第八章-水體污染及防治教案

第八章-水體污染及防治教案..第八章-水體污染及防治教案..第三節(jié)氧化塘氧化塘（oxidationponds）又稱穩(wěn)定塘或生物塘。它是利用庫塘等水生生態(tài)系統(tǒng)對(duì)污水的凈化作用，進(jìn)行污水處理和利用的生物工程措施。氧化塘作用的基本原理是生物降解。當(dāng)廢水進(jìn)入塘后，可沉淀的固體沉至塘底，其中有機(jī)物進(jìn)行厭氧分解．產(chǎn)生的沼氣（CH4）逸出水面，二氧化碳、氨等溶解于永中。溶解或懸浮干水中的有機(jī)物經(jīng)微生物作用進(jìn)行有氧分解，同時(shí)釋放的氨和二氧化碳溶解于水中，供水中藻類營養(yǎng)和繁殖。藻類進(jìn)行光合柞用放出的氧氣供微生物分解有機(jī)物。一、我國氧化塘的主要特點(diǎn)（1）充分利用地形（2）超大型氧化塘工程（3）凈化和利用相結(jié)合（4）廣譜、高效、穩(wěn)定的凈化能力（5）人工強(qiáng)化系統(tǒng)塘的研究和利用二、氧化塘的結(jié)構(gòu)和凈化機(jī)制采用厭氧、兼性和好氧串聯(lián)氧化塘。每塘又由于水深淺不同區(qū)分為好氧區(qū)、兼性區(qū)和厭氧區(qū)。氧化塘的凈化作用主要是通過氧化、還原、合成的過程去除污水中的污染物（生物可降解的物質(zhì)）。生物不能降解的物質(zhì)，則由污水中物理化學(xué)性質(zhì)的變化而發(fā)生氧化、還原、凝聚、沉降作用而沉淀除去。（一）厭氧塘兼性塘和好氧塘前的預(yù)處理塘，有機(jī)負(fù)荷高，厭氧占優(yōu)勢(shì)。厭氧菌能從NO3－和NO2－中獲取氧并放出氮。硫酸鹽和碳酸鹽是厭氧菌和兼性菌主要供氧體兩個(gè)階段：產(chǎn)酸；甲烷發(fā)酵（甲烷菌）在曝氣池中，首先墻養(yǎng)和馴化出具有適當(dāng)濃度的潘性污泥，然后引入待處理的廢水與池中恬性污泥混合為混合液，同時(shí)不斷地供給空氣，使氧轉(zhuǎn)移到污水中促進(jìn)好氣紉菌的活動(dòng)，并使污水中的有機(jī)物與活性污泥充分接觸進(jìn)行吸附氧化。經(jīng)氧化分解后，棍合液流出進(jìn)入二次沉淀池，使泥水分離，澄清后將水排出。沉淀的污泥一部分回流到吧氣池與污水混合，維持凈化污水中的有機(jī)物所必需的活性污泥濃度，以實(shí)現(xiàn)連續(xù)的凈化過程；超過需耍的增長(zhǎng)污泥郡分則是從系統(tǒng)中排出。3、活性污泥降解慶水中有機(jī)物的過程活性污泥在曝氣過程中對(duì)有機(jī)物的降解（去除）可分為兩個(gè)階段——吸附階段和穩(wěn)定階段。在吸附階段，主宴是廢水中的有機(jī)物轉(zhuǎn)移到活性污泥上去，這是由于清性污泥具有巨大的表面積，而在其表面上含有多糖類的粘性物質(zhì)所致。廢水主要靠活性污泥的吸附作用而得到凈化。在穩(wěn)定階段，主要是轉(zhuǎn)移到活性污泥上的有機(jī)物質(zhì)為微生物所利用的過程。當(dāng)廢水中的有機(jī)物處于懸浮狀態(tài)和膠態(tài)時(shí)，吸附階段很短（一般在10～45分鐘左右），而穩(wěn)定階段較長(zhǎng)?；钚晕勰喾ǖ闹饕獑栴}是產(chǎn)生大量剩余的污泥，需要用其它辦法處理?，F(xiàn)在世界各國，包括我國都發(fā)展了各種處理系統(tǒng)以減少剩余污泥的產(chǎn)量，顆?；钚晕勰喾ň褪且环N行之有效的方法。這種方法是把活性污泥培養(yǎng)成顆粒狀，用顆?；钚晕勰嗤耆V化廢水中的有機(jī)物，而不形成新的微生物細(xì)胞，或者只在顆?；钚晕勰鄡?nèi)部維持微生物細(xì)胞的新老更替。北京市高碑店污水處理廠使用的就是活性污泥法。（二）生物膜法生物膜法和活性污泥法一樣都是利用微生物來去除廢水中有機(jī)物的方法。但在活性污泥法中，微生物處于懸浮生長(zhǎng)狀態(tài)，所以活性污泥系統(tǒng)又稱為懸浮生長(zhǎng)系統(tǒng)。