自然生物處理方式

1、自然生物處理方式課程內(nèi)容1、概述 2、水體中碳氮與能量循環(huán)3、穩(wěn)定塘 4、污水的土地處理5、自然生物處理新進(jìn)展6、工程實(shí)例 7、思考題和習(xí)題 20.1 概述 自然處理系統(tǒng)（NaturalTreatmentSystems）分為穩(wěn)定塘系統(tǒng)和土地處理系統(tǒng)。穩(wěn)定塘系統(tǒng)（AquaticSystems）通過(guò)水水生生物系統(tǒng)（菌藻共生系統(tǒng)和水生生物系統(tǒng)）對(duì)污水進(jìn)行自然處理。土地處理系統(tǒng)（SoilbasedSystem）利用土壤微生物植物系統(tǒng)的陸地生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)控機(jī)制和對(duì)污染物的綜合凈化功能，對(duì)污水進(jìn)行凈化。 污水自然處理系統(tǒng)的凈化作用主要是利用土壤淺表層中的物理作用、化學(xué)作用和微生物的生化作用。與常規(guī)處理技

2、術(shù)相比，前者具有工藝簡(jiǎn)便、操作管理方便、建設(shè)投資和運(yùn)轉(zhuǎn)成本低的特點(diǎn)。建設(shè)投資僅為常規(guī)處理技術(shù)的1213，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用僅為常規(guī)處理技術(shù)的12110，可大幅度降低污水處理成本。而且凈化效果良好，凈化水質(zhì)可達(dá)二級(jí)以上處理水平。 返回20.2 水體中碳氮與能量循環(huán) 氮在水體中的轉(zhuǎn)化與循環(huán)途徑主要是：1氨化作用:有機(jī)氮化合物在微生物作用下分解為氨態(tài)氮。2硝化作用:氨態(tài)氮在硝化菌的作用下，轉(zhuǎn)化為硝酸氮。反應(yīng)式為： 3反硝化作用:硝酸氮在反硝化菌的作用下，還原成分子態(tài)氮。反應(yīng)式為：式中CH3COOH表示反硝化菌所需要的有機(jī)碳源4揮發(fā)作用:水中的NH3向大氣揮發(fā)，其量可達(dá)21%。5吸收作用:微生物及水生植物，吸收

3、銨氮或硝氮作為營(yíng)養(yǎng)。6分解作用:沉淀在沉積層中的有機(jī)氮在厭氧菌的作用下分解。 第20章 自然生物處理 第20章 自然生物處理 返回 20.3 穩(wěn)定塘20.3.1 好氧塘與厭氧塘20.3.1.1概述 好氧塘深度一般在0.5m左右，好氧塘內(nèi)高效地進(jìn)行著光合作用。DO的變化：白天飽和狀態(tài)，夜間降低，凌晨時(shí)最低；PH的變化：白天PH上升，夜間降低。 根據(jù)有機(jī)物負(fù)荷率的高低，好氧塘可分為三種： 高負(fù)荷好氧塘：BOD5表面負(fù)荷率：0.004-0.016kg/m2d； 普通好氧塘：BOD5表面負(fù)荷率：0.002-0.004kg/m2d； 深度處理好氧塘：BOD5表面負(fù)荷率：0.0005kg/m2d。 污水在

4、進(jìn)入好氧塘前必須進(jìn)行沉淀預(yù)處理。厭氧塘是依靠厭氧菌的代謝功能使有機(jī)污染物得到降解，具有以下特點(diǎn)： 1只有細(xì)菌，產(chǎn)酸菌、產(chǎn)氫、產(chǎn)乙酸菌和產(chǎn)甲烷菌共存； 2反應(yīng)速度慢，進(jìn)程長(zhǎng)； 3一切條件必須符合甲烷菌的要求； 4多用以處理高濃度且水量不大的有機(jī)廢水。 厭氧塘一般為首塘，可代替初沉池。 20.3.1.2設(shè)計(jì)計(jì)算 1.好氧塘 好氧塘的計(jì)算，主要內(nèi)容是確定塘的表面面積。應(yīng)以塘深處的面積作為設(shè)計(jì)計(jì)算平面。近表面有機(jī)負(fù)荷率進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算公式為：式中： A好氧塘的有效面積，m2；Q污水設(shè)計(jì)流量，m3/d；S0原污水的BOD5濃度，kg/m3NABOD面積負(fù)荷率，kg/(m2d) BOD面積負(fù)荷率應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)或

