水污染控制工程第七章 穩(wěn)定塘

穩(wěn)定塘按塘內(nèi)的微生物類型、供氧方式和功能等進行劃分，可分類如下：1．好氧塘好氧塘的深度較淺，陽光能透至塘底，全部塘水都含有溶解氧，塘內(nèi)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。2．兼性塘兼性塘的深度較大，上層為好氧區(qū)，藻類的光合作用和大氣復(fù)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。3．厭氧塘厭氧塘的塘深在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(nèi)停留時間長。4．曝氣塘

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。5．深度處理塘

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(zhì)，以滿足受納水體或回用水的水質(zhì)要求。

除上述幾種常見的穩(wěn)定塘以外，還有水生植物塘(塘內(nèi)種植水葫蘆、水花生等水生植物，以提高污水凈化效果，特別是提高對磷、氮的凈化效果)、生態(tài)塘(塘內(nèi)養(yǎng)魚、鴨、鵝等，通過食物鏈形成復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，以提高凈化效果)、完全儲存塘(完全蒸發(fā)塘)等也正在被廣泛研究、開發(fā)和應(yīng)用。穩(wěn)定塘有下述優(yōu)缺點：1．穩(wěn)定塘的優(yōu)點(1)基建投資低

當有舊河道、沼澤地、谷地可利用作為穩(wěn)定塘?xí)r，穩(wěn)定塘系統(tǒng)的基建投資低。(2)運行管理簡單

經(jīng)濟穩(wěn)定塘運行管理簡單，動力消耗低，運行費用較低，約為傳統(tǒng)二級處理廠的1/3～1/5。(3)可進行綜合利用實現(xiàn)污水資源化

如將穩(wěn)定塘出水用于農(nóng)業(yè)灌溉。充分利用污水的水肥資源；養(yǎng)殖水生動物和植物，組成多級食物鏈的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)。

2．穩(wěn)定塘的缺點(1)占地面積大沒有空閑余地時不宜采用。(2)處理效果受氣候影響如季節(jié)、氣溫、光照、降雨等自然因素都影響穩(wěn)定塘的處理效果。(3)設(shè)計運行不當時，可能形成二次污染如污染地下水、產(chǎn)生臭氣和滋生蚊蠅等。雖然穩(wěn)定塘存在著上述缺點，但是如果能進行合理的設(shè)計和科學(xué)的管理，利用穩(wěn)定塘處理污水，那么可以有明顯的環(huán)境效益、社會效益和經(jīng)濟效益。二、好氧塘1．好氧塘的種類好氧塘有高負荷好氧塘、普通好氧塘和深度處理好氧塘等三種。

(1)高負荷好氧塘

這類塘設(shè)置在處理系統(tǒng)的前部，目的是處理污水和產(chǎn)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

設(shè)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(shè)施。特點是有機負荷較低，塘的水深較高負荷好氧塘大。2．好氧塘根本工作原理如圖7-1所示。塘內(nèi)存在著菌、藻和原生動物的共生系統(tǒng)。有陽光照射時，塘內(nèi)的藻類進行光合作用，釋放出氧，同時，由于風(fēng)力的攪動，塘外表還存在自然復(fù)氧，兩者使塘水呈好氧狀態(tài)。塘內(nèi)的好氧型異養(yǎng)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本錢身的細胞質(zhì)(細胞增殖)，其代謝產(chǎn)物CO2那么是藻類光合作用的碳源。3.好氧塘內(nèi)溶解氧和pH的變化藻類光合作用使塘水的溶解氧和pH值呈晝夜變化。白晝，藻類光合作用釋放的氧，超過細菌降解有機物的需氧量，此時塘水的溶解氧濃度很高，可到達飽和狀態(tài)。夜間，藻類停止光合作用，且由于生物的呼吸消耗氧，水中的溶解氧濃度下降，凌晨時到達最低。陽光再照射后，溶解氧再逐漸上升。好氧塘的pH值與水中CO2濃度有關(guān)，受塘水中碳酸鹽系統(tǒng)的CO2平衡關(guān)系影響，白天藻類光合作用使CO2降低，PH值上升；夜間，藻類停止光合作用，而細菌降解有機物的代謝沒有終止，CO2累積，PH值下降。三、兼性塘1．兼性塘的根本工作原理兼性塘的有效水深一般為1.0～2.0m，通常由三層組成，上層好氧區(qū)、中層兼性區(qū)和底部厭氧區(qū)，如圖7-2所示。

