水污染控制工程 第6章

第六章氧化塘和污水的土地处理系统——生态工程技术在水污染控制中的应用Odum,H(1963)：Environmentalmanipulationbymanusingsmallamountsofsupplementaryenergytocontrolsystemsinwhichthemainenergydrivesarestillcomingfromnaturalsources.“thedesignofhumansocietywithitsnaturalenvironmentforthebenefitofboth”§6.1生态工程“师法自然”、“天人合一”马世骏(1984)：“生态工程是应用生态系统中物种共生与物质循环再生原理，结构与功能协调原则，结合系统分析的最优化方法，设计的促进分层多级利用物质的生产工艺系统”生态工程与传统工程比较传统工程生态工程能源类型石化燃料，非再生性资源太阳能为主，非再生性资源为辅材料钢筋、水泥，人工科技材料各种物种、生态系，自然界取得的材质型态型态及组成单一化多元化人类社会的定位与自然区隔为大自然的一部份与其他物种的互动排斥共荣可持续性低高生态水利工程过去：减轻或避免灾害所造成的损失。现在：注重对于生态的影响及景观与其周围环境的和谐。CentralBeijingIWHRKunyurivertraining,1998-2000案例：北京城市水环境综合整治北京规模型河道治理始于1998当时主要目标为输水（严重缺水城市）Straightchannel,regularcross-sectionConcreteriverbank,rockparapet案例：北京城市水环境综合整治认识逐渐转变转为河水环境综合治理工程（2001-2003）保持蜿蜒形态自然型河道护岸……水生植被修复4km案例：北京城市水环境综合整治引入新的设计理念和技术（生态）注重河道人性特征保护历史码头生态公园叠石水景自然河道走廊案例：北京城市水环境综合整治各种具体修复技术的应用NaturalmaterialforriversideprotectionReservewaterplantFishpasswayFloatingplantisland案例：北京城市水环境综合整治海淀区上庄乡翠湖湿地生态园什刹海西海水华防治(1)植物净水(2)养鱼除藻(3)投撒微生物制剂(4)物理吸附、接触氧化技术(5)曝气一超声波杀藻技术案例四：北京城市水环境综合整治永定河引水渠生物浮岛生物膜接触氧化水质净化南护城河溢洪道的絮凝气浮水质净化案例：水利工程的生态改造挡水建筑物的生态型改建营造利于鱼类迁徙的河道环境2.1m堰跌水分散落差的垂槽鱼道流态改善§6.2稳定塘稳定塘（Stabilization）：又名氧化塘（OxidationPond），生物塘，利用天然净化能力处理污水的生物处理设施，其净化过程与自然水体自净过程相似。应用：在欧美和部分发展中国家推广很快。如下表，为美国的稳定塘发展情况年份19451957196819761980现在稳定塘数（个）4563125005500700020000全球有超过40个国家和地区使用稳定塘来处理污水。我国稳定塘的发展也很快，目前已经超过40座。如：黑龙江省齐齐哈尔污水库，上海金山石化总厂稳定塘，新疆克拉玛依市稳定塘，湖北鄂城鸭儿湖，江苏镇江市征润州稳定塘，云南澄江县抚仙湖，北京官厅水库黑土洼等等。稳定塘的类型好氧稳定塘：较浅，阳光透射，全塘含有溶解氧兼性稳定塘：深度较大，上层好氧，下层厌氧厌氧稳定塘：2m以上，有机负荷高，全塘无溶解氧曝气稳定塘：2m以上，采用人工曝气供氧稳定塘发展阶段(1)用于处理小城镇污水，美国90%用于处理万人以下小城镇污水，设计流量小于7570m3/d。(2)用于食品工业废水，继而广泛用于造纸、纺织、皮革、石油化工等工业废水。美国20世纪70年代有处理工业废水的稳定塘1000多座，处理食品废水的占1/2。(3)作为活性污泥二级处理的后续深度处理。