水污染控制工程 第6章教材

第六章

氧化塘和污水的土地处理系统——生态工程技术在水污染控制中的应用Odum,H(1963)：Environmentalmanipulationbymanusingsmallamountsofsupplementaryenergytocontrolsystemsinwhichthemainenergydrivesarestillcomingfromnaturalsources.“thedesignofhumansocietywithitsnaturalenvironmentforthebenefitofboth”§6.1生态工程“师法自然”、“天人合一”马世骏(1984)：“生态工程是应用生态系统中物种共生与物质循环再生原理，结构与功能协调原则，结合系统分析的最优化方法，设计的促进分层多级利用物质的生产工艺系统”生态工程与传统工程比较传统工程生态工程能源类型石化燃料，非再生性资源太阳能为主，非再生性资源为辅

材料钢筋、水泥，人工科技材料

各种物种、生态系，自然界取得的材质型态

型态及组成单一化多元化人类社会的定位与自然区隔为大自然的一部份与其他物种的互动排斥共荣可持续性低高生态水利工程过去：减轻或避免灾害所造成的损失。现在：注重对于生态的影响及景观与其周围环境的和谐。CentralBeijingKunyurivertraining,1998-2000案例：北京城市水环境综合整治北京规模型河道治理始于1998当时主要目标为输水（严重缺水城市）Straightchannel,regularcross-sectionConcreteriverbank,rockparapetDredgingupBankprotectionproject案例：北京城市水环境综合整治认识逐渐转变转为河水环境综合治理工程（2001-2003）

保持蜿蜒形态

自然型河道护岸……

水生植被修复4km

案例：北京城市水环境综合整治引入新的设计理念和技术（生态）注重河道人性特征保护

历史码头生态公园叠石水景自然河道走廊案例：北京城市水环境综合整治各种具体修复技术的应用NaturalmaterialforriversideprotectionReservewaterplantFishpasswayFloatingplantisland案例：北京城市水环境综合整治海淀区上庄乡翠湖湿地生态园什刹海西海水华防治(1)植物净水(2)养鱼除藻(3)投撒微生物制剂(4)物理吸附、接触氧化技术(5)曝气一超声波杀藻技术案例四：北京城市水环境综合整治永定河引水渠生物浮岛生物膜接触氧化水质净化南护城河溢洪道的絮凝气浮水质净化案例：水利工程的生态改造挡水建筑物的生态型改建营造利于鱼类迁徙的河道环境2.1m堰跌水分散落差的垂槽鱼道流态改善§6.2稳定塘稳定塘（Stabilization）：又名氧化塘（OxidationPond），生物塘，利用天然净化能力处理污水的生物处理设施，其净化过程与自然水体自净过程相似。应用：在欧美和部分发展中国家推广很快。如下表，为美国的稳定塘发展情况年份19451957196819761980现在稳定塘数（个）4563125005500700020000全球有超过40个国家和地区使用稳定塘来处理污水。我国稳定塘的发展也很快，目前已经超过40座。如：黑龙江省齐齐哈尔污水库，上海金山石化总厂稳定塘，新疆克拉玛依市稳定塘，湖北鄂城鸭儿湖，江苏镇江市征润州稳定塘，云南澄江县抚仙湖，北京官厅水库黑土洼等等。稳定塘的类型好氧稳定塘：较浅，阳光透射，全塘含有溶解氧兼性稳定塘：深度较大，上层好氧，下层厌氧厌氧稳定塘：2m以上，有机负荷高，全塘无溶解氧曝气稳定塘：2m以上，采用人工曝气供氧稳定塘发展阶段(1)用于处理小城镇污水，美国90%用于处理万人以下小城镇污水，设计流量小于7570m3/d。(2)用于食品工业废水，继而广泛用于造纸、纺织、皮革、石油化工等工业废水。美国20世纪70年代有处理工业废水的稳定塘1000多座，处理食品废水的占1/2。(3)作为活性污泥二级处理的后续深度处理。(4)稳定塘处理污水与综合利用相结合，发展养鱼、养禽、水生植物、饲料等。(5)稳定塘的运行方式，由单塘运转向多塘串联运行，并以兼性塘为主，如：厌氧塘——兼性塘——好氧塘或兼性塘——好氧塘等串联方式。法国南部MeZe镇的氧化塘污水处理系统齐齐哈尔市南郊污水处理厂氧化塘