5、相近地區(qū)污水性質(zhì)相近的好氧塘的運(yùn)行數(shù)據(jù)確定。表20-1為好氧塘典型設(shè)計(jì)參數(shù)，供參考選用。 第20章 自然生物處理 2厭氧塘 1）設(shè)計(jì)參數(shù) aBOD表面負(fù)荷率厭氧塘為了維持其厭氧條件，應(yīng)規(guī)定其最低BOD表面負(fù)荷率。如果厭氧塘的BOD表面負(fù)荷率過(guò)低，其工況就將接近于兼性塘。最低容許BOD表面負(fù)荷率與BOD5容積負(fù)荷率、氣溫有關(guān)。我國(guó)北方可采用300kgBOD/(104m2d)、(200600)kgBOD5/(104m2d)。我國(guó)給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)對(duì)厭氧塘處理城市污水的建議負(fù)荷率值為2060gBOD5/(m2d)、(200600) kgBOD5/(104m2d)。 bBOD容積負(fù)荷第20章 自然生物處

6、理 cVSS容積負(fù)荷率 VSS容積率用于厭氧塘處理VSS含量廢水的設(shè)計(jì)。 下面是國(guó)外對(duì)幾種工業(yè)廢水厭氧塘采用的VSS容積負(fù)荷。家禽糞水 0.0630.16kgVSS/(m3d)奶牛糞水 0.1661.12kgVSS/(m3d)豬糞水 0.0640.32kgVSS/(m3d)菜牛屠宰廢水 0.593kgVSS/(m3d)d. 水力停留時(shí)間 污水在厭氧塘內(nèi)的停留時(shí)間，采用的數(shù)值介于很大的幅度內(nèi)，無(wú)成熟數(shù)據(jù)可以遵循，應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)確定。我國(guó)給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)的建議值，對(duì)城市污水是3050d。國(guó)外有長(zhǎng)達(dá)160d的設(shè)計(jì)運(yùn)行數(shù)據(jù)，但也有短為12d的。 2）厭氧塘的形狀和主要尺寸 a. 厭氧塘表面仍以矩形為宜，長(zhǎng)

7、寬比22.5:1。 b. 塘深，厭氧塘的有效深度（包括污泥層深度）為35m，當(dāng)土壤和地下水條件適宜時(shí)，可增大到6m。處理城市污水用厭氧塘的塘深為1.03.6m處理城市污水的厭氧塘底部?jī)?chǔ)泥深度，不應(yīng)小于0.5m，污泥量按50L/(人a)計(jì)算。污泥清除周期為510年。 c. 保護(hù)高度0.61.0m。 d. 塘底略具坡度，堤內(nèi)坡1:11:3。 e. 厭氧塘的單塘面積不應(yīng)大于8000m2(0.8104m2) f. 厭氧塘一般位于穩(wěn)定塘系統(tǒng)之首，截留污泥量較大，因此，宜設(shè)并聯(lián)的厭氧塘，以便輪換清除塘泥。 g. 厭氧塘進(jìn)出口，厭氧塘進(jìn)口一般按設(shè)在高于塘底0.61.0m處，使進(jìn)水與塘底污泥相混合。塘底寬度小

8、于9m時(shí)，可以只用一個(gè)進(jìn)口，寬塘 應(yīng)采用多個(gè)進(jìn)口。進(jìn)水管徑200300mm。出水口為淹設(shè)式，深入水下0.6m，不得小于冰層厚度或浮渣層厚度。 20.3.2 兼性塘20.3.2.1概述 圖 20-3 所示為典型的兼性塘凈化功能模式。在各種類(lèi)型的氧化塘中，兼性塘是應(yīng)用最為廣泛的一種。塘的上層為好氧層；塘的底部為厭氧層；在好氧層和厭氧層之間存在一個(gè)兼性層，該層存活的是兼性微生物，它們能夠利用水中游離的氧也能夠在厭氧條件下，從或中攝取氧。兼性塘的=(7090)%。 20.3.2.2計(jì)算 兼性塘計(jì)算的主要內(nèi)容也是求定塘的有效面積。對(duì)兼性塘仍多采用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。 1設(shè)計(jì)參數(shù) 1) 兼性塘可以作為獨(dú)立處

