（环境工程专业论文）生态塘中生物及污染物去除机理的研究.pdf

摘受 摘要 目前，世界各国都在寻求一种节能、处理效果稳定、无需进行污泥处 理、同时能实现污水回用的污水处理技术。生态塘就是这样工艺，但是目前 对生态塘在微生物生态学、处理机理、运行参数等方面的系统研究尚不够完 善，存在着一系列问题影响着它的应用。 本文以山东东营的生态塘系统工程为试验基地，对其运行情况进行了跟 踪研究，对该污水处理与利用生态系统的运行效果、生物群落的组成和变化 与污染物去除量与效率的关系、有机物和氮磷等营养物在塘中的去除机理、 影响因子进行了研究，并对该工程运行中出现的问题进行了分析，提出了相 应的解决措施，为该生态工程的改善及其他生态工程的设计、运行提供了科 学依据。 从运行情况来看，虽然进水水质和水量随季节变化较大，但是出水基本 维持稳定。2 0 0 2 全年平均b o d 5 、c o d 、s s 的去除率分别为7 8 6 、 6 8 6 、9 0 8 。整个系统对大肠菌群的去除率为9 9 9 9 单位，整个系统的 细菌去除率为9 9 8 。氨氮冬季的去除率为2 6 1 ，夏季为6 6 8 。总磷冬 季的去除率为2 0 ，夏季为2 7 。除总磷外，b o d s 、c o d 、s s 全年可达 到二级污水处理厂的一级指标，氨氮除个别月份，也可达标。 在东营生态塘中有藻类、细菌、浮游动物、鱼类及一些水生植物。构成 菌藻一浮游动物一鱼类这样的食物链。但是大量投放于曝气养鱼塘、鱼塘、 藕塘、苇塘的鱼苗在春夏之际经常出现大面积死亡，除此而外，藕塘中的藕 生长不好，无法达到设计设想的美化环境，吸收氮、磷的作用。根据所获得 的资料，对生态塘中水质与生物生长的情况进行了了研究和分析，得出了污 水中高浓度氨氮尤其是游离氨及夏季夜间藻类溶解氧亏缺是造成曝气养鱼塘 及鱼塘中鱼大批死亡原因的结论。鉴于出水中藻类含量较高，影响出水水 质，根据生态控制原理，建议减少鱼的投放密度，这一建议被污水厂采纳， 鱼大面积死亡的现象得以改观。这是本论文的一个创薪点并在实际中得到验 证。结合藕的生物学特性对藕生长不好的原因进行了分析。由于藕的生长对 土壤、水速、水位均有严格的要求，在生态塘运行过程中难于调整使其适于 哈尔滨工业大学工学博士学位论文 藕的生长。通过对有浮萍覆盖的塘与其他塘在有机物和氮去除率方面的比 较，发现在同样的面积下，有浮萍覆盖的塘有机物和氮的去除率高于无浮萍 覆盖的塘。根据浮萍自身所具备的耐低温、生长快、易捕捞、无需种植、抑 制藻类生长、可作为猪饲料等特点，提出浮萍比藕更适合作为该生态塘中的 水生植物，起净化水质的作用。 文中对污水中有机物、氮、磷在塘中的去除机理进行了探讨。并根据全 年平均值进行了定量化对影响有机物、氮、磷去除的主要因素进行了分 析。 通过对曝气塘、曝气养鱼塘、鱼塘中有机物降姆的动力学计算，推算出 了在2 0 0 2 年实际运行情况下，上述各塘对溶解氧的需求及现行人工曝气设 备的供氧情况。在对藻类生成的化学计量学计算基础上，对曝气养鱼塘、鱼 塘中藻类的生成量、光合产氧和大气复氧对塘中溶解氧的贡献以及夜间藻类 呼吸对塘中溶解氧的消耗进行了详细的计算，提出了夏季藻类呼吸导致夜问 曝气养鱼塘和鱼塘溶解氧缺乏。这对于此生态塘的运行具有实际指导意义， 并对类似的生态工程中的溶解氧的计算及设计参数的确定具有理论指导意义。 这是本论文的另一处创新点。 对氮的去除途径的研究表明，塘中氮通过沉淀、硝化反硝化、植物吸收 ( 芦苇、藻类、浮萍) 以及氨的挥发去除。氨氮占进水总氮的6 7 9 3 ，通 过试验测定了塘中氨的挥发速率。通过对塘中氨氮的多种去除途径的定量化 计算，得到植物所能吸收的氨氮的最大量约占去除氨氮的1 8 8 ，氨的挥发仅 占去除量的8 9 ，进而提出硝化反硝化是氨氮去除的主要途径。分析水质， 在进水及各塘中硝酸盐、亚硝酸盐含量较低的情况下，依据硝化细菌的特性， 提出提供硝化细菌的附着物，增大附着面积，增加塘中的溶解氧，有利于提高 硝化反硝化速度，进而提高对氮的去除效果。这对于塘的长期稳定运行有重要 的实际意义。这是本论文的最后一处创新点。 在生态塘中，磷通过生物吸收、沉淀方式除去，其中生物吸收最大可占 去除量的3 6 ，其余，通过沉淀方式除去。 总之，这座位于东营的第一座污水处理厂，有效地去除了污水中的有机 物和病原体，减轻了对渤海、黄河的污染，起到了改善当地居民生活环境的 作用。由于动力费用低，无嚣进行污泥处置，在具有大面积荒地的地区，确 摘要 实具备不可比拟的应用优势。 