稳定塘生物处理技术 电子教案

1、国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库水处理微生物教案知识点稳定塘生物处理技术学时2学时教学内容1稳定塘的生物净化机理2稳定塘的类型教学重点稳定塘的生物净化机理教学难点微生物在稳定塘中的作用稳定塘的类型参考资料1.环境微生物学，陈剑虹主编，武汉理工大学出版社，2015.12.环境工程微生物技术，钟飞主编，化学工业出版社，20103.水处理微生物学，赵远主编，高等教育出版社出版，2014.7一、稳定塘的净化机理污水稳定塘属于生物处理设施，稳定塘净化污水的原理与自然水域的自净机理十分相近似，污水在塘内停滞的过程中，水中的有机物通过好氧微生物的代谢活动被氧化，或经过厌氧微生物的分解而达到稳定化。

2、好氧微生物代谢所需要的溶解氧由塘表面的大气复氧作用以及藻类的光合作用提供，也可以通过人工曝气供氧。（1）稳定塘生态系统稳定塘生态系统由生物和非生物两部分组成。生物部分主要包括细菌、藻类、原生动物、后生动物、水生植物以及高等水生动物；非生物部分包括光照、风力、温度、有机负荷、溶解氧、PH值、CO2、氮、磷营养元素等。细菌在稳定塘内对有机污染物的降解起主要作用。稳定塘中的绝大部分细菌属兼性异养菌，这类细菌以有机化合物作为碳源，并以这些物质分解过程中产生的能量作为维持其生理活动的能源。此外，在相应的稳定塘中还存活着好氧菌、厌氧菌以及自养菌。藻类具有叶绿体，能够进行光合作用，是塘水中溶解氧的主要提供者

3、，在稳定塘内起着十分重要的作用。藻类在光照充足的白昼，吸收二氧化碳放出氧；在黑暗的夜晚，消耗氧并放出二氧化碳。稳定塘内藻类的主要种属有绿藻及蓝藻等。在稳定塘内，也出现原生动物和后生动物等微型动物，它们捕食藻类、菌类，防止其过度增殖，其本身又是良好的鱼饵。水生植物，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。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、鹅等水生动物及禽类。在稳定塘内存活的不同类型的生物构成了其生态系统。菌藻共生体系是稳定塘内最基本的生态系统。其它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

4、同的途径强化了污水的净化过程。稳定塘内生态系统中的各种生物种群的作用各不相同，存在着互相依存、互相制约的关系。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，每分解1g有机物需氧1.56g，而每合成1g藻类，释放出1.244g氧。所以，细菌代谢活动所需的氧气由藻类通过光合作用提供，而其代谢产物CO2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及互相制约的关系。稳定塘内的食物链网。在稳定塘内存在着多条食物链，这些食物链纵横交错结成食物链网。细菌，藻类及一些水生植物是生产者，处于最低营养级；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

5、类所吞食；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，水生动物处在最高营养级。如果各营养级之间保持由多到少的数量关系，则能够既使污水中有机污染物得到降解，又使其产物得到充分利用，最后得到鱼、鸭和鹅等水禽产品，建立良好的生态平衡。（2）稳定塘内各种物质的迁移与转化在稳定塘生态系统中，各种物质不断地进行迁移和转化，其中主要的是碳、氮及磷的迁移转化和循环。碳的转化与循环。污水中的碳主要以溶解性有机碳形式进入稳定塘，在塘内首先通过细菌的新陈代谢作用，使溶解性有机碳转化为无机碳，又通过合成作用使细菌本身得到增殖；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

6、通过呼吸作用又释放无机碳；衰死的细菌、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；塘水中的不溶性有机碳在塘底的厌氧发酵作用下分解，转化成溶解性有机碳和无机碳。氮的转化及循环。污水中的氮主要呈有机氮化合物和氨氮两种形态。进入稳定塘后，首先有机氮化合物在微生物作用下分解为氨态氮；氨态氮在硝化菌的作用下，转化为硝酸盐氮；硝态氮在反硝化菌的作用下，还原成分子态氮；在pH值较高，水力停留时间较长，温度较高的环境下，水中的氨态氮以NH3形式存在，可向大气挥发；氨态氮或硝态氮可作为微生物及各种水生植物的营养，合成其本身机体；衰死的细菌和藻类经解体后形成溶解性有机氮和沉淀物；沉淀在厌氧区

