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污水的自然生物處理 一 穩(wěn)定塘1概述2穩(wěn)定塘的原理和類型3穩(wěn)定塘系統(tǒng)的優(yōu)缺點4穩(wěn)定塘系統(tǒng)的工藝與流程 1概述 1 1定義穩(wěn)定塘又名氧化塘或生物塘 其對污水的凈化過程與自然水體的自凈過程相似 是一種利用天然凈化能力處理污水的生物處理設施 應用 城鎮(zhèn)污水 可與其他工藝結合分類 根據(jù)微生物類型 供氧方式 功能劃分 1 2概述國內外穩(wěn)定塘經(jīng)歷如下發(fā)展階段 用于小城鎮(zhèn)生活污水處理處理食品工業(yè)廢水 其他工業(yè)廢水作為活性污泥二級處理的后續(xù)深度處理穩(wěn)定塘處理與綜合利用相結合 發(fā)展養(yǎng)魚穩(wěn)定塘的運行方式 單塘變?yōu)槎嗵链?lián)運行 厭氧塘 兼性塘 好氧或兼性 好氧塘 2穩(wěn)定塘的原理和類型 自然條件下的生物處理法主要有水體凈化法和土壤凈化法兩類 氧化塘和養(yǎng)殖搪 統(tǒng)稱為生物穩(wěn)定塘 其凈化機理與活性污泥法相似 土壤滲濾和污水灌溉 統(tǒng)稱為廢水的土地處理 其凈化機理與生物膜法相似 穩(wěn)定塘的凈化原理穩(wěn)定塘的凈化原理是利用了細菌與藻類的互生關系 藻類進行光合作用釋放氧氣 細菌利用藻類產(chǎn)生的氧氣分解流入塘內的有機物 分解產(chǎn)物中的CO2 N P等無機物以及一部分小分子有機物成為藻類的營養(yǎng)源 增殖的細菌和藻類細胞為微型動物所捕食 穩(wěn)定塘內的反應過程藻類和光合細菌的光合放氧過程 好氧反應 氧化作用 氮氧化作用 硫氧化作用等 厭氧反應 硝酸鹽還原反應 硫酸鹽還原反應 發(fā)酵反應等 穩(wěn)定塘的分類及功能 穩(wěn)定塘又稱氧化塘 是一種天然的或經(jīng)過一定人工修整的有機廢水處理池塘 按照占優(yōu)勢的微生物種屬和相應的生化反應 可分為好氧塘 兼性塘 曝氣塘和厭氧塘四種類型 2 1好氧塘 好氧塘是一種主要靠塘內藻類的光合作用供氧的氧化塘 它的水深較淺 一般在0 3 0 5m 陽光能直接射透到池底 藻類生長旺盛 加上塘面風力攪動進行大氣復氧 全部塘水都是好氧狀態(tài) 1 好氧塘的種類按照有機負荷的高低 好氧塘可分為a 高負荷好氧塘b 普通好氧塘c 深處理好氧塘 精制塘 2 基本工作原理 好氧塘內的生物種群主要有藻類 菌類 原生動物 后生動物 水蚤等微型動物 菌類主要是生存在水深0 5m的上層 濃度為1 108 5 109個 mL 主要種屬與活性污泥和生物膜相同 原生動物和后生動物的種屬數(shù)與個體數(shù) 均比活性污泥法和生物膜法少 藻類的種類和數(shù)量與塘的負荷有關 它可以反應塘的運行狀況和處理效果 3 好氧塘內的生物種群 1 厭氧塘的基本工作原理厭氧塘對有機污染物的降解 是由兩類厭氧菌通過產(chǎn)酸發(fā)酵和甲烷發(fā)酵兩階段完成的 厭氧塘的設計運行 必須以甲烷發(fā)酵階段的要求作為控制條件 控制有機污染物的投配率 以保持產(chǎn)酸菌與甲烷菌之間的動態(tài)平衡 控制有機酸濃度3000mg L以下 pH值為6 5 7 5 進水的BOD5 N P 100 2 5 1 硫酸鹽濃度應小于500mg L 2 2厭氧塘 厭氧塘的主要問題是產(chǎn)生臭氣 目前是利用厭氧塘表面的浮渣層或采取人工覆蓋措施防止臭氧逸出 也有用回流好氧塘出水使其布滿厭氧塘表層來減少臭氣逸出 厭氧塘宜用于處理高濃度有機廢水 如制漿造紙 釀酒 農牧產(chǎn)品加工 農藥等工業(yè)廢水和家禽和家畜糞尿廢水等 也可用于處理城鎮(zhèn)污水 2 3兼性塘 1 兼性塘的基本工作原理 