014第十四章 污水自然生物处理

第十四章污水的自然生物处理 第十四章污水的自然生物处理 又名氧化塘 Oxidationponds 生物塘 14 1 1概述 1 稳定塘 是经过人工适当的修正的土地 设围堤和防渗层的污水池塘 主要依靠生物净化功能使污水得到净化的一种污水生物处理技术 14 1稳定塘 Stabilizationponds 第一节稳定塘 一般不人工强化 不是实质性的人工强化 与水体自净过程相似 停留时间较长 通过微生物 水生生物的多种生物的综合作用 使有机物降解 进而净化污水 净化过程包括 好氧 兼氧 厌氧三种状态 DO来源于光和作用 第十四章污水的自然生物处理 适用各种污水 适用于各种气候条件 可以实现从一级到二级到深度处理技术的全过程 一般相当于二级 2 稳定塘的分类根据塘水中的微生物优势群体类型和塘水的DO工况来分 1 好氧稳定塘 好氧塘特点 深度浅 一般不超过0 5m 阳光能进入塘底 主要由藻类供氧 全塘处于好氧状态 好氧微生物降解有机物 第十四章污水的自然生物处理 第十四章污水的自然生物处理 2 兼性稳定塘 兼氧塘 城市污水处理常用的一种塘 特点 较深 一般在1 0m以上塘深小于0 5m 好氧状态兼性区 介于好氧与厌氧之间塘底 沉淀污泥 厌氧状态 厌氧发酵 净化作用 好氧 兼性 厌氧微生物共同完成 3 厌氧稳定塘 厌氧塘特点 塘深 2 0m 整个塘基本上都是厌氧状态 有机负荷率高 净化速度低 停留时间长 一般为高浓度有机废水的前级处理工艺 后接其他处理工艺 4 曝气稳定塘 曝气塘分为好氧曝气塘和兼氧曝气塘特点 h 2 0m以上 由表曝机供氧 并对塘水搅动 在曝气条件下 藻类的生长与光合作用受到抑制 第十四章污水的自然生物处理 5 深度处理塘 二级处理后用 进一步降低有机物 氮磷等 靠大气复氧和藻类光和作用供氧 根据处理水出水方式分 连续出水塘 控制出水塘 贮存塘 只进不出靠蒸发和渗透上述的 1 5 均按连续出水运行 第十四章污水的自然生物处理 3 稳定塘的优点 1 投资省 工程简单 2 能够污水资源化 农业灌溉 效益显著 复合的生态系统 3 能耗低 4 稳定塘的缺点 1 占地面积大 2 净化效果受自然因素控制 3 对地下水的影响 4 卫生状态差 第十四章污水的自然生物处理 14 1 2稳定塘的净化机理 1 稳定塘中的生物及其生态系统 1 稳定塘中的生物细菌 藻类 微型动物 水生植物及其他水生动物 第十四章污水的自然生物处理 细菌 降解有机物起主要作用兼性异样菌 好氧塘和兼性塘好氧区 及兼性区存在 好氧菌和兼性菌 种属多产酸菌 兼性异氧菌 分解有机物产生乙酸等和醇类厌氧菌 厌氧塘和兼性塘污泥区 将有机酸转化为CH4 CO2 脱硫弧菌 绝对厌氧菌 硝化菌 绝对好氧菌 一般只存活在深度处理塘 常见细菌 藻类稳定塘为菌藻共生体系 藻类具有叶绿体 含有叶绿素 能够通过这些色素进行光合作用 是塘水中DO的主要供应者 白昼吸收CO2 放出O2夜间内源呼吸 消耗O2 放出CO2绿藻 最常见的 单细胞或多细胞的绿色藻类蓝绿藻 蓝藻 构造简单 藻体为单细胞丝状体褐藻 常见藻类 蓝绿藻能够代谢产生H2S能够将大气中的N2固定 第十四章污水的自然生物处理 原生动物和后生动物 水生植物种植 水生维管束植物 能提高塘对有机物和N P等无机营养物质的去除效果 与活性污泥中不一样 表现在不规则和数量不相等两方面 原生动物和后生动物不完全作为指示性生物考虑 水蚤 枝角类 捕食 细菌和藻类 出现水蚤表明水质清澈 水蚤能吞食粒状物质 分泌粘液性物质 摇蚊幼虫 使底泥量减少 第十四章污水的自然生物处理 第十四章污水的自然生物处理 净化过程 O2通过根 茎输送到根部 释放于水中 凤眼莲本身也直接吸收水中的有机物和无机物 水层是好氧 底部是厌氧 可有利于硝化和反硝化 种植在高负荷的稳定塘里 并可回收作为 青贮饲料 a 浮水植物 漂浮在水面 直接从大气中吸O2CO2 从塘水中吸取营养物质 凤眼莲 即水葫芦 