第19章-自然生物处理...ppt

1、第19章 自然生物处理,教学目的与要求,了解稳定塘工艺的基本原理，不同类型及各自的工艺特点； 了解土地处理系统的净化机理，类型及各自的工艺特点。,稳定塘的净化机理，类型及工艺特点； 土地处理系统的净化机理，类型及工艺特点。,稳定塘系统的净化机理； 土地处理系统的净化机理。,教学重点,教学难点,课程内容,19.1 水体中碳氮与能量循环 19.2 稳定塘 19.3污水的土地处理 19.4自然生物处理新进展 19.5 工程实例,自然处理系统（NaturalTreatmentSystems）分为稳定塘系统和土地处理系统。稳定塘系统（AquaticSystems）通过水水生生物系统（菌藻共生系统和水生生

2、物系统）对污水进行自然处理。土地处理系统（SoilbasedSystem）利用土壤微生物植物系统的陆地生态系统的自我调控机制和对污染物的综合净化功能，对污水进行净化。,污水自然处理系统的净化作用主要是利用土壤浅表层中的物理作用、化学作用和微生物的生化作用。与常规处理技术相比，前者具有工艺简便、操作管理方便、建设投资和运转成本低的特点。建设投资仅为常规处理技术的1213，运转费用仅为常规处理技术的12110，可大幅度降低污水处理成本。而且净化效果良好，净化水质可达二级以上处理水平。,19.1 水体中碳氮与能量循环,氮在水体中的转化与循环途径主要是： 1氨化作用:有机氮化合物在微生物作用下分解为氨

3、态氮。 2硝化作用:氨态氮在硝化菌的作用下，转化为硝酸氮。反应式为： 3反硝化作用:硝酸氮在反硝化菌的作用下，还原成分子态氮。反应式为： 式中CH3COOH表示反硝化菌所需要的有机碳源,4挥发作用:水中的NH3向大气挥发，其量可达21%。 5吸收作用:微生物及水生植物，吸收铵氮或硝氮作为营养。 6分解作用:沉淀在沉积层中的有机氮在厌氧菌的作用下分解。,又名氧化塘（Oxidation ponds）、生物塘,19.2.1概述,1、稳定塘是经过人工适当的修正的土地，设围堤和 防渗层的污水池塘，主要依靠生物净化功能使污水得到净化 的一种污水生物处理技术,稳定塘（Stabilization ponds）

4、,19.2 稳定塘,一般不人工强化（不是实质性的人工强化） 与水体自净过程相似 停留时间较长 通过微生物+水生生物的多种生物的综合作用，使有机物降解，进而净化污水 净化过程包括好氧，兼氧，厌氧三种状态 DO来源于光和作用,适用各种污水 适用于各种气候条件 可以实现从一级到二级到深度处理技术的全过程，一般相当于二级,2、稳定塘的分类 根据塘水中的微生物优势群体类型和塘水的DO工况来分,（1）好氧稳定塘好氧塘 特点深度浅，一般不超过0.5m，阳光能进入塘底，主要由藻类供氧，全塘处于好氧状态，好氧微生物降解有机物,（2）兼性稳定塘兼氧塘（城市污水处理常用的一种塘） 特点：较深，一般在1.0m以上 塘

5、深小于0.5m，好氧状态 兼性区介于好氧与厌氧之间 塘底沉淀污泥，厌氧状态，厌氧发酵,净化作用好氧，兼性，厌氧微生物共同完成,（3）厌氧稳定塘厌氧塘 特点：塘深2.0m，整个塘基本上都是厌氧状态，有机负荷率高，净化速度低，停留时间长，一般为高浓度有机废水的前级处理工艺，后接其他处理工艺 。,（4）曝气稳定塘曝气塘 分为好氧曝气塘和兼氧曝气塘 特点：h2.0m以上，由表曝机供氧，并对塘水搅动， 在曝气条件下，藻类的生长与光合作用受到抑制。,（5）深度处理塘二级处理后用，进一步降低有机物、氮磷等，靠大气复氧和藻类光和作用供氧。 根据处理水出水方式分: 连续出水塘 控制出水塘 贮存塘：只进不出 靠蒸

