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第十四章稳定塘和污水的土地理第一节稳定塘第二节污水土地处理概述自然处理系统（NaturalTreatmentSystems）分为稳定塘系统和土地处理系统。稳定塘系统（AquaticSystems）通过水—水生生物系统（菌藻共生系统和水生生物系统）对污水进行自然处理。土地处理系统（SoilbasedSystem）利用土壤—微生物—植物系统的陆地生态系统的自我调控机制和对污染物的综合净化功能，对污水进行净化。污水自然处理系统的净化作用主要是利用土壤浅表层中的物理作用、化学作用和微生物的生化作用。与常规处理技术相比，前者具有工艺简便、操作管理方便、建设投资和运转成本低的特点。建设投资仅为常规处理技术的1／2—1／3，运转费用仅为常规处理技术的1／2—1／10，可大幅度降低污水处理成本。而且净化效果良好，净化水质可达二级以上处理水平。返回第一节稳定塘稳定塘又名氧化塘或生物塘。稳定塘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。稳定塘多用于小型污水处理，可用作一级处理、二级处理，也可用作三级处理。概述按塘内的微生物类型、供氧方式和功能等划分好氧塘兼性塘厌氧塘曝气塘深度处理塘水生植物塘生态塘完全储存塘常见其他稳定塘的分类好氧塘兼性塘厌氧塘曝气塘深度处理塘好氧塘的深度较浅，阳光能透至塘底，全部塘水内都含有溶解氧，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。兼性塘的深度较大，上层是好氧区，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。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。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。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。稳定塘的优点基建投资低当有旧河道、沼泽地、谷地可利用作物作为稳定塘时，稳定塘系统的基建投资低。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。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。稳定塘的缺点占地面积大没有空闲余地时不宜采用。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。设计不当时，可能形成二次污染如污染地下水、产生臭氧和滋生蚊蝇等。稳定塘的优缺点（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。好氧塘种类好氧塘深度一般在0.5m左右，好氧塘内高效地进行着光合作用。DO的变化：白天饱和状态，夜间降低，凌晨时最低；PH的变化：白天PH上升，夜间降低。根据有机物负荷率的高低，好氧塘可分为三种：高负荷好氧塘：BOD5表面负荷率：0.004-0.016kg/m2·d；普通好氧塘：BOD5表面负荷率：0.002-0.004kg/m2·d；深度处理好氧塘：BOD5表面负荷率：0.0005kg/m2·d。好氧塘细菌的降解作用：有机物＋O2＋H+→CO2＋H2O＋NH4+＋C5H7O2N（A）藻类的光合作用：106CO2＋16NO3-＋HPO42-＋122H2O＋18H+→C106H263O110N16P＋138O2（B）好氧塘基本工作原理（细菌）（藻类）塘内存在着菌、藻和原生动物的共生系统。塘内的藻类进行光合作用，释放出氧，塘表面的好氧型异氧细菌利用水中的氧，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。塘内菌藻生化反应可用下式（A）和（B）表示：藻类光合作用使塘水的溶解氧和pH呈昼夜变化。白天，藻类光合作用使CO2降低，pH上升。夜间，藻类停止光合作用，细菌降解有机物的代谢没有终止，CO2累积，pH下降。其平衡关系式如下：HOHOHOHHCOOHCOHHCOCOHOHCO2322333222好氧塘基本工作原理好氧塘流入污水可沉物质风阳光处理水好氧区兼性区厌氧区衰死菌类衰死菌类藻类新细胞光合作用藻类O2好氧分解有机污染物细菌细菌新细胞甲烷有机酸醇厌氧发酵有机污染物厌氧分解厌氧发酵CO2+NH3H2OPO4O2O22CH4CO2NH4污泥层图20-3稳定塘内典型的生态系统好氧塘内的生物种群主要有藻类、菌类、原生动物、后生动物、水蚤等微型动物。菌类主要是生存在水深0.5m的上层，浓度为1×108～5×109个/mL，主要种属与活性污泥和生物膜相同。原生动物和后生动物的种属数与个体数，均比活性污泥法和生物膜法少。藻类的种类和数量与塘的负荷有关，它可以反映塘的运行状况和处理效果。好氧塘好氧塘内的生物种群好氧塘的主要尺寸的经验值如下：⑴好氧塘多采用矩形，表面的长宽比为3:1~4:1，一般以塘深的1/2处的面积作为计算塘面。塘堤的超高为0.6~1.0m。单塘面积不宜大于4ha；⑵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）；⑶好氧塘的座数一般不少于3座，规模很小时不少于2座。好氧塘好氧塘内的设计好氧塘工艺设计的主要内容是计算好氧塘的尺寸和个数。20.3.1.2设计计算1.好氧塘好氧塘的计算，主要内容是确定塘的表面面积。