水污染控制工程教学作者孙体昌娄金生自然条件下生物处理实用教案

1、2022-5-21第22章 自然条件下生物(shngw)处理22.1 22.1 稳定稳定(wndng)(wndng)塘塘 好氧塘好氧塘 厌氧塘厌氧塘 兼性塘兼性塘 曝气塘曝气塘 生态系统塘生态系统塘22.222.2土地处理土地处理(chl)(chl) 土地处理土地处理(chl)(chl)系统的基本类型系统的基本类型 土地处理土地处理(chl)(chl)系统的原理系统的原理 影响土地处理影响土地处理(chl)(chl)效果的因素效果的因素22.322.3工程案例工程案例第1页/共60页第一页，共60页。2022-5-2122.1 22.1 稳定稳定(wndng)(wndng)塘塘p稳定塘又称氧化

2、塘或生物塘。通常是将天然水塘或将土地进行稳定塘又称氧化塘或生物塘。通常是将天然水塘或将土地进行(jnxng)适当适当的人工修整而成的有机废水处理塘，并设置围堤和防渗层，污水在塘内缓慢的人工修整而成的有机废水处理塘，并设置围堤和防渗层，污水在塘内缓慢的流动，停留时间较长，通过微生物及水生动植物的综合作用，使有机污染的流动，停留时间较长，通过微生物及水生动植物的综合作用，使有机污染物得到降解，污水得以净化。物得到降解，污水得以净化。p第一个有记录的稳定塘系统是美国第一个有记录的稳定塘系统是美国1901年在得克萨斯州的圣安尔尼奥市修建年在得克萨斯州的圣安尔尼奥市修建的。由于稳定塘具有经济节能并能实现

3、污水资源化等特点，所以受到各国政的。由于稳定塘具有经济节能并能实现污水资源化等特点，所以受到各国政府的高度重视。尤其从府的高度重视。尤其从20世纪四、五十年代开始，受全球能源危机的影响，世纪四、五十年代开始，受全球能源危机的影响，国际上对能耗较低、运行稳定的稳定塘技术的研究给予了足够的重视，并在国际上对能耗较低、运行稳定的稳定塘技术的研究给予了足够的重视，并在实践中大范围推广。实践中大范围推广。 第2页/共60页第二页，共60页。2022-5-21p目前，全世界已经有目前，全世界已经有50多个国家在使用稳定塘系统，其中法国多个国家在使用稳定塘系统，其中法国(f u)有有1500余座，美国有余座

4、，美国有12000余座。在发展中国家，稳定塘的应余座。在发展中国家，稳定塘的应用也比较广泛，如马来西亚工业废水总量的用也比较广泛，如马来西亚工业废水总量的40%都是利用稳定塘都是利用稳定塘进行处理的。我国利用稳定塘处理污水的研究始于进行处理的。我国利用稳定塘处理污水的研究始于20世纪世纪50年代，年代，我国政府对稳定塘一直采取鼓励扶植的措施。我国政府对稳定塘一直采取鼓励扶植的措施。p按照塘中优势微生物种属、按照塘中优势微生物种属、DO浓度以及塘的功能，稳定塘分为好浓度以及塘的功能，稳定塘分为好氧塘、厌氧塘、兼性塘和曝气塘。为防止稳定塘内污泥淤积，污氧塘、厌氧塘、兼性塘和曝气塘。为防止稳定塘内污

5、泥淤积，污水进入稳定塘之前应进行预处理以去除水中的悬浮物，预处理包水进入稳定塘之前应进行预处理以去除水中的悬浮物，预处理包括格栅、沉砂池和沉淀池。括格栅、沉砂池和沉淀池。第3页/共60页第三页，共60页。2022-5-21n好氧塘水中好氧塘水中DO一般大于一般大于1.5mg/L，DO主要来自藻类的光合作用和大主要来自藻类的光合作用和大气气(dq)复氧，因此塘深较浅，以使阳光照达塘底，同时，利于大气复氧，因此塘深较浅，以使阳光照达塘底，同时，利于大气(dq)对水体的扩散传输。对水体的扩散传输。n根据有机负荷的高低，好氧塘分为高负荷好氧塘、普通好氧塘和深根据有机负荷的高低，好氧塘分为高负荷好氧塘、

6、普通好氧塘和深度处理好氧塘。高负荷好氧塘深度浅、有机负荷较高、度处理好氧塘。高负荷好氧塘深度浅、有机负荷较高、HRT短，适短，适于气候温暖、光照充足的地区选用；普通好氧塘即为一般的好氧塘，于气候温暖、光照充足的地区选用；普通好氧塘即为一般的好氧塘，有机负荷稍低、有机负荷稍低、HRT较长；深度处理好氧塘一般用于处理污水处理较长；深度处理好氧塘一般用于处理污水处理厂二级出水，所以负荷很低，出水水质较好。三种好氧塘的典型参厂二级出水，所以负荷很低，出水水质较好。三种好氧塘的典型参数见表数见表22-1。第4页/共60页第四页，共60页。2022-5-21表表22-1 22-1 好氧塘的典型好氧塘的典型

7、(dinxng)(dinxng)参数参数设计参数设计参数高负荷高负荷好氧塘好氧塘普通普通好氧塘好氧塘深度处理深度处理好氧塘好氧塘表面负荷表面负荷/kgBOD5/(104m2d)4016020405水力停留时间水力停留时间/d4626520有效水深有效水深/m0.30.450.51.50.51.5BOD5去除率去除率/%809580956080藻类浓度藻类浓度/(mg/L)10026040100510出水出水SS/(mg/L)150300801401030第5页/共60页第五页，共60页。2022-5-21n好氧塘内的生物种群主要有细菌、藻类、原生动物、微好氧塘内的生物种群主要有细菌、藻类、原生