6、发和渗透 上述的（1）-（5）均按连续出水运行,19.2.2好氧塘与厌氧塘 1.好氧塘 好氧塘深度一般在0.5m左右，好氧塘内高效地进行着光合作用。DO的变化：白天饱和状态，夜间降低，凌晨时最低；PH的变化：白天PH上升，夜间降低。 根据有机物负荷率的高低，好氧塘可分为三种： 高负荷好氧塘：BOD5表面负荷率：0.004-0.016kg/m2d； 普通好氧塘：BOD5表面负荷率：0.002-0.004kg/m2d； 深度处理好氧塘：BOD5表面负荷率：0.0005kg/m2d。 污水在进入好氧塘前必须进行沉淀预处理。,设计计算,好氧塘的计算，主要内容是确定塘的表面面积。应以塘深处的面积作为设计

7、计算平面。近表面有机负荷率进行计算。计算公式为： 式中： A好氧塘的有效面积，m2； Q污水设计流量，m3/d； S0原污水的BOD5浓度，kg/m3 NABOD面积负荷率，kg/(m2d) BOD面积负荷率应根据试验或相近地区污水性质相近的好氧塘的运行数据确定。,厌氧塘是依靠厌氧菌的代谢功能使有机污染物得到降解，具有以下特点： 1只有细菌，产酸菌、产氢、产乙酸菌和产甲烷菌共存； 2反应速度慢，进程长； 3一切条件必须符合甲烷菌的要求； 4多用以处理高浓度且水量不大的有机废水。 厌氧塘一般为首塘，可代替初沉池。,2. 厌氧塘,厌氧塘设计参数 aBOD表面负荷率 厌氧塘为了维持其厌氧条件，应规定

8、其最低BOD表面负荷率。如果厌氧塘的BOD表面负荷率过低，其工况就将接近于兼性塘。 最低容许BOD表面负荷率与BOD5容积负荷率、气温有关。我国北方可采用300kgBOD/(104m2d)、(200600)kgBOD5/(104m2d)。 我国给水排水设计手册对厌氧塘处理城市污水的建议负荷率值为2060gBOD5/(m2d)、(200600) kgBOD5/(104m2d)。 bBOD容积负荷,cVSS容积负荷率VSS容积率用于厌氧塘处理VSS含量废水的设计。 下面是国外对几种工业废水厌氧塘采用的VSS容积负荷。 家禽粪水 0.0630.16kgVSS/(m3d) 奶牛粪水 0.1661.12

9、kgVSS/(m3d) 猪粪水 0.0640.32kgVSS/(m3d) 菜牛屠宰废水 0.593kgVSS/(m3d) d. 水力停留时间 污水在厌氧塘内的停留时间，采用的数值介于很大的幅度内，无成熟数据可以遵循，应通过试验确定。我国给水排水设计手册的建议值，对城市污水是3050d。国外有长达160d的设计运行数据，但也有短为12d的。,厌氧塘的形状和主要尺寸 a. 厌氧塘表面仍以矩形为宜，长宽比22.5:1。 b. 塘深，厌氧塘的有效深度（包括污泥层深度）为35m，当土壤和地下水条件适宜时，可增大到6m。 处理城市污水用厌氧塘的塘深为1.03.6m 处理城市污水的厌氧塘底部储泥深度，不应小

10、于0.5m，污泥量按50L/(人a)计算。污泥清除周期为510年。 c. 保护高度0.61.0m。 d. 塘底略具坡度，堤内坡1:11:3。 e. 厌氧塘的单塘面积不应大于8000m2(0.8104m2) f. 厌氧塘一般位于稳定塘系统之首，截留污泥量较大，因此，宜设并联的厌氧塘，以便轮换清除塘泥。 g. 厌氧塘进出口，厌氧塘进口一般按设在高于塘底0.61.0m处，使进水与塘底污泥相混合。塘底宽度小于9m时，可以只用一个进口，宽塘 应采用多个进口。进水管径200300mm。出水口为淹设式，深入水下0.6m，不得小于冰层厚度或浮渣层厚度。,1、概述,（1）塘深 1.0-2.5m 上层好氧 （2）

