哈尔滨工业大学精品课工程《水质工程学》第六章_污水的自然生物处理

第六章污水的自然生物处理又名氧化塘（Oxidationponds）、生物塘6.1.1概述1、稳定塘——是经过人工适当的修正的土地，设围堤和防渗层的污水池塘，主要依靠生物净化功能使污水得到净化的一种污水生物处理技术6.1稳定塘（Stabilizationponds）一般不人工强化（不是实质性的人工强化）与水体自净过程相似停留时间较长通过微生物+水生生物的多种生物的综合作用，使有机物降解，进而净化污水净化过程包括——好氧，兼氧，厌氧三种状态DO来源于光和作用适用各种污水适用于各种气候条件可以实现从一级到二级到深度处理技术的全过程，一般相当于二级2、稳定塘的分类根据塘水中的微生物优势群体类型和塘水的DO工况来分（1）好氧稳定塘——好氧塘特点——深度浅，一般不超过0.5m，阳光能进入塘底，主要由藻类供氧，全塘处于好氧状态，好氧微生物降解有机物（2）兼性稳定塘——兼氧塘（※城市污水处理常用的一种塘）特点：较深，一般在1.0m以上塘深小于0.5m，好氧状态兼性区——介于好氧与厌氧之间塘底——沉淀污泥，厌氧状态，厌氧发酵净化作用——好氧，兼性，厌氧微生物共同完成（3）厌氧稳定塘——厌氧塘特点：塘深〉2.0m，整个塘基本上都是厌氧状态，有机负荷率高，净化速度低，停留时间长，一般为高浓度有机废水的前级处理工艺，后接其他处理工艺。（5）深度处理塘——二级处理后用，进一步降低有机物、氮磷等，靠大气复氧和藻类光和作用供氧。根据处理水出水方式分:①连续出水塘②控制出水塘③贮存塘：只进不出靠蒸发和渗透上述的（1）-（5）均按连续出水运行（4）曝气稳定塘——曝气塘分为好氧曝气塘和兼氧曝气塘特点：h2.0m以上，由表曝机供氧，并对塘水搅动，在曝气条件下，藻类的生长与光合作用受到抑制3、稳定塘的优点（1）投资省，工程简单（2）能够污水资源化，农业灌溉（效益显著，复合的生态系统）（3）能耗低4、稳定塘的缺点（1）占地面积大（2）净化效果受自然因素控制（3）对地下水的影响（4）卫生状态差6.1.2稳定塘的净化机理1、稳定塘中的生物及其生态系统（1）稳定塘中的生物细菌藻类微型动物水生植物及其他水生动物①细菌——降解有机物起主要作用兼性异样菌（好氧塘和兼性塘好氧区，及兼性区存在）好氧菌和兼性菌——种属多产酸菌（兼性异氧菌）分解有机物产生乙酸等和醇类）厌氧菌（厌氧塘和兼性塘污泥区，将有机酸转化为CH4+CO2，脱硫弧菌-绝对厌氧菌）硝化菌（绝对好氧菌，一般只存活在深度处理塘）常见细菌②藻类稳定塘为菌藻共生体系，藻类具有叶绿体，含有叶绿素，能够通过这些色素进行光合作用，是塘水中DO的主要供应者。白昼吸收CO2，放出O2夜间内源呼吸，消耗O2，放出CO2绿藻——最常见的，单细胞或多细胞的绿色藻类蓝绿藻（蓝藻）——机体构造简单，藻体为单细胞及丝状体褐藻常见藻类蓝绿藻能够代谢产生H2S能够将大气中的N2固定③原生动物和后生动物④水生植物种植“水生维管束植物”能提高塘对有机物和N、P等无机营养物质的去除效果。与活性污泥中不一样，表现在不规则和数量不相等两方面。原生动物和后生动物不完全作为指示性生物考虑水蚤——枝角类，捕食（细菌和藻类）出现水蚤表明水质清澈，水蚤能吞食粒状物质，分泌粘液性物质。摇蚊幼虫——使底泥量减少a、浮水植物——漂浮在水面、直接从大气中吸O2、CO2，从塘水中吸取营养物质。凤眼莲——即水葫芦，具有较强的耐污性，去污能力强净化过程：O2通过根、茎输送到根部，释放于水中；凤眼莲本身也直接吸收水中的有机物和无机物;水层是好氧，底部是厌氧，可有利于硝化和反硝化;种植在高负荷的稳定塘里，并可回收作为“青贮饲料”.b、沉水植物——根生长于底泥中，叶、茎全部沉没水中，仅在开花时，花开在水面上只能在塘水深较高，有机物负荷低和能有光照的地区生长其作用同“浮水植物”沉水植物是鸭、鹅的饲料常见的有马来眼子莲c、挺水植物——根生长于底泥中，叶、茎则挺出水面，常见水葱为深绿色，芦苇是浅绿色，其作用于上述两种植物相同，但只能生长于浅水中，收割季节需放水⑤其它水生植物放养水禽，建立良好的生态系统，鱼吞食藻类，鸭鹅吞食水草。