稳定塘和污水的土地处理综合版.ppt

生物膜法（fixed film or attached growth）回顾,生物滤池（Trickling filter）普通生物滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池（biological tower）生物转盘（rotating biological contactors）生物接触氧化法（Biological contact oxidation process）曝气生物滤池（Biological aerated filters，BAF）向上流：biocarbone向下流：biofor，biostyr生物流化床（moving bed bioreactor）,第十四章 稳定塘和污水的土地理,第一节 稳定塘,第二节 污水土地处理,第一节 稳 定 塘,14.1 稳定塘,稳定塘（Stabilization pond）：又名氧化塘（Oxidation Pond），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（类似于活性污泥法）。,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,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。,稳定塘的处理方式,(1)作为二级生物处理，相当于传统的生物处理,(2)作为二级生物处理出水的进一步净化或深度处理工艺。,(3)实践证明，设计合理、运行正常的稳定塘系统，其处理水质相当甚至优于二级生物处理的出水。,(5)不同类型和功能的稳定塘可以串联运行，分别作预处理和后处理用，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。,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。,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,氧化塘,可以在氧化塘中种植经济作物，既可以处理污水，又可以资源利用。,按塘内的微生物类型、供氧方式和功能等划分,好 氧 塘,兼 性 塘,厌 氧 塘,曝 气 塘,深度处理塘,水生植物塘,生 态 塘,完全储存塘,稳 定 塘 的 分 类,好 氧 塘,兼 性 塘,厌 氧 塘,曝 气 塘,深度处理塘,好氧塘的深度较浅，阳光能透至塘底，全部塘水内都含有溶解氧，塘内菌藻共生，溶解氧主要是由藻类供给，好氧微生物起净化污水作用。,兼性塘的深度较大，上层是好氧区，藻类的光合作用和大气复氧作用使其有较高的溶解氧，由好氧微生物起净化污水作用；中层的溶解氧逐渐减少，称兼性区（过渡区），由兼性微生物起净化作用；下层塘水无溶解氧，称厌氧区，沉淀污泥在塘底进行厌氧分解。,厌氧塘的塘深在2m以上，有机负荷高，全部塘水均无溶解氧，呈厌氧状态，由厌氧微生物起净化作用，净化速度慢，污水在塘内停留时间长。,曝气塘采用人工曝气供氧，塘深在2m以上，全部塘水有溶解氧，由好氧微生物起净化作用，污水停留时间较短。,深度处理塘又称三级处理塘或熟化塘，属于好氧塘。其进水有机污染物浓度很低，一般BOD530mg/L。常用于处理传统二级处理厂的出水，提高出水水质，以满足受纳水体或回用水的水质要求。,好 氧 塘,兼 性 塘,厌 氧 塘,曝 气 塘,深度处理塘,池深一般为15-50cm，最多不大于1m，污水停留时间为2-6d。处理BOD小于100mg/L的污水。,塘深1-2m，水力停留时间5-30d,塘深2.5-5m，停留时间为20-50d。,曝气塘的水力停留时间为310d，有效水深26m。,BOD530mg/L。常用于处理传统二级处理厂的出水。,稳定塘的优点基建投资低 当有旧河道、沼泽地、谷地可利用作物作为稳定塘时，稳定塘系统的基建投资低。运行管理简单经济 稳定塘运行管理简单，动力消耗低，运行费用较低，约为传统二级处理厂的1/31/5。