7、的有机氮在厌氧菌的作用下，也可得到分解。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。细菌、藻类及其它生物一方面能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（合成代谢）；另一方面，又可氧化分解有机磷（分解代谢）。随着白昼和夜晚光合作用的发生和停止，塘水的pH值随着上升和降低，使溶解性磷与不溶解磷之间在不断地相互转化；如果水中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；如果水中存在硝酸盐，则可促使沉积中的磷转化为溶解性磷。（3）稳定塘对污水的净化作用稀释作用。进入稳定塘的污水在风力、水流以及污染物的扩散作用下与塘水混合，使进水得到稀释，其中各项污

8、染指标的浓度得以降低。稀释并没有改变污染物的性质，但为下一步的生物净化创造了条件。沉淀和絮凝作用。进入稳定塘的污水，由于流速降低，所挟带的悬浮物质沉于塘底。另外，塘水中的生物分泌物一般都具有絮凝作用，使污水中的细小悬浮颗粒产生絮凝作用，沉于塘底成为沉积层。导致污水的SS、BOD、COD等各项指标都得到降低。沉积层则通过厌氧微生物进行分解。水生植物的作用。水生植物能吸收氮、磷等营养，使稳定塘去除氮、磷的功能得到提高；其根部具有富集重金属的功能，可提高重金属的去除率；还有向塘水供氧的功能；其根和茎能吸附有机物和微生物，使去除BOD和COD的功能有所提高。微生物代谢作用。在好氧条件下，异养型好氧菌和

9、兼性菌对有机污染物的代谢作用，是稳定塘内污水净化的主要途径。绝大部分有机污染物都是在这种作用下得以去除的，BOD可去除90以上，COD去除率也可达80。在兼性塘的塘底沉积层和厌氧塘内，厌氧细菌对有机污染物进行厌氧发酵分解，厌氧发酵经历水解、产氢产乙酸和产甲烷3个阶段，最终产物主要是CH4、CO2及硫醇等。CH4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，转化为可降解物质而得以进一步降解。浮游生物的作用。稳定塘内存活着多种浮游生物，它们各自对污

10、水的净化从不同的方面发挥着作用。藻类的主要功能是供氧，同时也可从塘水中去除一些污染物，如氮、磷等；在稳定塘内的原生动物、后生动物及枝角类浮游动物的主要功能是吞食游离细菌和细小的悬浮污染物和污泥颗粒，此外，它们还分泌能够产生生物絮凝作用的粘液；底栖动物能摄取污泥层中的藻类或细菌，使污泥数量减少；鱼类等水生生物捕食微型水生动物和残留于水中的污物；处于同一生物链的各种生物互相制约，其动态平衡有利于水质净化。（4）影响稳定塘净化过程的因素光照。光是藻类进行光合作用的能源，在足够的光照强度条件下，藻类才能将各种物质转化为细胞的原生质。温度。温度直接影响细菌和藻类的生命活动，在适宜的温度下，微生物的代谢速

11、率较高。营养物质。要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，并使营养元素、微量元素保持平衡。混合。进水与塘内原有塘水的充分混合，能使营养物质与溶解氧均匀分布，使有机物与细菌充分接触，以使稳定塘更好地发挥其净化功能。有毒物质。应对稳定塘进水中的有毒物质的浓度加以限制，以避免其对塘内微生物产生抑制或毒害作用。蒸发量和降雨量。蒸发和降雨的作用使稳定塘中污染物质的浓度得到浓缩或稀释，污水在塘中的停留时间也因此而增加或缩短，将会在一定程度上影响到稳定塘的净化效率。污水的预处理。进入稳定塘的污水，进行适当的预处理，可以提高和保证稳定塘的净化功能，使其正常工作。预处理包括：去除悬

12、浮物和油脂、调整PH值、去除污水中的有毒有害物质、水解酸化等。二、稳定塘的类型稳定塘是自然的或经过人工适当修整、设围堤和防渗层的污水池塘，又称氧化塘、生物塘。稳定塘是一种古老而又不断发展的、在自然条件下处理污水的生物处理系统，稳定塘系统由若干自然或人工挖掘的池塘组成，主要依靠菌藻作用或菌藻、水生生物等自然生物净化功能净化污水，污水在塘中的净化过程与自然水体的自净过程相近。稳定塘能够有效地处理生活污水、城市污水和各种有机性工业废水。根据塘水中微生物优势群体类型和塘水的溶解氧工况将稳定塘分为好氧塘、兼性塘、厌氧塘、曝气塘。专门用以处理二级处理后出水的稳定塘称为深度处理塘。根据处理水的出水方式，稳定