好氧區(qū):對有機污染物的凈化機理與好氧塘根本相同。兼性區(qū):塘水溶解氧較低，且時有時無。這里的微生物是異養(yǎng)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，也能在無分子氧的條件下進行無氧代謝。厭氧區(qū):無溶解氧。可沉物質(zhì)和死亡的藻類、菌類在此形成污泥層，污泥層中的有機質(zhì)由厭氧微生物對其進行厭氧分解。與一般的厭氧發(fā)酵反響相同，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(chǎn)物(如脂肪酸、醛、醇等)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(chǎn)物進入好氧層，局部逸出水面，局部參與藻類的光合作用。四、厭氧塘1．厭氧塘的根本工作原理厭氧塘對有機污染物的降解，是由兩類厭氧菌通過產(chǎn)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(chǎn)酸菌將復(fù)雜的有機物水解,轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳等。應(yīng)控制塘內(nèi)的有機酸濃度在3000mg/L以下，pH值為6.5～7.5，進水的BOD5:N:P蘭100:2.5:1，硫酸鹽濃度應(yīng)小于500mg/L，以使厭氧塘能正常運行。五、曝氣塘曝氣塘是在塘面上安裝有人工曝氣設(shè)備的穩(wěn)定塘(圖7-4)。曝氣塘有兩種類型：①

完全混合曝氣塘；②

局部混合曝氣塘。2．厭氧塘的設(shè)計和應(yīng)用厭氧塘的設(shè)計通常是用經(jīng)驗數(shù)據(jù)，采用有機負荷進行設(shè)計的。(1)有機負荷有機負荷的表示方法有三種：BOD5外表負荷(kgBOD5/ha·d)、BOD5容積負荷(kgBOD5／m3·d)、VSS容積負荷(kgVSS/m3·d)。我國采用BOD5外表負荷。處理城市污水的建議負荷值為200～600kgBOD5/ha·d。對于工業(yè)廢水，設(shè)計負荷應(yīng)通過試驗確定。(2)池型厭氧塘一般為矩形，長寬比為2:1～2.5:1。單塘面積不大于4ha。塘的有效水深一般為2.0～4.5m，儲泥深度大于0.5m，超高為0.6～1.0m。(3)厭氧塘的進水口離塘底0.6～1.0m，出水口離水面的深度應(yīng)大于0.6m(圖7-3)。使塘的配水和出水較均勻，進、出口的個數(shù)均應(yīng)大于兩個。由于厭氧塘的處理效果不高，出水BOD5濃度仍然較高不能到達二級處理水平，因此厭氧塘一般作為其他處理設(shè)備的前處理單元。五、曝氣塘曝氣塘是在塘面上安裝有人工曝氣設(shè)備的穩(wěn)定塘(圖7-4)。曝氣塘有兩種類型：①