齐齐哈尔氧化塘喀吐穆炼油厂氧化塘氧化塘出水口水体已由黑臭变为绿色氧化塘出水口水体已由黑臭变为绿色光合作用风有机污染物藻类新细胞O２好氧分解藻类细菌NH3H2OPO42CO２细菌新细胞＋处理水流入污水可沉物质衰死细菌CH4CO2NH3污泥层有机污染物厌氧发酵厌氧发酵有机酸醇甲烷厌氧分解好氧区兼性区厌氧区O２O２阳光图6—1稳定塘内典型的生态系统（2）稳定塘生态系统①稳定塘生态系统中不同种群的关系菌藻共生关系C11H28O7H+14O2+H11CO2+13H2O+NH4+式(6-1)1.56gO2/go（每分解1g有机物需氧1.56g）藻类的分子式：C106H263O110N16P(植物性浮游生物）其光合反应：106CO2+16NO3-+HPO42-+122H2O+18H+C106H263O110N16P+118O2式（6-2）1.244gO2/g藻（每合成1g藻类，放出1.244g氧气）有机物降解生成藻类，藻类也为有机体；藻类吸收水中的CO2，藻类的数量（有机体的数量进水）溶解性的有机物生成较稳定的形态的有机体（藻类细胞）稳定塘内的食物链网细菌藻类水生植物原生动物好氧微生物鱼类水禽（鸭、鹅）图6-2稳定塘内主要的食物链网图6-3稳定塘内碳元素的转化和循环不溶性有机碳分解处理水CH4沉淀分解沉淀呼吸作用光合作用CO2合成解体污水解体分解代谢有机碳C细菌藻类沉积物无机碳CO2HCO3-②稳定塘内各种物质的转化碳的转化与循环a、细菌的新陈代谢作用，使溶解性有机碳转化为CO2合成细菌增殖；b、藻类光合作用吸收CO2,呼吸时又放出CO2；c、死亡的细菌，藻类沉入池底，分解为有机碳与无机碳；d、塘底的厌氧发酵反应，对不溶解的有机碳分解。碳的转化途径※综合作用的结果：溶解性有机物的降解，和细菌、藻类的增殖※塘水的PH值有变化CO2+H2OH2CO3HCO3-+H+白天左移夜间右移pH值升高CO3-+H2OHCO3-+OH-白天右移夜间左移pH值降低有机氮Org-N氨氮NH3-N硝酸盐氮NO3-N挥发污水处理水反硝化氨化硝化细菌藻类合成解体图6-4氮在稳定塘内的转化与循环过程沉积物沉淀沉淀反硝化固氮作用N2合成合成解体光合合成解体氮的转化与转移N2a、氨化作用使有机氮生成氨氮进而硝化b、硝化作用使NH4+-N转化为NO3--N2NH3+4O2=2HNO3+2H2O+能c、反硝化作用：NO3—N转化为N22HNO3+CH3COOH=2H2O+2HCO3-+N2d、挥发作用：HRT长，温度较高的环境下，NH3挥发至大气，N2占大气的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合成其本身的有机体；f、分解作用：衰死的细菌和藻类解体后，形成溶解性的有机氮和沉渣物，沉淀层中的有机N在厌氧菌的作用下也可得到分解。氮的转化与转移图6-5磷在稳定塘内的转化与循环溶解性无机磷有机磷不溶性无机磷有机磷处理水污水细菌藻类沉淀分解沉淀分解吸收吸收分解磷的转化与循环进水中，含有有机磷及溶解性的无机磷酸盐白天，PH上升，磷酸盐易于沉淀夜间，PH下降，磷酸盐易于溶解c、有机磷在细菌作用下的净化分解——稳定塘能去处磷50-70%有害物质的转化a、生物降解作用——微生物对苯、酚、腈、有机染料、农药、多氯联苯b、吸附与吸收作用：水生植物的根系适于微生物的生长并吸收重金属c、螯合与沉淀作用磷的转化与循环进水中，有机磷也有溶解性的无机磷酸盐a、细菌、藻类吸收无机磷转化为有机磷（满足生命活动——有机磷）b、溶解性P与不溶解性P的互相转化（4）厌氧微生物的代谢作用:兼性塘的塘底+厌氧塘内DO=0水解阶段、产氢产乙酸、产甲烷阶段（5）浮游生物的作用：藻类的主要作用------供氧；浮游生物的主要功能——吞食游离细菌，使水清澈，分泌产生生物絮凝的粘液；底栖生物——摇蚊摄取污泥层的藻类或细菌，使污泥层数量减少；鱼类------捕食微型水生动物及污物。