关键词生态塘；鱼；浮萍；有机物的去除：氮磷的去除 哈尔滨= ：i = 业大学工学博上学位论文 a b s t r a c t n o w a d a y s ，m a n yc o u n t r i e si nt h ew o r l da r es e a r c h i n gf o rw a s t e w a t e rt r e a t m e n t p r o c e s s e sw h i c h a r ee n e r g ys a v i n g ，c o s t e f f e c t i v ea n de f f i c i e n tt or e m o v ev a r i o u s p o l l u t a n t sp r e s e n ti nt h ew a s t e w a t e r , w i t hh i g hq u a l i t yo ff i n a le f f l u e n tt h a ti s q u a l i f i e df o rr e c l a m a t i o na n dr e u s e ，w h i l en os l u d g eb e i n gp r o d u c e d ，t r e a t e da n d d i s p o s e d t h ee c o - s y s t e mf o rw a s t e w a t e rt r e a t m e n ta n du t i l i z a t i o ni sa m o n gs u c h p r o c e s s e s b a s e do no n s i t e e x p e r i m e n t a ls t u d yo nt h el i v i n go r g a n i s m si nt h ee c o s y s t e m f o rm u n i c i p a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n ta n du t i l i z a t i o ni nd o n g y i n g c i t y ，s h a n d o n g ， t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e n p o l l u t a n tr e m o v a la n dl i v i n go r g a n i s m sw a sr e s e a r c h e d i nt h i sd i s s e r t a t i o n t h em e c h a n i s mo fp o l l u t a n tr e m o v a li s s t u d i e da sw e l l a c c o r d i n gt ot h ea n a l y s i so f t h ep r o b l e m so c c u r r e di nt h eo p e r a t i o no ft h ee c o p o n ds y s t e m ，s o m es o l u t i o n sw e r ep r o p o s e d i ti sh e l p f u lf o rt h eo p e r a t i o no ft h e e c o - p o n d a n dt h es u c c e s s f u l d e s i g n a n do p e r a t i o no ft h es i m i l a r e c o l o g i c a l e n g i n e e r i n gl a t e r f r o mt h ep e r f o r m a n c eo ft h ee c o p o n d ，i tw a sf o u n dt h a tt h ee f f l u e n tr e m a i n e d s t a b l ea n dc o u l dm e e tt h er e g u l a t o r yv a l u e st h o u g ht h ei n f l u e n tc h a n g e dw i t ht h e s e a s o n t h ea v e r a g eb o d 5 ，c o d ，a n dt s sr e m o v a lr a t ew a s7 8 6 ，6 8 6 a n d 9 0 8 r e s p e c t i v e l yt h r o u g h o u tt h ey e a r b e s i d e s b a c t e r i a la n df a e c a lc o l i f o r m r e m o v a lr a t ew a s9 9 8 a n d9 9 9 9 r e s p e c t i v e l y t h ea v e r a g en h 3 - nr e m o v a l r a t ew a s2 6 1 i nt h ew i n t e r a n di tw a s6 6 8 i nt h es u m m e r t h ea v e r a g et p r e m o v a lr a t ew a s2 0 i nt h ew i n t e ra n di tw a s2 7 i nt h es u m m e r a l g a e ，b a c t e r i a ，z o o p l a n k t o n ，f i s h e sa n dm a c r o p h y t e se x i