哈尔滨工业大学精品课工程《水质工程学》第六章 污水的自然生物处理

1、第六章 污水的自然生物处理 又名氧化塘Oxidation ponds、生物塘6.1.1 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 6.1 稳定塘Stabilization ponds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

2、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 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，整个塘根本上都是厌氧状态，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 。 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

3、: 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 4曝气稳定塘曝气塘 分为好氧曝气塘和兼氧曝气塘 特点：h2.0m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 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6.1.2 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

4、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的主要供给者。 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 蓝绿藻蓝藻机体构造简单，藻体为单细胞及丝状体 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

5、营养物质的去除效果。 与活性污泥中不一样，表现在不规那么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说明水质清澈，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a、浮水植物漂浮在水面、直接从大气中吸O2、CO2，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.b、沉水植物根生长于底泥中，叶、茎全部漂浮水中，仅在开花时，花开在

6、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、茎那么挺出水面，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。齐齐哈尔氧化塘喀吐穆炼油厂氧化塘氧化塘出水口水体已由黑臭变为绿色氧化塘出水口水体已由黑臭变为绿色光合作用风有机污染物藻类新细胞 O好氧分解藻类细菌NH3H2OPO42 CO细菌新细胞处理水流入污水可沉物质衰死细菌CH4CO2NH3污泥层有机污染物厌氧发酵厌氧发酵有机酸醇甲

7、烷厌氧分解好氧区兼性区厌氧区OO阳光图61 稳定塘内典型的生态系统2稳定塘生态系统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 (6-1) 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 其光合反响：106CO2+16NO3-+HPO42-+122H2O+18H+ C106H263O110N16P+118O2式6-2 1.244gO2/g藻每合成1g藻类，放出1.244g氧气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

8、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稳定塘内的食物链网 细菌 藻类 水生植物 原生动物 好氧微生物 鱼类 水禽（鸭、鹅） 图6-2 稳定塘内主要的食物链网图6-3 稳定塘内碳元素的转化和循环不溶性有机碳分解处理水CH4沉淀分解沉淀呼吸作用光合作用CO2合成解体污水解体分解代谢有机碳C细菌藻类沉积物无机碳CO2 HCO3-稳定塘内各种物质的转化碳的转化与循环 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、塘底的厌氧发酵反响，对不溶解的有机碳分解。

9、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+H2O H2CO3 HCO3- +H+ 白天左移 夜间右移pH值升高 CO3-+H2O HCO3-+OH- 白天右移 夜间左移 pH值降低有机氮Org- N氨氮NH3- N硝酸盐氮NO3- N挥发污水处理水反硝化氨化硝化细菌藻类合成解体图6-4 氮在稳定塘内的转化与循环过程沉积物沉淀沉淀反硝化固氮作用N2合成合成解体光合合成解体氮的转化与转移N2a、氨化作用使有机氮生成氨氮进而硝化b、硝化作用使NH4+-N转化为NO3-N 2NH3+4O2=2HNO3+2H2O+能c、反硝化作用：NO3N转化为N2

10、 2HNO3+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%；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。 氮的转化与转移图6-5 磷在稳定塘内的转化与循环溶解性无机磷有机磷不溶性无机磷有机磷处理水污水细菌藻类沉淀分解沉淀分解吸收吸收分解磷的转化与循环 进水中，含有有机磷及溶解性的无机磷酸盐 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

11、的净化分解稳定塘能去处磷50-70%有害物质的转化 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 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

12、 ； 鱼类-捕食微型水生动物及污物。厌氧发酵的三个阶段：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6水中维管束植物的作用 a、吸收N、P b、富集重金属 c、向塘水供氧 d、根、茎为细菌提供了生长介质。1温度 好氧菌 10-40最正确25-35 藻类存活 5-40最正确30-35 厌氧菌 15-60 35、532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

13、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 风力 水力搅拌 人工搅拌4营养物质 满足正常的C、N、P、S等5预处理6.1.3 好氧塘1、概述1塘深：h=0.5m2DO：白天充足，晚上降低3PH：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

14、分布，长：宽=2-3：1，塘深1/2处为设计平面，取0.5m为超高处理水回流，定期除底泥，除藻处理HRT约为20天2好氧塘的计算 按外表负荷计算 A=QS0/NA (m2) S0kg/m 原污水BOD5浓度 Qm3/d 污水设计流量 NABOD外表负荷率kg/m.dP272，表6-16.1.4 兼性塘1、概述1塘深 上层好氧2 中间变化DO时有时无 下层厌氧兼性区：生化反响主导厌氧区：产酸，产氢产乙酸，产甲烷三阶段反响好氧区：与好氧塘一样，硝化菌3生物相也比较丰富2、特点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3、设计1一般规定 停留时间，7-180d，负荷

15、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 求外表积 经验数据进行计算V=3-510-5Qla(35-t)ff GloynaV: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外表负荷率：停留时间7180天6.1.5 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 PH 6.5-7.5 3控制CH4阶段 C:N 20：1 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

16、塘表层保持好 氧可以回流 2浓度高，深度大，易污染地下水3、厌氧塘的设计1一般规定HRT确实定经验形状：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，去除周期5-8年进水出水 进水口据塘底，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0.6m2经验数据设计有机负荷率：厌氧反响是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-1/0.3m6.1.6 曝气塘1、概述1曝气塘人工强化的稳定塘

17、。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3、设计1一般规定BOD外表负荷率：30-60gBOD5/m.d；塘深 ：， SS：80-200mg/l ；HRT ：好氧1-10d 、兼性曝气塘7-20d； 2计算公式 流态完全混合 假定 有机物降解量是一级反响 无污泥回流系统 因此有下式成立 ds/dt=-ks 改写为(S0-Se)/t=-kSe K：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)V V：曝气塘容积 m3将V/Q=t及去除率(S0-Se)/S0100=

18、E曝气塘：t=E/K(100-E) 推出 Se=S0/(1+Kt) 兼性曝气塘：Se=S0/(1+Kt)F F:夏季1.4 、冬季1.0；K(t)=K(20)T-20 是温度系数，介于之间6.1.7 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/l2进水水质 COD：不高于120mg/l SS：30-60mg/l 进水除BOD 、SS外，其他指标应符合渔业用水标准。1BOD的去除(COD)，去除率不高2除菌效果好3藻类的去除养鱼4N、P的去除藻类的吸收2、特点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6.1.8 控

19、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，防止短流3BOD外表负荷率法6.1.9 稳定塘设计要点1、包括土堤和进出水工程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3进水 小塘塘的中心 大塘多点布水的进水扩散装置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

20、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：一般保存容积，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6.2.1 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 。6.2 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6.2.2 净化作用机理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 。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、化学反响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6.2.3 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6.2.4 湿地处理系统1、湿地在耐水植物和土壤联合作用下的一种土地处理工艺 人工湿地constructed w