污水自然處理

污水的自然處理第一節(jié)氧化塘第二節(jié)污水土地處理系統(tǒng)1第一節(jié)氧化塘2氧化塘又名穩(wěn)定塘或生物塘。穩(wěn)定塘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。穩(wěn)定塘多用于小型污水處理，可用作一級處理、二級處理，也可用作三級處理。概述3按塘內的微生物類型、供氧方式和功能等劃分好氧塘兼性塘厭氧塘曝氣塘深度處理塘水生植物塘生態(tài)塘完全儲存塘常見其他穩(wěn)定塘的分類4好氧塘兼性塘厭氧塘曝氣塘深度處理塘

好氧塘的深度較淺，陽光能透至塘底，全部塘水內都含有溶解氧，塘內菌藻共生，溶解氧主要是由藻類供給，好氧微生物起凈化污水作用。

兼性塘的深度較大，上層是好氧區(qū)，藻類的光合作用和大氣復氧作用使其有較高的溶解氧，由好氧微生物起凈化污水作用；中層的溶解氧逐漸減少，稱兼性區(qū)（過渡區(qū)），由兼性微生物起凈化作用；下層塘水無溶解氧，稱厭氧區(qū)，沉淀污泥在塘底進行厭氧分解。

厭氧塘的塘深在2m以上，有機負荷高，全部塘水均無溶解氧，呈厭氧狀態(tài)，由厭氧微生物起凈化作用，凈化速度慢，污水在塘內停留時間長。

曝氣塘采用人工曝氣供氧，塘深在2m以上，全部塘水有溶解氧，由好氧微生物起凈化作用，污水停留時間較短。

深度處理塘又稱三級處理塘或熟化塘，屬于好氧塘。其進水有機污染物濃度很低，一般BOD5≤30mg/L。常用于處理傳統(tǒng)二級處理廠的出水，提高出水水質，以滿足受納水體或回用水的水質要求。5

（1）高負荷好氧塘這類塘設置在處理系統(tǒng)的前部，目的是處理污水和產生藻類。特點是塘的水深較淺，水力停留時間較短，有機負荷高。（2）普通好氧塘這類塘用于處理污水，起二級處理作用。特點是有機負荷較高，塘的水深較高負荷好氧塘大，水力停留時間較長。（3）深度處理好氧塘深度處理好氧塘設置在塘處理系統(tǒng)的后部或二級處理系統(tǒng)之后，作為深度處理設施。特點是有機負荷較低，塘的水深較高負荷好氧塘大。

好氧塘種類6

細菌的降解作用：

有機物＋O2＋H+→CO2＋H2O＋NH4+

＋C5H7O2N（A）藻類的光合作用：106CO2＋16NO3-＋HPO42-＋122H2O＋18H+→C106H263O110N16P＋138O2

（B）好氧塘基本工作原理（細菌）

（藻類）

塘內存在著菌、藻和原生動物的共生系統(tǒng)。塘內的藻類進行光合作用，釋放出氧，塘表面的好氧型異氧細菌利用水中的氧，通過好氧代謝氧化分解有機污染物并合成本身的細胞質（細胞增殖），其代謝產物CO2則是藻類光合作用的碳源。

塘內菌藻生化反應可用下式（A）和（B）表示：7

藻類光合作用使塘水的溶解氧和pH呈晝夜變化。白天，藻類光合作用使CO2降低，pH上升。夜間，藻類停止光合作用，細菌降解有機物的代謝沒有終止，CO2累積，pH下降。其平衡關系式如下：好氧塘基本工作原理8

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，它可以反映塘的運行狀況和處理效果。好氧塘好氧塘內的生物種群9好氧區(qū)對有機污染物的凈化機理與好氧塘相同。兼性區(qū)的塘水溶解氧較低。異氧型兼性細菌，它們既能利用水中的溶解氧氧化分解有機污染物，也能在無分子氧條件下，以NO3-、CO32-作為電子受體進行無氧代謝。厭氧區(qū)無溶解氧。污泥層中的有機質由厭氧微生物對其進行厭氧分解，其厭氧分解包括酸發(fā)酵和甲烷發(fā)酵兩個過程。發(fā)酵過程中未被甲烷化的中間產物進入塘的上、中層，由好氧菌和兼性菌繼續(xù)進行降解。而CO2、NH3等代謝產物進入好氧層，部分逸出水面，部分參與藻類的光合作用。兼性塘不僅可去除一般的有機污染物，還可以有效地去除磷、氮等營養(yǎng)物質和某些難降解的有機污染物。兼性塘工作原理

