水污染课件版 第6章 稳定塘和污水土地处理

第六章稳定塘和污水土地处理主要内容：6.1稳定塘6.2污水土地处理6.3人工湿地处理6.1稳定塘稳定塘又名氧化塘或生物塘。以塘为主要构筑物，利用自然生物群体净化污水的处理设施。（《污水稳定塘设计规范（CJJ/T54-93)》）经过人工适当修整，设围堤和防渗层的污水池塘，通过水生生态系统的物理和生物作用对污水进行自然处理。(《室外排水设计规范（GB50014-2006）》）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。6.1.1

概述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6.1.2稳定塘的分类好氧塘的深度较浅，阳光能透至塘底，全部塘水内都含有溶解氧，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。兼性塘的深度较大，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；下层塘水无溶解氧，称厌氧区，沉淀污泥在塘底进行厌氧分解。厌氧塘的塘深在2m以上，有机负荷高，全部塘水均无溶解氧，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。深度处理塘又称三级处理塘或熟化塘，属于好氧塘。其进水有机污染物浓度很低，一般BOD5≤30mg/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。Lagoons:稳定塘的共同特点1.需要比较大的用地面积，但属于非设备构筑物，因此修建费用低廉2.缺乏控制性，但易于维护管理，而且费用低廉。3.停留时间长，具有较强的缓冲能力。但是如果处理功能一旦恶化，恢复需很长时间。4.处理机能复杂，尚未制定出合理的设计标准和运行制度。曝气氧化塘例外。5.易受气温及日光照射量等环境因素的影响，因而其处理能力随季节而变。6.易产生和散发H2S等恶臭气体及孳生蚊蝇等害虫，恶化周围环境。

好氧塘是一种主要靠塘内藻类的光合作用供氧的氧化塘。它的水深较浅，一般在0.15～0.5m，阳光能直接射透到池底，藻类生长旺盛，加上塘面风力搅动进行大气复氧，全部塘水都是好氧状态。

按照有机负荷的高低，好氧塘可分为：高负荷好氧塘普通好氧塘深度处理塘(熟化塘)（一）好氧塘细菌的降解作用：

有机物＋O2＋H+→CO2＋H2O＋NH4+＋C5H7O2N（A）藻类的光合作用：106CO2＋16NO3-＋HPO42-＋122H2O＋18H+→C106H263O110N16P＋138O2

（B）好氧塘基本工作原理（细菌）（藻类）

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（A）和（B）表示：

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：好氧塘基本工作原理好氧塘的主要尺寸的经验值如下：⑴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；⑵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）；⑶好氧塘的座数一般不少于3座，规模很小时不少于2座。

好氧塘好氧塘内的设计好氧塘工艺设计的主要内容是计算好氧塘的尺寸和个数。好氧塘内的设计设计参数高负荷好氧塘普通好氧塘深度处理好氧塘BOD5表面负荷[kgBOD5/（104m2.d）]80~16040~120＜5水力停留时间（d）4~610~405~20有效水深（m）0.3~0.450.5~1.50.5~1.5pH值6.5~10.56.5~10.56.5~10.5温度范围（℃）5~300~300~30BOD5去除率（%）80~9580~9560~80藻类浓度（mg/L）100~26040~1005~10出水SS（mg/L）150~30080~14010~30（二）兼性塘工作原理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。兼性塘的有效水深一般为1.0～2.0m。兼性塘一般采用负荷法进行计算。兼性塘的主要尺寸的经验值如下：⑴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。⑵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。⑶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。兼性塘兼性塘的设计兼性塘的设计冬季平均气温（℃）BOD5表面负荷（kgBOD5/（104m2.d））水力停留时间（d）>1570~100≥710~1550~7020~70~1030~5040~20-10~020~30120~40-20~-1010~20150~120≤-20<10180~150表城市废水兼性塘的设计负荷和水力停留时间兼性塘

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)，再由绝对厌氧菌（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=100:2.5:1,硫酸盐浓度应小于500mg/L，以使厌氧塘能正常运行。（三）厌氧塘基本工作原理