氧化塘的面积有880公顷已经具有生态效应野鸭成群氧化塘进水口水体黑臭氧化塘2号塘水体已变黄氧化塘3号塘水体变绿，已形成生物系统氧化塘出水口水体已由黑臭变为绿色优点基建投资低运行管理简单经济可进行综合利用缺点占地面积大处理效果受气候影响设计运行不当时，可能形成二次污染§6.2.1好氧稳定塘特点：好氧微生物——藻类共生按照有机负荷的高低，可分为：高复荷塘（水浅、停留时间短、有机负荷高）；普通塘（水深、停留时间长、二级处理作用）；深度处理塘（安置与二级处理之后）有机复荷法：有机物面积负荷：好氧塘主要尺寸经验值：1）多采用矩形，表面长宽比为3:1—4:1，一般一塘深1/2处面积作为计算塘面积。塘高0.6-1.0m，单塘面积不宜超过4ha(104m2)2）塘堤的内坡坡度为1:2—1:3（垂直：水平），外坡坡度为1:2—1:5（垂直：水平）。3）好氧塘座数一般不少于3座，规模很小时不少于2座。好氧塘设计计算高负荷：80-160kg/hm2d普通：40-120kg/hm2d深度处理塘：<5kg/hm2d

§6.2.2厌氧稳定塘与厌氧生物处理过程相同，厌氧分为水解、产酸、产气三个阶段。影响厌氧塘处理效率的因素有：气温、水温、进水水质、浮渣、营养比、污泥成分等。一般厌氧塘都作为预处理的手段，形成厌氧——好氧塘系统，较好的应用于处理水量小、浓度高的有机废水。缺点：无法回收甲烷气体、容易产生臭味、环境效果差。厌氧塘设计参数与方法主要尺寸： 长宽比：(2-2.5):1，呈长方形。 深度：有效深度（水深+泥深）3-5m

单塘面积：4*104m2主要参数：有机负荷、水利停留时间。他们与地理位置、气候条件有关。设计原则：厌氧塘可按冬季平均气温做为控制设计的条件。流量应取平均日流量。厌氧塘的格栅、沉砂池或沉淀池按设计的最大流量计算。合流制城市污水按旱流污水量设计，即取低水位。KT—反应速率常数（d-1），与水温、污水性质、BOD5负荷、水利停留时间有关系当进水BOD5在80—400mg/L之间，表面BOD负荷在300—2000kg/had，t在1—6d之间时：厌氧塘使用注意事项水污染度高，塘水深大，容易污染地下水，必须进行防渗设计。臭气会散发，要离居住地500m以上。浮渣有碍观瞻，应注意去除。浮渣中有小虫滋生，应由防虫措施。§6.2.3

兼性稳定塘

兼性塘设计方法面积负荷：停留时间：也可以参照表14-3选用负荷和停留时间。经验尺寸：长宽比3：1——4：1。有效水深：1.2——2.5m,超高，0.6－1.0m，储泥区高度应大于0.3米。塘堤的内坡坡度为1:2—1:3（垂直：水平），外坡坡度为1:2—1:5（垂直：水平）。兼性塘一般不少于三座，采用串联方式，其中第一塘面积约占兼性塘总面积的30％－60％，单塘面积不大于4公顷，以避免布水不均匀或波浪较大等问题。停留时间：7—8天，低纬度气候暖，取低值，高纬度取高值。BOD5负荷：10—100kgBOD5/had，北方取低值，南方取高值。§6.2.4

曝气稳定塘曝气稳定塘：塘面上安装有人工曝气设备的稳定塘曝气稳定塘一般可分为：完全混合时曝气塘，部分混合式曝气塘。由于出水悬浮物浓度较高，一般后续需设立沉淀池或设兼性塘。停留时间：3—10天，塘深：2—6m，塘数：一般不少于3座，一般串连布置。一般处理1m3污水所需功率大于常规活性污泥法曝气池。§6.2.5

稳定塘的工艺流程稳定塘处理系统一般由：预处理设施、稳定塘、后处理设施。预处理：防止污泥淤积、去除悬浮物。组合流程：以当地条件、处理要求不同而异。§6.2.6稳定塘的研究与进展稳定塘的除藻技术(1)最后一塘放养水生植物，覆盖水面，阻碍藻类光合作用。(2)气浮除藻。水力学特性的研究采用串联系统，避免短路。新工艺的研究(1)高效、曝气稳定塘、增加填料的强化稳定塘（如云南澄江抚仙湖）。(2)塘前增加水解池，将大分子有机物水解为小分子，有利于出水水质提高。稳定塘过冬问题(1)美国：取冬季最低有机负荷设计稳定塘，全年低负荷运行。(2)齐齐哈尔：“冬蓄夏灌”，冬天作为污水库使用。这两种办法都要加大塘容积和面积。云南澄江县抚仙湖马料河湿地工程生物滤床

