBOD負(fù)荷　0.02~0.06 kgBOD5/m2·d停留時(shí)間　 20~50d　可長(zhǎng)達(dá)百天以上浮渣層與覆蓋物 　有利：①減少臭氣；②保證厭氧；③保溫，可采取人工覆蓋措施，稻麥草，塑料板,,曝氣氧化塘,1、概述　　人工強(qiáng)化的氧化塘，通過(guò)人工曝氣可向塘內(nèi)供氧，并使塘水?dāng)噭?dòng)。根據(jù)曝氣強(qiáng)度可分為好氧曝氣塘和兼性曝氣塘。通常池深>2m，安裝表面曝氣器(浮筒式)，停

16、留時(shí)間短。其特征介于氧化塘和延時(shí)曝氣法之間。,曝氣氧化塘,①　氧源：人工曝氣70~80％，表面復(fù)氧；?、凇∮捎趶?qiáng)烈紊動(dòng)，藻類生長(zhǎng)受到抑制，甚至停止；?、邸∩L(zhǎng)有少量生物污泥，不設(shè)回流；?、堋×鲬B(tài)近于完全混合型。,曝氣氧化塘,2、曝氣氧化塘的設(shè)計(jì)可采用有關(guān)活性污泥法的計(jì)算理論，下列兩點(diǎn)成立?、傥鬯耆旌稀　、谟袡C(jī)物降解反應(yīng)為一級(jí),由物料平衡：,（8-1）,曝氣氧化塘,解得：,（8-2）,式中：E——去除率,（8-3）,K值可根

17、據(jù)不同的廢水經(jīng)實(shí)驗(yàn)求出,曝氣氧化塘,對(duì)于兼性曝氣塘，應(yīng)考慮底泥厭氧分解，有機(jī)物進(jìn)入液相，故在出水有機(jī)物濃度中引入—系數(shù)f：,（8-4）,f受溫度影響較大，一般夏季取1.4，冬季取1.2　K值一般介于0.08~0.8之間， BOD表面負(fù)荷：0.03~0.06KgBOD5/m2·d 池　深： 2.5~5.0m　停留時(shí)間： 1~10d(好氧)　　7~20d(兼性),,水生生物塘與深度處理塘,1、水生植物塘

18、　種植水葫蘆、水花生、水浮蓮等水生植物，除污能力較強(qiáng)，接納一級(jí)處理出水；若種植蘆葦、荷、蓮等水生植物，具有較高經(jīng)濟(jì)、觀賞價(jià)值，接納二級(jí)出水2、養(yǎng)魚塘　一般多級(jí)串聯(lián)，二級(jí)處理后利用水生動(dòng)物去除藻類，其食物鏈組成為：藻類+浮游動(dòng)物+養(yǎng)魚。魚種以食用浮游動(dòng)物的種為主，如鳙、鰱、鯉、鯽,水生生物塘與深度處理塘,3、深度處理塘　三級(jí)處理功能，一般設(shè)于二級(jí)處理之后或穩(wěn)定塘系統(tǒng)的最后，多采用好氧塘或曝氣塘的形式。其目的是進(jìn)一步去除BOD、脫氮

19、、除磷，與其它氧化塘組合使用。塘深 1.0~1.5m　 停留時(shí)間5~20d，BOD負(fù)荷≤0.015kgBOD/m2·d　　去除率　60~80％,,氧化塘的前處理與流程組合,一、前處理　防止塘底污泥淤積，以去除水中懸浮物為中心環(huán)節(jié)進(jìn)水 SS200 mg/l　　　　必須設(shè)沉淀池。但首塘為厭氧塘?xí)r，可只設(shè)沉砂池，不設(shè)沉淀池?！〈送猓€要視水質(zhì)和處理要求，設(shè)隔油池,氧化塘的前處理與流程組合,二、后處理去除藻類，

20、防止二次污染—好氧塘和兼性塘方法：①自然沉淀：效果不好，不穩(wěn)定　　?、诨炷恋恚盒Ч^好，但降低pH，產(chǎn)生氣泡，使部分藻類上浮。　　?、刍炷龤飧。盒兄行?，常用方法?！　?④過(guò)濾法： 只適用于藻類濃度較低，出水要求高的情況。,氧化塘的前處理與流程組合,三、流程組合　　1、城市污水（方案一）　　　　　　　　　　　　 深度處理塘　 　　　　 好氧

21、塘原污水→前處理→兼性塘 排放灌溉 養(yǎng)魚塘 　 水生植物塘,,,氧化塘的前處理與流程組合,方案二：　(以利用為目的，小水量)　　

