第七章稳定塘和污水的土地处理

第七章稳定塘和污水的土地处理第一节稳定塘一、概述稳定塘又名氧化塘或生物塘，其对污水的净化过程与自然水体的自净过程相似，是一种利用天然净化能力处理污水的生物处理设施。稳定塘的研究和应用始于本世纪初，50年代～60年代以后发展较迅速，目前已有五十多个国家采用稳定塘技术处理城市污水和有机工业废水。稳定塘多用于处理中、小城镇的污水可用作一级处理、二级处理，也可以用作三级处理。．稳定塘的分类常按塘内的微生物类型、供氧方式和功能等进行划分，可分类如下：1．好氧塘好氧塘的深度较浅，阳光能透至塘底，全部塘水都含有溶解氧，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。2．兼性塘兼性塘的深度较大，上层为好氧区，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。3．厌氧塘厌氧塘的塘深在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。4．曝气塘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。5．深度处理塘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。除上述几种常见的稳定塘以外，还有水生植物塘(塘内种植水葫芦、水花生等水生植物，以提高污水净化效果，特别是提高对磷、氮的净化效果)、生态塘(塘内养鱼、鸭、鹅等，通过食物链形成复杂的生态系统，以提高净化效果)、完全储存塘(完全蒸发塘)等也正在被广泛研究、开发和应用。稳定塘有下述优缺点：1．稳定塘的优点(1)基建投资低当有旧河道、沼泽地、谷地可利用作为稳定塘时，稳定塘系统的基建投资低。(2)运行管理简单经济稳定塘运行管理简单，动力消耗低，运行费用较低，约为传统二级处理厂的1/3～1/5。(3)可进行综合利用实现污水资源化如将稳定塘出水用于农业灌溉。充分利用污水的水肥资源；养殖水生动物和植物，组成多级食物链的复合生态系统。2．稳定塘的缺点(1)占地面积大没有空闲余地时不宜采用。(2)处理效果受气候影响如季节、气温、光照、降雨等自然因素都影响稳定塘的处理效果。(3)设计运行不当时，可能形成二次污染如污染地下水、产生臭气和滋生蚊蝇等。虽然稳定塘存在着上述缺点，但是如果能进行合理的设计和科学的管理，利用稳定塘处理污水，则可以有明显的环境效益、社会效益和经济效益。二．好氧塘1．好氧塘的种类好氧塘有高负荷好氧塘、普通好氧塘和深度处理好氧塘等三种。(1)高负荷好氧塘这类塘设置在处理系统的前部，目的是处理污水和产生藻类。特点是塘的水深较浅，水力停留时间较短，有机负荷高。(2)普通好氧塘这类塘用于处理污水，起二级处理作用。特点是有机负荷较高，塘的水深较高负荷好氧塘大，水力停留时间较长。(3)深度处理好氧塘设置在塘处理系统的后部或二级处理系统之后，作为深度处理设施。特点是有机负荷较低，塘的水深较高负荷好氧塘大。2．基本工作原理好氧塘净化有机污染物的基本工作原理如图7-1所示。塘内存在着菌、藻和原生动物的共生系统。有阳光照射时，塘内的藻类进行光合作用，释放出氧，同时，由于风力的搅动，塘表面还存在自然复氧，两者使塘水呈好氧状态。塘内的好氧型异养细菌利用水中的氧，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。塘底图7-1好氧塘工作原理示意图藻类光合作用使塘水的溶解氧和pH值呈昼夜变化。白昼，藻类光合作用释放的氧，超过细菌降解有机物的需氧量，此时塘水的溶解氧浓度很高，可达到饱和状态。夜间，藻类停止光合作用，且由于生物的呼吸消耗氧，水中的溶解氧浓度下降，凌晨时达到最低。阳光再照射后，溶解氧再逐渐上升。好氧塘的pH值与水中CO2浓度有关，受塘水中碳酸盐系统的CO2平衡关系影响，白天藻类光合作用使CO2降低，PH值上升；夜间，藻类停止光合作用，而细菌降解有机物的代谢没有终止，CO2累积，PH值下降。三、兼性塘图7-2兼性塘工作原理示意图1．兼性塘的基本工作原理兼性塘的有效水深一般为1.0～2.0m，通常由三层组成，上层好氧区、中层兼性区和底部厌氧区，如图7-2所示。好氧区:对有机污染物的净化机理与好氧塘基本相同。兼性区:塘水溶解氧较低，且时有时无。这里的微生物是异养型兼性细菌，它们既能利用水中的溶解氧氧化分解有机污染物，也能在无分子氧的条件下进行无氧代谢。厌氧区:无溶解氧。可沉物质和死亡的藻类、菌类在此形成污泥层，污泥层中的有机质由厌氧微生物对其进行厌氧分解。与一般的厌氧发酵反应相同，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(如脂肪酸、醛、醇等)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。兼性塘的特点:由于兼性塘的净化机理比较复杂，因此兼性塘去除污染物的范围比好氧处理系统广泛，它不仅可去除一般的有机污染物，还可有效地去除磷、氮等营养物质和某些难降解的有机污染物，如木质素、有机氯农药、合成洗涤剂、硝基芳烃等；因此，它不仅用于处理城市污水，还被用于处理石油化工、有机化工、印染、造纸等工业废水。四、厌氧塘1．厌氧塘的基本工作原理厌氧塘对有机污染物的降解，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，以保持产酸菌与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值为6.5～7.5，进水的BOD5:N:P兰100:2.5:1，硫酸盐浓度应小于500mg/L，以使厌氧塘能正常运行。