8、动物、微型后生动物、水生植物及其它水生动物。在阳光照射下，型后生动物、水生植物及其它水生动物。在阳光照射下，藻类进行光合作用，释放出藻类进行光合作用，释放出O2，同时，由于风力的搅，同时，由于风力的搅动，塘表面还存在大气复氧，二者使塘水呈好氧状态动，塘表面还存在大气复氧，二者使塘水呈好氧状态(zhungti)，好氧微生物是净化有机污染物的优势菌种。，好氧微生物是净化有机污染物的优势菌种。n因此，好氧塘应该建在温度适宜、光照充分、通风条件因此，好氧塘应该建在温度适宜、光照充分、通风条件良好的地方。好氧塘内的细菌主要生存在水深良好的地方。好氧塘内的细菌主要生存在水深0.5m的上的上层，浓度约为层，

9、浓度约为11085109个个/mL，主要种属与好氧，主要种属与好氧活性污泥和生物膜类似。好氧塘内有机物的降解过程，活性污泥和生物膜类似。好氧塘内有机物的降解过程，实质是有机污染物转化为无机物和固态有机物实质是有机污染物转化为无机物和固态有机物细菌与细菌与藻类细胞的过程，其基本工作原理如图藻类细胞的过程，其基本工作原理如图22-1所示。所示。第6页/共60页第六页，共60页。2022-5-21好 氧 微 生 物 污 水 中的 有 机 物水 面风自 身 细 胞 物 质CO 、NH 、POO22藻 类4+43-2O2O阳 光部 分沉 降塘 底 部降 解合 成图图22-1 22-1 好氧塘的工作好氧塘

10、的工作(gngzu)(gngzu)原理原理第7页/共60页第七页，共60页。2022-5-21n好氧型异养细菌利用水中的氧，通过好氧代谢氧化分解有好氧型异养细菌利用水中的氧，通过好氧代谢氧化分解有机污染物并合成自身细胞物质（机污染物并合成自身细胞物质（C5H7NO2），形成细胞增），形成细胞增殖。殖。n细菌代谢产物如细菌代谢产物如CO2、NH4+、PO43等则是藻类合成代等则是藻类合成代谢的谢的C、N、P营养源，通过藻类细胞营养源，通过藻类细胞（C106H263O110N16P）的合成达到去除氮、磷等营养物）的合成达到去除氮、磷等营养物的目的。的目的。n好氧塘中的原生动物和微型后生动物的种属数

11、与个体数，好氧塘中的原生动物和微型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，但对于均比活性污泥法和生物膜法少，但对于(duy)好氧塘系统好氧塘系统的生态平衡、减少污泥沉积量是不可缺少的。微型动物如的生态平衡、减少污泥沉积量是不可缺少的。微型动物如水蚤，可以捕食藻类和细菌，防止其过度繁殖。水蚤，可以捕食藻类和细菌，防止其过度繁殖。n这样，污水通过菌、藻和原生动物的共同作用得到了净化。这样，污水通过菌、藻和原生动物的共同作用得到了净化。第8页/共60页第八页，共60页。2022-5-21n藻类的种类和数量与塘的负荷有关，它可反映塘的运行状藻类的种类和数量与塘的负荷有关，它可反映塘的运行

12、状况和处理效果。若塘水营养物质浓度过高，会引起藻类异况和处理效果。若塘水营养物质浓度过高，会引起藻类异常繁殖，产生常繁殖，产生“水华水华”，破坏好氧塘系统正常的生态平衡。，破坏好氧塘系统正常的生态平衡。藻类的光合作用使塘水的藻类的光合作用使塘水的DO昼夜浓度不同。昼夜浓度不同。n白天藻类光合放氧，超过细菌降解有机物的需氧量，此时白天藻类光合放氧，超过细菌降解有机物的需氧量，此时(c sh)塘水的塘水的DO浓度很高，甚至可达饱和状态；夜间，浓度很高，甚至可达饱和状态；夜间，藻类停止光合作用，藻类和细菌的呼吸都要消耗氧，使水藻类停止光合作用，藻类和细菌的呼吸都要消耗氧，使水中的中的DO浓度下降，凌

13、晨时达到最低。浓度下降，凌晨时达到最低。n好氧塘降解有机物的速率很快，处理程度高，但对细菌的好氧塘降解有机物的速率很快，处理程度高，但对细菌的去除效果较差，而且出水中含有大量的藻类，排水前需要去除效果较差，而且出水中含有大量的藻类，排水前需要进行除藻处理。好氧塘既可以单独使用，又可以串联在其进行除藻处理。好氧塘既可以单独使用，又可以串联在其它处理系统之后，进行深度处理。它处理系统之后，进行深度处理。第9页/共60页第九页，共60页。2022-5-21u厌氧塘有效水深一般为厌氧塘有效水深一般为2.55.0m，有机，有机(yuj)负荷高，有利于形成厌氧条件。负荷高，有利于形成厌氧条件。厌氧塘进水口

14、设在底部，距塘底厌氧塘进水口设在底部，距塘底0.61.0m，以便使进水与塘底污泥相混合，以便使进水与塘底污泥相混合，如图如图22-2。u厌氧塘的工作原理及其控制与其它厌氧生物处理过程类似，厌氧微生物是净厌氧塘的工作原理及其控制与其它厌氧生物处理过程类似，厌氧微生物是净化有机化有机(yuj)污染物的优势菌种。污染物的优势菌种。第10页/共60页第十页，共60页。2022-5-21图图22-2 22-2 厌氧塘示意图厌氧塘示意图第11页/共60页第十一页，共60页。2022-5-21n厌氧塘的特点如下：厌氧塘的特点如下：n有机负荷高，耐冲击负荷较强；有机负荷高，耐冲击负荷较强；n由于塘较深，所以占

15、地省；由于塘较深，所以占地省；n所需动力少，运转维护费用低；所需动力少，运转维护费用低；n一般置于塘系统的首端，作为预处理设施，在其后再设兼一般置于塘系统的首端，作为预处理设施，在其后再设兼性塘、好氧塘甚至深度处理塘，做进一步处理，这样可以大性塘、好氧塘甚至深度处理塘，做进一步处理，这样可以大大减少后续兼性塘和好氧塘的容积；大减少后续兼性塘和好氧塘的容积；n臭味大，工作条件臭味大，工作条件(tiojin)比较恶劣；比较恶劣；n温度无法控制，净化速率低，污水停留时间长，城市污水温度无法控制，净化速率低，污水停留时间长，城市污水的水力停留时间一般为的水力停留时间一般为3050d。n厌氧塘适用于高温

