《水污染控制工程》第七章-稳定塘和污水的土地处理课件

1、第七章污水的稳定塘和土地处理在悬浮型-活性污泥和附着型-生物法学习的基础上，追根溯源：介绍两种污水处理机制较复杂的天然处理及其人工强化工艺。第一节 稳定塘第二节 污水土地处理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，历史悠久。稳定塘多用于小型污水处理，可用作一级处理、二级处理，但目前多用作三级处理，景观水处理。第一节 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稳定塘的分类好 氧 塘 好氧塘的深度较浅（1550cm)，阳光能透至塘底，全部塘水内都含

2、有溶解氧，塘内菌藻共生，溶解氧主要是由藻类供给，好氧微生物起净化污水作用。兼性塘 兼性塘的深度较大（12m） ，上层是好氧区，藻类的光合作用和大气复氧作用使其有较高的溶解氧，由好氧微生物起净化污水作用；中层的溶解氧逐渐减少，称兼性区（过渡区），由兼性微生物起净化作用；下层塘为厌氧区，沉淀污泥在塘底进行厌氧分解。厌 氧 塘 厌氧塘的塘深在2m以上，有机负荷高，全部塘呈厌氧状态，由厌氧微生物起净化作用，净化速度慢，污水在塘内停留时间长。曝 气 塘 曝气塘采用人工曝气供氧，塘深在2m以上，全部塘水有溶解氧，由好氧微生物起净化作用，污水停留时间较短。深度处理塘 深度处理塘又称三级处理塘或熟化塘，属于好

3、氧塘。其进水有机污染物浓度很低，一般BOD530mg/L。常用于处理传统二级处理厂的出水，提高出水水质，以满足受纳水体或回用水的水质要求。稳定塘的优缺点优点1、基建投资低 。当有旧河道、沼泽地、谷地可利用作物作为稳定塘时，其基建投资更低。2、处理成本低、管理简单；运行费用较低，约为传统二级处理厂的1/31/5。3、污染物去除效果好，包括 BOD、N、P、病源体；4、具有景观效益，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

4、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、产生臭气和滋生蚊蝇等。 （1）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。 （2）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。 （3）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。 好 氧 塘 细菌的降解作用：有机物O2H+CO2H2ONH4+ C5H7O2N 藻类的光合作用：1

5、06CO216NO3-HPO42-122H2O18H+ C106H263O110N16P138O2 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：好氧塘净化机理光DO藻菌+污水二氧化碳、N、P好 氧 塘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：好氧塘水的pH变化

6、规律 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11085109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。好氧塘内的生物种群好氧塘的主要尺寸的经验值：好氧塘多采用矩形，表面的长宽比为3:14:1，一般以塘深的1/2处的面积作为计算塘面。塘堤的超高为0.61.0m。单塘面积不宜大于4ha (40000m2) ;塘堤的内坡坡度为1:21:3（垂直:水平）外坡坡度为1:21:5（垂直：水平）;

7、好氧塘的座数一般不少于3座，规模很小时不少于2座。好氧塘的设计好氧塘的设计好养塘的典型设计参数兼性塘兼性塘的有效水深一般为1.02.0m。具有多种生化环境及其降解功能。因此该工艺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。好氧区对有机污染物的净化机理与好氧塘相同。兼性区兼性细菌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。兼性塘净化

8、机理 兼性塘一般采用负荷法进行计算，我国建立了较完善的设计规范。主要尺寸的经验值如下：一般采用矩形，长宽比3:14:1。塘的有效水深为1.22.5m,超高为0.61.0m,储泥区高度应大于0.3m；堤坝的内坡坡度为1:21:3（垂直:水平），外坡坡度为1:21:5。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3060，单塘面积应少于4hm2，以避免布水不均匀或波浪较大等问题。 兼性塘的设计兼性塘的设计城镇污水兼性塘的设计负荷和水力停留时间厌氧塘对有机污染物的降解，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)，再由绝对厌氧菌（甲烷菌）将有机酸