9、理技術(shù)考慮，也可以作為生物處理系統(tǒng)中的一個(gè)處理單元，或者作為深度處理塘的預(yù)處理工藝。 2) 塘深。一般采用1.22.5m，污泥層厚度取值0.3m 3) 停留時(shí)間。一般規(guī)定為7180d，幅度很大。 4) BOD5表面負(fù)荷率。按0.00020.010kg/(m2d)考慮. 5) BOD去除率一般可達(dá)70%90%。 6) 藻類(lèi)濃度取值10100mg/L 7) 如采取處理水循環(huán)措施，循環(huán)率可為0.22.0。 2在塘的構(gòu)造方面應(yīng)考慮的因素 1) 塘形，以矩形為宜，矩形塘易于施工和串聯(lián)組合，有助于風(fēng)對(duì)塘水的混合，而且死角少，長(zhǎng)寬比以2:1或3:1為宜。 2) 塘數(shù)，除小規(guī)模的兼性塘可以考慮采用單一的塘進(jìn)行

10、處理外，一般不宜少于2座。宜采用多級(jí)串聯(lián)，第一塘面積大，約占總面積的30%60%，采用較高的負(fù)荷率，以不使塘都處理厭氧狀態(tài)為限。串聯(lián)可得優(yōu)質(zhì)處理水。 3) 進(jìn)水口，矩形塘進(jìn)水口應(yīng)盡量使塘的橫斷面上配水均勻，宜采用擴(kuò)散管或多點(diǎn)進(jìn)水。 4) 出水口，出水口與進(jìn)水口之間的直線距離應(yīng)盡可能的大，一般在矩形塘按對(duì)角線排列設(shè)置，以減少短路。應(yīng)參照有關(guān)資料進(jìn)行。 20.3.3 其他穩(wěn)定塘 20.3.3.1曝氣塘 人工機(jī)械曝氣向塘內(nèi)污水供氧根據(jù)曝氣強(qiáng)度大小分二類(lèi)：好氧曝氣塘：功率較大，全部生物污泥都處于懸浮狀態(tài)； 兼性曝氣塘：功率較小，部分污泥懸浮，部分污泥沉積。 20.3.3.2深度處理塘深度處理塘為三級(jí)處

11、理塘，設(shè)置在二級(jí)處理工藝之后或穩(wěn)塘系統(tǒng)之后，采用好氧塘或曝氣塘的形式。深度處理塘能去除以下物質(zhì)：1）去除BOD、COD：BOD=（3060）%；COD=（1025）%；2）去除細(xì)菌； 3）去除藻類(lèi)：養(yǎng)魚(yú)除藻； 4）去除N、P深度處理塘的計(jì)算在當(dāng)前仍采用負(fù)荷率進(jìn)行，根據(jù)去除對(duì)象的不同而采用不同的負(fù)荷率及他各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)。 第20章 自然生物處理 20.3.3.3控制出水塘1）概述設(shè)于北方地區(qū)，冬季貯水，天氣轉(zhuǎn)暖生物降解功能恢復(fù)正常時(shí)才開(kāi)始運(yùn)行的穩(wěn)定塘，一般是兼性塘類(lèi)型。2）設(shè)計(jì)要點(diǎn)污水進(jìn)塘前要經(jīng)過(guò)一級(jí)處理，多級(jí)塘串聯(lián)、并聯(lián)方式運(yùn)行均可，塘數(shù)不得少于2座。塘形宜根據(jù)地形選用，但要避免產(chǎn)生短流現(xiàn)象。

12、返回20.4 污水的土地處理 20.4.1 污水灌溉系統(tǒng) 污水灌溉存在以下問(wèn)題： 1不能解決污水的終年問(wèn)題（為雨季及冬季），往往不能進(jìn)行終年潑水灌溉。非灌溉期間污水若不經(jīng)貯存排入地表水體，會(huì)造成地表水污染。 2污水灌溉農(nóng)田后出水不加收集，不能有效控制排放與利用。 3如污水達(dá)不到農(nóng)田灌溉標(biāo)準(zhǔn)，則會(huì)影響作物的生長(zhǎng)、產(chǎn)量和品質(zhì)，特別是污水中的重金屬和化學(xué)有機(jī)合成物含在作物的某些部位富集，對(duì)人體健康造成危害。 4重金屬在土壤中積累會(huì)影響土壤的特性和使用。 第20章 自然生物處理 20.4.2 土地滲濾系統(tǒng) 1慢速滲濾系統(tǒng)用于滲透水性能良好的土壤（如砂質(zhì)土壤），它適用于蒸發(fā)量小，氣候濕潤(rùn)地區(qū)；慢速滲濾系