s ti nt h ee c o p o n d sw i t h s u c haf o o dc h a i n ：p h y t o p l a n k t o n - z o o p l a n k t o n f i s h e s b u ta sac o n s t a n th e a d a c h e f o rt h ew a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t ，f i s h e so f t e nd i e da b r u p t l yi nl a r g en u m b e r i n a d d i t i o n ，t h er a r en n u c i r e r t 2g r o w t hg a v ea n o t h e rt r o u b l e t h u st h ed e s i g ni d e ao f b e a u t i f y i n gt h ee n v i r o n m e n tw h i l ea b s o r b i n gt h en i t r o g e na n dp h o s p h o r u si nt h e w a s t e w a t e rc o u l db eh a r d l yr e a c h e d b a s e do nt h ea v a i l a b l ei n f o r m a t i o n t h e i v - a n a l y s i so f t h eq u a l i t yo fw a t e ra n dt h ee n v i r o n m e n to fl i v i n go r g a n i s m si sm a d e t h e r e i ti sc o n c l u d e dt h a tt h eh i g hc o n c e n t r a t i o no fa m m o n i a i nt h ew a t e rw a st h e m a i nc a u s eo ff i s hd e a t hi ng r e a ta m o u n t s i n c et h eh i g hc o n c e n t r a t i o no fa l g a ei n e f f l u e n ta f f e c t st h eq u a l i t yo fw a t e r , i ti ss u g g e s t e dt h a tt h en u m b e ro ff i s h e s s h o u l db er e d u c e da c c o r d i n gt ot h ep r i n c i p l eo fb i o m a n i p u l a t i o ni ne c o l o g y t h e s u g g e s t i o nw a sa d o p t e db yt h ew a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t t h ep h e n o m e n o n o f l a r g ea m o u n t o ff i s hd e a t hd i s a p p e a r e ds i n c et h e n t h a ti st h eo n ec r e a t i v ep o i n t o ft h ed i s s e r t a t i o n i nv i e wo ft h eb i o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c so fn n u c i r e ，口i ti s p r o p o s e dt h a tt h er a r eg r o w t hw a sc a u s e db yt h eb a dq u a l i t yo f t h es o i li nt h e l o t u sp o n da n dt h ef a i l u r eo fw a t e rl e v e la n dw a t e rs p e e dt om e e tt h ec o n d i t i o n f o rl o t u sg r o w t h s i n c ei tw a sd i f f i c u l tt or e g u l a t et h e s ee l e m e n t st om e e tt h e r e q u i r e dc o n d i t i o n s f o rl o t u s ，t h ew a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n tg a v eu pt h el o t u s p l a n t i n gf i n a l l y i ti