穩(wěn)定塘生物處理技術(shù) 電子教案

1、國家職業(yè)教育水環(huán)境監(jiān)測與治理專業(yè)教學(xué)資源庫水處理微生物教案知識點(diǎn)穩(wěn)定塘生物處理技術(shù)學(xué)時2學(xué)時教學(xué)內(nèi)容1穩(wěn)定塘的生物凈化機(jī)理2穩(wěn)定塘的類型教學(xué)重點(diǎn)穩(wěn)定塘的生物凈化機(jī)理教學(xué)難點(diǎn)微生物在穩(wěn)定塘中的作用穩(wěn)定塘的類型參考資料1.環(huán)境微生物學(xué)，陳劍虹主編，武漢理工大學(xué)出版社，2015.12.環(huán)境工程微生物技術(shù)，鐘飛主編，化學(xué)工業(yè)出版社，20103.水處理微生物學(xué)，趙遠(yuǎn)主編，高等教育出版社出版，2014.7一、穩(wěn)定塘的凈化機(jī)理污水穩(wěn)定塘屬于生物處理設(shè)施，穩(wěn)定塘凈化污水的原理與自然水域的自凈機(jī)理十分相近似，污水在塘內(nèi)停滯的過程中，水中的有機(jī)物通過好氧微生物的代謝活動被氧化，或經(jīng)過厭氧微生物的分解而達(dá)到穩(wěn)定化。

2、好氧微生物代謝所需要的溶解氧由塘表面的大氣復(fù)氧作用以及藻類的光合作用提供，也可以通過人工曝氣供氧。（1）穩(wěn)定塘生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定塘生態(tài)系統(tǒng)由生物和非生物兩部分組成。生物部分主要包括細(xì)菌、藻類、原生動物、后生動物、水生植物以及高等水生動物；非生物部分包括光照、風(fēng)力、溫度、有機(jī)負(fù)荷、溶解氧、PH值、CO2、氮、磷營養(yǎng)元素等。細(xì)菌在穩(wěn)定塘內(nèi)對有機(jī)污染物的降解起主要作用。穩(wěn)定塘中的絕大部分細(xì)菌屬兼性異養(yǎng)菌，這類細(xì)菌以有機(jī)化合物作為碳源，并以這些物質(zhì)分解過程中產(chǎn)生的能量作為維持其生理活動的能源。此外，在相應(yīng)的穩(wěn)定塘中還存活著好氧菌、厭氧菌以及自養(yǎng)菌。藻類具有葉綠體，能夠進(jìn)行光合作用，是塘水中溶解氧的主要提供者

3、，在穩(wěn)定塘內(nèi)起著十分重要的作用。藻類在光照充足的白晝，吸收二氧化碳放出氧；在黑暗的夜晚，消耗氧并放出二氧化碳。穩(wěn)定塘內(nèi)藻類的主要種屬有綠藻及藍(lán)藻等。在穩(wěn)定塘內(nèi)，也出現(xiàn)原生動物和后生動物等微型動物，它們捕食藻類、菌類，防止其過度增殖，其本身又是良好的魚餌。水生植物，能夠提高穩(wěn)定塘對有機(jī)污染物和氮磷等無機(jī)營養(yǎng)物的去除效果，水生植物收獲后也可作某些用途，能夠取得一定的經(jīng)濟(jì)效益。為了使穩(wěn)定塘具有一定的經(jīng)濟(jì)效益，可以考慮利用塘水養(yǎng)魚和放養(yǎng)鴨、鵝等水生動物及禽類。在穩(wěn)定塘內(nèi)存活的不同類型的生物構(gòu)成了其生態(tài)系統(tǒng)。菌藻共生體系是穩(wěn)定塘內(nèi)最基本的生態(tài)系統(tǒng)。其它水生植物和水生動物的作用則是輔助性的，它們的活動從不

4、同的途徑強(qiáng)化了污水的凈化過程。穩(wěn)定塘內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)中的各種生物種群的作用各不相同，存在著互相依存、互相制約的關(guān)系。菌藻共生關(guān)系。在穩(wěn)定塘內(nèi)對溶解性有機(jī)污染物起降解作用的是異養(yǎng)菌，每分解1g有機(jī)物需氧1.56g，而每合成1g藻類，釋放出1.244g氧。所以，細(xì)菌代謝活動所需的氧氣由藻類通過光合作用提供，而其代謝產(chǎn)物CO2又提供給藻類用于光合反應(yīng)。在穩(wěn)定塘內(nèi)細(xì)菌和藻類之間就是保持著這樣的互相依存及互相制約的關(guān)系。穩(wěn)定塘內(nèi)的食物鏈網(wǎng)。在穩(wěn)定塘內(nèi)存在著多條食物鏈，這些食物鏈縱橫交錯結(jié)成食物鏈網(wǎng)。細(xì)菌，藻類及一些水生植物是生產(chǎn)者，處于最低營養(yǎng)級；細(xì)菌與藻類為原生動物及枝角類動物所食用，并不斷繁殖，它們又為魚