完全混合曝氣塘；②

局部混合曝氣塘。曝氣塘內(nèi)生長有活性污泥，污泥可回流也可不回流，有污泥回流的曝氣塘實質(zhì)上是活性污泥法的一種變型。微生物生長的氧源來自人工曝氣和外表復(fù)氧，以人工曝氣為主。曝氣設(shè)備一般采用外表曝氣機，也可用鼓風(fēng)曝氣。完全混合曝氣塘中曝氣裝置的強度應(yīng)能使塘內(nèi)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。局部混合曝氣塘不要求保持全部固體呈懸浮狀態(tài)，局部固體沉淀并進行厭氧消化。其塘內(nèi)曝氣機布置較完全混合曝氣塘稀疏。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。曝氣塘的水力停留時間為3～10d，有效水深為2～6m。六、穩(wěn)定塘系統(tǒng)的設(shè)計要點(1)塘的位置穩(wěn)定塘應(yīng)設(shè)在居民區(qū)下風(fēng)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(yīng)設(shè)在距機場2km以內(nèi)的地方，以防止鳥類(如水鷗)到塘中覓食、聚集，對飛機航行構(gòu)成危險。(2)防止塘體損害為防止浪的沖刷，塘的襯砌應(yīng)在設(shè)計水位上下各0.5m以上。假設(shè)需防止雨水沖刷時，塘的襯砌應(yīng)做到堤頂。，襯砌方法有干砌塊石、漿砌塊石和混凝土板等。(3)塘體防滲穩(wěn)定塘滲漏可能污染地下水源；假設(shè)塘出水考慮再回用，那么塘體滲漏會造成水資源損失，因此，塘體防滲是十分重要的。防滲方法有素土夯實、瀝青防滲襯面、膨潤土防滲襯面和塑料薄膜防滲襯面等。(4)塘的進出口進出口的形式對穩(wěn)定塘的處理效果有較大的影響。設(shè)計時應(yīng)注意配水、集水均勻，防止短流、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?dǎo)風(fēng)向。二、土地處理系統(tǒng)的凈化機理污水土地處理系統(tǒng)的凈化機理包含了物理過濾、物理吸附、物理沉積、物理化學(xué)吸附、化學(xué)反響和化學(xué)沉淀、微生物對有機物的降解等過程。主要污染物的去除途徑如下：1．BOD的去除BOD大局部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。當處理水的BOD負荷超過土壤微生物分解BOD的生物氧化能力時，會引起厭氧狀態(tài)或土壤堵塞。2．磷和氮的去除在土地處理中，磷主要是通過植物吸收，化學(xué)反響和沉淀(與土壤中的鈣、鋁、鐵等離子形成難溶的磷酸鹽)，物理吸附和沉積(土壤中的黏土礦物對磷酸鹽的吸附和沉積)，物理化學(xué)吸附(離子交換、絡(luò)合吸附)等方式被去除。其去除效果受土壤結(jié)構(gòu)、陽離子交換容量、鐵鋁氧化物和植物對磷的吸收等因素影響。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)的工藝等因素影響。3．懸浮物質(zhì)的去除污水中的懸浮物質(zhì)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(zhì)、大小和濃度等都影響對懸浮物的截留過濾效果。假設(shè)懸浮物濃度太高、顆粒太大會引起土壤堵塞。4．病原體的去除污水經(jīng)土壤過濾后，水中大局部的病菌和病毒可被去除，去除率可達92％～97％。5．重金屬的去除重金屬的去除主要是通過物理化學(xué)吸附，化學(xué)反響與沉淀等途徑被去除的。重金屬離子在土壤膠體外表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螯合物被固定于礦物晶格中；重金屬離子與土壤的某些組分進行化學(xué)反響，生成金屬磷酸鹽和有機重金屬等沉積于土壤中。三、土地處理根本工藝1．慢速滲濾系統(tǒng)慢速滲濾系統(tǒng)適用于滲水性良好的土壤、砂質(zhì)土壤及蒸發(fā)量小、氣候潤濕的地區(qū)。廢水經(jīng)噴灌或面灌后垂直向下緩慢滲濾，土地凈化田上種作物，這些作物可吸收污水中的水分和營養(yǎng)成分，通過土壤一微生物一作物對污水進行凈化，局部污水蒸發(fā)和滲濾(見圖7-6)。慢速滲濾系統(tǒng)的污水投配負荷一般較低，滲濾速度慢，故污水凈化效率高，出水水質(zhì)優(yōu)良。慢速滲濾系統(tǒng)有農(nóng)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(yù)處理等。2．快速滲濾系統(tǒng)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。適用于滲透性非常良好的土壤，如砂土、礫石性砂土等。污水灌至快速滲濾田外表后很快下滲進入地下，并最終進人地下水層。灌水與休灌反復(fù)循環(huán)進行，使濾田表層土壤處于厭氧一好氧交替