16、、高浓度的有机废水的处理，如食品、生厌氧塘适用于高温、高浓度的有机废水的处理，如食品、生物制药、石油化工、屠宰场、畜牧场、养殖场、酿酒等工业物制药、石油化工、屠宰场、畜牧场、养殖场、酿酒等工业废水。废水。第12页/共60页第十二页，共60页。2022-5-21n兼性塘是最常见的一种稳定塘。兼性塘的有效水深一般为兼性塘是最常见的一种稳定塘。兼性塘的有效水深一般为1.02.0m，从上到，从上到下分为三层：上层为好氧区；中间层为兼性区；塘底为厌氧区，沉淀污泥在下分为三层：上层为好氧区；中间层为兼性区；塘底为厌氧区，沉淀污泥在此进行厌氧发酵，如图此进行厌氧发酵，如图22-3。n兼性塘有助于克服厌氧塘的

17、臭气兼性塘有助于克服厌氧塘的臭气(chu q)和好氧塘的藻类增殖的问题。和好氧塘的藻类增殖的问题。第13页/共60页第十三页，共60页。2022-5-21图图22-3 22-3 兼性塘的工作兼性塘的工作(gngzu)(gngzu)原理原理第14页/共60页第十四页，共60页。2022-5-21n好氧区好氧区DO充足，净化原理与好氧塘基本相同。兼性区充足，净化原理与好氧塘基本相同。兼性区的的DO较低，起作用的主要是异养型兼性细菌，它既能较低，起作用的主要是异养型兼性细菌，它既能利用利用(lyng)水中的少量水中的少量DO对有机物进行氧化分解，对有机物进行氧化分解，同时，在同时，在DO缺乏时，还能

18、以缺乏时，还能以NO3、CO32作为电作为电子受体进行无氧呼吸。子受体进行无氧呼吸。n厌氧区内没有厌氧区内没有DO，进水中的，进水中的SS以及藻类、细菌等死亡以及藻类、细菌等死亡后沉到塘底形成污泥层，厌氧微生物通过产甲烷发酵使后沉到塘底形成污泥层，厌氧微生物通过产甲烷发酵使有机物分解。有机物分解。n兼性塘投资省，管理方便；耐冲击负荷较强；处理程度兼性塘投资省，管理方便；耐冲击负荷较强；处理程度高，出水水质好；适应多种废水的处理，既可用来处理高，出水水质好；适应多种废水的处理，既可用来处理城市污水，也能用于处理石油化工、印染、造纸等工业城市污水，也能用于处理石油化工、印染、造纸等工业废水。废水。

19、第15页/共60页第十五页，共60页。2022-5-21u好氧塘的人工强化形式就是曝气塘，即在好氧塘表面安装人工曝气设备，通过好氧塘的人工强化形式就是曝气塘，即在好氧塘表面安装人工曝气设备，通过充氧充氧(chn yn)使塘水搅动。使塘水搅动。u曝气既可以采用表面机械曝气，也可以采用鼓风曝气。曝气既可以采用表面机械曝气，也可以采用鼓风曝气。u所以，曝气塘实际上是介于活性污泥法中的延时曝气法与稳定塘之间的一种工所以，曝气塘实际上是介于活性污泥法中的延时曝气法与稳定塘之间的一种工艺。艺。u根据曝气强度，曝气塘可分为完全混合曝气塘（或称好氧曝气塘）和部分混合根据曝气强度，曝气塘可分为完全混合曝气塘（或

20、称好氧曝气塘）和部分混合曝气塘（或称兼性曝气塘），如图曝气塘（或称兼性曝气塘），如图12-4。第16页/共60页第十六页，共60页。2022-5-21n如果曝气功率足够大，可以使塘中全部生物污泥处于如果曝气功率足够大，可以使塘中全部生物污泥处于(chy)悬浮状态，即为完全混合曝气塘，如图悬浮状态，即为完全混合曝气塘，如图22-4a，此时，塘中，此时，塘中DO足够生物氧化的需要；足够生物氧化的需要；图图22-4 22-4 曝气塘曝气塘a) -a) -完全(wnqun)(wnqun)混合曝气塘 进水 出水(ch shu) (ch shu) 表曝机全部固体都处于悬浮状态第17页/共60页第十七页，共

21、60页。2022-5-21n如果曝气功率如果曝气功率(gngl)仅能使部分生物污泥处于悬浮状仅能使部分生物污泥处于悬浮状态，一部分固体物质沉积于塘底，即为部分混合曝气塘，态，一部分固体物质沉积于塘底，即为部分混合曝气塘，如图如图22-4b，此时，塘中，此时，塘中DO不够，兼性厌氧微生物活跃。不够，兼性厌氧微生物活跃。图图22-4 22-4 曝气塘曝气塘 b) b) 部分(b fen)(b fen)混合曝气塘实践表明，对实践表明，对35m深的曝气塘，表曝机比功率深的曝气塘，表曝机比功率(gngl)为为6kW/1000m3时，呈时，呈好氧曝气塘状态；比功率好氧曝气塘状态；比功率(gngl)在在1k

22、W/1000m3时，呈兼性曝气塘状态。时，呈兼性曝气塘状态。部分固体处于悬浮状态部分固体沉积塘底第18页/共60页第十八页，共60页。2022-5-21n曝气塘不同于一般稳定塘的特点在于：曝气塘不同于一般稳定塘的特点在于：nHRT短，一般为短，一般为310d，所以体积小，占地省；，所以体积小，占地省；n处理程度处理程度(chngd)高；高；n耐冲击负荷较强；耐冲击负荷较强；n藻类很少，起净化作用的微生物主要是异养型细菌；藻类很少，起净化作用的微生物主要是异养型细菌；n由于采用了人工曝气，所以运行维护费用高；由于采用了人工曝气，所以运行维护费用高；n污水排放前必须进行沉淀，即要设沉淀塘。污水排放