(4)稳定塘处理污水与综合利用相结合，发展养鱼、养禽、水生植物、饲料等。(5)稳定塘的运行方式，由单塘运转向多塘串联运行，并以兼性塘为主，如：厌氧塘——兼性塘——好氧塘或兼性塘——好氧塘等串联方式。法国南部MeZe镇的氧化塘污水处理系统齐齐哈尔市南郊污水处理厂氧化塘氧化塘的面积有880公顷已经具有生态效应野鸭成群氧化塘进水口水体黑臭氧化塘2号塘水体已变黄氧化塘3号塘水体变绿，已形成生物系统氧化塘出水口水体已由黑臭变为绿色优点基建投资低运行管理简单经济可进行综合利用缺点占地面积大处理效果受气候影响设计运行不当时，可能形成二次污染§6.2.1好氧稳定塘特点：好氧微生物——藻类共生按照有机负荷的高低，可分为：高复荷塘（水浅、停留时间短、有机负荷高）；普通塘（水深、停留时间长、二级处理作用）；深度处理塘（安置与二级处理之后）有机复荷法：有机物面积负荷：AQSL00ASSQLer)(0好氧塘主要尺寸经验值：1）多采用矩形，表面长宽比为3:1—4:1，一般一塘深1/2处面积作为计算塘面积。塘高0.6-1.0m，单塘面积不宜超过4ha(104m2)2）塘堤的内坡坡度为1:2—1:3（垂直：水平），外坡坡度为1:2—1:5（垂直：水平）。3）好氧塘座数一般不少于3座，规模很小时不少于2座。好氧塘设计计算高负荷：80-160kg/hm2d普通：40-120kg/hm2d深度处理塘：5kg/hm2d§6.2.2厌氧稳定塘与厌氧生物处理过程相同，厌氧分为水解、产酸、产气三个阶段。影响厌氧塘处理效率的因素有：气温、水温、进水水质、浮渣、营养比、污泥成分等。一般厌氧塘都作为预处理的手段，形成厌氧——好氧塘系统，较好的应用于处理水量小、浓度高的有机废水。缺点：无法回收甲烷气体、容易产生臭味、环境效果差。厌氧塘设计参数与方法主要尺寸：长宽比：(2-2.5):1，呈长方形。深度：有效深度（水深+泥深）3-5m单塘面积：4*104m2主要参数：有机负荷、水利停留时间。他们与地理位置、气候条件有关。设计原则：厌氧塘可按冬季平均气温做为控制设计的条件。流量应取平均日流量。厌氧塘的格栅、沉砂池或沉淀池按设计的最大流量计算。合流制城市污水按旱流污水量设计，即取低水位。TeeKSSSt/0KT—反应速率常数（d-1），与水温、污水性质、BOD5负荷、水利停留时间有关系当进水BOD5在80—400mg/L之间，表面BOD负荷在300—2000kg/had，t在1—6d之间时：TTeK1245.0024234.0厌氧塘使用注意事项水污染度高，塘水深大，容易污染地下水，必须进行防渗设计。臭气会散发，要离居住地500m以上。浮渣有碍观瞻，应注意去除。浮渣中有小虫滋生，应由防虫措施。§6.2.3兼性稳定塘兼性塘设计方法面积负荷：LSSQAe)(0QVt停留时间：也可以参照表14-3选用负荷和停留时间。经验尺寸：长宽比3：1——4：1。有效水深：1.2——2.5m,超高，0.6－1.0m，储泥区高度应大于0.3米。塘堤的内坡坡度为1:2—1:3（垂直：水平），外坡坡度为1:2—1:5（垂直：水平）。兼性塘一般不少于三座，采用串联方式，其中第一塘面积约占兼性塘总面积的30％－60％，单塘面积不大于4公顷，以避免布水不均匀或波浪较大等问题。停留时间：7—8天，低纬度气候暖，取低值，高纬度取高值。BOD5负荷：10—100kgBOD5/had，北方取低值，南方取高值。§6.2.4曝气稳定塘曝气稳定塘：塘面上安装有人工曝气设备的稳定塘曝气稳定塘一般可分为：完全混合时曝气塘，部分混合式曝气塘。由于出水悬浮物浓度较高，一般后续需设立沉淀池或设兼性塘。停留时间：3—10天，塘深：2—6m，塘数：一般不少于3座，一般串连布置。一般处理1m3污水所需功率大于常规活性污泥法曝气池。§6.2.5稳定塘的工艺流程稳定塘处理系统一般由：预处理设施、稳定塘、后处理设施。预处理：防止污泥淤积、去除悬浮物。组合流程：以当地条件、处理要求不同而异。