抚仙湖马料河湿地工程工艺流程沉沙池(美人蕉)氧化塘1氧化塘2氧化塘3(水芹菜+浮萍+睡莲)潜流型湿地(香蒲＋芦苇)潜流型湿地(香蒲)潜流型湿地(芦苇)潜流型湿地(散竹＋芦苇)梯级表流型人工湿地梯级表流型人工湿地（水芹菜和茨菰）湖滨天然湿地湿地工程净化后的水样和净化前的水样对比

主要依靠生物氧化、沉淀和过滤，把生活污水和农业生产污水变为清水后再流入湖泊。该工程占地近30亩，2003年10月建成运行，每天可净化污水4万多吨，湖北省鄂州鸭儿湖氧化塘成公害1976年，国家投资653万元修建了6000多亩的鸭儿湖氧化塘三级处理场，主要处理鸭儿湖附近的葛店化工厂、武汉化工二厂、建汉化工厂的工业废水。到1997年，随着武汉化工二厂的全面停产，这个用于废水处理的氧化塘彻底闲置了。昔日亚洲最大的氧化塘，如今成了当地村民的大鱼塘。由于氧化塘主要是处理农药废水，大量的有毒物质吸附在淤泥上。氧化塘闲置后不维护保养，污染累积。现已发现淤泥里含有汞、多环芳烃、多氯联苯等多种有害物质，有的毒性物质超标万倍以上。

§6.2.7稳定塘出现的问题我国的稳定塘工艺问题比较多，主要集中于以下几点：(1)污泥淤积严重，减少塘容积。(2)稳定塘发臭，影响环境卫生。(3)没有采取有效的防渗防漏措施，地下水严重污染。(4)缺乏统一、有效的设计标准，有些严重超负荷，有些却常年处于低负荷运行，很不经济。§6.3废水土地处理系统土壤是由矿物质、有机质、水分和空气四种物质组成的。污水的土地处理：是在人工调控下，利用土壤——微生物——植物组成的生态系统使污水中的污染物净化的处理方法。在污染物得以净化的同时，水中的营养物质和水分也得以循环利用。因此，土地处理系统使污水资源化、无害化和稳定化的处理系统。

污水土地处理系统的净化机理十分复杂，它包含了物理过滤、物理吸附、物理沉积、物理化学吸附、化学反应和化学沉淀、微生物对有机物的降解等过程。因此，污水在土地处理系统中的净化是一个综合净化过程。土地处理系统的净化机理BOD的去除磷和氮的去除悬浮物质的去除病原体的去除重金属的去除

BOD大部分是在土壤表层土中去除的。土壤中含有大量的种类繁多的异氧型微生物，它们能对被过滤、截留在土壤颗粒空隙间的悬浮有机物和溶解有机物进行生物降解，并合成微生物新细胞。当污水处理的BOD负荷超过让土壤微生物分解BOD的生物氧化能力时，会引起厌氧状态或土壤堵塞。污水土地处理系统的净化机理十分复杂，它包含了物理过滤、物理吸附、物理沉积、物理化学吸附、化学反应和化学沉淀、微生物对有机物的降解等过程。因此，污水在土地处理系统中的净化是一个综合净化过程。土地处理系统的净化机理BOD的去除磷和氮的去除悬浮物质的去除病原体的去除重金属的去除在土地处理中，磷主要是通过植物吸收，化学反应和沉淀（与土壤中的钙、铝、铁等离子形成难溶的磷酸盐）、物理吸附和沉淀（土壤中的黏土矿物对磷酸盐的吸附和沉积），物理化学吸附（离子交换、络和吸附）等方式被去除。其去除效果受土壤结构、阳离子交换容量、铁铝氧化物和植物对磷的吸收等因素的影响。氮主要是通过植物吸收，微生物脱氮（氨化、硝化、反硝化），挥发、渗出（氨在碱性条件下逸出、硝酸盐的渗出）等方式被去除。其去除率受作物的类型、生长期、对氮的吸收能力，以及土地处理系统等工艺因素的影响。污水土地处理系统的净化机理十分复杂，它包含了物理过滤、物理吸附、物理沉积、物理化学吸附、化学反应和化学沉淀、微生物对有机物的降解等过程。因此，污水在土地处理系统中的净化是一个综合净化过程。土地处理系统的净化机理BOD的去除磷和氮的去除悬浮物质的去除病原体的去除重金属的去除