兼性塘的有效水深一般為1.0～2.0m。1011

厭氧塘對有機污染物的降解，與所有的厭氧生物處理設備相同，是由兩類厭氧菌通過產酸發(fā)酵和甲烷發(fā)酵兩階段來完成的。即先由兼性厭氧產酸菌將復雜的有機物水解、轉化為簡單的有機物(如有機酸、醇、醛等)，再由絕對厭氧菌（甲烷菌）將有機酸轉化為甲烷和二氧化碳等。由于甲烷菌的世代時間長，增殖速度慢，且對溶解氧和pH敏感，因此厭氧塘的設計和運行，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，以保持產酸菌和甲烷菌之間的動態(tài)平衡。應控制塘內的有機酸濃度在3000mg/L以下，pH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，以使厭氧塘能正常運行。厭氧塘基本工作原理12

厭氧塘的設計通常是用經(jīng)驗數(shù)據(jù)，采用有機負荷進行設計的。設計的主要經(jīng)驗數(shù)據(jù)如下：⑴有機負荷有機負荷的表示方法有三種：BOD5表面負荷（kgBOD5/hm2·d）、BOD5容積負荷（kgBOD5/m3·d）、VSS容積負荷（kgVSS/m3·d）。我國采用BOD5表面負荷。處理城市污水的建議負荷值為200～600kg/（hm2·d）。對于工業(yè)廢水，設計負荷應通過試驗確定。⑵厭氧塘一般為矩形，長寬比為2:1~2.5:1。單塘面積不大于4hm2。塘水有效深度一般為2.0~4.5m,儲泥深度大于0.5m，超高為0.6~1.0m。⑶厭氧塘的進水口離塘底0.6~1.0m,出水口離水面的深度應大于0.6m，使塘的配水和出水較均勻，進、出口的個數(shù)均應大于兩個。厭氧塘很少用于單獨污水處理，而是作為其他處理設備酸的前處理單元。厭氧塘宜用于處理高濃度有機廢水，也可用于處理城鎮(zhèn)污水。厭氧塘設計和應用13

曝氣塘是在塘面上安裝有人工曝氣設備的穩(wěn)定塘。曝氣塘

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14完全混合曝氣塘部分混合曝氣塘15法國南部某鎮(zhèn)（MeZe），氧化塘污水處理系統(tǒng)16MeZe氧化塘處理系統(tǒng)中曝氣塘17水生植物塘18穩(wěn)定塘系統(tǒng)的工藝流程穩(wěn)定塘處理系統(tǒng)的組成穩(wěn)定塘進水的預處理：為防止穩(wěn)定塘內污泥淤積，污水進入穩(wěn)定塘前應先去除水中的懸浮物質。常用設備為格柵、普通沉砂池和沉淀池。若塘前有提升泵站，而泵站的格柵間隙小于20mm時，塘前可不另設格柵。原污水中的懸浮固體濃度小于100mg/L時，可只設沉砂池，以去除砂質顆粒。原污水中的懸浮固體濃度大于100mg/L時，需考慮設置沉淀池。設計方法與傳統(tǒng)污水二級處理方法相同。預處理系統(tǒng)穩(wěn)定塘后處理設施19

穩(wěn)定塘的流程組合依當?shù)貤l件和處理要求不同而異，下圖為幾種典型的流程組合。穩(wěn)定塘的流程組合20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)。此外，塘不應設在距機場2km以內的地方，以防止鳥類（如水鷗）到塘內覓食、聚集，對飛機航行構成危險。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。若需防止雨水沖刷時，塘的襯砌應做到堤頂。襯砌方法有干砌塊石、漿砌塊石和混凝土板等。在有冰凍的地區(qū)，背陰面的襯砌應注意防凍若筑堤土為黏土時，冬季會因毛細作用吸水而凍脹，因此，在結冰水位以上位置換為非黏性土。塘體防滲

穩(wěn)定塘的滲漏可能污染地下水源；若塘體出水再考慮回用，則塘體滲漏會造成水資源損失，因此，塘體防滲是十分重要的。但某些防滲措施的工程費用較高，選擇防滲措施時應十分謹慎。防滲方法有素土夯實、瀝青防滲襯面、膨脹土防滲襯面和塑料薄膜防滲襯面等。塘的進出口