13、統(tǒng)用表面布水或噴灌布水，對(duì)污水的BOD5、COD、N的去除率分別為：2快速滲濾系統(tǒng) 污水周期地向滲濾田灌水和休灌，表層土壤交替地處于厭氧-好氧狀態(tài)，有機(jī)物被土層中的微生物所分解，同時(shí)也對(duì)N、P進(jìn)行了去除。各種指標(biāo)的去除率為：20.4.3 濕地處理系統(tǒng) 將污水投配到沼澤地上，污水沿一定方向流動(dòng)，在耐水植物的土壤聯(lián)合作用下而得到凈化的一種土地處理工藝。 濕地處理系統(tǒng)可分為以下幾種類(lèi)型： 1天然濕地系統(tǒng) 利用天然洼地、葦塘，并加以人工修整而成。中設(shè)導(dǎo)流土堤，使污水沿一定方向流動(dòng)，H一般在3080cm之間，不超過(guò)1.00m，凈化作用與好氧塘相似。 1） 由水面人工濕地 用人工筑成水了或溝槽狀，地面鋪設(shè)

14、隔水層以防滲漏，再充填一定深度的土壤層，土壤層種植蘆葦一類(lèi)的維管束植物，污水由濕地的一端通過(guò)布水裝置進(jìn)入，并以較淺的水層在地表上以推流方式向前流動(dòng)，從另一端溢入集水溝，在流動(dòng)地程中保持著自由水面。有機(jī)負(fù)荷率介于18110kgBOD5/(had)，幅度較大。 第20章 自然生物處理 2） 人工潛流濕地處理系統(tǒng) 人工潛流濕地處理系統(tǒng)是人工筑成的床槽，床內(nèi)充填介質(zhì)支持蘆葦類(lèi)的挺水植物生長(zhǎng)，床底設(shè)粘土隔水層，并具有一定的坡度。污水從沿床寬度設(shè)置的布水裝置進(jìn)入，水平流動(dòng)通過(guò)介質(zhì)，與布滿生物膜的介質(zhì)表面和溶解氧充分的植物根區(qū)接觸，在這一過(guò)程中得到凈化。 返回20.5 自然生物處理新進(jìn)展 20.5.1水解池

15、-穩(wěn)定塘生物處理系統(tǒng)的新工藝 穩(wěn)定塘占地面積大，冬季水溫低，影響處理效果，應(yīng)用水解代替沉淀池作為預(yù)處理構(gòu)筑物，以提高污水的可生化性，并減少懸浮物。 在水解池部分大分子難降解物質(zhì)在水解池中經(jīng)歷了水解和酸化兩個(gè)階段，變成了小分子易降解的有機(jī)酸，使污水在后續(xù)的塘中降解更快。 從污泥沉淀角度講，穩(wěn)定塘的底泥來(lái)源主要是進(jìn)水懸浮物和塘中生長(zhǎng)的藻類(lèi)。水解-穩(wěn)定塘系統(tǒng)能有效地從兩方面加以控制。 20.5.2穩(wěn)定塘的除藻技術(shù) 藻類(lèi)具有降解污染物質(zhì)的功能，但只是使有機(jī)污染物質(zhì)轉(zhuǎn)移到藻類(lèi)中，并沒(méi)有最后去除。如果處理不當(dāng)，就會(huì)造二次污染。 國(guó)外所采用的除藻技術(shù)有自沉淀、混凝沉淀、氣浮和過(guò)濾等技術(shù)。這里介紹兩種比較有效

16、的方法。 (1) 在穩(wěn)定塘的最后一塘放養(yǎng)水生植物。由于水生植物覆蓋了水面，陰隔了光照，藻類(lèi)不能進(jìn)行正常光合作用，因此沉淀至塘底，使出水水質(zhì)改善。如放養(yǎng)水葫蘆、浮萍。 (2) 氣浮除藻。近年來(lái)通過(guò)對(duì)氣浮設(shè)備的改進(jìn)，使氣浮的處理成本大幅度下降。 20.5.3污水地下滲濾處理技術(shù) 污水在土壤的滲濾作用和毛細(xì)管作用下，污水向四周擴(kuò)散，通過(guò)過(guò)濾、沉淀、吸附和微生物作用降解，污水得到凈化。這種的污水處理法稱(chēng)之為污水地下滲濾處理系統(tǒng)。這種工藝具有以下特征：(1) 整體處理系統(tǒng)都設(shè)于地下，無(wú)損于地面景觀，而且能夠種植綠色桿物，美化環(huán)境。(2) 不受外界氣溫變化的影響，或影響較小。(3) 易于建設(shè)、便于維護(hù)、不