5、類所吞食；藻類和水生植物既是魚類的餌料，又可能成為鴨鵝等水禽類的飼料。在穩(wěn)定塘內(nèi)，水生動物處在最高營養(yǎng)級。如果各營養(yǎng)級之間保持由多到少的數(shù)量關(guān)系，則能夠既使污水中有機(jī)污染物得到降解，又使其產(chǎn)物得到充分利用，最后得到魚、鴨和鵝等水禽產(chǎn)品，建立良好的生態(tài)平衡。（2）穩(wěn)定塘內(nèi)各種物質(zhì)的遷移與轉(zhuǎn)化在穩(wěn)定塘生態(tài)系統(tǒng)中，各種物質(zhì)不斷地進(jìn)行遷移和轉(zhuǎn)化，其中主要的是碳、氮及磷的遷移轉(zhuǎn)化和循環(huán)。碳的轉(zhuǎn)化與循環(huán)。污水中的碳主要以溶解性有機(jī)碳形式進(jìn)入穩(wěn)定塘，在塘內(nèi)首先通過細(xì)菌的新陳代謝作用，使溶解性有機(jī)碳轉(zhuǎn)化為無機(jī)碳，又通過合成作用使細(xì)菌本身得到增殖；藻類通過光合作用吸收無機(jī)碳，本身機(jī)體得到增殖，當(dāng)無光照射時，藻類

6、通過呼吸作用又釋放無機(jī)碳；衰死的細(xì)菌、藻類的機(jī)體沉入塘底，在厭氧發(fā)酵作用下，分解為溶解性有機(jī)碳和無機(jī)碳；塘水中的不溶性有機(jī)碳在塘底的厭氧發(fā)酵作用下分解，轉(zhuǎn)化成溶解性有機(jī)碳和無機(jī)碳。氮的轉(zhuǎn)化及循環(huán)。污水中的氮主要呈有機(jī)氮化合物和氨氮兩種形態(tài)。進(jìn)入穩(wěn)定塘后，首先有機(jī)氮化合物在微生物作用下分解為氨態(tài)氮；氨態(tài)氮在硝化菌的作用下，轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮；硝態(tài)氮在反硝化菌的作用下，還原成分子態(tài)氮；在pH值較高，水力停留時間較長，溫度較高的環(huán)境下，水中的氨態(tài)氮以NH3形式存在，可向大氣揮發(fā)；氨態(tài)氮或硝態(tài)氮可作為微生物及各種水生植物的營養(yǎng)，合成其本身機(jī)體；衰死的細(xì)菌和藻類經(jīng)解體后形成溶解性有機(jī)氮和沉淀物；沉淀在厭氧區(qū)

7、的有機(jī)氮在厭氧菌的作用下，也可得到分解。磷的轉(zhuǎn)化及循環(huán)。污水中既含有有機(jī)磷化合物，也含有溶解性的無機(jī)磷酸鹽。細(xì)菌、藻類及其它生物一方面能吸收無機(jī)磷化合物以滿足其生命活動的需要，并將其轉(zhuǎn)化為有機(jī)磷（合成代謝）；另一方面，又可氧化分解有機(jī)磷（分解代謝）。隨著白晝和夜晚光合作用的發(fā)生和停止，塘水的pH值隨著上升和降低，使溶解性磷與不溶解磷之間在不斷地相互轉(zhuǎn)化；如果水中存在有三價鐵化合物，可與溶解性磷酸鹽結(jié)合形成磷酸鐵沉淀；如果水中存在硝酸鹽，則可促使沉積中的磷轉(zhuǎn)化為溶解性磷。（3）穩(wěn)定塘對污水的凈化作用稀釋作用。進(jìn)入穩(wěn)定塘的污水在風(fēng)力、水流以及污染物的擴(kuò)散作用下與塘水混合，使進(jìn)水得到稀釋，其中各項污