厌氧发酵的三个阶段：2、稳定塘对污水的净化作用（1）稀释作用;风力、水流及污染物扩散的作用--物理过程（2）沉淀和絮凝作用：SS自然沉降，小SS，微生物絮凝作用（3）好氧微生物的代谢作用:异养型好氧菌和兼性菌（6）水中维管束植物的作用a、吸收N、Pb、富集重金属c、向塘水供氧d、根、茎为细菌提供了生长介质。（1）温度好氧菌10-40℃（最佳25-35℃）藻类存活5-40℃（最佳30-35℃）厌氧菌15-60℃35℃、53℃（2）光照光照——光合作用的能量，对藻类的产量有影响33--43g/m².d光饱和值：藻类对光的利用有限值，Lumen/m²；当日光的强度超过藻类所能利用的光照强度，其有向深层移动的习性；（3）混合（使营养物质与溶解氧均匀分布）3、稳定塘净化过程的影响因素风力水力搅拌人工搅拌（4）营养物质满足正常的C、N、P、S等（5）预处理6.1.3好氧塘1、概述（1）塘深：h=0.5m（2）DO：白天充足，晚上降低（3）PH：白天上升，夜间降低（4）生物相：丰富（菌、藻、原生、后生动物）2、特点（1）优点：净化功能较高，HRT较短（2）缺点进水有必要进行预处理，去除SS，防止污泥沉淀层、占地面积大，含有大量藻类，需除藻3、分类高负荷好氧塘普通好氧塘深度处理好氧塘4、设计（1）一般规定①选址：气温——日照——通风条件②需要预处理③分格——不能少于两格，分串联或并联④混合——是塘水混合的主要动力⑤面积≯40000m2，矩形分布，长：宽=2-3：1，塘深1/2处为设计平面，取0.5m为超高⑥处理水回流，定期除底泥，除藻处理⑦HRT约为20天（2）好氧塘的计算按表面负荷计算A=QS0/NA(m2)S0——kg/m³原污水BOD5浓度Q——m3/d污水设计流量NA——BOD表面负荷率kg/m².d（P272，表6-1）6.1.4兼性塘1、概述（1）塘深1.0-2.5m上层——好氧（2）中间——变化（DO时有时无）下层——厌氧兼性区：生化反应主导厌氧区：产酸，产氢产乙酸，产甲烷三阶段反应好氧区：与好氧塘一样，（硝化菌）（3）生物相也比较丰富2、特点（1）耐冲击负荷（水质、水量上的）（2）效率相同时，建设投资低（3）适用范围广（4）可以减少底泥3、设计（1）一般规定①停留时间，7-180d，②负荷高，负荷率的选定应以最冷月的平均温度为控制条件③矩形池，长：宽=2：1-3：1④塘数不少于两座（2）兼性塘的计算求表面积经验数据进行计算V=3-5×10-5Qla[θ(35-t)]ff———（Gloyna）V:塘容积m³；Q:L/d；La:进水BOD或CODmg/l；θ:温度系数；T:塘水温度,℃；f:藻的毒性系数；f’:硫化物的需氧量BOD5表面负荷率：0.0002---0.010kg/m2.d停留时间7—180天6.1.5厌氧塘1、概述（1）主要功能——稳定废水中高浓度有机固体，而不要求提供高质量的出水（2）生物——细菌PH6.5-7.5（3）控制CH4阶段C:N20：1温度、重金属离子（4）塘深3-5m2、特点（1）主要问题——气味；远离住宅区至少500m，使塘表层保持好氧（可以回流）（2）浓度高，深度大，易污染地下水3、厌氧塘的设计（1）一般规定①HRT的确定（经验）②形状：矩形，长宽比：2-2.5：1，面积不大于8000m²③贮存底泥深度不小于0.5m，清除周期5-8年④进水出水进水口——据塘底0.6-1.0m，进入消化槽中，可以控制气味，且与活性污泥固体混合出水口——淹没是，入水中0.6m（2）经验数据设计①有机负荷率：厌氧反应是HRT的函数，而与塘面积的函数关系较小“oswald”指出：有机负荷指标取决于地理位置，地理位置进而影响水的物理、化学、生物性质，影响水温②温度——保持15℃以上，最好为32℃，因此不应过深，降温梯度为-1℃/0.3m6.1.6曝气塘1、概述（1）曝气塘——人工强化的稳定塘。