而生物膜中的微生物則附著生長(zhǎng)在某些固體物的表面，所以生物膜處理系統(tǒng)又稱為附著生長(zhǎng)系統(tǒng)。生物轉(zhuǎn)盤（又名轉(zhuǎn)盤式生物濾池）1．生物膜的構(gòu)造與性能微生物附著在介質(zhì)表面上，為微生物提供附著介質(zhì)的材料稱為濾料（或載體）。廢水在與濾料或載體流動(dòng)接觸的過程中，其中的有機(jī)物被微生物同化并在濾料或載體的表面上逐漸形成生物膜。生物膜是微生物高度密集的物質(zhì)，是由好氧菌、厭氧菌、兼性菌．真菌、原生動(dòng)物等組成的生態(tài)系統(tǒng)。另外，在一些生物膜處理的構(gòu)筑物中還會(huì)有藻類出現(xiàn)。對(duì)于不同的廢水、不同的工作條件和下同的處理設(shè)施及部位，構(gòu)成生物膜的微生物種類和數(shù)量是不相同的。生物膜首先吸附附著水層中的有機(jī)物，然后由生物膜外側(cè)的好氧菌將其分解；隨著傲生物的生長(zhǎng)，生物膜的厚度不斷增加，當(dāng)達(dá)到一定厚度時(shí)，氧氣不能透入深部，使得在靠近濾料或載體表面的薄層中造成厭氧環(huán)境而形成厭氧膜層。生物膜的內(nèi)外進(jìn)行著多種物質(zhì)的傳遞，其過程為；空氣中的氧溶于流動(dòng)水層中，井通過附著水層傳給生物膜，供微生物呼吸用；污水中的有機(jī)物則由流動(dòng)水層傳遞給附著水層。再進(jìn)入塵物膜被降解，微生物的代謝產(chǎn)物則沿著相反的方向徘除．隨著厭氧層厚度的增加，其代謝產(chǎn)物也逐漸增多。當(dāng)這些代酣產(chǎn)物透過好氧層逸出時(shí)，破壞了好氧層生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)，也減弱了生物膜在濾料域載體）上的固著力．此時(shí)的生物膜呈老化狀態(tài)。在流動(dòng)水的沖刷下，老化的生物膜脫落，新的生物膜又開始生長(zhǎng)，它具有較強(qiáng)的凈化功能。3、生物膜法的特點(diǎn)生物膜由于固著在濾料或載體上，因此能在膜上生長(zhǎng)那些繁殖速度慢、世代時(shí)問長(zhǎng)的細(xì)菌和較高級(jí)的微生物，如絲狀菌、輪蟲、寡毛蟲等。為生物膜法多為分段處理，在每段都能自然形成各自獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)微生物種群。由于生物膜生物相的多樣化和生物膜法處理工藝的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使得生物膜法對(duì)水量、水質(zhì)變動(dòng)具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，并能在低溫條件下保持較好的凈化功能。它與活性污泥法相比，處理工藝產(chǎn)生的污泥量少，約為淆性污泥法的3／4，動(dòng)力耗費(fèi)一般較低，所產(chǎn)生的污泥宜干固液分離。（三）污水處理結(jié)——氧化塘（生物塘）污水處理塘是一些適宜的自然池塘、經(jīng)人工改造的自然池塘或是人工修建的池塘。這些池塘通過不同工作原理和凈化機(jī)理，諸如厭氧、好氧、兼性生物凈化、水生生物處理、水生態(tài)系統(tǒng)凈化、封閉式貯留、調(diào)貯控制排放等．以保證其排出的水量水質(zhì)不超過受納水體的自凈容量。大多數(shù)的污水處理塘是利用水垢中的微生物和藻類對(duì)污水和有機(jī)廢水迸行需氧生物處理，所以又稱生物塘。有多年的歷史：據(jù)美國的資料，在60年代初，美國用作家庭生活污水處理的生物浴已超過1000多個(gè)，而用作工業(yè)廢水處理的生物塘也超過800個(gè)。近隼來，考慮到節(jié)能和污水的深度處理，各國吏加重視刊用生物塘處理污水。