si n t e r e s t i n gt h a tt h i c kd u c k w e e dc o v e r e d t h es u r f a c eo fl o t u s p o n di n s t e a do f l o t u s i nc o m p a r i s o nw i t ht h ep o n dw i t h o u td u c k w e e d ，t h ep o n d w i t hd u c k w e e dw a sh i g h e ri nt h eo r g a n i cm a t t e rr e m o v a la n dn i t r o g e nr e m o v a l s i n c ed u c k w e e dh a st h ec h a r a c t e r i s t i c si n c l u d i n gf a s tg r o w t h 1 0 w t e m p e r a t u r e e n d u r a n c e ，e a s yg r o w i n g a n dr e a p i n g ，h i n d e r i n ga l g a eg r o w t ha n dc a nb eu s e da s f o o d s t u f f sf o rd u c k ，g e e s e ，c h i c k e na n dp i g s ，i ts e e m st h a ti ti sm o r es u i t a b l ef o r t h ep l a n tt ou s ed u c k w e e dt op u f f f yt h ew a s t e w a t e ro t h e rt h a nl o t u s t h er e s e a r c h f i n d i n g h a sf u r t h e r i m p r o v e dt h eo p t i m a l f l o wc h a r to ft h e e c o s y s t e m f o r w a s t e w a t e rt r e a t m e n ta n du t i l i z a t i o n ，i e i ti sp r e f e r a b l et ou s i n gd u c k w e e dp o n d i n s t e a do fl o t u sp o n da f t e rt h ef i s hp o n df o rr e m o v a lo fr e s i d u a lp o l l u t a n t s t h em e c h a n i s mo fo r g a n i cm a t t e r , n i t r o g e na n dp h o s p h o r u sr e m o v a la tv a r i o u s p o n d si s d i s c u s s e di nt h ed i s s e r t a t i o n t h em a i nf a c t o r sa f f e c t i n gt h e i rr e m o v a l a r ea n a l y s e dq u a n t i v e l y b a s e do nt h ek i n e t i cc a l c u l a t i o no f o r g a n i cm a t t e ra ta e r a t e dl a g o o n ，a e r a t e df i s h l a g o o na n d f i s hp o n d s ，t h er e q u i r e m e n to f o x y g e n a ta b o v el a g o o n sw a sp r e d i c t e d t h e p h o t o t r o p h i cg r o w t h r a t ew a sc a l c u l a t e du s i n gt h es t o i c h i o m e t r ya n dk i n e t i c s m e t h o d t h r o u g h t h ec a l c u l a t i o no f o x y g e np r o d u c t i o n a t d a y t i m e a n d v 坠垒鎏三兰奎兰三兰堡圭兰堡! 堡：一：= ：= = ：= = = 。