9、转化为甲烷和二氧化碳等。厌氧塘很少用于单独污水处理，而是作为其他处理设备的前处理单元。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。厌氧塘净化机理及应用厌氧塘的设计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，控制有机污染物投配率。应控制塘内有机酸浓度在3000mg/L以下，pH为6.57.5，进水的BOD5：N：P = 100:2.5:1,硫酸盐浓度应小于500mg/L，以使厌氧塘能正常运行。 我国采用BOD5表面负荷。处理城市污水的建议负荷值为200600kg/（hm2d）。对于工业废水，设计负荷应通过试验确

10、定。厌氧塘一般为矩形，长宽比为2:12.5:1。单塘面积不大于4ha。塘水有效深度一般为2.04.5m，储泥深度大于0.5m，超高为0.61.0m。厌氧塘的进水口离塘底0.61.0m,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。厌氧塘的设计参数曝气塘在塘中安装有人工曝气设备的稳定塘。是人工供氧人工强化与自然净化相结合的一种形式；适用于土地可用面积较小，可采用好氧塘工艺的地区。好氧曝气塘兼性曝气塘曝气塘的两种类型曝气塘出水的悬浮固体浓度较高，不宜直接排放。排放前需进行沉淀，沉淀的方法可以用沉淀池，或在塘中分割出静水区用于沉淀。若曝气塘后设置兼性塘，则兼性

11、塘要在进一步处理其出水的同时起沉淀作用。曝气塘设计BOD负荷：3060gBOD/m2.d; 生物污泥量：80200mg/L；塘深一般在2.56.0m之间；视表面曝气设备功率而定；好氧曝气塘HRT一般为110d；兼性塘7 20 d；一般大于3座，串联运行。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，

12、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。设计方法与传统污水二级处理方法相同。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。稳定塘的流程组合稳定塘塘体设计要点塘的位置 稳定塘应设在居民区下风向200m以外，以防止塘散发的臭气影响居民区。此外，塘不应设在距机场2km以内的地方，以防止鸟类（如水鸥）到塘内觅食、聚集，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

13、做到堤顶。衬砌方法有干砌块石、浆砌块石和混凝土板等。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。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，塘体防渗是十分重要的。但某些防渗措施的工程费用较高，选择时应十分谨慎。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 设计时应注意配水、集水均匀，避免短流、沟流及混合死区。主要措施为采用多点进水和出水；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。 第二节 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

14、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。土地处理系统概念 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机理十分复杂，它包含了物理过滤、吸附、沉积、化学沉淀、微生物对有机物的降解、及作物的吸收等过程。是一个综合净化过程。BOD的去除磷和氮的去除悬浮物质的

15、去除病原体的去除重金属的去除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 在土地处理中，磷主要是通过植物吸收，化学沉淀（与土壤中的钙、铝、铁等离子形成难溶的磷酸盐）、闭蓄反应、物理化学吸附（离子交换、络合吸附）等方式被去除。其去除效果受土壤结构、阳离子交换容量、铁铝氧化物和植物对磷的吸收等因素的影响。 氮主要是通过植物吸收，微生物脱氮（氨化、硝化、反硝化），挥发等方式被去除。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等工艺因素 的影响。闭蓄反应：土壤中的Fe（OH）3和其他不溶性的铝质和钙质胶膜将含磷矿化物包裹起来，使其丧失在土壤中的流

16、动性。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。 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9297。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。 BOD的去除磷和氮的去除悬浮物质的去除病原体的

17、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。重金属离子在土壤胶体表面进行阳离子交换而被置换、吸附，并生成难溶性化合物被固定于矿物晶格中；重金属与某些有机物生成可吸性鳌合物被固定于矿物质晶格中；重金属离子与土壤的某些组分进行化学反应，生成金属磷酸盐和有机重金属等沉积于土壤中。 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土壤、砂质土壤及蒸发量小、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。但土地需求面积较大。 慢速渗滤系统有