美國在1972年已有生物塘4000多個(gè)，占當(dāng)時(shí)美國城市污水廠總數(shù)的1／3。我國從20世紀(jì)叨年代初就開晨了應(yīng)用生物塘處理城市清水和工業(yè)廢水的探索性研究。據(jù)有關(guān)資料，到1984年，我國就有犯座生物塘．過去生物塘主要用于處理人口較少的城鎮(zhèn)污水，現(xiàn)在已發(fā)履到每天可處理10萬噸以上污水。澳大利亞墨爾本市生物塘每天可處理35萬噸污水。一、我國氧化塘的主要特點(diǎn)(一)充分利用地形，工程簡(jiǎn)易(二)超大型氧化塘工程(三)凈化和利用相結(jié)合(四)廣譜、高故和穩(wěn)定的凈化能力(玉)人工強(qiáng)化系統(tǒng)絡(luò)的研究和應(yīng)用二、氧化塘結(jié)構(gòu)及凈化機(jī)制根據(jù)污水處理塘的凈化機(jī)理大致可分為：塘、厭氧塘、兼性塘、曝氣氧化塘、塘田和魚塘等。1、厭氧塘厭氧塘是在處理高濃度有機(jī)污染物時(shí)，在兼性塘和好氧塘前的預(yù)處理塘，有機(jī)負(fù)菏高，厭氧占優(yōu)勢(shì)。N03-和NO2-、硫酸鹽和碳酸鹽是厭氧茵和兼性茵的主要供氧體。厭氧降解包括兩個(gè)階段：第一階段是產(chǎn)酸階段，第二階段是甲烷發(fā)酵，就去除COD和BOD而言，產(chǎn)酸階段COD和BOD降低得很少，但在甲烷發(fā)酵階段則明顯降低。因?yàn)樵诩淄榘l(fā)酵階段廢水中有機(jī)物的主要組成元素碳、氫、氧和氯等轉(zhuǎn)變?yōu)榧淄楹投趸级鴱膹U水中除去。產(chǎn)生甲烷和二氧化碳等氣體的量越大，BoD和COD的去除率越高。(二)兼性塘分層:塘的上層陽光充沛，藻類光合作用旺盛，水中溶解氧充足，是好氧菌—藻類共生系統(tǒng)；中層光照弱，溶解氧少，兼性微生物占優(yōu)勢(shì)；底層為厭氧層，厭氧微生物占優(yōu)勢(shì)，對(duì)沉淀于塘底的污泥進(jìn)行厭氧發(fā)酵。兼性塘的BOD去除率取決于水中藻類濃度．一般可達(dá)70％一90％，比好氧塘更廣譜地去污。在兼性塘中放養(yǎng)水葫蘆、狐尾藻等植物時(shí)，能增強(qiáng)其除污能力。(三)好氧塘塘水深應(yīng)保證陽光透射到塘底，使藻類能在整個(gè)搪內(nèi)進(jìn)行光合作用，好氧塘中藻—菌共生系統(tǒng)能很好地除去BOD、氮、磷等無機(jī)營養(yǎng)，但由于藻類大量繁殖，致使出水水質(zhì)臺(tái)藻類過多而使懸浮物、BOD、COD及總氮等含量偏高，造成水體第二次污染：因此，國外常采用除藻技術(shù)，但技術(shù)復(fù)雜且不經(jīng)濟(jì)。最簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)和合理的除藻技術(shù)是養(yǎng)魚、蝦、貝、鴨和鵝等，消耗藻類，維持水體營養(yǎng)平衡，實(shí)現(xiàn)污水資源化。好氧塘如果水質(zhì)差，塘淺不易養(yǎng)魚，可種植耐污而有凈化能力的水蔥、盧葦、菖蒲、水花生及水葫蘆等。三、氧化塘的效益（一）、凈化效率因素：季節(jié)生態(tài)系統(tǒng)類型和生物量藻類過多水解池—穩(wěn)定塘是一種新型的氧化塘系統(tǒng)，與傳統(tǒng)氧化塘相比，其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在降解范圍廣和降解速率快，在達(dá)到同樣的出水水質(zhì)時(shí)，所需時(shí)間可縮短50％。同時(shí)、占地面積也可減少50％。主要是因?yàn)樗馑軐⒋蠓肿与y降解有機(jī)物轉(zhuǎn)化為小分子物質(zhì)，從而加速了在后續(xù)穩(wěn)定塘中的降解。