= ：= ： c o n s u m p t i o na tn i g h tb yt h ep h o t o t r o p h ，t h ec o n t r i b u t i o no f n a t u r a la i ra e r a t i o na t d i f f e r e n tt e m p e r a t u r e ，i tw a sc o n c l u d e dt h a tt h ep h o t o t r o p hr e s p i r a t i o na tn i g h t d u r i n gt h es u m m e rl e dt ot h ed i s s o l v e do x y g e ns c a r c ea ta e r a t e df i s hp o n da n d f i s hp o n d sa tn i g h td u r i n gt h es u m m e rs e a s o n t h i sc o n c l u s i o ni sm e a n i n g f u lf o r t h es u c c e s s i v eo p e r a t i o no ft h ee c o - p o n da n dt h es i m i l a re c o l o g i c a le n g i n e e r i n g t h a ti st h es e c o n dc r e a t i v ep o i n to f t h ed i s s e r t a t i o n n i t r o g e ni sr e m o v e db yp r e c i p i t a t i o n ，n i t r i f i c a t i o n ，d e n i t r i f i c a t i o n ，v o l a t i l i z a t i o n o f a m m o n i aa n da b s o r p t i o no f t h ep l a n t s a b o u t6 7 9 3 o f t o t a ln i t r o g e ni si n t h ef o r r no f n h 4 一ni ni n f l u e n t a l g a e d u c k w e e da n dr e e da b s o r ba b o u t1 8 8 o f n h 4 一nr e m o v a lt ot h em a x i m u m ；a m m o n i av o l a t i l i z a t i o na c c o u n t sf o r8 9 ， o t h e rr e m a i n e di s m a i n l yr e m o v e db yn i t r i f i c a t i o n a n dd e n i t i r f i c a t i o n i ti s p r o p o s e d t h a ti fm o r ea t t a c h e dm a t t e ra n dm o r ea r e a sa r e s u p p l i e d f o rt h e a t t a c h m e n to fn i t r i f y i n gb a c t e r i a ，m o r ed oe x i s ti nt h ew a t e r ，t h ev e l o c i t yo f n i t r i f y i n g a n dd e n i t r i f y i n gw i l lb e s p e e d e du p ，a n dm o r en i t r o g e n w i l lb e r e m o v e dw h i c hi sh e l p f u lf o rt h es t a b l eo p e r a t i o no ft h ee n g i n e e r i n g t h 砒i st h e t h i r dc r e a t i v ep o i n to f t h ed i s s e r t a t i o n i nt h ee c o - p o n ds y s t e m ，t h ep h o s p h o r u si sr e m o v e db yt h ea s s i m i l a t i o no f p l a n t s a n dp r e c i p i t a t i o n t h ea s s i m i l a t i o no fp l a n t ss h o u l da c c o u n tf o r3 6 o ft o t a l r e m o v a lt ot h em a x i m u m p r e c i p i t a t i o ni st h em a i nw a yf o rp h o s p h o r u sr e m o v a l i naw o r d ，t h ee c o p o n di se f f e c t i v et or e m o v et h e o r g a n i cp o l l u t a n t s a n d p a t h o g e n s i nt h ew a s t e w a t e rt or e d u c et h ep o l