18、农业型和森林型两种。其主要控制因素为：灌水率、灌水方式、作物选择和预处理等。 快速渗滤土地处理系统是一种高效、低耗、经济的污水处理与再生方法。适用于渗透性能良好的土壤，如砂土、砾石性砂土等。 污水灌至快速滤渗田表面后很快下渗进入地下，并最终进入地下水层。灌水与休灌反复循环进行，使滤田表面土壤处于厌氧-好氧交替运行状态，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解，使污水得以净化。 快速渗滤法的主要目的是补给地下水和废水再生回用。进入快速渗滤系统的污水应进行适当预处理，以保证有较大的渗滤速率和硝化速率。 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

19、下渗滤处理系统 土 地 处 理 基 本 工 艺 地表漫流系统适用于渗透性的黏土或亚黏土，地面的最佳坡度为 2 8。废水以喷灌法或漫灌法有控制地在地面上均匀地漫流，流向设在坡脚的集水渠，在流动过程中少量废水被植物摄取、蒸发和渗入地下。地面上种牧草或其他作物供微生物栖息并防止土壤流失，尾水收集后可回用或排放水体。 采用何种方法灌溉取决于土壤性质、作物类型、气象和地形。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 土 地 处 理 基 本 工 艺 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。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

20、过程中，在耐水性植物和土壤共同作用下得以净化。 湿地处理可直接处理污水或深度处理。污水进入系统前需预处理。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 地下污水处理系统是将污水投配到距地面约0.5m深、有良好渗透性的底层中，藉毛管浸润和土壤渗透作用，使污水向四周扩散，通过过滤、沉淀、吸附和生物降解作用等过程使污水得到净化。 地下渗滤系统适用于无法接入城市排水管网的小水量污水处理。污水进入处理系统前需经化粪池或酸化池预处理。 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天然湿地污水处理系统人工湿地天然湿地具有调节气候、涵养水

21、源、蓄洪防旱、净化环境和维持生物多样性的功能，有自然之肾之称；基于天然湿地净化机理，人工湿地在上世纪50年代诞生于德国，目前欧洲已有数以百计的人工湿地在运行，规模大小不一。我国在80年代后期开始研究、建造。建设中的人工湿地处理试验系统建设中的氧化塘处理试验系统人工湿地的组成及净化机理填料：土壤、沙等为基质，为植物和微生物生长介质，同时具有沉淀、过滤和吸附等作用。植物：一般具有处理性能好、成活率高、抗水力强等特点，且具有一定的美学和经济价值。具有吸收、代谢和富集作用；微生物：微生物生态系统稳定；降解污染物。人工湿地的特点与传统工艺相比，具有“一高、三低、一不”的特点；即高效率、低投资、低运行费用

22、和低维护技术，基本不耗电。人工湿地的类型表面流湿地：操作简单、水力负荷低、受气候条件影响大，易滋生蚊蝇；水平潜流湿地：水力负荷较大，少恶臭和蚊蝇，但控制相对复杂；垂直流湿地、水平潜流湿地和渗滤型土地处理系统相结合的一种湿地工艺，氧气通过大气扩散输入湿地，硝化能力较强。控制复杂。人 工 湿 地 系 统无植物时人工湿地系统空白试验人工湿地系统植物栽种昆明滇池人工湿地处理暴雨径流试验系统沉砂池格栅湿地1泄洪沟泻洪闸示范工程（占地6.2公顷）人工湿地处理暴雨示范工程人工湿地的设计系统的设计：水力负荷、工艺流程、植物选择、防渗、基质选择（与水力条件相关）。HRT 710d;投配负荷：220cm/d有机负荷：1520kg BOD/hm2.d长宽比：大于10：1植物：芦苇、水葱等江西新余华腾地毯产业园印染废水处理改扩建工程项目方案集水池调节池厌氧/缺氧池好氧池反应池沉淀池污泥消化池板框压滤机养鱼塘（兼作回用水池）进水200m3/d污泥外运风机污泥回流硝