11、中间变化（DO时有时无） 下层厌氧,兼性区：生化反应主导 厌氧区：产酸，产氢产乙酸，产甲烷三阶段反应 好氧区：与好氧塘一样，（硝化菌）,（3）生物相也比较丰富,19.2.3 兼性塘,2.计算,兼性塘计算的主要内容也是求定塘的有效面积。对兼性塘仍多采用经验数据进行计算。 1)设计参数 (1) 兼性塘可以作为独立处理技术考虑，也可以作为生物处理系统中的一个处理单元，或者作为深度处理塘的预处理工艺。 (2) 塘深。一般采用1.22.5m，污泥层厚度取值0.3m (3) 停留时间。一般规定为7180d，幅度很大。 (4) BOD5表面负荷率。按0.00020.010kg/(m2d)考虑.,(5) BO

12、D去除率一般可达70%90%。 ( 6) 藻类浓度取值10100mg/L ( 7) 如采取处理水循环措施，循环率可为0.22.0。 2)在塘的构造方面应考虑的因素 (1) 塘形，以矩形为宜，矩形塘易于施工和串联组合，有助于风对塘水的混合，而且死角少，长宽比以2:1或3:1为宜。 (2) 塘数，除小规模的兼性塘可以考虑采用单一的塘进行处理外，一般不宜少于2座。宜采用多级串联，第一塘面积大，约占总面积的30%60%，采用较高的负荷率，以不使塘都处理厌氧状态为限。串联可得优质处理水。 (3) 进水口，矩形塘进水口应尽量使塘的横断面上配水均匀，宜采用扩散管或多点进水。 (4) 出水口，出水口与进水口之

13、间的直线距离应尽可能的大，一般在矩形塘按对角线排列设置，以减少短路。应参照有关资料进行。,1. 曝气塘,1）概述,（1）曝气塘人工强化的稳定塘。 （2）塘的种类曝气相关，可分为好氧曝气塘和兼性曝 气塘。,（1）效率高，占地少、耗电高。,2）特点,19.2.4 其他稳定塘,BOD表面负荷率：30-60gBOD5/m.d；塘深 ：2.5-5.0m， SS：80-200mg/l ；HRT ：好氧1-10d 、兼性曝气塘7-20d；,3）设计,（1）一般规定,（2）计算公式 流态完全混合 假定 有机物降解量是一级反应 无污泥回流系统,因此有下式成立 ds/dt=-ks 改写为(S0-Se)/t=-kS

14、e K：有机物降解速度常数；t: 污水在塘内的停留时间d; S0、Se：原水和处理水有机物浓度mg/l； 由物料平衡：(S0-Se)Q=(kSe)V V：曝气塘容积 m3 将V/Q=t及去除率(S0-Se)/S0100=E 曝气塘：t=E/K(100-E) 推出 Se=S0/(1+Kt) 兼性曝气塘：Se=S0/(1+Kt)F F:夏季1.4 、冬季1.0； K(t)=K(20)T-20 是温度系数，介于1.065-1.09之间,2. 深度处理塘（三级处理塘、熟化塘）,1）概述,（1）处理对象二级出水，设在稳定塘的最后或起缓冲作用 BOD；不高于30mg/l （2）进水水质 COD：不高于12

15、0mg/l SS：30-60mg/l 进水除BOD 、SS外，其他指标应符合渔业用水标准。,2）特点,3）计算 负荷率计算 负荷率的选取根据去除的具体污染物选取,（1）BOD的去除(COD)，去除率不高 （2）除菌效果好 （3）藻类的去除养鱼 （4）N、P的去除藻类的吸收,3. 控制出水塘,1）概述,（1）控制除水塘多为兼性塘 （2）主要考虑冬贮问题 停留时间（冬季） 一般稳定塘（夏季）,2）设计要点,（1）设计应考虑的因素 塘深高于冰冻线1m进出水口： 污泥层之上,冰冻层之下 （2）需有一级处理：不少于2座，可并联或串联，避免短流 （3）BOD表面负荷率法,污水灌溉存在以下问题： 1不能解决