8、染指標(biāo)的濃度得以降低。稀釋并沒有改變污染物的性質(zhì)，但為下一步的生物凈化創(chuàng)造了條件。沉淀和絮凝作用。進(jìn)入穩(wěn)定塘的污水，由于流速降低，所挾帶的懸浮物質(zhì)沉于塘底。另外，塘水中的生物分泌物一般都具有絮凝作用，使污水中的細(xì)小懸浮顆粒產(chǎn)生絮凝作用，沉于塘底成為沉積層。導(dǎo)致污水的SS、BOD、COD等各項指標(biāo)都得到降低。沉積層則通過厭氧微生物進(jìn)行分解。水生植物的作用。水生植物能吸收氮、磷等營養(yǎng)，使穩(wěn)定塘去除氮、磷的功能得到提高；其根部具有富集重金屬的功能，可提高重金屬的去除率；還有向塘水供氧的功能；其根和莖能吸附有機(jī)物和微生物，使去除BOD和COD的功能有所提高。微生物代謝作用。在好氧條件下，異養(yǎng)型好氧菌和

9、兼性菌對有機(jī)污染物的代謝作用，是穩(wěn)定塘內(nèi)污水凈化的主要途徑。絕大部分有機(jī)污染物都是在這種作用下得以去除的，BOD可去除90以上，COD去除率也可達(dá)80。在兼性塘的塘底沉積層和厭氧塘內(nèi)，厭氧細(xì)菌對有機(jī)污染物進(jìn)行厭氧發(fā)酵分解，厭氧發(fā)酵經(jīng)歷水解、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸和產(chǎn)甲烷3個階段，最終產(chǎn)物主要是CH4、CO2及硫醇等。CH4通過厭氧層、兼性層以及好氧層從水面逸走，厭氧反應(yīng)生成的有機(jī)酸，有可能擴(kuò)散到好氧層或兼性層，由好氧微生物或兼性微生物進(jìn)一步加以分解，在好氧層或兼性層內(nèi)的難降解物質(zhì)，可能沉于塘底，在厭氧微生物的作用下，轉(zhuǎn)化為可降解物質(zhì)而得以進(jìn)一步降解。浮游生物的作用。穩(wěn)定塘內(nèi)存活著多種浮游生物，它們各自對污

10、水的凈化從不同的方面發(fā)揮著作用。藻類的主要功能是供氧，同時也可從塘水中去除一些污染物，如氮、磷等；在穩(wěn)定塘內(nèi)的原生動物、后生動物及枝角類浮游動物的主要功能是吞食游離細(xì)菌和細(xì)小的懸浮污染物和污泥顆粒，此外，它們還分泌能夠產(chǎn)生生物絮凝作用的粘液；底棲動物能攝取污泥層中的藻類或細(xì)菌，使污泥數(shù)量減少；魚類等水生生物捕食微型水生動物和殘留于水中的污物；處于同一生物鏈的各種生物互相制約，其動態(tài)平衡有利于水質(zhì)凈化。（4）影響穩(wěn)定塘凈化過程的因素光照。光是藻類進(jìn)行光合作用的能源，在足夠的光照強(qiáng)度條件下，藻類才能將各種物質(zhì)轉(zhuǎn)化為細(xì)胞的原生質(zhì)。溫度。溫度直接影響細(xì)菌和藻類的生命活動，在適宜的溫度下，微生物的代謝速

11、率較高。營養(yǎng)物質(zhì)。要使穩(wěn)定塘內(nèi)微生物保持正常的生理活動，必須充分滿足其所需要的營養(yǎng)物質(zhì)，并使?fàn)I養(yǎng)元素、微量元素保持平衡。混合。進(jìn)水與塘內(nèi)原有塘水的充分混合，能使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)與溶解氧均勻分布，使有機(jī)物與細(xì)菌充分接觸，以使穩(wěn)定塘更好地發(fā)揮其凈化功能。有毒物質(zhì)。應(yīng)對穩(wěn)定塘進(jìn)水中的有毒物質(zhì)的濃度加以限制，以避免其對塘內(nèi)微生物產(chǎn)生抑制或毒害作用。蒸發(fā)量和降雨量。蒸發(fā)和降雨的作用使穩(wěn)定塘中污染物質(zhì)的濃度得到濃縮或稀釋，污水在塘中的停留時間也因此而增加或縮短，將會在一定程度上影響到穩(wěn)定塘的凈化效率。污水的預(yù)處理。進(jìn)入穩(wěn)定塘的污水，進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，可以提高和保證穩(wěn)定塘的凈化功能，使其正常工作。預(yù)處理包括：去除懸