2．厌氧塘的设计和应用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。(1)有机负荷有机负荷的表示方法有三种：BOD5表面负荷(kgBOD5/ha·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200～600kgBOD5/ha·d。对于工业废水，设计负荷应通过试验确定。(2)厌氧塘一般为矩形，长宽比为2:1～2.5:1。单塘面积不大于4ha。塘的有效水深一般为2.0～4.5m，储泥深度大于0.5m，超高为0.6～1.0m。(3)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(图7-3)。使塘的配水和出水较均匀，进、出口的个数均应大于两个。由于厌氧塘的处理效果不高，出水BOD5浓度仍然较高不能达到二级处理水平，因此厌氧塘一般作为其他处理设备的前处理单元。图7-3厌氧塘示意图五、曝气塘曝气塘是在塘面上安装有人工曝气设备的稳定塘(图7-4)。曝气塘有两种类型：完全混合曝气塘；部分混合曝气塘。曝气塘内生长有活性污泥，污泥可回流也可不回流，有污泥回流的曝气塘实质上是活性污泥法的一种变型。微生物生长的氧源来自人工曝气和表面复氧，以人工曝气为主。曝气设备一般采用表面曝气机，也可用鼓风曝气。沉淀固体厌氧图7-4曝气塘工作示意图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。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。曝气塘的水力停留时间为3～10d，有效水深为2～6m。六、稳定塘系统的设计要点(1)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)到塘中觅食、聚集，对飞机航行构成危险。(2)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。(3)塘体防渗稳定塘渗漏可能污染地下水源；若塘出水考虑再回用，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。防渗方法有素土夯实、沥青防渗衬面、膨润土防渗衬面和塑料薄膜防渗衬面等。(4)塘的进出口进出口的形式对稳定塘的处理效果有较大的影响。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。第二节污水土地处理一、概述污水土地处理:利用土壤一微生物一植物组成的生态系统使污水中的污染物净化的处理方法。在使污染物得以净化的同时，水中的营养物质和水分也得以循环利用。因此，土地处理是使污水资源化、无害化和稳定化的处理利用系统。土地处理技术的分类：慢速渗滤、快速渗滤、地表漫流、湿地和地下渗滤系统。土地处理系统的组成：由污水预处理设施，污水调节和储存设施，污水的输送、布水及控制系统，土地净化田，净化出水的收集和利用系统等五部分组成。二、土地处理系统的净化机理污水土地处理系统的净化机理包含了物理过滤、物理吸附、物理沉积、物理化学吸附、化学反应和化学沉淀、微生物对有机物的降解等过程。主要污染物的去除途径如下：1．BOD的去除BOD大部分是在土壤表层土中去除的。土壤中含有大量的种类繁多的异养型微生物，它们能对被过滤、截留在土壤颗粒空隙间的悬浮有机物和溶解有机物进行生物降解，并合成微生物新细胞。当处理水的BOD负荷超过土壤微生物分解BOD的生物氧化能力时，会引起厌氧状态或土壤堵塞。2．磷和氮的去除在土地处理中，磷主要是通过植物吸收，化学反应和沉淀(与土壤中的钙、铝、铁等离子形成难溶的磷酸盐)，物理吸附和沉积(土壤中的黏土矿物对磷酸盐的吸附和沉积)，物理化学吸附(离子交换、络合吸附)等方式被去除。其去除效果受土壤结构、阳离子交换容量、铁铝氧化物和植物对磷的吸收等因素影响。氮主要是通过植物吸收，微生物脱氮(氨化、硝化、反硝化)，挥发、渗出(氨在碱性条件下逸出、硝酸盐的渗出)等方式被去除。其去除率受作物的类型、生长期、对氮的吸收能力，以及土地处理系统的工艺等因素影响。3．悬浮物质的去除污水中的悬浮物质是依靠作物和土壤颗粒间的孔隙截留、过滤去除的。土壤颗粒的大小、颗粒间孔隙的形状、大小、分布和水流通道，以及悬浮物的性质、大小和浓度等都影响对悬浮物的截留过滤效果。若悬浮物浓度太高、颗粒太大会引起土壤堵塞。4．病原体的去除污水经土壤过滤后，水中大部分的病菌和病毒可被去除，去除率可达92％～97％。5．重金属的去除重金属的去除主要是通过物理化学吸附，化学反应与沉淀等途径被去除的。重金属离子在土壤胶体表面进行阳离子交换而被置换、吸附，并生成难溶性化合物被固定于矿物晶格中；重金属与某些有机物生成可吸性螯合物被固定于矿物晶格中；重金属离子与土壤的某些组分进行化学反应，生成金属磷酸盐和有机重金属等沉积于土壤中。三、土地处理基本工艺1．慢速渗滤系统慢速渗滤系统适用于渗水性良好的土壤、砂质土壤及蒸发量小、气候润湿的地区。废水经喷灌或面灌后垂直向下缓慢渗滤，土地净化田上种作物，这些作物可吸收污水中的水分和营养成分，通过土壤一微生物一作物对污水进行净化，部分污水蒸发和渗滤(见图7-6)。慢速渗滤系统的污水投配负荷一般较低，渗滤速度慢，故污水净化效率高，出水水质优良。渗滤图7-6慢速渗滤系统示意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。2．快速渗滤系统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。适用于渗透性非