污水生态工程技术

第十五章污水生态工程技术15.1稳定塘15.2污水土地处理15.3人工湿地稳定塘又名氧化塘或生物塘。稳定塘对污水的净化过程与自然水体的自净过程相似，是一种利用天然净化能力处理污水的生物处理设施。稳定塘多用于小型污水处理，可用作一级处理、二级处理，也可用作三级处理。一、概述15.1稳定塘按塘内的微生物类型、供氧方式和功能等划分好氧塘兼性塘厌氧塘曝气塘深度处理塘水生植物塘生态塘完全储存塘常见其他二、稳定塘的分类稳定塘的优点基建投资低当有旧河道、沼泽地、谷地可利用作为稳定塘时，稳定塘系统的基建投资低。运行管理简单经济稳定塘运行管理简单，动力消耗低，运行费用较低，约为传统二级处理厂的1/3~1/5。可进行综合利用实现污水资源化，如将稳定塘出水用于农业灌溉，充分利用污水的水肥资源；养殖水生动物和植物，组成多级食物链的复合生态系统。稳定塘的缺点占地面积大没有空闲余地时不宜采用。处理效果受气候影响如季节、气温、光照、降雨等自然因素都影响稳定塘的处理效果。设计不当时，可能形成二次污染如污染地下水、产生臭氧和滋生蚊蝇等。稳定塘的优缺点三、好氧塘高负荷好氧塘这类塘设置在处理系统的前部，目的是处理污水和产生藻类。特点是塘的水深较浅，水力停留时间较短，有机负荷高。普通好氧塘这类塘用于处理污水，起二级处理作用。特点是有机负荷较高，塘的水深较高负荷好氧塘大，水力停留时间较长。深度处理好氧塘深度处理好氧塘设置在塘处理系统的后部或二级处理系统之后，作为深度处理设施。特点是有机负荷较低，塘的水深较高负荷好氧塘大。三、好氧塘1.种类三、好氧塘2.工作原理塘内存在着菌、藻和原生动物的共生系统。塘内的藻类进行光合作用，释放出氧，塘表面的好氧型异氧细菌利用水中的氧，通过好氧代谢氧化分解有机污染物并合成本身的细胞质（细胞增殖），其代谢产物CO2则是藻类光合作用的碳源。塘内菌藻生化反应可用下式表示：细菌：有机物＋O2＋H+→CO2＋H2O＋NH4+＋C5H7O2N藻类：106CO2＋16NO3-＋HPO42-＋122H2O＋18H+→C106H263O110N16P＋138O2藻类光合作用使塘水的溶解氧和pH呈昼夜变化。白天，藻类光合作用使CO2降低，pH上升。夜间，藻类停止光合作用，细菌降解有机物的代谢没有终止，CO2累积，pH下降。其平衡关系式如下：HOHOHOHHCOOHCOHHCOCOHOHCO2322333222三、好氧塘2.工作原理好氧塘内的生物种群主要有藻类、菌类、原生动物、后生动物、水蚤等微型动物。菌类主要是生存在水深0.5m的上层，浓度为1×108～5×109个/mL，主要种属与活性污泥和生物膜相同。原生动物和后生动物的种属数与个体数，均比活性污泥法和生物膜法少。藻类的种类和数量与塘的负荷有关，它可以反映塘的运行状况和处理效果。三、好氧塘3.好氧塘内的生物种群好氧塘工艺设计的主要内容是计算好氧塘的尺寸和个数。好氧塘的主要尺寸的经验值如下：好氧塘多采用矩形，表面的长宽比为3:1~4:1，一般以塘深的1/2处的面积作为计算塘面。塘堤的超高为0.6~1.0m。单塘面积不宜大于4ha；塘堤的内坡坡度为1:2~1:3（垂直:水平）外坡坡度为1:2~1:5（垂直：水平）；好氧塘的座数一般不少于3座，规模很小时不少于2座。三、好氧塘4.好氧塘内的设计兼性塘的有效水深一般为1.0～2.0m。好氧区对有机污染物的净化机理与好氧塘相同。兼性区的塘水溶解氧较低。异氧型兼性细菌，它们既能利用水中的溶解氧氧化分解有机污染物，也能在无分子氧条件下，以NO3-、CO32-作为电子受体进行无氧代谢。厌氧区无溶解氧。污泥层中的有机质由厌氧微生物对其进行厌氧分解，其厌氧分解包括酸发酵和甲烷发酵两个过程。发酵过程中未被甲烷化的中间产物进入塘的上、中层，由好氧菌和兼性菌继续进行降解。而CO2、NH3等代谢产物进入好氧层，部分逸出水面，部分参与藻类的光合作用。兼性塘不仅可去除一般的有机污染物，还可以有效地去除磷、氮等营养物质和某些难降解的有机污染物。