具有较强的耐污性 去污能力强 b 沉水植物 根生长于底泥中 叶 茎全部沉没水中 仅在开花时 花开在水面上 只能在塘水深较高 有机物负荷低和能有光照的地区生长 其作用同 浮水植物 沉水植物是鸭 鹅的饲料常见的有马来眼子莲 c 挺水植物 根生长于底泥中 叶 茎则挺出水面 常见水葱为深绿色 芦苇是浅绿色 其作用于上述两种植物相同 但只能生长于浅水中 收割季节需放水 其它水生植物放养水禽 建立良好的生态系统 鱼吞食藻类 鸭鹅吞食水草 第十四章污水的自然生物处理 齐齐哈尔氧化塘 第十四章污水的自然生物处理 喀吐穆炼油厂氧化塘 第十四章污水的自然生物处理 氧化塘出水口水体已由黑臭变为绿色 第十四章污水的自然生物处理 第十四章污水的自然生物处理 稳定塘生态系统中不同种群的关系 菌藻共生关系C11H28O7H 14O2 H 11CO2 13H2O NH4 式 14 1 1 56gO2 go 每分解1g有机物需氧1 56g 藻类的分子式 C106H263O110N16P 植物性浮游生物 其光合反应 第十四章污水的自然生物处理 第十四章污水的自然生物处理 有机物降解生成藻类 藻类也为有机体 藻类吸收水中的CO2 藻类的数量 有机体的数量 进水 溶解性的有机物生成较稳定的形态的有机体 藻类细胞 106CO2 16NO3 HPO42 122H2O 18H C106H263O110N16P 118O2式 14 2 1 244gO2 g藻 每合成1g藻类 放出1 244g氧气 图14 2稳定塘内主要的食物链网 第十四章污水的自然生物处理 第十四章污水的自然生物处理 a 细菌的新陈代谢作用 使溶解性有机碳转化为CO2合成细菌增殖 b 藻类光合作用吸收CO2 呼吸时又放出CO2 c 死亡的细菌 藻类沉入池底 分解为有机碳与无机碳 d 塘底的厌氧发酵反应 对不溶解的有机碳分解 碳的转化途径 综合作用的结果 溶解性有机物的降解 和细菌 藻类的增殖塘水的PH值有变化CO2 H2OH2CO3HCO3 H 白天左移夜间右移pH值升高CO3 H2OHCO3 OH 白天右移夜间左移pH值降低 第十四章污水的自然生物处理 第十四章污水的自然生物处理 a 氨化作用使有机氮生成氨氮进而硝化b 硝化作用使NH N转化为NO N2NH3 4O2 2HNO3 2H2O 能c 反硝化作用 NO3 N转化为N22HNO3 CH3COOH 2H2O 2HCO3 N2d 挥发作用 HRT长 温度较高的环境下 NH3挥发至大气 N2占大气的21 氮的转化与转移 第十四章污水的自然生物处理 4 3 e 吸收作用 微生物及各种水生植物 吸收铵态氮或硝酸氮合成其本身的有机体 f 分解作用 衰死的细菌和藻类解体后 形成溶解性的有机氮和沉渣物 沉淀层中的有机N在厌氧菌的作用下也可得到分解 第十四章污水的自然生物处理 磷的转化与循环进水中 含有有机磷及溶解性的无机磷酸盐 第十四章污水的自然生物处理 白天 PH上升 磷酸盐易于沉淀夜间 PH下降 磷酸盐易于溶解c 有机磷在细菌作用下的净化分解 稳定塘能去处磷50 70 磷的转化与循环进水中 有机磷也有溶解性的无机磷酸盐 a 细菌 藻类吸收无机磷转化为有机磷 满足生命活动 有机磷 b 溶解性P与不溶解性P的互相转化 第十四章污水的自然生物处理 a 生物降解作用 微生物对苯 酚 腈 有机染料 农药 多氯联苯b 吸附与吸收作用 水生植物的根系适于微生物的生长并吸收重金属c 螯合与沉淀作用 有害物质的转化 第十四章污水的自然生物处理 4 厌氧微生物的代谢作用 兼性塘的塘底 厌氧塘内DO 0水解阶段 产氢产乙酸 产甲烷阶段 2 稳定塘对污水的净化作用 1 稀释作用 风力 水流及污染物扩散的作用 物理过程 2 沉淀和絮凝作用 SS自然沉降 小SS 微生物絮凝作用 3 好氧微生物的代谢作用 异养型好氧菌和兼性菌 第十四章污水的自然生物处理 5 浮游生物的作用 藻类的主要作用 供氧 浮游生物的主要功能 吞食游离细菌 使水清澈 