22、 養(yǎng)魚塘原污水→前處理→水生植物塘 排放灌溉　　　　 水生植物塘,,,以兼性塘為首塘，單級(jí)或多級(jí)串聯(lián)，或并聯(lián)。后繼處理可參考利用。,氧化塘的前處理與流程組合,2、工業(yè)廢水一般厭氧塘為首塘，后繼單元為兼性塘，好氧塘，利用塘等。 進(jìn)行氧化塘設(shè)計(jì)時(shí)，可考慮采用水生植物作為塘與塘串聯(lián)出水部位的配水措施，應(yīng)多考慮氧

23、化塘的觀賞價(jià)值，外形上可不拘于通常的矩形、圓形等。,,污水的土地處理,8.2.1 概述 8.2.2 污水土地處理系統(tǒng),,概述,一、土地處理系統(tǒng)的概念 在人工控制的條件下，將污水投配在土地上，通過(guò)土壤——植物系統(tǒng)，進(jìn)行一系列化學(xué)、物理、物化及生化的凈化過(guò)程，使污水得到凈化的一種污水處理工藝。 二、土地處理系統(tǒng)的組成污水的預(yù)處理、污水的調(diào)節(jié)貯存設(shè)備污水的輸送、配布與控制系統(tǒng)土地凈化田、凈化水的收集、利用系統(tǒng),概述,三、

24、污水土地處理的作用原理　1、物理過(guò)濾　土壤顆粒間的孔隙截留、濾除水中懸浮顆粒的性能?！∽⒁鈫?wèn)題：堵塞（懸浮顆粒過(guò)多，過(guò)粗，微生物代謝產(chǎn)物過(guò)多）2、物理吸附與物化吸附范德華引力——礦物顆粒吸附中性分子,概述,離子交換——置換重金屬，生成難溶物質(zhì)固定于礦物晶格中 藕合作用——金屬離子與無(wú)機(jī)、有機(jī)膠體顆粒作用3、化學(xué)反應(yīng)與化學(xué)沉淀 重金屬離子、硫化物、磷酸鹽4、微生物代謝作用,,污水的土地處理系統(tǒng),一、慢速滲濾系

25、統(tǒng)適用于滲水性良好、蒸發(fā)量小、氣侯濕潤(rùn)的地區(qū)，借微生物、植物作用凈化——農(nóng)田灌溉。布水方式：表面布水、噴灑布水 污水投配率低，停留時(shí)間長(zhǎng),污水的土地處理系統(tǒng),二、快速滲濾系統(tǒng) 適用于透水性極好的土壤，以補(bǔ)給地下水或污水的再生回用為目的，對(duì)去除 懸浮物、有機(jī)物、磷及金屬有效。 以表面布水為主，灌水與休灌循環(huán)進(jìn)行，設(shè)地下集水管或井群收集再生水。若補(bǔ)給地下水，則不設(shè)集水系統(tǒng)，對(duì)前處理要求較高。,污水的土地處理系統(tǒng),

26、三、地表漫流系統(tǒng) 適用于透水性較差的粘土和亞粘土，要求地面具有2~8％的坡度，有控制地將污水投配到多年生牧草的上述地面上，投配方式采用噴灌或浸灌，以控制均勻漫流。污水以薄層方式沿地表緩慢流動(dòng)，地面植被防止土壤流失，供微生物棲息，污水在流動(dòng)過(guò)程中得以凈化，下游設(shè)集水渠收集處理后的廢水。,污水的土地處理系統(tǒng),四、濕地系統(tǒng) 濕地處理系統(tǒng)是將污水投放到土壤經(jīng)常處于水飽和狀態(tài)且生長(zhǎng)有蘆葦、香蒲等耐水植物的沼澤地上，污水沿一定方向流

27、動(dòng)，流動(dòng)過(guò)程中，在土壤和耐水植物的聯(lián)合作用下，污水得到凈化的一種土地處理系統(tǒng)。包括天然濕地系統(tǒng)和人工濕地系統(tǒng)。,污水的土地處理系統(tǒng),五、地下滲濾系統(tǒng) 將經(jīng)過(guò)腐化池（化糞池）或酸化水解池預(yù)處理的污水有控制地通入地下距地面約0.5m深處的滲濾田，在土壤的滲濾作用和毛細(xì)管作用下，污水向四周擴(kuò)散，通過(guò)過(guò)濾、沉淀、吸附和微生物作用得以凈化。,污水的土地處理系統(tǒng),設(shè)計(jì)：進(jìn)行土地處理應(yīng)選擇適宜類型，依據(jù)土壤性質(zhì)，透水性，地形、農(nóng)作物種類、氣候