進出口的形式對穩(wěn)定塘的處理效果有較大影響。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。

穩(wěn)定塘塘體設計要點

21第二節(jié)污水土地處理系統(tǒng)22

污水土地處理是在在農田灌溉的基礎上，運用人工調控利用土壤-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。土地處理是以土地作為主要處理系統(tǒng)的污水處理方法，其目的是凈化污水，控制水污染，其設計參數(shù)（如負荷率）需通過試驗研究確定。土地處理技術有五種類型：慢速滲濾、快速滲濾、地表漫流、濕地和地下滲濾系統(tǒng)。土地處理系統(tǒng)是由污水預處理設施，污水調節(jié)和儲存設施，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。污水土地處理23

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，它們能對被過濾、截留在土壤顆?？障堕g的懸浮有機物和溶解有機物進行生物降解，并合成微生物新細胞。當污水處理的BOD負荷超過讓土壤微生物分解BOD的生物氧化能力時，會引起厭氧狀態(tài)或土壤堵塞。

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24

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

在土地處理中，磷主要是通過植物吸收，化學反應和沉淀（與土壤中的鈣、鋁、鐵等離子形成難溶的磷酸鹽）、物理吸附和沉淀（土壤中的黏土礦物對磷酸鹽的吸附和沉積），物理化學吸附（離子交換、絡合吸附）等方式被去除。其去除效果受土壤結構、陽離子交換容量、鐵鋁氧化物和植物對磷的吸收等因素的影響。氮主要是通過植物吸收，微生物脫氮（氨化、硝化、反硝化），揮發(fā)、滲出（氨在堿性條件下逸出、硝酸鹽的滲出）等方式被去除。其去除率受作物的類型、生長期、對氮的吸收能力以及土地處理系統(tǒng)等工藝因素的影響。25

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。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

污水中的懸浮物質是依靠作物和土壤顆粒間的孔隙截留、過濾去除的。土壤顆粒的大小、顆粒間孔隙的形狀、大小、分布和水流通道，以及懸浮物的性質、大小和濃度等都影響對懸浮物的截留過濾效果。若懸浮物的濃度太高、顆粒太大，會引起土壤堵塞。

土地處理系統(tǒng)的凈化機理26

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

污水經(jīng)土壤處理后，水中大部分的病菌和病毒可被去除，去除率可達92％～97％。其去除率與選用的土地處理系統(tǒng)工藝有關，其中地表漫流的去除率較低，但若有較長的漫流距離和停留時間，也可以達到較高的去除效率。

27

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

重金屬主要是通過物理化學吸附、化學反應與沉淀等途徑被去除的。重金屬離子在土壤膠體表面進行陽離子交換而被置換、吸附，并生成難溶性化合物被固定于礦物晶格中；重金屬與某些有機物生成可吸性鰲合物被固定于礦物質晶格中；重金屬離子與土壤的某些組分進行化學反應，生成金屬磷酸鹽和有機重金屬等沉積于土壤中。28

土地處理基本工藝地表漫流系統(tǒng)快速滲濾系統(tǒng)濕地處理系統(tǒng)慢速滲濾系統(tǒng)地下滲濾處理系統(tǒng)

慢速滲濾系統(tǒng)適用于滲水性能良好的土壤、砂質土壤及蒸發(fā)量小、氣候潤濕的地區(qū)。慢速滲濾系統(tǒng)的污水投配負荷一般較低，滲流速度慢，故污水凈化效率高，出水水質優(yōu)良。慢速滲濾系統(tǒng)有農業(yè)型和森林型兩種。其主要控制因素為：灌水率、灌水方式、作物選擇和預處理等。29

快速滲濾土地處理系統(tǒng)是一種高效、低耗、經(jīng)濟的污水處理與再生方法。適用于滲透性能良好的土壤，如砂土、礫石性砂土、砂質壚坶等。污水灌至快速濾滲田表面后很快下滲進入地下，并最終進入地下水層。灌水與休灌反復循環(huán)進行，使濾田表面土壤處于厭氧-好氧交替運行狀態(tài)，依靠土壤微生物將被土壤截留的溶解性和懸浮有機物進行分解，使污水得以凈化?？焖贊B濾法的主要目的是補給地下水和廢水再生回用。進入快速滲濾系統(tǒng)的污水應進行適當預處理，以保證有較大的滲濾速率和硝化速率。