可进行综合利用 实现污水资源化，如将稳定塘出水用于农业灌溉，充分利用污水的水肥资源；养殖水生动物和植物，组成多级食物链的复合生态系统。稳定塘的缺点占地面积大 没有空闲余地时不宜采用。处理效果受气候影响 如季节、气温、光照、降雨等自然因素都影响稳定塘的处理效果。设计不当时，可能形成二次污染 如污染地下水、产生臭氧和滋生蚊蝇等。,稳定塘的优缺点,好 氧 塘,3、基本工作原理,是一类在有氧条件下净化污水的稳定塘，完全依靠藻类光合作用和塘表面风力搅动自然复氧供氧。水深15-50cm，至多不超过1m。,按照有机负荷的高低可分为：（1）高负荷好氧塘 这类塘设置在处理系统的前部，目的是处理污水和产生藻类。特点是塘的水深较浅，水力停留时间较短，有机负荷高。（2）普通好氧塘 这类塘用于处理污水，起二级处理作用。特点是有机负荷较高，塘的水深较高负荷好氧塘大，水力停留时间较长。（3）深度处理好氧塘 深度处理好氧塘设置在塘处理系统的后部或二级处理系统之后，作为深度处理设施。特点是有机负荷较低，塘的水深较高负荷好氧塘大。,好 氧 塘,种 类,好 氧 塘,塘内存在着菌、藻和原生动物的共生系统。有阳光照射时，塘内的藻类进行光合作用，释放出氧，同时，由于风力的搅动，塘表面还存在自然复氧，两者使塘水呈好氧状态。塘内的好氧型异氧细菌利用水中的氧，通过好氧代谢氧化分解有机污染物并合成本身的细胞质（细胞增殖），其代谢产物CO2则是藻类光合作用的碳源。塘内菌藻生化反应可用下式表示：,上述生化反应表明，好氧塘内有机污染物的降解过程，是溶解性有机污染物转换为无机物和固态有机物细菌和藻类细胞的过程。,细菌的降解作用：有机物O2H+CO2H2ONH4+C5H7O2N（细菌）藻类的光合作用：106CO216NO3HPO42-122H2O18H+C106H263O110N16P138O2,藻类光合作用使塘水的溶解氧和pH呈昼夜变化。白天，溶解氧上升，pH上升。夜间，溶解氧降低，pH下降。其平衡关系式如下：,好 氧 塘,基本工作原理,好氧塘内的生物种群主要有藻类、菌类、原生动物、后生动物、水蚤等微型动物。,菌类主要是生存在水深0.5m的上层，浓度为11085109个/mL，主要种属与活性污泥和生物膜相同。对有机物的降解起主要作用。,原生动物和后生动物的种属数与个体数，均比活性污泥法和生物膜法少。,藻类在好氧塘中起重要作用，主要是蓝藻和绿藻，有时会出现褐藻。其种类和数量与塘的负荷有关，它可以反映塘的运行状况和处理效果。营养物质浓度过高会形成水华。,好 氧 塘,好氧塘内的生物种群,好氧塘的主要尺寸的经验值如下：好氧塘多采用矩形，表面的长宽比为3:14:1，一般以塘深的1/2处的面积作为计算塘面。塘堤的超高为0.61.0m。单塘面积不宜大于4ha；塘堤的内坡坡度为1:21:3（垂直:水平）外坡坡度为1:21:5（垂直：水平）；好氧塘的座数一般不少于3座，规模很小时不少于2座。,好 氧 塘,好氧塘内的设计,好氧塘工艺设计的主要内容是计算好氧塘的尺寸和个数。,三、兼 性 塘,1、工 作 原 理,兼性塘的有效水深一般为1.02.0m，通常由3层组成。兼性塘的上层由于藻类的光合作用和大气复氧作用而含有较多溶解氧，为好氧区；中层则溶解氧逐渐减少，为过渡区或兼性区；塘水的下层则为厌氧层；塘的最底层则为厌氧污泥层。,2、应用,在工业废水处理中，常用在曝气塘或厌氧塘之后作为二级处理塘使用，有的也作为难生化降解有机废水的贮存塘和间歇排放塘(污水库)使用。由于它在夏季的有机负荷要比冬季所允许的负荷高得多，因而特别适用于处理在夏季进行生产的季节性食品工业废水。,兼性塘是氧化塘中最常用的塘型，常用于处理小城镇原污水、城市一级沉淀或二级处理出水。,好氧区对有机污染物的净化机理与好氧塘相同。但由于停留时间长，可以繁殖多种菌属，如硝化菌。兼性区的塘水溶解氧较低。异氧型兼性细菌，它们既能利用水中的溶解氧氧化分解有机污染物，也能在无分子氧条件下，以NO3-、CO32-作为电子受体进行无氧代谢。厌氧区无溶解氧。产酸菌和厌氧菌（如产甲烷菌）生长其中。