12、浮物和油脂、調(diào)整PH值、去除污水中的有毒有害物質(zhì)、水解酸化等。二、穩(wěn)定塘的類型穩(wěn)定塘是自然的或經(jīng)過人工適當(dāng)修整、設(shè)圍堤和防滲層的污水池塘，又稱氧化塘、生物塘。穩(wěn)定塘是一種古老而又不斷發(fā)展的、在自然條件下處理污水的生物處理系統(tǒng)，穩(wěn)定塘系統(tǒng)由若干自然或人工挖掘的池塘組成，主要依靠菌藻作用或菌藻、水生生物等自然生物凈化功能凈化污水，污水在塘中的凈化過程與自然水體的自凈過程相近。穩(wěn)定塘能夠有效地處理生活污水、城市污水和各種有機(jī)性工業(yè)廢水。根據(jù)塘水中微生物優(yōu)勢群體類型和塘水的溶解氧工況將穩(wěn)定塘分為好氧塘、兼性塘、厭氧塘、曝氣塘。專門用以處理二級處理后出水的穩(wěn)定塘稱為深度處理塘。根據(jù)處理水的出水方式，穩(wěn)定

13、塘又可分為連續(xù)出水塘、控制出水塘與貯存塘3種類型。上述的幾種穩(wěn)定塘，在一般情況下，都按連續(xù)出水方式運(yùn)行，但也可按控制出水塘和貯存塘方式運(yùn)行。穩(wěn)定塘處理污水建設(shè)周期短，易于施工，基建投資低；依靠自然功能凈化污水，能耗低，便于維護(hù)，管理方便，運(yùn)行費(fèi)用低；因污水在塘內(nèi)的停留時間長，故對水量、水質(zhì)的變化有很強(qiáng)的適應(yīng)能力；與養(yǎng)魚、種殖水生作物相結(jié)合，在塘內(nèi)形成多級食物鏈，能夠?qū)崿F(xiàn)污水資源化，使污水處理與利用相結(jié)合；穩(wěn)定塘能夠?qū)⑽鬯械挠袡C(jī)物轉(zhuǎn)化為可用物質(zhì)，處理后的污水可用于農(nóng)業(yè)灌溉，以利用污水的水肥資源。另外，穩(wěn)定塘處理污水停留時間長，占地面積大，沒有空閑的余地不宜采用；污水凈化效果，在很大程度上受季節(jié)

14、、氣溫、光照等自然因素的控制，不夠穩(wěn)定；衛(wèi)生條件較差，易滋生蚊蠅，散發(fā)臭氣；塘底防滲處理不好，可能引起對地下水的污染。1.好氧塘好氧塘深度一般在0.5m左右，以使陽光能夠透入塘底。主要由藻類供氧，塘表面也由于風(fēng)力的攪動進(jìn)行自然復(fù)氧，全部塘水都呈好氧狀態(tài)，由好氧微生物對有機(jī)污染物起降解作用。在好氧塘內(nèi)高效地進(jìn)行著光合反應(yīng)和有機(jī)物的降解反應(yīng)。好氧塘內(nèi)的溶解氧是充足的，但在一日之內(nèi)是變化的。在白晝，藻類光合作用放出的氧遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過細(xì)菌所需，塘水中氧的含量很高，可達(dá)到飽和狀態(tài)；晚間光合作用停止，由于生物呼吸所耗，水中溶解氧濃度下降，在凌晨時最低。隨著CO2濃度的變化，引起好氧塘內(nèi)pH值的變化。在白晝pH值

15、上升，夜晚又行下降。根據(jù)有機(jī)物負(fù)荷率的高低，好氧塘還可以分為高負(fù)荷好氧塘、普通好氧塘和深度處理好氧塘3種。高負(fù)荷好氧塘的有機(jī)負(fù)荷率高，污水停留時間短，塘水中藻類濃度很高，這種塘僅適于氣候溫暖、陽光充足的地區(qū)采用。普通好氧塘的有機(jī)負(fù)荷率較前者低，以處理污水為主要功能。深度處理好氧塘以處理二級處理工藝出水為目的，有機(jī)負(fù)荷率很低，水力停留時間較長，處理水質(zhì)良好。好氧塘內(nèi)的生物相在種類與種屬方面比較豐富。有菌類、藻類、原生動物、后生動物等。在數(shù)量上是相當(dāng)可觀的，每lrnL水滴內(nèi)的細(xì)菌數(shù)可高達(dá)1085×109個。好氧塘的優(yōu)點(diǎn)是凈化功能較高，有機(jī)污染物降解速率高，污水在塘內(nèi)的停留時間短。但進(jìn)水應(yīng)

