1、自然生物處理方式課程內容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、自然生物處理新進展6、工程實例 7、思考題和習題 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）通過水水生生物系統(tǒng)（菌藻共生系統(tǒng)和水生生物系統(tǒng)）對污水進行自然處理。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)的自我調控機制和對污染物的綜合凈化功能，對污水進行凈化。 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、化學作用和微生物的生化作用。與常規(guī)處理技

2、術相比，前者具有工藝簡便、操作管理方便、建設投資和運轉成本低的特點。建設投資僅為常規(guī)處理技術的1213，運轉費用僅為常規(guī)處理技術的12110，可大幅度降低污水處理成本。而且凈化效果良好，凈化水質可達二級以上處理水平。 返回20.2 水體中碳氮與能量循環(huán) 氮在水體中的轉化與循環(huán)途徑主要是：1氨化作用:有機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，轉化為硝酸氮。反應式為： 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。反應式為：式中CH3COOH表示反硝化菌所需要的有機碳源4揮發(fā)作用:水中的NH3向大氣揮發(fā)，其量可達21%。5吸收作用:微生物及水生植物，吸收

3、銨氮或硝氮作為營養(yǎng)。6分解作用:沉淀在沉積層中的有機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，好氧塘內高效地進行著光合作用。DO的變化：白天飽和狀態(tài)，夜間降低，凌晨時最低；PH的變化：白天PH上升，夜間降低。 根據(jù)有機物負荷率的高低，好氧塘可分為三種： 高負荷好氧塘：BOD5表面負荷率：0.004-0.016kg/m2d； 普通好氧塘：BOD5表面負荷率：0.002-0.004kg/m2d； 深度處理好氧塘：BOD5表面負荷率：0.0005kg/m2d。 污水在

4、進入好氧塘前必須進行沉淀預處理。厭氧塘是依靠厭氧菌的代謝功能使有機污染物得到降解，具有以下特點： 1只有細菌，產酸菌、產氫、產乙酸菌和產甲烷菌共存； 2反應速度慢，進程長； 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廢水。 厭氧塘一般為首塘，可代替初沉池。 20.3.1.2設計計算 1.好氧塘 好氧塘的計算，主要內容是確定塘的表面面積。應以塘深處的面積作為設計計算平面。近表面有機負荷率進行計算。計算公式為：式中： A好氧塘的有效面積，m2；Q污水設計流量，m3/d；S0原污水的BOD5濃度，kg/m3NABOD面積負荷率，kg/(m2d) BOD面積負荷率應根據(jù)試驗或

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

6、理 cVSS容積負荷率 VSS容積率用于厭氧塘處理VSS含量廢水的設計。 下面是國外對幾種工業(yè)廢水厭氧塘采用的VSS容積負荷。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. 水力停留時間 污水在厭氧塘內的停留時間，采用的數(shù)值介于很大的幅度內，無成熟數(shù)據(jù)可以遵循，應通過試驗確定。我國給水排水設計手冊的建議值，對城市污水是3050d。國外有長達160d的設計運行數(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

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，當土壤和地下水條件適宜時，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儲泥深度，不應小于0.5m，污泥量按50L/(人a)計算。污泥清除周期為510年。 c. 保護高度0.61.0m。 d. 塘底略具坡度，堤內坡1:11:3。 e. 厭氧塘的單塘面積不應大于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，宜設并聯(lián)的厭氧塘，以便輪換清除塘泥。 g. 厭氧塘進出口，厭氧塘進口一般按設在高于塘底0.61.0m處，使進水與塘底污泥相混合。塘底寬度小

8、于9m時，可以只用一個進口，寬塘 應采用多個進口。進水管徑200300mm。出水口為淹設式，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。在各種類型的氧化塘中，兼性塘是應用最為廣泛的一種。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計算 兼性塘計算的主要內容也是求定塘的有效面積。對兼性塘仍多采用經驗數(shù)據(jù)進行計算。 1設計參數(shù) 1) 兼性塘可以作為獨立處

9、理技術考慮，也可以作為生物處理系統(tǒng)中的一個處理單元，或者作為深度處理塘的預處理工藝。 2) 塘深。一般采用1.22.5m，污泥層厚度取值0.3m 3) 停留時間。一般規(guī)定為7180d，幅度很大。 4) BOD5表面負荷率。按0.00020.010kg/(m2d)考慮. 5) BOD去除率一般可達70%90%。 6) 藻類濃度取值10100mg/L 7) 如采取處理水循環(huán)措施，循環(huán)率可為0.22.0。 2在塘的構造方面應考慮的因素 1) 塘形，以矩形為宜，矩形塘易于施工和串聯(lián)組合，有助于風對塘水的混合，而且死角少，長寬比以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行

10、處理外，一般不宜少于2座。宜采用多級串聯(lián)，第一塘面積大，約占總面積的30%60%，采用較高的負荷率，以不使塘都處理厭氧狀態(tài)為限。串聯(lián)可得優(yōu)質處理水。 3) 進水口，矩形塘進水口應盡量使塘的橫斷面上配水均勻，宜采用擴散管或多點進水。 4) 出水口，出水口與進水口之間的直線距離應盡可能的大，一般在矩形塘按對角線排列設置，以減少短路。應參照有關資料進行。 20.3.3 其他穩(wěn)定塘 20.3.3.1曝氣塘 人工機械曝氣向塘內污水供氧根據(jù)曝氣強度大小分二類：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處