四、兼性塘1.工作原理兼性塘一般采用负荷法进行计算，主要尺寸的经验值如下：兼性塘一般采用矩形，长宽比3:1~4:1。塘的有效水深为1.2~2.5m,超高为0.6~1.0m,储泥区高度应大于0.3m。兼性塘的堤坝的内坡坡度为1:2~1:3（垂直:水平），外坡坡度为1:2~1:5。兼性塘一般不少于3座，多采用串连，其中第一塘的面积约占兼性塘总面积的30％~60％，单塘面积应少于4hm2，以避免布水不均匀或波浪较大等问题。四、兼性塘2.兼性塘的设计厌氧塘对有机污染物的降解，与所有的厌氧生物处理设备相同，是由两类厌氧菌通过产酸发酵和甲烷发酵两阶段来完成的。即先由兼性厌氧产酸菌将复杂的有机物水解、转化为简单的有机物(如有机酸、醇、醛等)，再由产甲烷菌将有机酸转化为甲烷和二氧化碳等。由于甲烷菌的世代时间长，增殖速度慢，且对溶解氧和pH敏感，因此厌氧塘的设计和运行，必须以甲烷发酵阶段的要求作为控制条件，控制有机污染物的投配率，以保持产酸菌和甲烷菌之间的动态平衡。应控制塘内的有机酸浓度在3000mg/L以下，pH为6.5～7.5，进水的BOD5：N：P=200:4:1,硫酸盐浓度应小于500mg/L，以使厌氧塘能正常运行。五、厌氧塘1、基本工作原理厌氧塘的设计通常是用经验数据，主要经验数据如下：有机负荷常采用BOD5表面负荷。处理城市污水的建议负荷值为200～600kg/（hm2·d）。对于工业废水，设计负荷应通过试验确定。一般为矩形，长宽比为2:1~2.5:1。单塘面积不大于4hm2。塘水有效深度一般为2.0~4.5m,储泥深度大于0.5m，超高为0.6~1.0m。厌氧塘的进水口离塘底0.6~1.0m,出水口离水面的深度应大于0.6m，使塘的配水和出水较均匀，进、出口的个数均应大于两个。厌氧塘很少用于单独污水处理，而是作为其他处理设备酸的前处理单元。厌氧塘宜用于处理高浓度有机废水，也可用于处理城镇污水。2、设计和应用五、厌氧塘曝气塘是在塘面上安装有人工曝气设备的稳定塘六、曝气塘曝气塘出水的悬浮固体浓度较高，排放前需进行沉淀。若曝气塘后设置兼性塘，则兼性塘要在进一步处理其出水的同时起沉淀作用。曝气塘的水力停留时间为3～10d，有效水深2～6m。曝气塘一般不少于3座，通常按串连方式运行。完全混合曝气塘部分混合曝气塘曝气塘的两种类型曝气装置的强度应能使塘内的全部固体呈悬浮状态，并使塘水有足够的溶解氧供微生物分解有机污染物不要求保持全部固体呈悬浮状态，部分固体沉淀并进行厌氧消化。其塘内曝气机布置较完全混合曝气塘稀疏。完全混合曝气塘部分混合曝气塘法国南部某镇（MeZe），氧化塘污水处理系统MeZe生态中心的氧化塘实验装置MeZe氧化塘处理系统中曝气塘水生植物塘七、稳定塘系统的工艺流程稳定塘处理系统的组成稳定塘进水的预处理：为防止稳定塘内污泥淤积，污水进入稳定塘前应先去除水中的悬浮物质。常用设备为格栅、普通沉砂池和沉淀池。若塘前有提升泵站，而泵站的格栅间隙小于20mm时，塘前可不另设格栅。原污水中的悬浮固体浓度小于100mg/L时，可只设沉砂池，以去除砂质颗粒。原污水中的悬浮固体浓度大于100mg/L时，需考虑设置沉淀池。预处理系统稳定塘后处理设施稳定塘的流程组合依当地条件和处理要求不同而异，下图为几种典型的流程组合。稳定塘的流程组合塘的位置稳定塘应设在居民区下风向200m以外，不应设在距机场2km以内的地方，以防止鸟类等，对飞机航行构成危险。防止塘体损害为防止浪的冲刷，塘的衬砌应在设计水位上下各0.5m以上。若需防止雨水冲刷时，塘的衬砌应做到堤顶。在有冰冻的地区，背阴面的衬砌应注意防冻若筑堤土为黏土时，冬季会因毛细作用吸水而冻胀，因此，在结冰水位以上位置换为非黏性土。塘体防渗稳定塘的渗漏可能污染地下水源；若塘体出水再考虑回用，则塘体渗漏会造成水资源损失，因此，塘体防渗是十分重要的。防渗方法有素土夯实、沥青防渗衬面、膨胀土防渗衬面和塑料薄膜防渗衬面等。