分泌产生生物絮凝的粘液 底栖生物 摇蚊摄取污泥层的藻类或细菌 使污泥层数量减少 鱼类 捕食微型水生动物及污物 6 水中维管束植物的作用a 吸收N Pb 富集重金属c 向塘水供氧d 根 茎为细菌提供了生长介质 第十四章污水的自然生物处理 1 温度好氧菌10 40 最佳25 35 藻类存活5 40 最佳30 35 厌氧菌15 60 35 53 2 光照光照 光合作用的能量 对藻类的产量有影响33 43g m d光饱和值 藻类对光的利用有限值 Lumen m 当日光的强度超过藻类所能利用的光照强度 其有向深层移动的习性 3 混合 使营养物质与溶解氧均匀分布 3 稳定塘净化过程的影响因素 第十四章污水的自然生物处理 5 预处理 4 营养物质满足正常的C N P S等 风力水力搅拌人工搅拌 14 1 3好氧塘 1 概述 1 塘深 h 0 5m 2 DO 白天充足 晚上降低 第十四章污水的自然生物处理 3 PH 白天上升 夜间降低 4 生物相 丰富 菌 藻 原生 后生动物 2 特点 1 优点 净化功能较高 HRT较短 2 缺点进水有必要进行预处理 去除SS 防止污泥沉淀层 占地面积大 含有大量藻类 需除藻3 分类高负荷好氧塘普通好氧塘深度处理好氧塘 第十四章污水的自然生物处理 4 设计 1 一般规定 选址 气温 日照 通风条件 需要预处理 分格 不能少于两格 分串联或并联 混合 是塘水混合的主要动力 面积 40000m2 矩形分布 长 宽 2 3 1 塘深1 2处为设计平面 取0 5m为超高 第十四章污水的自然生物处理 2 好氧塘的计算按表面负荷计算A QS0 NA m2 S0 kg m 原污水BOD5浓度Q m3 d污水设计流量NA BOD表面负荷率kg m d P272 表6 1 第十四章污水的自然生物处理 处理水回流 定期除底泥 除藻处理 HRT约为20天 1 概述 1 塘深1 0 2 5m上层 好氧 2 中间 变化 DO时有时无 下层 厌氧 兼性区 生化反应主导厌氧区 产酸 产氢产乙酸 产甲烷三阶段反应好氧区 与好氧塘一样 硝化菌 3 生物相也比较丰富 14 1 4兼性塘 第十四章污水的自然生物处理 1 耐冲击负荷 水质 水量上的 2 效率相同时 建设投资低 3 适用范围广 4 可以减少底泥 2 特点 第十四章污水的自然生物处理 3 设计 1 一般规定 停留时间 7 180d 负荷高 负荷率的选定应以最冷月的平均温度为控制条件 矩形池 长 宽 2 1 3 1 塘数不少于两座 停留时间 7 180d 负荷高 负荷率的选定应以最冷月的平均温度为控制条件 矩形池 长 宽 2 1 3 1 塘数不少于两座 2 兼性塘的计算 求表面积经验数据进行计算V 3 5 10 5Qla 35 t ff Gloyna V 塘容积m Q L d La 进水BOD或CODmg l 温度系数 T 塘水温度 f 藻的毒性系数 f 硫化物的需氧量 BOD5表面负荷率 0 0002 0 010kg m2 d 停留时间7 180天 第十四章污水的自然生物处理 第十四章污水的自然生物处理 14 1 5厌氧塘 1 概述 1 主要功能 稳定废水中高浓度有机固体 而不要求提供高质量的出水 2 生物 细菌PH6 5 7 5 3 控制CH4阶段C N20 1温度 重金属离子 4 塘深3 5m 2 特点 1 主要问题 气味 远离住宅区至少500m 使塘表层保持好氧 可以回流 2 浓度高 深度大 易污染地下水 第十四章污水的自然生物处理 3 厌氧塘的设计 1 一般规定 HRT的确定 经验 形状 矩形 长宽比 2 2 5 1 面积不大于8000m 贮存底泥深度不小于0 5m 清除周期5 8年 进水出水 进水口 据塘底0 6 1 0m 进入消化槽中 可以控制气味 且与活性污泥固体混合 出水口 淹没是 入水中0 6m 2 经验数据设计 有机负荷率 厌氧反应是HRT的函数 而与塘面积的函数关系较小 oswald 指出 有机负荷指标取决于地理位置 