污水中的悬浮物质是依靠作物和土壤颗粒间的孔隙截留、过滤去除的。土壤颗粒的大小、颗粒间孔隙的形状、大小、分布和水流通道，以及悬浮物的性质、大小和浓度等都影响对悬浮物的截留过滤效果。若悬浮物的浓度太高、颗粒太大会引起土壤堵塞。

污水土地处理系统的净化机理十分复杂，它包含了物理过滤、物理吸附、物理沉积、物理化学吸附、化学反应和化学沉淀、微生物对有机物的降解等过程。因此，污水在土地处理系统中的净化是一个综合净化过程。土地处理系统的净化机理BOD的去除磷和氮的去除悬浮物质的去除病原体的去除重金属的去除

污水经土壤处理后，水中大部分的病菌和病毒可被去除，去除率可达92％～97％。其去除率与选用的土地处理系统工艺有关，其中地表漫流的去除率较低，但若有较长的漫流距离和停留时间，也可以达到较高的去除效率。

污水土地处理系统的净化机理十分复杂，它包含了物理过滤、物理吸附、物理沉积、物理化学吸附、化学反应和化学沉淀、微生物对有机物的降解等过程。因此，污水在土地处理系统中的净化是一个综合净化过程。土地处理系统的净化机理BOD的去除磷和氮的去除悬浮物质的去除病原体的去除重金属的去除

重金属的去和主要是通过物理化学吸附，化学反应与沉淀等途径被去除的。重金属离子在土壤胶体表面进行阳离子交换而被置换、吸附，并生成难溶性化合物被固定于矿物晶格中；重金属于某些有机物生成可吸性鳌合物被固定于矿物质晶格中；重金属离子于土壤的某些组分进行化学反应，生成金属磷酸盐和有机重金属等沉积于土壤中。土地处理基本工艺地表漫流系统快速渗滤系统湿地处理系统慢速渗滤系统地下渗滤处理系统

慢速渗滤系统适用于渗水性能良好的土壤、砂质土壤及蒸发量小、气候润湿的地区。慢速渗滤系统的污水投配负荷一般较低，渗流速度慢，故污水净化效率高，出水水质优良。慢速渗滤系统有农业型和森林型两种。其主要控制因素为：灌水率、灌水方式、作物选择和预处理等。运行数据：BOD5去除率可达95%以上；COD去除率可达85~90%以上；氮去除率可达80~90%以上；我国沈阳、昆明等地采用较多。

快速渗滤土地处理系统是一种高效、低耗、经济的污水处理与再生方法。适用于渗透性能良好的土壤，如砂土、砾石性砂土、砂质垆坶等。污水灌至快速滤渗田表面后很快下渗进入地下，并最终进入地下水层。灌水与休灌反复循环进行，使滤田表面土壤处于厌氧——好氧交替运行状态，依靠土壤微生物将被土壤截留的溶解性和悬浮有机物进行分解，使污水得以净化。快速渗滤法的主要目的是补给地下水和废水再生回用。进入快速渗滤系统的污水应进行适当预处理，以保证有较大的渗滤速率和硝化速率。

土地处理基本工艺地表漫流系统快速渗滤系统湿地处理系统慢速渗滤系统地下渗滤处理系统特点：

（1）去除率高：

BOD＞95%；COD＞91%

出水BOD＜10mg/L；

COD＜40mg/L

（2）具有脱氮除磷功能：

NH3去除率85%；

TN去除率80%

除磷率65%（3）去除大肠菌得能力强，可达99.9%土地处理基本工艺

地表漫流系统适用于渗透性的黏土或亚黏土，地面最佳坡度为2％～8％。废水以喷灌法或漫灌法有控制的在地面上均匀的漫流，流向设在坡脚的集水渠，在流行过程中少量废水被植物摄取、蒸发和渗入地下。地面上种牧草或其他作物供微生物栖息并防止土壤流失，尾水收集后可回用或排放水体。采用何种方法灌溉取决于土壤性质、作物类型、气象和地形。

地表漫流系统快速渗滤系统湿地处理系统慢速渗滤系统地下渗滤处理系统运行数据：BOD去除率达90%左右，总氮去除率达70~80%SS的去除率达90~95%另一特点：可收获植物，牧草等。

地下污水处理系统是将污水投配到距地面约0.5m深，有良好渗透性的底层中，藉毛管浸润和土壤渗透作用，使污水向四周扩散，通过过滤、沉淀、吸附和生物降解作用等过程使污水得到净化。地下渗滤系统适用于无法接入城市排水管网的小水量污水处理。污水进入处理系统前需经化粪池或酸化池预处理。土地处理基本工艺地表漫流系统快速渗滤系统湿地处理系统慢速渗滤系统地下渗滤处理系统土地处理基本工艺