2 4曝氣塘 為了強化塘面大氣復氧作用 可在氧化塘上設置機械曝氣或水力曝氣器 使塘水得到不同程度的混合而保持好氧或兼性狀態(tài) 曝氣塘有機負荷和去除率都比較高 占地面積小 但運行費用高 且出水懸浮物濃度較高 使用時可在后面連接兼性塘來改善最終出水水質 曝氣塘出水的懸浮固體濃度較高 排放前需進行沉淀 沉淀的方法可以用沉淀池 或在塘中分割出靜水區(qū)用于沉淀 若曝氣塘后設置兼性塘 則兼性塘要在進一步處理其出水的同時起沉淀作用 曝氣塘的水力停留時間為3 10d 有效水深2 6m 曝氣塘一般不少于3座 通常按串連方式運行 完全混合曝氣塘中曝氣裝置的強度應能使塘內的全部固體呈懸浮狀態(tài) 并使塘水有足夠的溶解氧供微生物分解有機污染物 部分混合曝氣塘不要求保持全部固體呈懸浮狀態(tài) 部分固體沉淀并進行厭氧消化 其塘內曝氣機布置較完全混合曝氣塘稀疏 完全混合曝氣塘 部分混合曝氣塘 曝氣塘的兩種類型 完全混合曝氣塘 部分混合曝氣塘 以上四類氧化塘的主要性能分列于下表 表中各項性能均受控于陽光輻射值 溫度 養(yǎng)料及毒物等多種因素 因此 其具體數(shù)值也因緯度高低 氣象條件和水質狀況的不同而異 穩(wěn)定塘的主要性能 穩(wěn)定塘的主要性能 2 5生態(tài)系統(tǒng)塘 在穩(wěn)定塘內 一般是好氧塘和兼性塘 種植水生植物的水生植物塘和放養(yǎng)動物的養(yǎng)殖塘 統(tǒng)稱生態(tài)系統(tǒng)塘 養(yǎng)殖的植物或動物與原生動物 浮游動物 底棲動物 細菌 藻類之間通過起相互協(xié)調的 食物鏈 構成復雜的生態(tài)系統(tǒng) 既能進一步凈化水質 又可以使出水中藻類的含量降低 以提高污水處理效果 水生植物塘種植的維管束水生植物分為挺水植物 浮水植物和沉水植物 水生植物對污染物的凈化 主要是通過兩種途徑完成的 一是通過根部吸收氮 磷 重金屬等營養(yǎng)物后富集在生物體內 二是它們發(fā)達的根系上形成了大量的生物膜 植株通過根端向生物膜輸氧 使微生物參與對污染物的凈化 養(yǎng)殖塘以陽光為能源 對污染物進行同化降解 并在食物鏈中遷移轉化 最終轉化為動物蛋白前一 二級使廢水有機物濃度大幅度降低并培養(yǎng)藻類 水深應淺一些 第三 四級主要培養(yǎng)浮游動物 它們以前面好氧塘的藻類為食料 又作為后面養(yǎng)魚塘魚類的餌料 最后一級做養(yǎng)魚塘 3穩(wěn)定塘的優(yōu)缺點 1 優(yōu)點基建投資低舊河道 沼澤地 谷地可利用作為穩(wěn)定塘 穩(wěn)定塘系統(tǒng)基建投資低 運行管理簡單經(jīng)濟穩(wěn)定塘運行管理簡單 動力消耗低 運行費用較低 約為傳統(tǒng)二級處理廠的1 3 1 5 可進行綜合利用實現(xiàn)污水資源化 如將穩(wěn)定塘出水用于農業(yè)灌溉 充分利用污水的水肥資源 養(yǎng)殖水生動物和植物 組成多級食物鏈的復合生物系統(tǒng) 2 缺點占地面積大沒有空閑余地時不宜采用 處理效果受氣候影響如季節(jié) 氣溫 光照 降雨等自然因素都影響穩(wěn)定塘的處理效果 設計運行不當時 可能形成二次污染如污染地下水 產(chǎn)生臭氣和滋生蚊蠅等 4穩(wěn)定塘系統(tǒng)的工藝流程 1 穩(wěn)定塘處理系統(tǒng)的組成 穩(wěn)定塘的流程組合依當?shù)貤l件和處理要求不同而異 圖12 5為幾種典型的流程組合 2 穩(wěn)定塘的流程組合 3 穩(wěn)定塘塘體設計要點塘的位置穩(wěn)定塘應設在居民區(qū)下風向200m以外 以防止塘散發(fā)的臭氣影響居民區(qū) 防止塘體損害為防止浪的沖刷 塘的襯砌應在設計水位上下各0 5m以上 塘體防滲穩(wěn)定塘滲漏可能污染地下水源 