l u t i o nt ot h eb o h a is e aa n dy e l l o w r i v e r ，t h o u g h i ti sn o tp e r f e c t i ti sh e l p f u lf o ri m p r o v i n gl o c a le n v i r o n m e n t f o r n os l u d g en e e d st ob et r e a t e da n dt h ec o s to n p o w e r i sl o w , i ti sag o o do p t i o nf o r t h ep l a c e sw h e r et h e r ei s p l e n t y o fw a s t el a n da v a i l a b l ef o rt h ew a s t e w a t e r t r e a t m e n t k e y w o r d se c o - p o n d ；f i s h ；d u c k w e e d ；o r g a n i c m a t t e rr e m o v a l ；n i t r o g e na n d p h o s p h o r u s r e m o v a l v 1 第1 章绪论 1 1 课题来源与意义 第1 章绪论 随着经济的发展，人们生活水平的提高，对城市供水的需求不断增加， 而人们排放的污水也随之增多。一方面供水紧张，另一方面污水如果不经处 理直接排放，也会造成地表水及地下水源的严重污染。寻求新水源，控制日 益严重的水环境污染，成为摆在人们面前的一个严峻问题。 我国是个水资源极匮乏的园家，人均水资源占有量约2 5 0 0 m 3 ，仅为世 界上人均占有量的1 4 ，位居第1 1 0 位，已被联合国列为1 3 个水资源贫乏的 国家之一。 山东省人均年占有水量仅为4 3 7 m 3 ，为全国人均占有量的1 6 ，是严重 的缺水省份。 山东省东营市地处黄河最下游。是一座以石油开发为主产业的新兴城 市。黄河水是该市的唯一水源。近年来由于气候异常以及黄河上、中游生态 系统的破坏，来水量逐年减少，断流天数逐渐增多，面临水资源的严重缺 乏。多年来，东营市一直依靠修建大量的水库储存黄河水来缓解上述矛盾。 但黄河来水量逐年减少，使这一方式也受到严峻地挑战。目前世界上许多缺 水国家都在积极地开辟第二水资源一城市污水，作为解决水资源匮乏的新途 径。城市污水量大且稳定，与长距离引水和修水库相比，投资省。既可减少 环境污染，又可解决缺水问题，是水资源合理利用的行之有效的方法。借鉴 国际经验，东营市也把城市污水的处理利用作为新水源开发的目标之一。将 污水进行处理，一方面可减少环境污染，改变广利河严重污染的现状，减少 对黄河口和渤海、黄河的污染，具有明显的环境效益，另一方面，处理后的 污水用于水产养殖，种藕，芦苇，并进一步回用于工业，则有明显的经济效 益【2 4 1 。 东营市具有大面积的低洼、盐碱荒地，将污水处理与利用相结合所建成 的东营市污水处理与利用生态工程，充分利用了原有的水库改造建成污水净 化生态塘处理系统，并将因黄河水断流而荒芜的养鱼塘及稻田利用起来进行 ：! ：= ：= = ：一= = ：呈尘蒌三些查兰圣兰堡兰耋堡篁兰： = ：= ：= = ：= ： 改造和完善，将污水净化后加以回收利用。 该污水处理与利用生态工程的流程示意图如下f 5 6 1 ： 污水+ 细格栅旋流式沉砂池高效厌氧曝气塘 卜曝气养鱼塘+ 养鱼塘藕塘苇塘 1 l 提升出水至引黄渠广利河( 缺水时) 士 贮水库 图1 1 污水处理与利用生态工程的流程示意图 f i g 1 - 1f l o w c h a r to f w a s t e w a t e r t r e a t m e n t a n du t i l i z a t i o ns y s t e m 在稳定塘内，存在着多条食物链，这些食物链纵横交错结成食物链网 。如图l 2 所示。 圈1 - - 2 稳定塘中的食物链羼 f i g 1 - 2f o o dw e b s 砒s t a b i l i z a t i o np o n d 在这食物链内，细菌、藻类以及适当的水生植物是生产者，细菌与藻类 为原生动物及枝角类动物所食用，并不断繁殖，它们又为鱼类所吞食。藻 类，主要是大型藻类和水生植物既是鱼类的饵料，又可能成为鸭、鹅等水禽 类的饲料。在稳定塘内，鱼、水禽处在最高营养级内，如果各营养级之间保 持适宜的数量关系，能够建立良好的生态平衡，则在污水中有机污染物得到 降解，污水得到净化的同时，得到鱼、鸭和鹅等水禽产物【8 】。 第l 章绪论 东营市污水处理与利用生态工程的设计水流量为l o 万m 3 天，这一能实 现污水资源化的大型工程为全国的示范工程。在2 0 0 0 年1 0 月试运行至今， 尚未进行生物方面的监测。m c k i n n e y 指出，氧化塘的设计和运转应基于生 物学概念 9 1 。 1 2 国内外研究现状 由于氧化塘具有结构简单，基建及运行费用低，管理维护方便，能有效 去除有机物和病原体等特点1 肛1 ”，在国内外得到广泛应用。 