16、污水的终年问题（为雨季及冬季），往往不能进行终年泼水灌溉。非灌溉期间污水若不经贮存排入地表水体，会造成地表水污染。 2污水灌溉农田后出水不加收集，不能有效控制排放与利用。 3如污水达不到农田灌溉标准，则会影响作物的生长、产量和品质，特别是污水中的重金属和化学有机合成物含在作物的某些部位富集，对人体健康造成危害。 4重金属在土壤中积累会影响土壤的特性和使用。,19.3.1 污水灌溉系统,19.3 污水的土地处理,19.3.2 土地渗滤系统,1慢速渗滤系统 用于渗透水性能良好的土壤（如砂质土壤），它适用于蒸发量小，气候湿润地区；慢速渗滤系统用表面布水或喷灌布水，对污水的BOD5、COD、N的去除率

17、分别为： 2快速渗滤系统 污水周期地向渗滤田灌水和休灌，表层土壤交替地处于厌氧-好氧状态，有机物被土层中的微生物所分解，同时也对N、P进行了去除。各种指标的去除率为：,19.3.3 湿地处理系统 将污水投配到沼泽地上，污水沿一定方向流动，在耐水植物的土壤联合作用下而得到净化的一种土地处理工艺。 1.湿地处理系统类型： 1）天然湿地系统 利用天然洼地、苇塘，并加以人工修整而成。中设导流土堤，使污水沿一定方向流动，H一般在3080cm之间，不超过1.00m，净化作用与好氧塘相似。,天然湿地处理系统示意图,水深3080cm,净化作用与好氧塘相似，适宜作污水的深度处理,2） 自由水面人工湿地 用人工筑

18、成水了或沟槽状，地面铺设隔水层以防渗漏，再充填一定深度的土壤层，土壤层种植芦苇一类的维管束植物，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前流动，从另一端溢入集水沟，在流动地程中保持着自由水面。有机负荷率介于18110kgBOD5/(had)，幅度较大。,自由水面人工湿地,首要条件是使水层保持好氧状态；有机负荷率及水力负荷率较低，有机负荷率介于18110kgBOD5/ha.d。,溢流出水,3）人工潜流湿地处理系统 人工潜流湿地处理系统是人工筑成的床槽，床内充填介质支持芦苇类的挺水植物生长，床底设粘土隔水层，并具有一定的坡度。污水从沿床宽度设置的布水装置进入，水平流动通

19、过介质，与布满生物膜的介质表面和溶解氧充分的植物根区接触，在这一过程中得到净化。,人工潜流湿地处理系统,人工潜流湿地（碎石床）,HRT7-10d 湿地坡度0-3% 长宽比10：1 有机负荷10-20kgBOD/104.m.d 植物芦苇、水葱土壤粘土,（1）F=6.5710-3Q(104m) F人工湿地的面积 （2）主要参数,2.湿地设计,19.4 自然生物处理新进展,19.4.1水解池-稳定塘生物处理系统的新工艺 稳定塘占地面积大，冬季水温低，影响处理效果，应用水解代替沉淀池作为预处理构筑物，以提高污水的可生化性，并减少悬浮物。 在水解池部分大分子难降解物质在水解池中经历了水解和酸化两个阶段，

20、变成了小分子易降解的有机酸，使污水在后续的塘中降解更快。 从污泥沉淀角度讲，稳定塘的底泥来源主要是进水悬浮物和塘中生长的藻类。水解-稳定塘系统能有效地从两方面加以控制。,19.4.2稳定塘的除藻技术 藻类具有降解污染物质的功能，但只是使有机污染物质转移到藻类中，并没有最后去除。如果处理不当，就会造二次污染。 国外所采用的除藻技术有自沉淀、混凝沉淀、气浮和过滤等技术。这里介绍两种比较有效的方法。 (1) 在稳定塘的最后一塘放养水生植物。由于水生植物覆盖了水面，阻隔了光照，藻类不能进行正常光合作用，因此沉淀至塘底，使出水水质改善。如放养水葫芦、浮萍。 (2) 气浮除藻。近年来通过对气浮设备的改进，