23、前必须进行沉淀，即要设沉淀塘。n稳定塘类型很多，所以可以根据需要组合成多种不同稳定塘类型很多，所以可以根据需要组合成多种不同的流程。的流程。n几种典型的流程为：单独使用好氧塘或曝气塘、兼性几种典型的流程为：单独使用好氧塘或曝气塘、兼性塘后接好氧塘、厌氧塘后接兼性塘和好氧塘、曝气塘塘后接好氧塘、厌氧塘后接兼性塘和好氧塘、曝气塘后接兼性塘。后接兼性塘。第19页/共60页第十九页，共60页。2022-5-21除了上述四种主要靠微生物起净化作用的生物稳定塘外，还有在稳定塘内（一除了上述四种主要靠微生物起净化作用的生物稳定塘外，还有在稳定塘内（一般是好氧塘和兼性塘）种植水生植物的水生植物塘和放养动物的养

24、殖塘，统称生般是好氧塘和兼性塘）种植水生植物的水生植物塘和放养动物的养殖塘，统称生态系统塘。态系统塘。养殖的植物或动物与原生动物、浮游动物、底栖动物、细菌养殖的植物或动物与原生动物、浮游动物、底栖动物、细菌(xjn)、藻类之间、藻类之间通过起相互协调的通过起相互协调的“食物链食物链”，构成复杂的生态系统，既能进一步净化水质，又，构成复杂的生态系统，既能进一步净化水质，又可以使出水中藻类的含量降低，以提高污水处理效果。可以使出水中藻类的含量降低，以提高污水处理效果。第20页/共60页第二十页，共60页。2022-5-21水生植物塘种植的维管束水生植物分为挺水植物、浮水植物水生植物塘种植的维管束水

25、生植物分为挺水植物、浮水植物和沉水植物。和沉水植物。放养放养(fngyng)的品种取决于污水水质、植物的适应和净化的品种取决于污水水质、植物的适应和净化能力、是否易于收获处置及是否有利用价值等。能力、是否易于收获处置及是否有利用价值等。一般认为，水葫芦、绿萍、水浮莲等浮水植物耐污能力强，一般认为，水葫芦、绿萍、水浮莲等浮水植物耐污能力强，适于前级稳定塘放养适于前级稳定塘放养(fngyng)；芦苇、水葱、菖蒲等挺水植；芦苇、水葱、菖蒲等挺水植物具有中能耐污能力，适于在水浅的前级氧化塘栽植；而马来物具有中能耐污能力，适于在水浅的前级氧化塘栽植；而马来眼子菜、叶状眼子菜、茨藻、金鱼藻等沉水植物则适于

26、在塘水眼子菜、叶状眼子菜、茨藻、金鱼藻等沉水植物则适于在塘水深度较小和有机负荷较低的后级氧化塘和接纳二级处理水的塘深度较小和有机负荷较低的后级氧化塘和接纳二级处理水的塘中放养中放养(fngyng)。这些水生植物能有效地去除水中的污染物，尤其是对氮、磷这些水生植物能有效地去除水中的污染物，尤其是对氮、磷有较好的去除效果。有较好的去除效果。第21页/共60页第二十一页，共60页。2022-5-21水生植物对污染物的净化，主要是通过两种途径完成的：一水生植物对污染物的净化，主要是通过两种途径完成的：一是通过根部吸收氮、磷、重金属等营养物后富集在生物体内；是通过根部吸收氮、磷、重金属等营养物后富集在生

27、物体内；二是它们发达的根系上形成了大量的生物膜，植株通过根端向二是它们发达的根系上形成了大量的生物膜，植株通过根端向生物膜输氧，使微生物参与对污染物的净化。生物膜输氧，使微生物参与对污染物的净化。此外，在接纳二级处理出水的稳定塘中，还可种植白茭、藕此外，在接纳二级处理出水的稳定塘中，还可种植白茭、藕等水生蔬菜或青绿饲料，作为水生种植塘利用等水生蔬菜或青绿饲料，作为水生种植塘利用好氧塘和兼性塘中有水生动物所必需的好氧塘和兼性塘中有水生动物所必需的DO和饵料，具备养殖和饵料，具备养殖鱼类、螺、蚌和鸭、鹅等家禽的良好条件。这种养殖塘以阳光鱼类、螺、蚌和鸭、鹅等家禽的良好条件。这种养殖塘以阳光为能源、

28、对污染物进行同化降解，并在食物链中迁移转化，最为能源、对污染物进行同化降解，并在食物链中迁移转化，最终转化为动物蛋白。国内若干大、中型养殖塘的运行终转化为动物蛋白。国内若干大、中型养殖塘的运行(ynxng)结果表明，它比普通菌藻共生塘有更高的净化效果。结果表明，它比普通菌藻共生塘有更高的净化效果。第22页/共60页第二十二页，共60页。2022-5-21典型的养殖塘是养鱼塘，养鱼塘的水深宜采为典型的养殖塘是养鱼塘，养鱼塘的水深宜采为22.5m。虽然水。虽然水深增加不利于光合作用，但由于鱼群活动形成自然搅拌混合，藻深增加不利于光合作用，但由于鱼群活动形成自然搅拌混合，藻类能轮流接受光照，从而能保

29、证塘水中的类能轮流接受光照，从而能保证塘水中的DO浓度浓度(nngd)。养鱼塘宜采用多塘串联，前一、二级使废水有机物浓度养鱼塘宜采用多塘串联，前一、二级使废水有机物浓度(nngd)大幅度降低并培养藻类，水深应浅一些，第三、四级主要培养浮大幅度降低并培养藻类，水深应浅一些，第三、四级主要培养浮游动物，它们以前面好氧塘的藻类为食料，又作为后面养鱼塘鱼游动物，它们以前面好氧塘的藻类为食料，又作为后面养鱼塘鱼类的饵料；最后一级做养鱼塘。类的饵料；最后一级做养鱼塘。养殖塘必须防止含重金属和累积性毒物的废水进入，否则会通过养殖塘必须防止含重金属和累积性毒物的废水进入，否则会通过食物链危及人体。塘附近应有净