塘的进出口进出口的形式对稳定塘的处理效果有较大影响。设计时应注意配水、集水均匀，避免短流、沟流及混合死区。进口、出口之间的直线距离尽可能大；进口、出口的方向避开当地主导风向。稳定塘塘体设计要点15.2污水土地处理污水土地处理是在农田灌溉的基础上，运用人工调控利用土壤-微生物-植物组成的生态系统使污水中的污染物净化的处理方法。土地处理是以土地作为主要处理系统的污水处理方法，其目的是净化污水，控制水污染，其设计参数（如负荷率）需通过试验研究确定。土地处理技术有五种类型：慢速渗滤、快速渗滤、地表漫流、湿地和地下渗滤系统。土地处理系统是由污水预处理设施，污水调节和储存设施，污水的输送、布水及控制系统，土地净化田，净化出水的收集和利用系统等五部分组成。污水土地处理BOD大部分是在土壤表层土中去除的。土壤中含有大量的种类繁多的异养型微生物，它们能对被过滤、截留在土壤颗粒空隙间的悬浮有机物和溶解有机物进行生物降解，并合成微生物新细胞。当污水处理的BOD负荷超过让土壤微生物分解BOD的生物氧化能力时，会引起厌氧状态或土壤堵塞。污水土地处理系统的净化包含了物理过滤、物理吸附、物理沉积、物理化学吸附、化学反应和化学沉淀、微生物对有机物的降解等过程。因此，污水在土地处理系统中的净化是一个综合净化过程。一、土地处理系统的净化机理BOD的去除磷和氮的去除悬浮物质的去除病原体的去除重金属的去除污水土地处理系统的净化包含了物理过滤、物理吸附、物理沉积、物理化学吸附、化学反应和化学沉淀、微生物对有机物的降解等过程。因此，污水在土地处理系统中的净化是一个综合净化过程。BOD的去除氮和磷的去除悬浮物质的去除病原体的去除重金属的去除氮主要是通过植物吸收，生物脱氮、挥发、渗出（氨在碱性条件下逸出、硝酸盐的渗出）等方式被去除。磷主要是通过植物根系吸收，化学反应和沉淀（形成难溶的磷酸盐）、物理吸附和沉淀（土壤中的黏土矿物吸附和沉积），物理化学吸附（离子交换、络合吸附）等方式被去除。一、土地处理系统的净化机理污水土地处理系统的净化包含了物理过滤、物理吸附、物理沉积、物理化学吸附、化学反应和化学沉淀、微生物对有机物的降解等过程。因此，污水在土地处理系统中的净化是一个综合净化过程。BOD的去除氮和磷的去除悬浮物质的去除病原体的去除重金属的去除污水中的悬浮物质是依靠作物和土壤颗粒间的孔隙截留、过滤去除的。土壤颗粒的大小、颗粒间孔隙的形状、大小、分布和水流通道，以及悬浮物的性质、大小和浓度等都影响对悬浮物的截留过滤效果。若悬浮物的浓度太高、颗粒太大，会引起土壤堵塞。一、土地处理系统的净化机理污水土地处理系统的净化包含了物理过滤、物理吸附、物理沉积、物理化学吸附、化学反应和化学沉淀、微生物对有机物的降解等过程。因此，污水在土地处理系统中的净化是一个综合净化过程。土地处理系统的净化机理BOD的去除磷和氮的去除悬浮物质的去除病原体的去除重金属的去除污水经土壤处理后，水中大部分的病菌和病毒可被去除，去除率可达92％～97％。其去除率与选用的土地处理系统工艺有关，其中地表漫流的去除率较低，但若有较长的漫流距离和停留时间，也可以达到较高的去除效率。污水土地处理系统的净化包含了物理过滤、物理吸附、物理沉积、物理化学吸附、化学反应和化学沉淀、微生物对有机物的降解等过程。因此，污水在土地处理系统中的净化是一个综合净化过程。BOD的去除氮和磷的去除悬浮物质的去除病原体的去除重金属的去除重金属主要是通过物理化学吸附、化学反应与沉淀等途径被去除的。由于大多数痕量金属的吸附发生在粘土矿物质、金属氧化物以及有机物的表面，所以质地细黏和有机质丰富的土壤对痕量金属的吸附能力比砂质土壤大。一、土地处理系统的净化机理二、土地处理基本工艺地表漫流系统快速渗滤系统湿地处理系统慢速渗滤系统地下渗滤处理系统慢速渗滤系统适用于渗水性能良好的壤土、砂质壤土及蒸发量小、气候润湿的地区。慢速渗滤系统的污水投配负荷一般较低，渗流速度慢，故污水净化效率高，出水水质优良。慢速渗