四、氧化塘系統(tǒng)的類型(一)處理—貯存培系統(tǒng)(二)多級(jí)生態(tài)處理與利用系統(tǒng)第四節(jié)污水土地處理系統(tǒng)污水通過二級(jí)處理，仍然合有一定量的懸浮固體、溶解性有機(jī)物質(zhì)、溶解性無機(jī)鹽類，特別是含有較大量的氮、磷物質(zhì)，因此，必須采取三級(jí)處理、但三級(jí)處理費(fèi)用昂貴，所以提出用土地處理代替三級(jí)處理。這樣不僅費(fèi)用低廉、節(jié)省能耗，且可利用肥源，促進(jìn)土壤生態(tài)平衡，保護(hù)土壤土地處理系統(tǒng)概念污水土地處理是在人工調(diào)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(shí)，水中的營養(yǎng)物質(zhì)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)。污水土地處理是在污水農(nóng)田灌溉的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，二者不同：和污灌相似但不同：廢水土地處理(LandTreatmentofWastewater)廢水灌溉農(nóng)田(WastewaterIrrigation)1以控制水污染、凈化污水為目標(biāo)；2以土地處理構(gòu)筑物，利用土壤—植物系統(tǒng)凈化廢水，達(dá)到一定的水質(zhì)目標(biāo)，實(shí)質(zhì)上是生態(tài)工程系統(tǒng)；3對(duì)進(jìn)水的水量、水質(zhì)有較嚴(yán)格要求，需要一定的預(yù)處理；4通過試驗(yàn)研究確定設(shè)計(jì)運(yùn)行參數(shù)，采用適宜負(fù)荷與運(yùn)行條件；5對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行有效管理與維護(hù)保證處理效果；6能終年穩(wěn)定運(yùn)行；7、有收集系統(tǒng)，對(duì)出水進(jìn)行有控的排放與利用；8、對(duì)周圍環(huán)境設(shè)有監(jiān)測(cè)系統(tǒng)1以作物對(duì)水肥資源的利用為目標(biāo)；2以灌水定額、灌溉制度及廢水農(nóng)田排放標(biāo)準(zhǔn)來控制灌溉水的水量與水質(zhì)；3無專門的設(shè)計(jì)運(yùn)行參數(shù)，一般無完整科學(xué)的設(shè)計(jì)；4不能終年運(yùn)行；5、出水不加收集，不能進(jìn)行有控排放與利用；6無專門的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一、土地處理系統(tǒng)類型土地處理技術(shù)有五種類型：慢速滲濾快速滲濾地表漫流濕地地下滲濾系統(tǒng)土地處理系統(tǒng)是由污水預(yù)處理設(shè)施，污水調(diào)節(jié)和儲(chǔ)存設(shè)施，污水的輸送、布水及控制系統(tǒng)，土地凈化田，凈化出水的收集和利用系統(tǒng)等五部分組成。1．慢速滲濾系統(tǒng)慢速滲濾系統(tǒng)適用于滲水性良好的土壤、砂質(zhì)土壤及蒸發(fā)量小、氣候潤(rùn)濕的地區(qū)。廢水經(jīng)噴灌或面灌后垂直向下緩慢滲濾，土地凈化田上種作物，這些作物可吸收污水中的水分和營養(yǎng)成分，通過土壤—微生物—作物對(duì)污水進(jìn)行凈化，部分污水蒸發(fā)和滲濾。慢速滲濾系統(tǒng)的污水投配負(fù)荷一般較低，滲濾速度慢，故污水凈化效率高，出水水質(zhì)優(yōu)良。慢速滲濾系統(tǒng)有農(nóng)業(yè)型和森林型兩種。其主要控制因素為：灌水率、灌水方式、作物選擇和預(yù)處理等。2．快速滲濾系統(tǒng)適用于滲透性非常良好的土壤，如砂土、礫石性砂土、砂質(zhì)砂土等。污水灌至快速滲濾田表面后很快下滲進(jìn)入地下，并最終進(jìn)入地下水層。