30、水水源或设机械曝气装置，以便食物链危及人体。塘附近应有净水水源或设机械曝气装置，以便在进水有机物浓度在进水有机物浓度(nngd)过高或出现塘水缺氧时用清水稀释或过高或出现塘水缺氧时用清水稀释或强化曝气予以调节。强化曝气予以调节。第23页/共60页第二十三页，共60页。2022-5-21n综合来看，稳定塘具有如下优点：综合来看，稳定塘具有如下优点：n便于因地制宜，基建投资低。如有旧河道、沼泽地、谷便于因地制宜，基建投资低。如有旧河道、沼泽地、谷地、废塘可利用时，可大幅降低稳定塘系统的建设周期和基地、废塘可利用时，可大幅降低稳定塘系统的建设周期和基建投资；建投资；n运行维护方便，能耗较低。氧化塘主

31、要利用水体自然净运行维护方便，能耗较低。氧化塘主要利用水体自然净化能力，因而动力消耗少，运行费用低；化能力，因而动力消耗少，运行费用低；n有利于实现污水的资源化综合利用。处理后的污水一般有利于实现污水的资源化综合利用。处理后的污水一般能达到能达到(d do)农业灌溉的水质标准，充分利用水肥资源。农业灌溉的水质标准，充分利用水肥资源。第24页/共60页第二十四页，共60页。2022-5-21n稳定塘同时也具有一些难以解决的弊端，主要是：稳定塘同时也具有一些难以解决的弊端，主要是：n占地面积大。如果没有足够的空闲余地，不适宜采用稳定占地面积大。如果没有足够的空闲余地，不适宜采用稳定塘处理污水；塘处

32、理污水；n处理效果不稳定。其出水水质不仅受进水水质影响，而且处理效果不稳定。其出水水质不仅受进水水质影响，而且在很大程度上受气温、光照等自然因素的控制，尤其在冬季在很大程度上受气温、光照等自然因素的控制，尤其在冬季出水水质往往难以达标；出水水质往往难以达标；n底泥淤积严重，容易产生二次污染。如果防渗措施不当，底泥淤积严重，容易产生二次污染。如果防渗措施不当，容易产生地下水的污染，同时，稳定塘也容易孳生蚊蝇并散容易产生地下水的污染，同时，稳定塘也容易孳生蚊蝇并散发臭气。发臭气。n正因为稳定塘存在上述缺点，所以利用稳定塘处理污水，必正因为稳定塘存在上述缺点，所以利用稳定塘处理污水，必须进行合理的设

33、计和科学的管理须进行合理的设计和科学的管理(gunl)，减少其负面影响，减少其负面影响，污水稳定塘的设计注意参考污水稳定塘的设计注意参考“污水稳定塘设计规范污水稳定塘设计规范”（CJJ/T54-93）。）。第25页/共60页第二十五页，共60页。2022-5-21第22章 自然(zrn)条件下生物处理 22.1 22.1 稳定稳定(wndng)(wndng)塘塘 好氧塘好氧塘 厌氧塘厌氧塘 兼性塘兼性塘 曝气塘曝气塘 生态系统塘生态系统塘 22.222.2土地处理土地处理 土地处理系统土地处理系统(xtng)(xtng)的基本类型的基本类型 土地处理系统土地处理系统(xtng)(xtng)的原

34、理的原理 影响土地处理效果的因素影响土地处理效果的因素 22.322.3工程案例工程案例第26页/共60页第二十六页，共60页。2022-5-2122.222.2土地土地(td)(td)处理处理p土地处理系统是一种污水处理的生态工程技术，通过农田、林土地处理系统是一种污水处理的生态工程技术，通过农田、林地、苇地等微生物地、苇地等微生物-土壤土壤(trng)-植物系统的生物、化学、物植物系统的生物、化学、物理等固定与降解作用，在污染物得以净化的同时，使水中的营理等固定与降解作用，在污染物得以净化的同时，使水中的营养物质和水分得以循环利用。因此，土地处理是使污水资源化、养物质和水分得以循环利用。因

35、此，土地处理是使污水资源化、无害化和稳定化的处理利用系统。无害化和稳定化的处理利用系统。p污水的土地处理与利用是在污水农田灌溉的基础上发展起来的，污水的土地处理与利用是在污水农田灌溉的基础上发展起来的，二者既有密切的联系，又有显著的差别，二者主要区别见表二者既有密切的联系，又有显著的差别，二者主要区别见表22-2。第27页/共60页第二十七页，共60页。2022-5-21表表22-222-2污水的土地污水的土地(td)(td)处理与农田灌溉的区别处理与农田灌溉的区别土地处理土地处理农田灌溉农田灌溉主要目的主要目的利用土壤利用土壤植物系统净化污水、植物系统净化污水、控制水污染控制水污染利用水肥资

36、源利用水肥资源水量水质控水量水质控制制对进水的水量、水质有较严格对进水的水量、水质有较严格的要求，需要一定的预处理的要求，需要一定的预处理以灌水定额、灌溉制度以灌水定额、灌溉制度及废水农田排放标准来及废水农田排放标准来控制灌溉水的水量与水控制灌溉水的水量与水质质负荷控制负荷控制通过试验研究确定设计运行参通过试验研究确定设计运行参数，采用适宜负荷与运行条件数，采用适宜负荷与运行条件无专门的设计运行参数，无专门的设计运行参数，一般无完整科学的设计一般无完整科学的设计运行时间限运行时间限制制一般能终年运行一般能终年运行不能终年运行不能终年运行污水收集系污水收集系统统一般有收集系统，对出水进行一般有收

37、集系统，对出水进行有控的排放与利用有控的排放与利用出水不加收集出水不加收集监测系统监测系统设有对周围环境的监测系统设有对周围环境的监测系统无专门的环境监测系统无专门的环境监测系统第28页/共60页第二十八页，共60页。2022-5-21p土地土地(td)处理系统由五部分组成：处理系统由五部分组成：p污水预处理设施；污水预处理设施；p污水调节和储存设施；污水调节和储存设施；p污水的输送、布水及控制系统；污水的输送、布水及控制系统；p土地土地(td)净化田；净化田；p净化出水的收集和利用系统。净化出水的收集和利用系统。p土地土地(td)净化田是土地净化田是土地(td)处理系统的核心环节。处理系统的