11、理塘，設置在二級處理工藝之后或穩(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：1）去除BOD、COD：BOD=（3060）%；COD=（1025）%；2）去除細菌； 3）去除藻類：養(yǎng)魚除藻； 4）去除N、P深度處理塘的計算在當前仍采用負荷率進行，根據(jù)去除對象的不同而采用不同的負荷率及他各項設計參數(shù)。 第20章 自然生物處理 20.3.3.3控制出水塘1）概述設于北方地區(qū)，冬季貯水，天氣轉暖生物降解功能恢復正常時才開始運行的穩(wěn)定塘，一般是兼性塘類型。2）設計要點污水進塘前要經過一級處理，多級塘串聯(lián)、并聯(lián)方式運行均可，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題： 1不能解決污水的終年問題（為雨季及冬季），往往不能進行終年潑水灌溉。非灌溉期間污水若不經貯存排入地表水體，會造成地表水污染。 2污水灌溉農田后出水不加收集，不能有效控制排放與利用。 3如污水達不到農田灌溉標準，則會影響作物的生長、產量和品質，特別是污水中的重金屬和化學有機合成物含在作物的某些部位富集，對人體健康造成危害。 4重金屬在土壤中積累會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（如砂質土壤），它適用于蒸發(fā)量小，氣候濕潤地區(qū)；慢速滲濾系

13、統(tǒng)用表面布水或噴灌布水，對污水的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)，有機物被土層中的微生物所分解，同時也對N、P進行了去除。各種指標的去除率為：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，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。中設導流土堤，使污水沿一定方向流動，H一般在3080cm之間，不超過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

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的維管束植物，污水由濕地的一端通過布水裝置進入，并以較淺的水層在地表上以推流方式向前流動，從另一端溢入集水溝，在流動地程中保持著自由水面。有機負荷率介于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，床內充填介質支持蘆葦類的挺水植物生長，床底設粘土隔水層，并具有一定的坡度。污水從沿床寬度設置的布水裝置進入，水平流動通過介質，與布滿生物膜的介質表面和溶解氧充分的植物根區(qū)接觸，在這一過程中得到凈化。 返回20.5 自然生物處理新進展 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，應用水解代替沉淀池作為預處理構筑物，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在水解池中經歷了水解和酸化兩個階段，變成了小分子易降解的有機酸，使污水在后續(xù)的塘中降解更快。 從污泥沉淀角度講，穩(wěn)定塘的底泥來源主要是進水懸浮物和塘中生長的藻類。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 藻類具有降解污染物質的功能，但只是使有機污染物質轉移到藻類中，并沒有最后去除。如果處理不當，就會造二次污染。 國外所采用的除藻技術有自沉淀、混凝沉淀、氣浮和過濾等技術。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，藻類不能進行正常光合作用，因此沉淀至塘底，使出水水質改善。如放養(yǎng)水葫蘆、浮萍。 (2) 氣浮除藻。近年來通過對氣浮設備的改進，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 污水在土壤的滲濾作用和毛細管作用下，污水向四周擴散，通過過濾、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)都設于地下，無損于地面景觀，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、便于維護、不

17、堵塞、建設搞資少、運行費用低；(4) 對進水負荷的變化適應性較強，耐受沖擊負荷；(5) 如運行得當，處理水水質良好、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，現(xiàn)在國外采用的種類很多，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，污水先經化糞池，或沉淀池等預處理構筑物處理，去除其中的懸浮物，然后進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圍土壤浸潤、滲透和擴散。 布水管一般埋設在距地面0.4m左右的深度其周圍鋪滿礫石層底部寬0.50.7m，其下部鋪厚約為0.2m的砂。 水力負荷是維持本工藝正常運行

18、的關鍵因素。水力負荷值不能過大，應根據(jù)測得的土壤滲透能力以確定適當適宜的水力負荷。(2) 毛管浸潤滲濾溝 本工藝也稱為尼米(Niimi)系統(tǒng)，是日本開發(fā)的。是利用土壤毛管浸潤擴散原理研制的一種淺型土壤污水處理系統(tǒng)。 污水經預處理后進入陶土管，在其周圍鋪毛管礫石層，其下鋪砂層，砂層下鋪有機樹脂膜，以防止污水污染地下水。污水通砂礫的毛細管虹吸作用，緩慢地上升，并向其四周浸潤、擴散，進入周圍土壤，在地面下0.30.5m的土壤層內存活著大量的微生物，在這些微生物的作用下，污水中的有機污染物被吸附、降解，通過生物土壤系統(tǒng)的復雜而又互聯(lián)系和互相制約的作用下，污水得到凈化。返回20.6 工程實例 20.6.

19、1穩(wěn)定塘實例 某縣的河水實際是一天然排水溝，長期受工業(yè)及生活污水的污染，嚴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)測定為50100mg/L，懸浮物5873mg/L，同時該河在雨季有排洪的功能。根據(jù)現(xiàn)場踏勘，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300m，寬60m。將穩(wěn)定塘建在此，可以使河水在進村前得到凈化，并且該位置遠離居民，建塘不會帶來明顯的環(huán)境問題。20.6.1.1設計水質BOD5=100mg/L；COD=200mg/L；SS=100mg/L。經過穩(wěn)定塘處

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