應做好防滲 方法有素土夯實 瀝青防滲襯面 膨潤土防滲襯面和塑料薄膜防滲襯面等 塘的進出口設計時應注意配水 集水均勻 避免短流 溝流及混合死區(qū) 主要措施為采用多點進水和出水 進口 出口之間的直線距離盡可能大 進口 出口的方向避開當?shù)刂鲗эL向 我國穩(wěn)定塘發(fā)展概況 50年代末 開始試驗研究80 90年代 迅速發(fā)展 七五 八五 兩個五年計劃期間 國家均將城市污水穩(wěn)定塘處理技術列為國家重點科技攻關項目 二 污水的土地處理 1概述2土地處理系統(tǒng)對污水的凈化機理3土地處理系統(tǒng)應注意的幾個問題 污水土地處理是在人工調控下利用土壤 微生物 植物組成的生態(tài)系統(tǒng)使污水中的污染物凈化的處理方法 在污染物得以凈化的同時 水中營養(yǎng)物質和水分也得以循環(huán)利用 因此 土地處理是使污水資源化 無害化和穩(wěn)定化的處理利用系統(tǒng) 1概述人工調控土壤 微生物 植物目的 污水資源化 無害化 穩(wěn)定化類型 慢速滲濾 快速滲濾 地表漫流 濕地 wetland 地下滲濾發(fā)展方向 不受季節(jié)限制 二次污染可能性小 效率高 有機負荷或水力負荷 土壤的特性和重要性 土壤 即陸地表面的礦物質 有機質 水分和空氣四種物質組成 具有一定肥力 能夠生長植物的疏松表層 土壤是一個獨立的生態(tài)系統(tǒng) 與人類的關系十分密切 土壤的組成 土壤是由礦物質 有機質 水分和空氣四種物質組成的 土壤有機質多集中在表層 它是土壤的重要成分 直接影響土壤肥力的形成和發(fā)展 通常把有機質的含量作為土壤肥力高低的一個重要標志 土壤中的水分空氣有很大的流動性 它們的運動和比例的變化對土壤肥力也起很大的作用 污水土地處理系統(tǒng)的凈化機理十分復雜 它包含了物理過濾 物理吸附 物理沉積 物理化學吸附 化學反應和化學沉淀 微生物對有機物的降解等過程 因此 污水在土地處理系統(tǒng)中的凈化是一個綜合凈化過程 土地處理系統(tǒng)的凈化機理 BOD的去除 磷和氮的去除 懸浮物質的去除 病原體的去除 重金屬的去除 污水土地處理系統(tǒng)的凈化機理十分復雜 它包含了物理過濾 物理吸附 物理沉積 物理化學吸附 化學反應和化學沉淀 微生物對有機物的降解等過程 因此 污水在土地處理系統(tǒng)中的凈化是一個綜合凈化過程 土地處理系統(tǒng)的凈化機理 BOD的去除 磷和氮的去除 懸浮物質的去除 病原體的去除 重金屬的去除 污水土地處理系統(tǒng)的凈化機理十分復雜 它包含了物理過濾 物理吸附 物理沉積 物理化學吸附 化學反應和化學沉淀 微生物對有機物的降解等過程 因此 污水在土地處理系統(tǒng)中的凈化是一個綜合凈化過程 土地處理系統(tǒng)的凈化機理 BOD的去除 磷和氮的去除 懸浮物質的去除 病原體的去除 重金屬的去除 污水土地處理系統(tǒng)的凈化機理十分復雜 它包含了物理過濾 物理吸附 物理沉積 物理化學吸附 化學反應和化學沉淀 微生物對有機物的降解等過程 因此 污水在土地處理系統(tǒng)中的凈化是一個綜合凈化過程 土地處理系統(tǒng)的凈化機理 BOD的去除 磷和氮的去除 懸浮物質的去除 病原體的去除 重金屬的去除 污水土地處理系統(tǒng)的凈化機理十分復雜 它包含了物理過濾 物理吸附 物理沉積 物理化學吸附 化學反應和化學沉淀 微生物對有機物的降解等過程 因此 污水在土地處理系統(tǒng)中的凈化是一個綜合凈化過程 土地處理系統(tǒng)的凈化機理 BOD的去除 磷和氮的去除 懸浮物質的去除 病原體的去除 重金屬的去除 土地處理基本工藝 運行數(shù)據(jù) BOD5去除率可達95 以上 COD去除率可達85 90 以上 氮去除率可達80 90 以上 我國沈陽 