21、使气浮的处理成本大幅度下降。,19.4.3污水地下渗滤处理技术 污水在土壤的渗滤作用和毛细管作用下，污水向四周扩散，通过过滤、沉淀、吸附和微生物作用降解，污水得到净化。这种的污水处理法称之为污水地下渗滤处理系统。这种工艺具有以下特征： (1) 整体处理系统都设于地下，无损于地面景观，而且能够种植绿色杆物，美化环境。 (2) 不受外界气温变化的影响，或影响较小。 (3) 易于建设、便于维护、不堵塞、建设搞资少、运行费用低； (4) 对进水负荷的变化适应性较强，耐受冲击负荷； (5) 如运行得当，处理水水质良好、稳定、可回用于灌溉、浇灌城市绿化地、街心公园等。,(1) 污水土壤渗滤净化沟 在本系统

22、中，污水先经化粪池，或沉淀池等预处理构筑物处理，去除其中的悬浮物，然后进入埋在地下的渗滤沟和带孔的布水管，从布水管中缓慢地向周围土壤浸润、渗透和扩散。 布水管一般埋设在距地面0.4m左右的深度其周围铺满砾石层底部宽0.50.7m，其下部铺厚约为0.2m的砂。 水力负荷是维持本工艺正常运行的关键因素。水力负荷值不能过大，应根据测得的土壤渗透能力以确定适当适宜的水力负荷。,(2) 毛管浸润渗滤沟 本工艺也称为尼米(Niimi)系统，是日本开发的。是利用土壤毛管浸润扩散原理研制的一种浅型土壤污水处理系统。 污水经预处理后进入陶土管，在其周围铺毛管砾石层，其下铺砂层，砂层下铺有机树脂膜，以防止污水污染

23、地下水。污水通砂砾的毛细管虹吸作用，缓慢地上升，并向其四周浸润、扩散，进入周围土壤，在地面下0.30.5m的土壤层内存活着大量的微生物，在这些微生物的作用下，污水中的有机污染物被吸附、降解，通过生物土壤系统的复杂而又互联系和互相制约的作用下，污水得到净化。,19.5 工程实例,19.5.1稳定塘实例 某县的河水实际是一天然排水沟，长期受工业及生活污水的污染，严重影响沿河村民的身体健康。该河旱季流量在20002800m3/d之间，是由上游十几家单位排放的污水，污水BOD5据测定为50100mg/L，悬浮物5873mg/L，同时该河在雨季有排洪的功能。根据现场踏勘，稳定塘选址拟在该村村南250m处

24、，紧靠河床的一片弃耕多年的耕地，面积约20000m2(约30亩)，长300m，宽60m。将稳定塘建在此，可以使河水在进村前得到净化，并且该位置远离居民，建塘不会带来明显的环境问题。 1.设计水质 BOD5=100mg/L；COD=200mg/L；SS=100mg/L。 经过稳定塘处理后的水质，在312月可以达到以下水平： BOD20mg/L；COD100mg/L；SS20mg/L。,2.设计工艺上的考虑 (1) 排洪与处理相结合 本着因地制宜、综合利用、尽量减肥少基建投资和运行费用的原则，进行工艺设计。采用筑坝将水头抬高1m，自流进入稳定塘。为了防洪，在河道上砌坝，在雨量小时，坝上设有分洪溢流道，而洪水较大时，则开闸放水。 (2) 多级串联 根据最新的研究成果，采用多种类型稳定塘串联系统。 各塘设计水深1.5m，实际水面13333m2(20亩)，总池容为19500m3,平均停留时间8d，采用多塘有以下考虑。 改善了流特性。塘的长宽比为30:1。避免层流、异重流