§6.2.6稳定塘的研究与进展稳定塘的除藻技术(1)最后一塘放养水生植物，覆盖水面，阻碍藻类光合作用。(2)气浮除藻。水力学特性的研究采用串联系统，避免短路。新工艺的研究(1)高效、曝气稳定塘、增加填料的强化稳定塘（如云南澄江抚仙湖）。(2)塘前增加水解池，将大分子有机物水解为小分子，有利于出水水质提高。稳定塘过冬问题(1)美国：取冬季最低有机负荷设计稳定塘，全年低负荷运行。(2)齐齐哈尔：“冬蓄夏灌”，冬天作为污水库使用。这两种办法都要加大塘容积和面积。云南澄江县抚仙湖马料河湿地工程生物滤床抚仙湖马料河湿地工程工艺流程沉沙池(美人蕉)氧化塘1氧化塘2氧化塘3(水芹菜+浮萍+睡莲)潜流型湿地(香蒲＋芦苇)潜流型湿地(香蒲)潜流型湿地(芦苇)潜流型湿地(散竹＋芦苇)梯级表流型人工湿地梯级表流型人工湿地（水芹菜和茨菰）湖滨天然湿地湿地工程净化后的水样和净化前的水样对比主要依靠生物氧化、沉淀和过滤，把生活污水和农业生产污水变为清水后再流入湖泊。该工程占地近30亩，2003年10月建成运行，每天可净化污水4万多吨，湖北省鄂州鸭儿湖氧化塘成公害1976年，国家投资653万元修建了6000多亩的鸭儿湖氧化塘三级处理场，主要处理鸭儿湖附近的葛店化工厂、武汉化工二厂、建汉化工厂的工业废水。到1997年，随着武汉化工二厂的全面停产，这个用于废水处理的氧化塘彻底闲置了。昔日亚洲最大的氧化塘，如今成了当地村民的大鱼塘。由于氧化塘主要是处理农药废水，大量的有毒物质吸附在淤泥上。氧化塘闲置后不维护保养，污染累积。现已发现淤泥里含有汞、多环芳烃、多氯联苯等多种有害物质，有的毒性物质超标万倍以上。§6.2.7稳定塘出现的问题我国的稳定塘工艺问题比较多，主要集中于以下几点：(1)污泥淤积严重，减少塘容积。(2)稳定塘发臭，影响环境卫生。(3)没有采取有效的防渗防漏措施，地下水严重污染。(4)缺乏统一、有效的设计标准，有些严重超负荷，有些却常年处于低负荷运行，很不经济。§6.3废水土地处理系统土壤是由矿物质、有机质、水分和空气四种物质组成的。污水的土地处理：是在人工调控下，利用土壤——微生物——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，土地处理系统使污水资源化、无害化和稳定化的处理系统。污水土地处理系统的净化机理十分复杂，它包含了物理过滤、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。因此，污水在土地处理系统中的净化是一个综合净化过程。土地处理系统的净化机理BOD的去除磷和氮的去除悬浮物质的去除病原体的去除重金属的去除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氧型微生物，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。当污水处理的BOD负荷超过让土壤微生物分解BOD的生物氧化能力时，会引起厌氧状态或土壤堵塞。污水土地处理系统的净化机理十分复杂，它包含了物理过滤、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。因此，污水在土地处理系统中的净化是一个综合净化过程。土地处理系统的净化机理BOD的去除磷和氮的去除悬浮物质的去除病原体的去除重金属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）、物理吸附和沉淀（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、络和吸附）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的影响。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，以及土地处理系统等工艺因素的影响。污水土地处理系统的净化机理