16、進(jìn)行比較徹底的預(yù)處理。好氧塘的缺點(diǎn)是占地面積大，處理水中含有大量的藻類，需進(jìn)行除藻處理，對細(xì)菌的去除效果也較差。2.兼性塘兼性塘是城市污水處理最常用的一種穩(wěn)定塘，塘深在1.02.5m，在陽光能夠照射透入的塘的上層為好氧層，由好氧異養(yǎng)微生物對有機(jī)污染物進(jìn)行氧化分解。沉淀的污泥和衰死的藻類在塘的底部形成厭氧層，由厭氧微生物起主導(dǎo)作用進(jìn)行厭氧發(fā)酵。在好氧層與厭氧層之間為兼性層，其溶解氧時有時無，一般在白晝有溶解氧存在，而在夜間又處于厭氧狀態(tài)，在這層里存活的是兼性微生物，它既能夠利用水中游離的分子氧，也能夠在厭氧條件下，從NO3-或CO32-中攝取氧。在兼性塘內(nèi)進(jìn)行的凈化反應(yīng)是比較復(fù)雜的，生物相也比較

17、豐富，其污水凈化是由好氧、兼性、厭氧微生物協(xié)同完成的。3.厭氧塘厭氧塘深度一般在2.0m以上，有機(jī)負(fù)荷率高，整個塘水基本上都呈厭氧狀態(tài)。厭氧塘是依靠厭氧菌的代謝功能使有機(jī)污染物得到降解，包括水解、產(chǎn)酸及甲烷發(fā)酵等厭氧反應(yīng)全過程。凈化速度低，污水停留時間長。厭氧塘在參與反應(yīng)的生物方面，只有細(xì)菌，不存在其它任何生物。在系統(tǒng)中有產(chǎn)酸菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌和產(chǎn)甲烷菌共存，但三者之間不是直接的食物鏈關(guān)系，而是產(chǎn)酸菌和產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌的代謝產(chǎn)物-有機(jī)酸、乙酸和氫則是產(chǎn)甲烷菌的營養(yǎng)物質(zhì)。產(chǎn)酸菌和產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌是由兼性菌和厭氧菌組成的群集，產(chǎn)甲烷菌則是專性厭氧菌。厭氧塘內(nèi)污水的污染物濃度高、塘深大，易于污染地下水，因此，

18、必須有防滲措施。厭氧塘一般多散發(fā)臭氣，應(yīng)使其遠(yuǎn)離住宅區(qū)，一般應(yīng)在500m以上。厭氧塘處理的某些廢水，在水面上可能形成浮渣層，它對保持塘水溫度有利，但有礙觀瞻，且在浮渣上易滋生小蟲，又有礙環(huán)境衛(wèi)生，應(yīng)考慮采取適當(dāng)措施。厭氧穩(wěn)定塘一般作為高濃度有機(jī)廢水的首級處理工藝，繼之還設(shè)兼性塘、好氧塘甚至深度處理塘。4.曝氣塘曝氣塘是經(jīng)過人工強(qiáng)化的穩(wěn)定塘，塘深在2.0m以上，塘內(nèi)設(shè)曝氣設(shè)備向塘內(nèi)污水充氧，并使塘水?dāng)噭?。曝氣塘又可分為好氧曝氣塘及兼性曝氣塘兩種。主要取決于曝氣設(shè)備安設(shè)的數(shù)量及密度、曝氣強(qiáng)度的大小等。好氧曝氣塘與活性污泥處理法中的延時曝氣法相近。曝氣設(shè)備多采用表面機(jī)械曝氣器，也可以采用鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)。在曝氣條件下，藻類的生長與光合作用受到抑制。由于經(jīng)過人工強(qiáng)化，曝氣塘的凈化效果及工作效率都明顯地高于一般類型的穩(wěn)定塘。污水在塘內(nèi)的停留時間短，曝氣塘所需容積及占地面積均較小，這是曝氣塘的主要優(yōu)點(diǎn)，但由于采用人工曝氣措施，能耗增加，運(yùn)行費(fèi)用也有所提高。5.深度處理塘深度處理塘設(shè)置在二級處理工藝之后或穩(wěn)定塘系統(tǒng)的最后。其功能是進(jìn)一步降低二級處理水中殘余的有機(jī)污染物（BOD、COD）、SS、細(xì)菌以及氮磷等植物性營養(yǎng)物質(zhì)等。又稱三級處理塘、熟化塘，在污水處理廠和接納水體之間起到緩沖作用，以適應(yīng)受納水體或回用對水質(zhì)的要求。深度處理塘一般多采用好氧塘的形式，采用大氣復(fù)氧或藻類