湿地处理系统是一种利用低洼湿地和沼泽地处理污水的方法。污水有控制地投配到种有芦苇、香蒲等耐水性、沼泽性植物的湿地上，废水在沿一定方向流行过程中，在耐水性植物和土壤共同作用下得以净化（图12－9）。湿地处理可直接处理污水或深度处理。污水进入系统前需预处理。地表漫流系统快速渗滤系统湿地处理系统慢速渗滤系统地下渗滤处理系统湿地（CW）处理系统湿地：指地下水位终年接近地表面、土壤处于饱和状态并生长着植物的地方。污水人工湿地处理系统（ConstructedWetland）：是将污水有控制地投配到经人工构造的湿地上，主要利用土壤、植物和微生物等作用处理污水的一种污水自然处理系统。按水流方式，污水人工湿地可以分为地表流、地下流和垂直流湿地三种。地表流湿地：水在生长稠密的水生（沼生）植物丛中流动，有自由水面。地下流湿地：水以潜流形式渗过长有植物的浅层多虑孔床。垂直流湿地：结合上述两种湿地特性，由上而下垂直流态。污水人工湿地处理系统通常可以分为预处理、湿地田、水质水量监控三个部分湿地的分类1.自然湿地（1）咸水湿地：

ａ.咸水草泽ｂ.淡水草泽ｃ.红树林湿地（2）淡水湿地：

ａ.林泽ｂ.草泽ｃ.沼泽ｄ.酸泽2.人工湿地（1）自由表面水流式（2）地下流式ａ.水平流动型ｂ.垂直流动型

湿地的功能（1）维护生物多样性（2）包括对洪水的消减、对暴雨的缓减效果、补充含水层以及净化水质的功能。（3）全球营养成分循环，维持氮气、硫化物及二氧化碳的平衡。（4）湿地净化水质的功能

污染物过滤、沉淀物去除、污染物分解、制造氧气、营养型循环、化学物质及营养盐的吸收.湿地，可以沉淀、排除、吸收和降解有毒物质，使潜在的污染物转化为资源，因而被誉为“地球之肾”。

湖泊湿地草泽生态红树林生态河口湿地内陆芦苇湿地沼泽湿地河流湿地杭州西溪国家湿地公园齐齐哈尔扎龙湿地鹤舞翩翩湿地的组成要素1、水（淡水、咸水、海水）2、生物（植物、动物、微生物）3、底质4、地貌

湿地中的植物藻类

(algae)自由漂浮水生植物

(Free-floatingaquaticplant)

根没有固定于水中，植物本身会随着水的流动而四处漂浮，通常体积小、繁殖能力强是其特质。

根着型漂浮水生植物

(Rootedfloatingaquaticplant)

生长于深水域环境，根茎或球茎固定于底泥中，叶片由长长的叶柄支撑，平贴浮于水面。人工湿地中的浮水植物浮萍凤眼莲睡莲眼子菜水葫芦

湿地中的植物沉水植物（Submergedaquaticplant）

完全沉浸于水中，多半生长在水域较深的环境，根长在水中，叶片一般成线状、带状或丝状。挺水植物（Emergentaquaticplant)

根生长在土里，但不同的是叶片或茎却挺露出水面。灌木（Shrubs）树（Trees）人工湿地中的沉水植物轮藻金鱼藻香蒲芦苇灯芯草人工湿地中的挺水植物菖蒲马尾草水生植物的根部效应

植物可借由将氧气传输至根部，使得附近土壤成为好氧区，而其他区域的土壤成为厌氧区。再由根部附近的微生物进行同化作用及异化作用，进行硝化及脱硝作用及磷的化学沉淀，此输养至根部而形成根部好氧区的功能，我们称之为根部效应。

对水生植物净化水质的理解水生植物在湿地净化水质中占了一个很大的因素，而植物能去除污染物是因为具有根部效应。不论何种水生植物都有净化水质效能，只是因水生植物种类不同，其去除水污染效能不同而已。水生植物具有净化水质效能，不仅会促使湿地中的生活污水营养型物质去除，也可去除工业废水中所含的污染物质。

人工湿地试验点小试系统

人工湿地试验点中试系统

沉砂池格栅湿地1泄洪沟泻洪闸人工湿地处理暴雨方法日本渡良濑蓄水池的人工湿地韩国良才川水质生物－生态修复设施成都南河活水公园CW系统成都南河活水公园CW系统成都活水公园CW系统污染物去除率指标去除率％厌氧池塘床系统鱼塘戏水池总排口CODCr35.485.