13、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方式运行。稳定塘处理污水建设周期短，易于施工，基建投资低；依靠自然功能净化污水，能耗低，便于维护，管理方便，运行费用低；因污水在塘内的停留时间长，故对水量、水质的变化有很强的适应能力；与养鱼、种殖水生作物相结合，在塘内形成多级食物链，能够实现污水资源化，使污水处理与利用相结合；稳定塘能够将污水中的有机物转化为可用物质，处理后的污水可用于农业灌溉，以利用污水的水肥资源。另外，稳定塘处理污水停留时间长，占地面积大，没有空闲的余地不宜采用；污水净化效果，在很大程度上受季节

14、、气温、光照等自然因素的控制，不够稳定；卫生条件较差，易滋生蚊蝇，散发臭气；塘底防渗处理不好，可能引起对地下水的污染。1.好氧塘好氧塘深度一般在0.5m左右，以使阳光能够透入塘底。主要由藻类供氧，塘表面也由于风力的搅动进行自然复氧，全部塘水都呈好氧状态，由好氧微生物对有机污染物起降解作用。在好氧塘内高效地进行着光合反应和有机物的降解反应。好氧塘内的溶解氧是充足的，但在一日之内是变化的。在白昼，藻类光合作用放出的氧远远超过细菌所需，塘水中氧的含量很高，可达到饱和状态；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。随着CO2浓度的变化，引起好氧塘内pH值的变化。在白昼pH值

15、上升，夜晚又行下降。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。高负荷好氧塘的有机负荷率高，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。普通好氧塘的有机负荷率较前者低，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，有机负荷率很低，水力停留时间较长，处理水质良好。好氧塘内的生物相在种类与种属方面比较丰富。有菌类、藻类、原生动物、后生动物等。在数量上是相当可观的，每lrnL水滴内的细菌数可高达1085×109个。好氧塘的优点是净化功能较高，有机污染物降解速率高，污水在塘内的停留时间短。但进水应

16、进行比较彻底的预处理。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。2.兼性塘兼性塘是城市污水处理最常用的一种稳定塘，塘深在1.02.5m，在阳光能够照射透入的塘的上层为好氧层，由好氧异养微生物对有机污染物进行氧化分解。沉淀的污泥和衰死的藻类在塘的底部形成厌氧层，由厌氧微生物起主导作用进行厌氧发酵。在好氧层与厌氧层之间为兼性层，其溶解氧时有时无，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，它既能够利用水中游离的分子氧，也能够在厌氧条件下，从NO3-或CO32-中摄取氧。在兼性塘内进行的净化反应是比较复杂的，生物相也比较

17、丰富，其污水净化是由好氧、兼性、厌氧微生物协同完成的。3.厌氧塘厌氧塘深度一般在2.0m以上，有机负荷率高，整个塘水基本上都呈厌氧状态。厌氧塘是依靠厌氧菌的代谢功能使有机污染物得到降解，包括水解、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。厌氧塘在参与反应的生物方面，只有细菌，不存在其它任何生物。在系统中有产酸菌、产氢产乙酸菌和产甲烷菌共存，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、乙酸和氢则是产甲烷菌的营养物质。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。厌氧塘内污水的污染物浓度高、塘深大，易于污染地下水，因此，

18、必须有防渗措施。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。厌氧塘处理的某些废水，在水面上可能形成浮渣层，它对保持塘水温度有利，但有碍观瞻，且在浮渣上易滋生小虫，又有碍环境卫生，应考虑采取适当措施。厌氧稳定塘一般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。4.曝气塘曝气塘是经过人工强化的稳定塘，塘深在2.0m以上，塘内设曝气设备向塘内污水充氧，并使塘水搅动。曝气塘又可分为好氧曝气塘及兼性曝气塘两种。主要取决于曝气设备安设的数量及密度、曝气强度的大小等。好氧曝气塘与活性污泥处理法中的延时曝气法相近。曝气设备多采用表面机械曝气器，也可以采用鼓风曝气系统。在曝气条件下，藻类的生长与光合作用受到抑制。由于经过人工强化，曝气塘的净化效果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，能耗增加，运行费用也有所提高。5.深度处理塘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。其功能是进一步降低二级处理水中残余的有机污染物（BOD、COD）、SS、细菌以及氮磷等植物性营养物质等。又称三级处理塘、熟化塘，在污水处理厂和接纳水体之间起到缓冲作用，以适应受纳水体或回用对水质的要求。深度处理塘一般多采用好氧塘的形式，采用大气复氧或藻类