灌水與休灌反復(fù)循環(huán)進(jìn)行，使濾田表層土壤處于厭氧一好氧交替運(yùn)行狀態(tài)，依靠土壤微生物將被土壤截留的溶解性和懸浮有機(jī)物進(jìn)行分解，使污水得以凈化?？焖贊B濾法的主要目的是補(bǔ)給地下水和廢水再生回用。用于補(bǔ)給地下水時(shí)不設(shè)集水系統(tǒng)，若用于廢水再生回用，則需設(shè)地下集水管或井群以收集再生水。進(jìn)入快速滲濾系統(tǒng)的污水應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)預(yù)處理，以保證有較大的滲濾速率和硝化速率。一般情況下，污水經(jīng)過一級(jí)處理就可以滿足要求。若可供使用的土地有限，需加大滲濾速率，或要求高質(zhì)量的出水水質(zhì)時(shí)，則應(yīng)以二級(jí)處理作為預(yù)處理。3．地表漫流系統(tǒng)地表漫流系統(tǒng)適用于滲透性低的黏土或亞黏土，地面最佳坡度為2％到8％。廢水以噴灌法或漫灌(淹灌)法有控制地分布在地面上均勻的漫流，流向設(shè)在坡腳的集水渠，在流行過程中少量廢水被植物攝取、蒸發(fā)和滲人地下。地面上種牧草或其他作物供微生物棲息并防止土壤流失，尾水收集后可回用或排放水體(圖4—8)。采用何種灌溉方法取決于土壤性質(zhì)、作物類型、氣象和地形。4．濕地處理系統(tǒng)濕地處理系統(tǒng)是一種利用低洼濕地和沼澤地處理污水的方法。污水有控制地投配到種有蘆葦、香蒲等耐水性、沼澤性植物的濕地上，廢水在沿一定方向流行過程中，在耐水性植物和土壤共同作用下得以凈化濕地處理可用于直接處理污水或深度處理。污水進(jìn)入系統(tǒng)前需預(yù)處理，方法有化糞池、格柵、篩網(wǎng)、初沉池、酸化(水解)池和穩(wěn)定塘等。5．地下滲濾處理系統(tǒng)地下滲濾處理系統(tǒng)是將污水投配到距地面約0.5m深，有良好滲透性的地層中，藉毛管浸潤(rùn)和土壤滲透作用，使污水向四周擴(kuò)散，通過過濾、沉淀、吸附和生物降解作用等過程使污水得到凈化.地下滲濾系統(tǒng)適用于無法接人城市排水管網(wǎng)的小水量污水處理，如分散的居民點(diǎn)住宅、度假村、療養(yǎng)院等。污水進(jìn)入處理系統(tǒng)前需經(jīng)化糞池或酸化(水解)池預(yù)處理。二、土地處理系統(tǒng)的基本功能與處理機(jī)制污水土地處理系統(tǒng)的凈化機(jī)理十分復(fù)雜，它包含了物理過濾、物理吸附、物理沉積、物理化學(xué)吸附、化學(xué)反應(yīng)和化學(xué)沉淀、微生物對(duì)有機(jī)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(gè)綜合凈化過程。1)物理過濾：土壤顆粒間的孔孫能截留，濾除廢水中的懸浮顆粒；2)物理吸附和物理沉積：土壤中粘土礦物吸附功能；廢水中的部分重金屬離子可能會(huì)由于被吸附、被置換而沉積于土壤中。3)物理化學(xué)吸附：金屬離子與土壤中無機(jī)或有機(jī)膠體反應(yīng)形成蠹合化合物；有機(jī)物與無機(jī)物反應(yīng)生成復(fù)合物；重金屬離子由于陽離子交換而被置換吸附；生成非溶性化合物。4)化學(xué)反應(yīng)與沉淀：5)微生物的代謝和有機(jī)物的分解：異養(yǎng)型微生物；厭氧型微生物；硝化菌、反硝化菌等不同污染物的凈化機(jī)理主要污染物的去除途徑如下：1．BOD的去除BOD大部分是在土壤表層土中去除的。土壤中含有大量的種類繁多的異養(yǎng)型微生物，它們能對(duì)被過濾、截留在土壤顆粒空隙間的懸浮有機(jī)物和溶解有機(jī)物進(jìn)行生物降解，并合成微生物新細(xì)胞。當(dāng)處理水的BOD負(fù)荷超過土壤微生物分解BOD的生物氧化能力時(shí)，會(huì)引起厭氧狀態(tài)或土壤堵塞。2．磷和氮的去除在土地處理