38、核心环节。第29页/共60页第二十九页，共60页。2022-5-21n根据根据(gnj)处理目标、处理对象的不同，土地处理系统可分为快速渗滤、慢速处理目标、处理对象的不同，土地处理系统可分为快速渗滤、慢速渗滤、地表漫流、地下渗滤和湿地系统等渗滤、地表漫流、地下渗滤和湿地系统等5种类型。种类型。n1慢速渗滤系统慢速渗滤系统n 慢速渗滤系统如图慢速渗滤系统如图22-5所示。根据所示。根据(gnj)种植的植物的不同它又分为农业型和种植的植物的不同它又分为农业型和森林型两种。森林型两种。n在慢速渗滤中，污水用表面布水或喷灌布水，污水经布水后缓慢向下渗滤，土地在慢速渗滤中，污水用表面布水或喷灌布水，污水

39、经布水后缓慢向下渗滤，土地净化田上的作物吸收污水中的水分和营养成分，通过土壤净化田上的作物吸收污水中的水分和营养成分，通过土壤-微生物微生物-作物系统对污作物系统对污水进行净化，部分污水被蒸发和渗滤。水进行净化，部分污水被蒸发和渗滤。第30页/共60页第三十页，共60页。2022-5-21图图22-5 22-5 慢速渗滤慢速渗滤(shn l)(shn l)系统系统u慢速渗滤系统的污水投配负荷一般较低，渗滤速度慢，慢速渗滤系统的污水投配负荷一般较低，渗滤速度慢，故污水净化效率高，出水水质好。故污水净化效率高，出水水质好。u适用于渗水性良好的土壤（如砂质土壤）及蒸发量小、适用于渗水性良好的土壤（如

40、砂质土壤）及蒸发量小、气候润湿气候润湿(rn sh)的地区。的地区。u由于水力负荷率比快速渗滤小得多，废水中的水和养由于水力负荷率比快速渗滤小得多，废水中的水和养料可被作物充分吸收利用，污染地下水的可能也较小，料可被作物充分吸收利用，污染地下水的可能也较小，因而被认为是土地处理中最适宜的方法。因而被认为是土地处理中最适宜的方法。第31页/共60页第三十一页，共60页。2022-5-21n2 2快速(kui s)(kui s)渗滤系统n 快速渗滤是为了适应城市污水的处理出水回注地下水快速渗滤是为了适应城市污水的处理出水回注地下水和废水再生回用的需要而发展起来的一种高效、低耗、和废水再生回用的需要

41、而发展起来的一种高效、低耗、经济的污水处理与再生方法。适用于渗透性强、粗粒结经济的污水处理与再生方法。适用于渗透性强、粗粒结构的砂壤或砂土，如砂土、砾石性砂土、砂质砂土等。构的砂壤或砂土，如砂土、砾石性砂土、砂质砂土等。n 污水灌入快速渗滤田表面后很快下渗进入地下，并最污水灌入快速渗滤田表面后很快下渗进入地下，并最终进入地下水层。污水周期地向渗滤田灌水和休灌，以终进入地下水层。污水周期地向渗滤田灌水和休灌，以保持较高渗滤速率，类似于间歇保持较高渗滤速率，类似于间歇“生物砂滤器生物砂滤器”，表层，表层土壤交替地处于厌氧土壤交替地处于厌氧- -好氧状态，这样可以防止污染物好氧状态，这样可以防止污染

42、物厌氧分解产生臭味。厌氧分解产生臭味。n在沿坡面流动的过程中，污水通过土壤渗入地下，依靠在沿坡面流动的过程中，污水通过土壤渗入地下，依靠土壤微生物将被土壤截留的溶解性和悬浮有机物进行分土壤微生物将被土壤截留的溶解性和悬浮有机物进行分解，使污水得以净化。解，使污水得以净化。n大多数快速渗滤系统不设集水系统，不回收处理水，如大多数快速渗滤系统不设集水系统，不回收处理水，如图图22-6a22-6a。因此，其占地面积和处理费用。因此，其占地面积和处理费用(fi yong)(fi yong)要要比地表漫流和慢速渗滤小。比地表漫流和慢速渗滤小。第32页/共60页第三十二页，共60页。2022-5-21图图

43、22-6 22-6 快速快速(kui s)(kui s)渗滤系统渗滤系统p在需要回用处理水或现有地下水质与回收水质不相容时，则可采用(ciyng)埋设地下集水管或用竖井将净化水提升回地面，如图22-6b、c。c)由井群回收(hushu)处理水a)污水灌溉b)由地下管道回收处理水 第33页/共60页第三十三页，共60页。2022-5-21n3 3地表(dbio)(dbio)漫流系统 地表漫流是以喷灌法或漫灌（淹灌）法有控制地将废水投配地表漫流是以喷灌法或漫灌（淹灌）法有控制地将废水投配在有植被的倾斜土地上，使其呈薄层沿地表流动，径流水由汇在有植被的倾斜土地上，使其呈薄层沿地表流动，径流水由汇流槽

44、收集，如图流槽收集，如图22-722-7所示。所示。 它适宜于透水性差的粘土和亚粘土，处理场土地应有它适宜于透水性差的粘土和亚粘土，处理场土地应有2%2%6%6%的坡度，地面应无明显凹凸。在废水顺坡流动的过程中，的坡度，地面应无明显凹凸。在废水顺坡流动的过程中，一部分渗入土壤，并有少量蒸发，水中悬浮物被过滤截留一部分渗入土壤，并有少量蒸发，水中悬浮物被过滤截留(ji (ji li)li)，有机物则被生存于草根和表土中的微生物氧化分解。地，有机物则被生存于草根和表土中的微生物氧化分解。地面上种草本植物或其它作物，供微生物栖息并防止水土流失，面上种草本植物或其它作物，供微生物栖息并防止水土流失，尾

45、水收集后回用或排放。尾水收集后回用或排放。 地表漫流系统只能在植被生长期正常运行，这就需要筛选那地表漫流系统只能在植被生长期正常运行，这就需要筛选那些净化和抗污能力强、生长期长的植被草种，同时应设有供停些净化和抗污能力强、生长期长的植被草种，同时应设有供停运期使用的废水贮存塘。运期使用的废水贮存塘。第34页/共60页第三十四页，共60页。2022-5-21图图22-7 22-7 地表地表(dbio)(dbio)漫流系统漫流系统第35页/共60页第三十五页，共60页。2022-5-21n4 4湿地(sh d)(sh d)处理系统 湿地处理系统是一种利用低洼湿地和沼泽地处理污水的方法。湿地处理系统