应以塘深处的面积作为设计计算平面。近表面有机负荷率进行计算。计算公式为：式中：A——好氧塘的有效面积，m2；Q——污水设计流量，m3/d；S0——原污水的BOD5浓度，kg/m3NA——BOD面积负荷率，kg/(m2·d)BOD面积负荷率应根据试验或相近地区污水性质相近的好氧塘的运行数据确定。表20-1为好氧塘典型设计参数，供参考选用。ANQS0A好氧区对有机污染物的净化机理与好氧塘相同。兼性区的塘水溶解氧较低。异氧型兼性细菌，它们既能利用水中的溶解氧氧化分解有机污染物，也能在无分子氧条件下，以NO3-、CO32-作为电子受体进行无氧代谢。厌氧区无溶解氧。污泥层中的有机质由厌氧微生物对其进行厌氧分解，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。兼性塘不仅可去除一般的有机污染物，还可以有效地去除磷、氮等营养物质和某些难降解的有机污染物。兼性塘工作原理兼性塘的有效水深一般为1.0～2.0m。兼性塘一般采用负荷法进行计算，我国建立了较完善的设计规范。兼性塘的主要尺寸的经验值如下：⑴兼性塘一般采用矩形，长宽比3:1~4:1。塘的有效水深为1.2~2.5m,超高为0.6~1.0m,储泥区高度应大于0.3m。⑵兼性塘的堤坝的内坡坡度为1:2~1:3（垂直:水平），外坡坡度为1:2~1:5。⑶兼性塘一般不少于3座，多采用串连，其中第一塘的面积约占兼性塘总面积的30％~60％，单塘面积应少于4hm2，以避免布水不均匀或波浪较大等问题。兼性塘兼性塘的设计计算兼性塘计算的主要内容也是求定塘的有效面积。对兼性塘仍多采用经验数据进行计算。1．设计参数1)兼性塘可以作为独立处理技术考虑，也可以作为生物处理系统中的一个处理单元，或者作为深度处理塘的预处理工艺。2)塘深。一般采用1.2～2.5m，污泥层厚度取值0.3m3)停留时间。一般规定为7～180d，幅度很大。4)BOD5表面负荷率。按0.0002～0.010kg/(m2·d)考虑.5)BOD去除率一般可达70%～90%。6)藻类浓度取值10～100mg/L7)如采取处理水循环措施，循环率可为0.2‰～2.0‰。2．在塘的构造方面应考虑的因素1)塘形，以矩形为宜，矩形塘易于施工和串联组合，有助于风对塘水的混合，而且死角少，长宽比以2:1或3:1为宜。2)塘数，除小规模的兼性塘可以考虑采用单一的塘进行处理外，一般不宜少于2座。宜采用多级串联，第一塘面积大，约占总面积的30%～60%，采用较高的负荷率，以不使塘都处理厌氧状态为限。串联可得优质处理水。3)进水口，矩形塘进水口应尽量使塘的横断面上配水均匀，宜采用扩散管或多点进水。4)出水口，出水口与进水口之间的直线距离应尽可能的大，一般在矩形塘按对角线排列设置，以减少短路。应参照有关资料进行。厌氧塘对有机污染物的降解，与所有的厌氧生物处理设备相同，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，以保持产酸菌和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为6.5～7.5，进水的BOD5：N：P=100:2.5:1,硫酸盐浓度应小于500mg/L，以使厌氧塘能正常运行。厌氧塘基本工作原理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。设计的主要经验数据如下：1）设计参数a．BOD表面负荷率厌氧塘为了维持其厌氧条件，应规定其最低BOD表面负荷率。如果厌氧塘的BOD表面负荷率过低，其工况就将接近于兼性塘。最低容许BOD表面负荷率与BOD5容积负荷率、气温有关。我国北方可采用300kgBOD/(104m2·d)、(200～600)kgBOD5/(104m2·d)。我国给水排水设计手册对厌氧塘处理城市污水的建议负荷率值为20～60gBOD5/(m2·d)、(200～600)kgBOD5/(104m2·d)。b．BOD容积负荷厌氧塘设计和应用c．VSS容积负荷率VSS容积率用于厌氧塘处理VSS含量废水的设计。下面是国外对几种工业废水厌氧塘采用的VSS容积负荷。家禽粪水0.063～0.16kgVSS/(m3·d)奶牛粪水0.166～1.12kgVSS/(m3·d)猪粪水0.064～0.32kgVSS/(m3·d)菜牛屠宰废水0.593kgVSS/(m3·d)d.水力停留时间污水在厌氧塘内的停留时间，采用的数值介于很大的幅度内，无成熟数据可以遵循，应通过试验确定。我国《给水排水设计手册》的建议值，对城市污水是30～50d。国外有长达160d的设计运行数据，但也有短为12d的。2）厌氧塘的形状和主要尺寸a.厌氧塘表面仍以矩形为宜，长宽比2～2.5:1。b.塘深，厌氧塘的有效深度（包括污泥层深度）为3～5m，当土壤和地下水条件适宜时，可增大到6m。处理城市污水用厌氧塘的塘深为1.0～3.6m处理城市污水的厌氧塘底部储泥深度，不应小于0.5m，污泥量按50L/(人·a)计算。污泥清除周期为5～10年。c.保护高度0.6～1.0m。d.塘底略具坡度，堤内坡1:1～1:3。e.厌氧塘的单塘面积不应大于8000m2(0.8×104m2)f.厌氧塘一般位于稳定塘系统之首，截留污泥量较大，因此，宜设并联的厌氧塘，以便轮换清除塘泥。g.厌氧塘进出口，厌氧塘进口一般按设在高于塘底0.6～1.0m处，使进水与塘底污泥相混合。塘底宽度小于9m时，可以只用一个进口，宽塘应采用多个进口。进水管径200～300mm。出水口为淹设式，深入水下0.6m，不得小于冰层厚度或浮渣层厚度