土地處理基本工藝地表漫流系統(tǒng)快速滲濾系統(tǒng)濕地處理系統(tǒng)慢速滲濾系統(tǒng)地下滲濾處理系統(tǒng)3031

土地處理基本工藝

地表漫流系統(tǒng)適用于滲透性的黏土或亞黏土，地面的最佳坡度為2％～8％。廢水以噴灌法或漫灌法有控制地在地面上均勻地漫流，流向設在坡腳的集水渠，在流動過程中少量廢水被植物攝取、蒸發(fā)和滲入地下。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。采用何種方法灌溉取決于土壤性質、作物類型、氣象和地形。

地表漫流系統(tǒng)快速滲濾系統(tǒng)濕地處理系統(tǒng)慢速滲濾系統(tǒng)地下滲濾處理系統(tǒng)3233

土地處理基本工藝

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動過程中，在耐水性植物和土壤共同作用下得以凈化。濕地處理可直接處理污水或深度處理。污水進入系統(tǒng)前需預處理。地表漫流系統(tǒng)快速滲濾系統(tǒng)濕地處理系統(tǒng)慢速滲濾系統(tǒng)地下滲濾處理系統(tǒng)3435

地下污水處理系統(tǒng)是將污水投配到距地面約0.5m深、有良好滲透性的底層中，藉毛管浸潤和土壤滲透作用，使污水向四周擴散，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)適用于無法接入城市排水管網(wǎng)的小水量污水處理。污水進入處理系統(tǒng)前需經(jīng)化糞池或酸化池預處理。

土地處理基本工藝地表漫流系統(tǒng)快速滲濾系統(tǒng)濕地處理系統(tǒng)慢速滲濾系統(tǒng)地下滲濾處理系統(tǒng)36人工濕地系統(tǒng)無植物時人工濕地系統(tǒng)空白試驗37人工濕地系統(tǒng)植物栽種38

土地處理系統(tǒng)工藝類型的選擇主要是根據(jù)土壤性質、透水性、地形、作物種類、氣候條件和廢水處理程度的要求來選擇。土地處理系統(tǒng)的主要工藝參數(shù)為負荷率。常用的負荷率有水量負荷和有機負荷，有時還輔以氮負荷和磷負荷。

土地處理系統(tǒng)的工藝選擇和工藝參數(shù)39濕地系統(tǒng)1.濕地概述2.濕地分類3.人工濕地污水處理系統(tǒng)

濕地包括多種類型，沼澤、泥炭地、濕草甸、湖泊、河流及洪泛平原、河口三角洲、灘涂、珊瑚礁、紅樹林、水庫、池塘、水稻田等都屬于濕地。

污水與不同類型濕地組成不同模式的污水濕地處理系統(tǒng)。一般可分為三類，即：天然濕地、自由水面人工濕地（地表流人工濕地）和地下水流人工濕地（潛流人工濕地）。

人工濕地系統(tǒng)就是用人工設計、建造和控制的、與沼澤地相類似的由水、土壤、卵石、魚類、植物和微生物等混合而成的半自然生態(tài)系統(tǒng)，通過其內部的物理、化學和生物三重協(xié)同作用來實現(xiàn)對污水的凈化。40人工濕地的工作原理人工濕地能夠利用基質-微生物-植物這個復合生態(tài)系統(tǒng)的物理、化學和生物的三重協(xié)調作用，通過過濾、吸附、沉淀、離子交換、植物吸收和微生物分解來實現(xiàn)對污水的高效凈化，同時，通過營養(yǎng)物質和水分的生物地球化學循環(huán)，促進綠色植物、微生物生長，實現(xiàn)良好的生態(tài)效果41人工濕地生態(tài)體系的五個組成要素各種透水性的基質，如土壤、礫石等適合在飽和水和厭氧基質中生長的濕地植物，如美人蕉、菖蒲等在基質表面上或者表面下流動的水體好氧或者厭氧微生物群水體動物42實施人工濕地的優(yōu)勢（一）集“生態(tài)水景”和“中水處理”功能于一體。在處理污水的同時，又可種草養(yǎng)魚，用鮮花綠葉美化環(huán)境，把清水活魚還給自然，形成良性、協(xié)調的生態(tài)園

43表7-3人工濕地處理污水機理441—蘆葦?shù)戎参铮?—床體，3—排水管圖7-4人工濕地構造454.注意事項（1）場地選擇

選擇具有1～3%的洼地或經(jīng)濟價值不高的荒地（2）進出水系統(tǒng)布置

進水采用穿孔管和三角堰配水，進水管高出