1 2 1 塘系统的发展概况 美国第一个有记录的塘系统，是在1 9 0 1 年得克萨斯州的圣安东尼奥市 修建的。欧洲最早而且至今也仍在运行的塘，是1 9 2 0 年在德国蒜尼黑市建 造的塘。世界最大的沃尔比稳定塘，1 9 2 8 年在澳大利亚墨尔本市投入使 用，日处理污水量3 5 万t 。1 9 5 7 年，美国有6 3 1 座处理城市污水的氧化 塘。6 0 年代以后，由于工业发展、能源紧张、人口增多，稳定塘较常规的 生物处理方法显现出节省投资、运行费用低、操作简单、节约能源的优点， 从而得到发展。到目前为止美国已建成1 2 0 0 0 座各种类型的塘系统，占处理 污水总量的2 5 ，法国有2 0 0 0 多座1 1 】，德国有3 0 0 0 多座b 1 4 】，在前苏 联，稳定塘已成为小城镇污水处理的主要方法。加拿大、印度、巴西、以色 列、约旦、沙特阿拉伯、也门也有大量的塘系统在使用。近十年来英国、德 国、法国、瑞典、荷兰等人工湿地发展迅速，它与塘系统不仅成为中小城镇 的主要污水处理设施，而且也成为雨水处理的主要设施，以及工业废水重要 的处理技术”。 5 0 年代，我国开始对稳定塘处理污水进行研究，6 0 年代开始陆续建成 一批污水塘库。8 0 一9 0 年代是我国稳定塘处理技术迅速发展的时期。1 9 8 5 年有3 0 余座稳定塘，1 9 8 8 年增为8 0 余座，9 0 年代后期发展为1 2 0 余座。 目前，大约有几百个城市污水和工业废水处理塘在城市和工业区运行，这些 污水处理塘，或单独运行，或与传统的处理工艺如活性污泥法处理系统联 用，作为最后净化塘，它们大都保持着良好的处理效果。 城市污水稳定塘技术曾被列入我国“七五”、“八五”国家重点攻关项 哈尔滨工业大学工学博士学位论文 目，通过“七五”、“八五”攻关的研究，使污水稳定塘处理技术在我国向规 范化、系统化、资源化方向发展。 传统的塘处理系统，大都为菌藻共生塘，在这种生态系统中，只有分解 者和生产者两类生物，雨没有消费者生物，致使在藻菌共生系统中产生的多 余的藻类和菌类，不能去除而使出水的总悬浮固体( t s s ) 和b o d 5 偏高，有 时达不到排放标准，从而导致了受纳水体的二次污染。若要达到排放标准， 则需要在这种菌藻共生塘后，再设除藻装最，如微孔过滤，絮凝凝聚沉淀 池，空气浮选器以及碎石或砂滤池过滤装置l l ，这使得塘处理系统更为复 杂并且需要更高的基建、运行和维护费用，从而使这些塘处理系统失去了它 固有的低成本、结构简单和易于运行的优势。同时，占地面积大也成为传统 塘系统难于在城市和可利用土地资源短缺地区发展的限制性因素。 新型单元塘和塘系统的研究开发，克服了上述传统塘处理系统的不利因 素，由传统塘系统发展成各种类型的节能、高效的新型塘及其组合系统，如 英国m a r a 等人研究的超深厌氧塘达1 5 m 深，不仅缩小了塘的占地面积，而 且具有环境条件变化影响减小、改善厌氧微生物的生存条件、提高处理效果 等诸多优点。在世界不同地区因地制宜研究开发和应用的多种形式的塘系 统，如不同组合的多级串联塘系统，不仅能有效地去除有机物，还能高效地 去除病原微生物，其去除率比活性污泥和生物膜系统要高得多。美国伯克利 加利福尼亚大学w j o s w a l d 教授推出的高效组合塘系统【“墉】，是由高效曝 气兼性塘、高效藻类塘、藻类沉淀塘和深度净化塘( 熟化塘) 组成的复合塘 系统，其出水可以直接用于灌溉农田和葡萄。由美国克莱姆逊大学( c l e m s o n u n i v e r s i t y ) l gr i c h 教授开发的双功率水平的曝气多塘串联系统【l ”，与传统 的塘系统相比，在相同的处理量下，占地面积减少5 0 以上，且运行效能 更高。 通过在塘系统中种植水生植物和养殖水产，如鱼、虾、蟹、贝、鸭、鹅 等，在塘中形成污水处理和利用人工生态系统。充分利用塘系统中生长的各 种水生植物和水生动物，形成多条食物链，通过分解者( 细菌和真菌) 、生 产者( 藻类和其它水生植物) 和消费者( 原生动物、后生动物、鱼、虾、 贝、水禽等) 的联合作用，使污水中的有机污染物和营养物在食物链中从低 营养级到高营养级进行物质和能量的逐级传递和转化，在净化污水的同时又 回收了资源。 第1 章绪论 如今在国内外已经建造了越来越多的污水处理生态塘，如国内的处理生 活污水和工业废水的黑龙江省齐齐哈尔生态塘系统，山东省胶州市污水土地 处理与利用复合生态塘系统，天津汉沽生物稳定塘 2 0 】，山东省东营生态塘 处理系统等。国外如德国h a t t i n g e n 污水处理厂，埃及苏伊士塘系统等。 1 2 2 生态塘系统在国内的应用 1 2 2 1 齐齐哈尔污水生态塘处理系统齐齐哈尔是黑龙江省第二大城市，位 于嫩江中游，处于寒温带，年平均气温3 2 ，历年极端最高气温4 0 ，最 低气温一3 9 。全年目照时数2 8 1 2 h ，无霜期1 3 8 d 。1 1 月至次年3 月为冰 封期，最大结冰厚度0 9 8 1 0 0 m ，冰下水温一般为2 - 5 。在5 0 年代末和 6 0 、7 0 年代，该城市产生的大量的生活污水和工业废水排于嫩江，造成严 重污染。