厌氧塘的设计通常是用经验数据，采用有机负荷进行设计的。设计的主要经验数据如下：⑴有机负荷有机负荷的表示方法有三种：BOD5表面负荷（kgBOD5/hm2·d）、BOD5容积负荷（kgBOD5/m3·d）、VSS容积负荷（kgVSS/m3·d）。我国采用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。表我国肉类加工废水厌氧塘处理的中试数据

厌氧塘设计和应用序号kgBOD5/（m3.d）水力停留时间（d）水温T（℃）进水BOD5（mg/L）处理水BOD5（mg/L）去除率（%）10.49１17.348625148.820.53128.253033037.730.22224.543820054.440.24230.247315068.2⑵厌氧塘一般为矩形，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。⑶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。厌氧塘设计和应用曝气塘是在塘面上安装有人工曝气设备的稳定塘。（四）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，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。

完全混合曝气塘中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。

部分混合曝气塘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曝气塘的两种类型曝气塘的设计曝气塘曝气塘也采用BOD5表面负荷法进行计算。BOD5表面负荷为1~30kgBOD5/（104m2.d）构造和主要尺寸

好氧曝气塘的水力停留时间（RHT）为3~10d；兼性曝气塘的HRT有可能超过10d。有效水深一般为为2~6m。塘数一般不少于3座，通常按串联方式运行

6.1.3稳定塘的规划设计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。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，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。但某些防渗措施的工程费用较高，选择防渗措施时应十分谨慎。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

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。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。

稳定塘塘体设计要点

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6.2污水土地处理6.2.1概述利用土壤-微生物-植物组成的生态污水处理方法，并通过该系统的营养物质和水分的循环利用，使植物生长繁殖，并不断被利用，实现污水的资源化、无害化和稳定化。（《室外排水设计规范（GB40014-2006）》）物理过滤废水流经土壤时，悬浮物被表层土壤团粒间的孔隙过滤截留。物理和化学交换土壤中的粘土矿物颗粒能吸附水中的中性分子，废水中的各种离子则因离子交换作用被置换吸附并固定在矿物晶格中。络合反应和化学沉淀废水中的金属离子能作为中心离子与土壤中的某些组分生成络合物和鳌合物，或生成硫化物、氢氧化物及磷酸盐、碳酸盐等而被沉积于土壤中。微生物的氧化分解土壤中有种类繁多的大量微生物，能与被截留、吸附的污染物一起形成生物膜，对有机物有强烈的降解转化能力；土壤表层—好氧生物处理；好氧带以下，依次分布着兼性和厌氧生物处理带6.2.2土地处理系统净化机理悬浮物质的去除过滤截流、沉淀、生物吸附、作物阻截BOD的去除过滤、吸附、生物降解

N的去除作物吸附吸收、生物脱氮及挥发P的去除植物根系吸收、生物作用、吸附、沉淀

土壤固磷：化学沉淀表面反应闭蓄反应生物固定作用重金属的去除吸附、沉淀、离子交换、鳌合痕量有机物的去除挥发、光分解、吸附、生物降解病原体的去除过滤、吸附、干化、辐照、生物捕食、暴露在不利条件下6.2.3土地处理基本工艺土地处理基本工艺地表漫流系统快速渗滤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。慢速渗滤系统有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、砂质垆坶等。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慢速渗滤系统地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慢速渗滤系统地下渗滤处理系统土地处理系统工艺类型的选择主要是根据土壤性质、透水性、地形、作物种类、气候条件和废水处理程度的要求来选择。土地处理系统的主要工艺参数为负荷率。常用的负荷率有水量负荷和有机负荷，有时还辅以氮负荷和磷负荷。