昆明等地采用較多 土地處理基本工藝 特點 1 去除率高 BOD 95 COD 91 出水BOD 10mg L COD 40mg L 2 具有脫氮除磷功能 NH3去除率85 TN去除率80 除磷率65 3 去除大腸菌得能力強 可達99 9 土地處理基本工藝 運行數(shù)據(jù) BOD去除率達90 左右 總氮去除率達70 80 SS的去除率達90 95 另一特點 可收獲植物 牧草等 土地處理基本工藝 濕地 濕地公約 指出 濕地是不論其天然或人工 永久或暫時的沼澤地 濕原 泥炭地或水域地帶 常有靜止或流動 咸水或淡水 半堿水或堿水水體者 包括低潮時水深不過6m的海灘水域 還包括河流 湖泊 水庫 稻田以及退潮時水深不超過6m的沿岸帶水域 濕地的類型 從人類干擾的角度自然濕地人工濕地從水分含鹽量的角度淡水濕地半咸水濕地咸水濕地 從系統(tǒng)的分類角度沼澤濕地湖泊濕地河流濕地淺海灘涂濕地人工濕地 杭州西溪國家濕地公園 扎龍濕地鶴舞翩翩 人工濕地 根據(jù) 人工濕地污水處理工程技術規(guī)范 人工濕地指用人工筑成水池或溝槽 底面鋪設防滲漏隔水層 充填一定深度的基質層 種植水生植物 利用基質 植物 微生物的物理 化學 生物三重協(xié)同作用使污水得到凈化 人工濕地凈化廢水的原理 人工濕地的構成 基質 提供植物與微生物生長 并對污染物起過濾 吸收作用的填充材料 植物 高等維管束植物 微生物 微型生物 植物根系周圍的區(qū)系微生物 基質表面生物膜及周邊的微生物 人工濕地分類 根據(jù)濕地中主要植物形式人工濕地可分為 1 浮游植物系統(tǒng) 2 挺水植物系統(tǒng) 3 沉水植物系統(tǒng) 其中沉水植物系統(tǒng)還處于實驗室研究階段 其主要應用領域在于初級處理和二級處理后的精處理 浮游植物主要用于N P去除和提高傳統(tǒng)穩(wěn)定塘效率 目前一般所指人工濕地系統(tǒng)都是指挺水植物系統(tǒng) 鳳眼蓮浮萍 浮蓮槐葉萍水鱉 燈心草香蒲菖蒲 矮化美人蕉茭白黃花鳶尾 在濕地植物根系表面生長的生物膜 人工濕地污水處理工藝類型 根據(jù)污水在人工濕地系統(tǒng)中流動的方式 人工濕地污水處理工藝一般可分為表面流 垂直流和水平潛流 表面流人工濕地 為自由水面濕地 廢水在濕地中形成一層地表流 以較慢的流速水平流動 與自然濕地極為相似 污水直接暴露在大氣中 易導致污水中的細菌等污染物散播到大氣中而造成二次污染 同時負荷小 處理效果差 運行受氣候影響較大 在寒冷地區(qū)污水易結冰而影響處理效果 故一般不采用 垂直流人工濕地 污水從濕地表面縱向流向填料床底部 床體處于不飽和狀態(tài) O2可通過大氣擴散和植物傳輸進入濕地系統(tǒng) 該系統(tǒng)硝化能力較高 可用于處理氨氮含量較高的污水 但其處理有機物能力欠佳 控制復雜 夏季易滋生蚊蠅 建造要求高 故使用較少 水平潛流人工濕地 為地下水流濕地 廢水通過布水管道以水平滲透或垂直滲透形式通過填料 在水床最低位運行 床體表面種植處理性能好 成活率高的水生植物 蘆葦 凈化后的水體經(jīng)集水管道收集排放 床底鋪防滲膜 可防止污染地下水 BOD COD等有機物和重金屬的去除率高 受氣候影響小 夏季無臭味 無蚊蟲滋生 在寒冷地區(qū)也可以正常運行 目前國際上采用較多的是水平潛流人工濕地 人工濕地處理污水系統(tǒng)工藝流程 按工程接納的污水類型 基本工藝流程如下 a 當工程接納城鎮(zhèn)生活污水及與生活污水性質相近的其它污水時 基本工藝流程為 b 當工程接納城鎮(zhèn)污水處理廠出水時 基本工藝流程為 預處理的程度和方式應綜合考慮污水水質 人工濕地類型及出水水質要求等因素 可選擇格柵 沉砂 初沉 均質等一級處理工藝 物化強化法 AB法前段 水解酸化 浮動生物床等一級強化處理工藝 以及SBR 氧化溝 A