为此在7 0 年代，齐齐哈尔市对废弃的嫩江旧河套进行了改造，修 建了一庶大型污水库一大民水库，占地面积约8 0 0 h m 2 ，实行冬贮夏排，每 日容纳污水量1 5 x 1 0 4 m 3 d 。1 9 8 5 年1 9 8 7 年，齐齐哈尔市以大民污水库为 前身，将此污水库扩建为2 5 1 0 4 m 3 d 的生态塘处理系统【2 ”。 改建后的齐齐哈尔塘系统的工艺流程如下： 污水一明渠一格栅一泵站一厌氧塘一兼性塘一生态塘一排入嫩江。 齐齐哈尔市排水体制为污雨水分流制。市区的污水经由管道和泵站集中 后通过6 5 k m 长的明渠排入稳定塘中。该塘系统中的两个厌氧塘并联运 行，进水采用分水闸门控制；兼性塘和生态塘串联运行，出水排入嫩江。 在运行的过程中发现，齐齐哈尔生态塘在温暖季节具有很强的净化能 力，在流入生态塘的污水中，各种污染物以较高的去除率被去除，从而使污 水得到净化。从入口到出口，塘中污水的颜色依次变化为：灰一黑一墨绿一 深绿一绿一淡绿一清澈透明；在塘中呈现绿色的塘水中生长有大量的微型藻 类，在岸边附近水中有大量的浮游动物，如轮虫、水蚤等，被鱼和鸭、水鸟 等捕食；在塘的后部水质清澈，水中生长有大量的沉水植物，如金鱼藻、茨 藻、黑藻等。生态塘的最后出水s s 和b o d 5 达到5 1 0 m g l ，在8 、9 、1 0 月份出水b o d 5 约为2 - 3 m e d l ，s s 和b o d 5 的去除率可超过9 0 ：合成洗涤 剂和氨氮的去除率可超过8 0 ；木质素和锌的去除率可超过9 5 ；细菌的 去降率超过9 9 ：苯酚和氰化物的去除率有些超过9 0 。 齐齐哈尔污水净化塘的运行结果给我们一个重要的启发，就是在日照充 - 5 足而提供充足太阳能的条件下，通过鱼和水禽的养殖形成多条食物链，通过 污水中污染物和能量在食物链中的逐级传递和转化，不仅能有效地净化污 水，而且能回收有用的资源。 1 2 2 2 胶州市城市污水处理与利用生态塘在山东省胶州市，城镇污水由生 活污水和工业废水( 包括制药、造纸、化工、食品加工、纺织印染等废水1 组 成，其浓度偏高，b o d 52 5 0 3 0 0 m g l ，c o d6 0 0 8 0 0 m e , l ，t n 6 0 一 8 0 m g l ，t p1 0 - 1 5 m g l 。该市严重缺水，污水经处理后需加以回收利用， 主要是灌溉农田。为实现污水资源的多级回收利用，缓解该市水资源短缺的 问题，采用了污水处理与利用生态工程对该市的污水进行处理。胶州市城市 污水处理与利用生态塘是一座带有养鱼塘和养鸭塘的大型生态塘处理系统， 总占地面积为1 0 0 h m 2 ，处理能力为3 0 ，0 0 0 m 3 d 。 该生态塘的处理流程为：原水污水一格栅一沉砂池一斜板沉淀池一厌氧 塘一多级兼性塘一最后净化塘( 放养鱼、鸭) 一农田灌溉一补充地下水。在净 化塘中养殖鱼和鸭可获得很好的收成。 据1 9 9 2 1 9 9 3 年问对该生态塘运行参数的调查，其结果表明各种污染物 都得到有效地去除，c o d 的去除率为7 8 8 ，b o d 5 的去除率为7 9 ，s s 的去除率为6 0 6 ，下n 的去除率为8 7 7 ，t p 为7 8 1 蚶2 2j 。在农田灌溉季 节，兼性塘i i 的出水送至附近的农田灌溉，b o d 5 和t s s 3 m g l ，c o d 2 0 m g l ，t n 一5 m g l ，n h 4 - n 一 2 m g l ，t p 一 0 0 1 m g l ，同时，出水用于农 田灌溉后( 种植小麦和玉米) 其收成增产1 5 。而其渗滤水水质很好达到或接 近地表水的i 与级标准，可用于补充地下水。 1 2 3 生态塘系统在国外的应用 1 2 3 1 埃及苏伊士塘系统埃及苏伊士塘系统日处理水量为1 5 0m 3 。污水 为苏伊士城的城市污水。由厌氧塘、兼性塘、熟化塘构成。厌氧塘为3 5 m 深，两个塘每九个月交替运行一次，水力停留时间为l 天。兼性塘7 5 m 长、2 0 m 宽、1 5 m 深，水力停留时间为1 0 天。熟化塘两个，每个塘3 0 m 长、9 m 宽、1 5 m 深，水力停留时闻为5 天。整个塘的水力停留时间为2 l 天。塘系统出水进入两个各7 0 m 长、2 0 m 宽、1 5 m 深的鱼塘。鱼塘出水 进入两个额外的净化塘以去除鱼塘中的污染物。最后出水用于灌溉农田。其 水质符合国际卫生组织( w h o ) 对非严格限制的农业用水的要求。下表是 第1 章绪论 从运行情况来看，b o d 经厌氧塘、兼性塘、熟化塘的处理，去除率达 到8 9 5 9 ，经鱼塘的处理，总去除率达到9 i 9 0 ；c o d 经前三种塘的处 理，去除率为6 4 1 ，经鱼塘处理后，达到8 3 9 6 ；总氮进水为4 0 3 0 m g l 鱼塘出水为1 0 2 0 m g l ，总去除率为7 4 6 9 ；总磷在熟化塘和鱼塘处理后的 去除率分别为4 2 5 7 和6 0 8 l 。鱼塘不需曝气和添加饲料，每年每公顷可 收获5 - 7 吨的鱼。 1 2 3 2 德国h a t t i n g e n