46、是一种利用低洼湿地和沼泽地处理污水的方法。污水有控制地投配到种有芦苇、香蒲等耐水性、沼泽性植物污水有控制地投配到种有芦苇、香蒲等耐水性、沼泽性植物的湿地上，废水在沿一定方向流动的过程中，在耐水性植物的湿地上，废水在沿一定方向流动的过程中，在耐水性植物和土壤的共同作用下得以净化。和土壤的共同作用下得以净化。 湿地处理系统分天然湿地系统和人工湿地生态系统。湿地处理系统分天然湿地系统和人工湿地生态系统。 天然湿地系统是利用天然洼地、苇塘天然湿地系统是利用天然洼地、苇塘(witng)，经人工修，经人工修整而成。中设导流土堤，使污水沿一定方向流动，水深一般整而成。中设导流土堤，使污水沿一定方向流动，水深

47、一般为为0.30.8m，不宜超过，不宜超过1m。地面以上的污水净化过程与好。地面以上的污水净化过程与好氧塘、水生植物塘类似，但水深要浅得多。氧塘、水生植物塘类似，但水深要浅得多。第36页/共60页第三十六页，共60页。2022-5-21u人工湿地生态系统是人工湿地生态系统是20纪纪70年代发展起来的污水处理技术，是年代发展起来的污水处理技术，是人工建造的、可控制的和工程化的污水生态处理技术。人工建造的、可控制的和工程化的污水生态处理技术。u人工湿地一般由以下结构单元构成：防渗层；由填料、土壤人工湿地一般由以下结构单元构成：防渗层；由填料、土壤(trng)和植物根系组成的基质层；由落叶及微生物尸

48、体等组和植物根系组成的基质层；由落叶及微生物尸体等组成的腐殖质层；水体层和湿地植物。成的腐殖质层；水体层和湿地植物。u按水流方式，人工湿地分地表流（自由水面人工湿地）和地下按水流方式，人工湿地分地表流（自由水面人工湿地）和地下流（人工潜流湿地）两类。流（人工潜流湿地）两类。第37页/共60页第三十七页，共60页。2022-5-21u自由水面人工湿地是人工筑成的水池或沟槽，在地面自由水面人工湿地是人工筑成的水池或沟槽，在地面(dmin)铺设隔水层以防渗漏，再充填一定深度的土壤，在铺设隔水层以防渗漏，再充填一定深度的土壤，在土壤层种植芦苇一类的水生维管束植物，污水由湿地的一端土壤层种植芦苇一类的水

49、生维管束植物，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，从另一端溢流入集水沟，在流动过程中保持着自由前流动，从另一端溢流入集水沟，在流动过程中保持着自由水面。水面。u人工潜流湿地是人工筑成的床槽，床内充填介质以支持水生人工潜流湿地是人工筑成的床槽，床内充填介质以支持水生植物生长，床底设粘土隔水层，并具有一定的坡度。污水从植物生长，床底设粘土隔水层，并具有一定的坡度。污水从沿床宽度方向设置的布水装置进入，以潜流形式渗过长有植沿床宽度方向设置的布水装置进入，以潜流形式渗过长有植物的潜层多孔滤床，污水通过布满生物膜

50、的介质表面和溶解物的潜层多孔滤床，污水通过布满生物膜的介质表面和溶解氧充分的植物根区，并在这一过程中得到净化。氧充分的植物根区，并在这一过程中得到净化。第38页/共60页第三十八页，共60页。2022-5-21u人工湿地生态系统需要经过两三个植物生长季节，形成人工湿地生态系统需要经过两三个植物生长季节，形成稳定的植物和微生物系统后，才能达到设计要求。稳定的植物和微生物系统后，才能达到设计要求。u它能处理多种多样的废水，如生活污水、工业废水、垃它能处理多种多样的废水，如生活污水、工业废水、垃圾渗滤液、地面径流雨水等。圾渗滤液、地面径流雨水等。u它具有出水水质它具有出水水质(shu zh)好，氮、

51、磷去除率高，运行好，氮、磷去除率高，运行维护管理方便，投资及运行费用低等优点。维护管理方便，投资及运行费用低等优点。u在欧洲共有在欧洲共有6000多座处理城市污水的人工湿地，北美多座处理城市污水的人工湿地，北美有有1000多座处理城市污水和多种工业废水的湿地系统。多座处理城市污水和多种工业废水的湿地系统。第39页/共60页第三十九页，共60页。2022-5-21n5 5地下渗滤处理(chl)(chl)系统n 地下渗滤处理系统是将经过化粪池或酸化水解池预处地下渗滤处理系统是将经过化粪池或酸化水解池预处理后的污水有控制地通入设于距地面约理后的污水有控制地通入设于距地面约0.5m深处的渗滤深处的渗滤

52、田，在渗透性良好的地层中，借助土壤的毛细管浸润和田，在渗透性良好的地层中，借助土壤的毛细管浸润和渗透作用，使污水向四周扩散，并通过过滤、沉淀、吸渗透作用，使污水向四周扩散，并通过过滤、沉淀、吸附和生物降解等作用，使污水得到净化。附和生物降解等作用，使污水得到净化。n 如运行如运行(ynxng)得当，则处理水水质良好而且稳定，得当，则处理水水质良好而且稳定，可回用于农业灌溉、绿化地浇灌等。可回用于农业灌溉、绿化地浇灌等。第40页/共60页第四十页，共60页。2022-5-21u该系统与其它处理系统不同的主要特点是：该系统与其它处理系统不同的主要特点是：u处理系统都设于地下，无损于地面景观，而且能

53、够种植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；绿色植物，美化环境；u处理效果受外界气温变化的影响较小；处理效果受外界气温变化的影响较小；u耐冲击负荷能力较强。耐冲击负荷能力较强。u它适于处理难以接入城市排水管网的小水量污水它适于处理难以接入城市排水管网的小水量污水(w shu)，如分散的居民点住宅、旅游点、度假村、疗养院，如分散的居民点住宅、旅游点、度假村、疗养院等。等。u在美国约有在美国约有35%的农村及零星独立建造的住宅采用了这的农村及零星独立建造的住宅采用了这种技术。我国近年来对这一技术也日益重视，但尚处于起种技术。我国近年来对这一技术也日益重视，但尚处于起步