地理位置进而影响水的物理 化学 生物性质 影响水温 温度 保持15 以上 最好为32 因此不应过深 降温梯度为 1 0 3m 第十四章污水的自然生物处理 第十四章污水的自然生物处理 14 1 6曝气塘 1 概述 1 曝气塘 人工强化的稳定塘 2 塘的种类 曝气相关 可分为好氧曝气塘和兼性曝气塘 1 效率高 占地少 耗电高 2 特点 第十四章污水的自然生物处理 BOD表面负荷率 30 60gBOD5 m d 塘深 2 5 5 0m SS 80 200mg l HRT 好氧1 10d 兼性曝气塘7 20d 3 设计 1 一般规定 2 计算公式流态完全混合假定有机物降解量是一级反应无污泥回流系统 第十四章污水的自然生物处理 因此有下式成立ds dt ks改写为 S0 Se t kSeK 有机物降解速度常数 t 污水在塘内的停留时间d S0 Se 原水和处理水有机物浓度mg l 由物料平衡 S0 Se Q kSe VV 曝气塘容积m3将V Q t及去除率 S0 Se S0 100 E曝气塘 t E K 100 E 推出Se S0 1 Kt 兼性曝气塘 Se S0 1 Kt FF 夏季1 4 冬季1 0 K t K 20 T 20 是温度系数 介于1 065 1 09之间 第十四章污水的自然生物处理 14 1 7深度处理塘 三级处理塘 熟化塘 1 概述 1 处理对象 二级出水 设在稳定塘的最后或起缓冲作用BOD 不高于30mg l 2 进水水质COD 不高于120mg lSS 30 60mg l进水除BOD SS外 其他指标应符合渔业用水标准 2 特点 第十四章污水的自然生物处理 3 计算负荷率计算负荷率的选取根据去除的具体污染物选取 1 BOD的去除 COD 去除率不高 2 除菌效果好 3 藻类的去除 养鱼 4 N P的去除 藻类的吸收 第十四章污水的自然生物处理 14 1 8控制出水塘 1 概述 1 控制除水塘多为兼性塘 2 主要考虑冬贮问题停留时间 冬季 一般稳定塘 夏季 2 设计要点 1 设计应考虑的因素塘深高于冰冻线1m进出水口 污泥层之上 冰冻层之下 2 需有一级处理 不少于2座 可并联或串联 避免短流 3 BOD表面负荷率法 第十四章污水的自然生物处理 1 以挖方和填方平衡为依据 2 堤的外坡1 3 垂直于水流 内坡 1 2 1 3 需防渗漏 1 包括土堤和进出水工程 14 1 9稳定塘设计要点 3 进水小塘 塘的中心大塘 多点布水的进水扩散装 4 短流的控制 多塘串联 多点进水 塘内安装导流板 一个塘系统不小于3个塘 第十四章污水的自然生物处理 5 渗漏的控制 塘底和堤内面做防渗粘土 膨润土混凝土 膜 6 污泥的容积 一切塘均有的问题优点 进水构筑物旁 通过厌氧层可提高BOD降解现象 温度变化诱发翻转 使水底SS悬浮起来 春季时发生冬天 污泥的蓄积后果 臭气上升 水质下降 NH3 N 等升高方法 一般保留容积 以蓄积污泥 7 病菌的控制 长的HRT的兼性塘和控制出水塘 病菌存在明显 FC 200个 100ml 亦可用氯消毒 第十四章污水的自然生物处理 14 2 1概述背景 废水稳定塘 pond 可有效去除水中BOD 其缺点是出水SS高 通过土地处理系统的几种改善出水的方法 提高塘水出水水质 14 2污水的土地处理系统 1 涵义 人工控制 将污水投配土地 土壤 植物系统净化 1 预处理 2 调贮 3 输送 控制 4 土地净化田 5 净化水的收集 利用 2 组成 第十四章污水的自然生物处理 1 物理过滤 土壤颗粒间的孔隙具有截留 滤除水中的SS的功能 14 2 2净化作用机理 2 物理吸附与物理化学吸附范德华力 中性分子 金属离子 分交换 吸附和螯合作用 3 化学反应与化学沉淀 金属离子与土壤中的某些组分4 微生物代谢作用 第十四章污水的自然生物处理 14 2 3污水土地处理系统工艺 1 慢速渗滤2 快速渗滤3 地表漫流4 湿地处理系统 第十四章污水的自然生物处理 14 2 4湿地处理系