17、堵塞、建設(shè)搞資少、運(yùn)行費(fèi)用低；(4) 對(duì)進(jìn)水負(fù)荷的變化適應(yīng)性較強(qiáng)，耐受沖擊負(fù)荷；(5) 如運(yùn)行得當(dāng)，處理水水質(zhì)良好、穩(wěn)定、可回用于灌溉、澆灌城市綠化地、街心公園等。第20章 自然生物處理 污水地下滲濾處理技術(shù)，現(xiàn)在國(guó)外采用的種類(lèi)很多，不下幾十種，本節(jié)擇其中主要的幾種加以闡述。(1) 污水土壤滲濾凈化溝 在本系統(tǒng)中，污水先經(jīng)化糞池，或沉淀池等預(yù)處理構(gòu)筑物處理，去除其中的懸浮物，然后進(jìn)入埋在地下的滲濾溝和帶孔的布水管，從布水管中緩慢地向周?chē)寥澜?rùn)、滲透和擴(kuò)散。 布水管一般埋設(shè)在距地面0.4m左右的深度其周?chē)仢M礫石層底部寬0.50.7m，其下部鋪厚約為0.2m的砂。 水力負(fù)荷是維持本工藝正常運(yùn)行

18、的關(guān)鍵因素。水力負(fù)荷值不能過(guò)大，應(yīng)根據(jù)測(cè)得的土壤滲透能力以確定適當(dāng)適宜的水力負(fù)荷。(2) 毛管浸潤(rùn)滲濾溝 本工藝也稱(chēng)為尼米(Niimi)系統(tǒng)，是日本開(kāi)發(fā)的。是利用土壤毛管浸潤(rùn)擴(kuò)散原理研制的一種淺型土壤污水處理系統(tǒng)。 污水經(jīng)預(yù)處理后進(jìn)入陶土管，在其周?chē)伱艿[石層，其下鋪砂層，砂層下鋪有機(jī)樹(shù)脂膜，以防止污水污染地下水。污水通砂礫的毛細(xì)管虹吸作用，緩慢地上升，并向其四周浸潤(rùn)、擴(kuò)散，進(jìn)入周?chē)寥?，在地面?.30.5m的土壤層內(nèi)存活著大量的微生物，在這些微生物的作用下，污水中的有機(jī)污染物被吸附、降解，通過(guò)生物土壤系統(tǒng)的復(fù)雜而又互聯(lián)系和互相制約的作用下，污水得到凈化。返回20.6 工程實(shí)例 20.6.

19、1穩(wěn)定塘實(shí)例 某縣的河水實(shí)際是一天然排水溝，長(zhǎng)期受工業(yè)及生活污水的污染，嚴(yán)重影響沿河村民的身體健康。該河旱季流量在20002800m3/d之間，是由上游十幾家單位排放的污水，污水BOD5據(jù)測(cè)定為50100mg/L，懸浮物5873mg/L，同時(shí)該河在雨季有排洪的功能。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘，穩(wěn)定塘選址擬在該村村南250m處，緊靠河床的一片棄耕多年的耕地，面積約20000m2(約30畝)，長(zhǎng)300m，寬60m。將穩(wěn)定塘建在此，可以使河水在進(jìn)村前得到凈化，并且該位置遠(yuǎn)離居民，建塘不會(huì)帶來(lái)明顯的環(huán)境問(wèn)題。20.6.1.1設(shè)計(jì)水質(zhì)BOD5=100mg/L；COD=200mg/L；SS=100mg/L。經(jīng)過(guò)穩(wěn)定塘處

20、理后的水質(zhì)，在312月可以達(dá)到以下水平：BOD20mg/L；COD100mg/L；SS20mg/L。20.6.1.2設(shè)計(jì)工藝上的考慮 (1) 排洪與處理相結(jié)合 本著因地制宜、綜合利用、盡量減肥少基建投資和運(yùn)行費(fèi)用的原則，進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)。采用筑壩將水頭抬高1m，自流進(jìn)入穩(wěn)定塘。為了防洪，在河道上砌壩，在雨量小時(shí)，壩上設(shè)有分洪溢流道，而洪水較大時(shí)，則開(kāi)閘放水。 (2) 多級(jí)串聯(lián) 根據(jù)最新的研究成果，采用多種類(lèi)型穩(wěn)定塘串聯(lián)系統(tǒng)。 各塘設(shè)計(jì)水深1.5m，實(shí)際水面13333m2(20畝)，總池容為19500m3,平均停留時(shí)間8d，采用多塘有以下考慮。 改善了流特性。塘的長(zhǎng)寬比為30:1。避免層流、異重流發(fā)生，各塘進(jìn)水口交替為水平