54、阶段。步阶段。第41页/共60页第四十一页，共60页。2022-5-21u土地渗滤系统多种多样，应因地制宜，合理选择土地渗滤系统多种多样，应因地制宜，合理选择(xunz)，主，主要依据是土壤性质、地形、作物种类、气候条件以及对废水的要依据是土壤性质、地形、作物种类、气候条件以及对废水的处理要求和处理水的出路等。处理要求和处理水的出路等。u有时，需要建立由几个系统组成的复合系统，以提高处理水水有时，需要建立由几个系统组成的复合系统，以提高处理水水质，使之符合回用或排放要求，如地表漫流与湿地处理相组合质，使之符合回用或排放要求，如地表漫流与湿地处理相组合等。等。第42页/共60页第四十二页，共60

55、页。2022-5-21以上介绍了污水土地处理的分类和工艺，下面从微观上介绍土地处理污水以上介绍了污水土地处理的分类和工艺，下面从微观上介绍土地处理污水时污染物的去除机理。污水土地处理系统的净化机理十分复杂，是一个受时污染物的去除机理。污水土地处理系统的净化机理十分复杂，是一个受多种复杂因素作用的综合过程，它包含了物理过滤、物理吸附、物理沉积、多种复杂因素作用的综合过程，它包含了物理过滤、物理吸附、物理沉积、物理化学吸附、化学反应、化学沉淀以及物理化学吸附、化学反应、化学沉淀以及(yj)微生物对有机物的降解等过微生物对有机物的降解等过程。程。主要污染物的去除机理如下：主要污染物的去除机理如下：第

56、43页/共60页第四十三页，共60页。2022-5-21n1 1可生物降解(shn w jin ji)(shn w jin ji)有机物的去除 土壤中含有大量土壤中含有大量(dling)异养微生物，它们与被截留、异养微生物，它们与被截留、吸附的污染物一起形成生物膜，能对被截留在土壤颗粒间吸附的污染物一起形成生物膜，能对被截留在土壤颗粒间隙的悬浮有机物和溶解性有机物进行生物降解，并合成微隙的悬浮有机物和溶解性有机物进行生物降解，并合成微生物的新细胞。生物的新细胞。在土壤表层，通风条件好，有机物浓度高，生物氧化作用在土壤表层，通风条件好，有机物浓度高，生物氧化作用尤为明显，属于好氧生物处理带，可生

57、物降解有机物大部尤为明显，属于好氧生物处理带，可生物降解有机物大部分是在该层中去除的，其深度约在分是在该层中去除的，其深度约在0.20.3m；在好氧带以下，依次分布着兼性和厌氧生物处理带，进一在好氧带以下，依次分布着兼性和厌氧生物处理带，进一步降解好氧带产生的代谢产物和未能转化的有机物。步降解好氧带产生的代谢产物和未能转化的有机物。第44页/共60页第四十四页，共60页。2022-5-21n2 2悬浮(xunf)(xunf)物质的去除 废水流经土壤时，主要是依靠废水流经土壤时，主要是依靠(yko)作物和土壤团粒作物和土壤团粒间的孔隙过滤截留去除污水中的悬浮物质。间的孔隙过滤截留去除污水中的悬浮

58、物质。土壤颗粒的大小、颗粒间孔隙的形状、大小、分布和水流土壤颗粒的大小、颗粒间孔隙的形状、大小、分布和水流通道，以及悬浮物的浓度、悬浮物颗粒的大小等都会影响通道，以及悬浮物的浓度、悬浮物颗粒的大小等都会影响对悬浮物的截留过滤效果。对悬浮物的截留过滤效果。例如当悬浮物浓度太高、颗粒太大时就会引起土壤堵塞。例如当悬浮物浓度太高、颗粒太大时就会引起土壤堵塞。第45页/共60页第四十五页，共60页。2022-5-21n3 3磷和氮的去除(q ch)(q ch) 污水中的有机磷和有机氮通过微生物的降解，转化为无污水中的有机磷和有机氮通过微生物的降解，转化为无机磷和无机氮。无机磷再通过植物吸收、化学反应和

59、沉淀机磷和无机氮。无机磷再通过植物吸收、化学反应和沉淀（与土壤中的钙、铝、铁等离子形成难溶的磷酸盐）、物（与土壤中的钙、铝、铁等离子形成难溶的磷酸盐）、物理吸附和沉积（土壤中的黏土矿物对磷酸盐的吸附和沉理吸附和沉积（土壤中的黏土矿物对磷酸盐的吸附和沉积）、物理化学吸附（离子交换积）、物理化学吸附（离子交换(l z jio hun)、络合吸、络合吸附）等方式被去除。附）等方式被去除。磷的去除效果受土壤结构、阳离子交换磷的去除效果受土壤结构、阳离子交换(l z jio hun)容容量和植物对磷的吸收等因素的影响。量和植物对磷的吸收等因素的影响。无机氮主要是通过植物吸收、微生物反硝化脱氮（好氧区无机

60、氮主要是通过植物吸收、微生物反硝化脱氮（好氧区氨氮被硝化，在缺氧区硝酸盐和亚硝酸盐被反硝化菌还原氨氮被硝化，在缺氧区硝酸盐和亚硝酸盐被反硝化菌还原为氮气）、挥发逸出（氨在碱性条件下逸出）等方式被去为氮气）、挥发逸出（氨在碱性条件下逸出）等方式被去除。除。其去除率受作物的类型、生长期、对氮的吸收能力，以及其去除率受作物的类型、生长期、对氮的吸收能力，以及土地处理系统的工艺等因素影响。土地处理系统的工艺等因素影响。第46页/共60页第四十六页，共60页。2022-5-21n4 4重金属的去除(q ch)(q ch)p 重金属主要是通过物理化学吸附、化学反应与沉淀等途径重金属主要是通过物理化学吸附、