土地处理系统的工艺选择和工艺参数6.3人工湿地处理湿地：是指不问其为天然或人工，长久或暂时性的沼泽、泥潭地或水域地带，静止或流动，淡水，咸水，半咸水体，包括低潮时水深不超过6m的水域。人工湿地（artificalwetland,constructedwetland）：用人工筑成水池或沟槽，底面铺设防渗漏隔水层，填充一定深度的土壤或填料层，种植芦苇一类的维管束植物或根系发达的水生植物，污水由湿地的一端通过布水管渠进入，以推流方式与布满生物膜的介质表面和溶解氧进行充分的植物根区接触而获得净化。人工湿地分为表面径流人工湿地和人工潜流湿地。（《室外排水设计规范》（GB50014-2006））6.3.1概述人工湿地（artificalwetland,constructedwetland）：指用人工筑成水池或沟槽，底面铺设防渗漏隔水层，充填一定深度的基质层，种植水生植物，利用基质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用使污水得到净化。按照污水流动方式，分为表面流人工湿地、水平潜流人工湿地和垂直潜流人工湿地。（《人工湿地污水处理工程技术规范》（HJ2005-2010））优点：出水效果好；基建投资费用低；能耗省，运行费用低；操作简便；耐冲击负荷能力强；既能净化污水，又能美化环境。缺点:占地面积大；对恶劣气候条件抵御能力弱；净化能力受作物生长情况的影响大；滋生蚊蝇。填料（基质）土壤、细沙、粗沙、砾石、碎瓦片或灰渣等构成植物挺水植物、沉水植物、浮水植物微生物优势菌属：假单胞杆菌属、产碱杆菌属、黄杆菌属6.3.2人工湿地的净化机理1、填料、植物和微生物在人工湿地系统中的作用有机物的去除脱氮进水氮大气氨挥发渗入地下水随净化水流出有机基质吸附大气硝化反硝化植物收获微生物细胞阳离子交换及固定2、净化污水的作用机理除磷植物吸收磷；生物除磷；磷在介质中的物化存贮。2、净化污水的作用机理表面流湿地水平潜流湿地垂直流湿地6.3.3人工湿地的类型表面流湿地水平潜流湿地垂直潜流湿地6.3.4人工湿地的工艺设计1、人工湿地系统参数设计2．水力坡度需根据填料性质及湿地尺寸加以校正，对以砾石为填料的湿地床一般要取2%潜流湿地水力坡度取0.5%～1%。表面流湿地水力坡度取0.5%或者更小。3．孔隙度人工湿地污水处理系统的孔隙度(ε)系指湿地土壤中孔隙占湿地总容积的比。美国国家环保局建议，表面流湿地密集植被区域设计采用的孔隙度为0.65～0.75，开阔自由水域采用的孔隙度为0.8；对于潜流湿地基质的材料及粒径不同，其差别较大，一般情况下，对于砂石基质，其孔隙率在0.4左右。4．系统深度表面流湿地的水深在10～200cm之间，典型深度在15～60cm之间，运行深度随植物种类不同而不同，一般挺水植物区域水深60cm，沉水植物区域水深120cm左右。潜流湿地设计参数指标中水深要求为40～160cm5、处理单元长宽比潜流人工湿地单元的长宽比宜控制在3:1以下；表面流人工湿地单元的长宽比宜控制在3:1～5:1

6、人工湿地设计公式式中：一级反应动力学方程：表面负荷率方程：水力停留时间校核：6.3.5人工湿地结构设计1、地基准备将地基层适度压紧非常重要，如果地基中含有尖锐的石块或大于30mm的石块，并且采用隔水材料的话，应该对地基进行处理，去除大石块，或者将沙子铺在地基上，以防止隔水层被架空。在未受到干扰的土壤上挖地基时，应该将该地基压紧到最少85％的修正密度，以减少隔水垫层下地基的下陷，避免因此而产生的应力。填土的压紧程度应该达到90％的密实度，尽最大可能减少地基变形。在铺设隔水层衬垫材料之前，应分出大致的承受力等级水平，或者有一个统一的规格差异，大小在3mm之内。2、护堤和隔水层护堤的高度比上坡面一侧周围的地形高出约0.5m左右。上坡面这一侧的护堤是用于引导地表径流，下坡面一侧护堤设计的目的是为了保持介质床和维持湿地的水位。护堤的压紧程度应该达到最大密实度的90%。如果护堤用隔水材料或防治水土流失的其它材料覆盖，那么护堤内部的坡度应该考虑取最大值1:1。若