污泥层中的有机质由厌氧微生物对其进行厌氧分解，其厌氧分解包括酸发酵和甲烷发酵两个过程。发酵过程中未被甲烷化的中间产物进入塘的上、中层，由好氧菌和兼性菌继续进行降解。而CO2、NH3等代谢产物进入好氧层，部分逸出水面，部分参与藻类的光合作用。兼性塘不仅可去除一般的有机污染物，还可以有效地去除磷、氮等营养物质和某些难降解的有机污染物。,兼 性 塘,工 作 原 理,兼性塘一般采用负荷法进行计算，我国建立了较完善的设计规范。兼性塘的主要尺寸的经验值如下：兼性塘一般采用矩形，长宽比3:14:1。塘的有效水深为1.22.5m,超高为0.61.0m,储泥区高度应大于0.3m。兼性塘的堤坝的内坡坡度为1:21:3（垂直:水平），外坡坡度为1:21:5。兼性塘一般不少于3座，多采用串连，其中第一塘的面积约占兼性塘总面积的3060，单塘面积应少于4hm2，以避免布水不均匀或波浪较大等问题。,兼 性 塘,兼性塘的设计,一类在无氧状态下净化污水的稳定塘，有机负荷高，塘中有机物的需氧量超过了光合作用的产氧量和塘面复氧量。以厌氧反应为主，塘中只有细菌没有其他任何生物。厌氧菌大量生长并消耗有机物，厌氧菌以产酸菌、产氢产乙酸菌和产甲烷菌最为重要。可以作为稳定塘处理的预处理设施使用，可以大大减少后续好氧及兼性塘的面积，优化后续的运行条件。塘深2.55，停留时间20-50天。主要发生酸化和甲烷化反应。,厌氧塘,厌氧塘对有机污染物的降解，是由两类厌氧菌通过产酸发酵和甲烷发酵两阶段来完成的。即先由兼性厌氧产酸菌将复杂的有机物水解、转化为简单的有机物(如有机酸、醇、醛等)，再由绝对厌氧菌（甲烷菌）将有机酸转化为甲烷和二氧化碳等。由于甲烷菌的世代时间长，增殖速度慢，且对溶解氧和pH敏感，因此厌氧塘的设计和运行，必须以甲烷发酵阶段的要求作为控制条件，控制有机污染物的投配率，以保持产酸菌和甲烷菌之间的动态平衡。应控制塘内的有机酸浓度在3000mg/L以下，pH为6.57.5，进水的BOD5：N：P=100:2.5:1,硫酸盐浓度应小于500mg/L，以使厌氧塘能正常运行。,厌氧塘,基本工作原理,厌氧塘的设计通常是用经验数据，采用有机负荷进行设计的。设计的主要经验数据如下：有机负荷 有机负荷的表示方法有三种：BOD5表面负荷（kgBOD5/hm2d）、BOD5容积负荷（kgBOD5/m3d）、VSS容积负荷（kgVSS/m3d）。我国采用BOD5表面负荷。处理城市污水的建议负荷值为200600kg/（hm2d）。对于工业废水，设计负荷应通过试验确定。厌氧塘一般为矩形，长宽比为2:12.5:1。单塘面积不大于4hm2。塘水有效深度一般为2.04.5m,储泥深度大于0.5m，超高为0.61.0m。厌氧塘的进水口离塘底0.61.0m,出水口离水面的深度应大于0.6m，使塘的配水和出水较均匀，进、出口的个数均应大于两个，以使塘的配水和出水比较均匀。,厌氧塘,设计和应用,厌氧塘处理污水的原理，与污水的厌氧生物处理相同。有机物的厌氧分解分为水解、产酸和产甲烷3个步骤。厌氧塘全塘大都处于厌氧状态。在厌氧状态下，进入厌氧塘的可生物降解的颗粒性有机物，先被胞外酶水解成为可溶性的有机物，溶解性有机物再通过产酸菌转化为乙酸，接着在产甲烷菌的作用下，将乙酸转变为CH4和CO2。虽然厌氧降解有机物是有顺序的，但是，在整个系统中，这些过程则是同时进行的。厌氧塘除对污水进行厌氧处理以外，还能起到污水初次沉淀、污泥消化和污泥浓缩的作用。,四、厌氧塘,基本工作原理,厌氧塘的处理效果不高，很少用于单独处理。一般作为预处理而与好氧塘组成厌氧-好氧(兼氧)生物稳定塘系统，较好地应用于处理水量小、浓度高的有机废水。作为稳定塘的一种形式，通常设置于稳定塘的首端，以减少后续处理单元的有机负荷。可用于处理屠宰废水、禽蛋废水、制浆造纸废水、食品工业废水、制药废水、石油化工废水等，也可用于处理城市污水(但一般城市污水有机物浓度较低，因而用于较少)。主要问题是会产生臭气。,厌氧塘,2、应用,曝气塘是在塘面上安装有人工曝气设备的稳定塘。是人工强化和自然净化相结合的形式，适用于土地面积有限不足以建成完全自然净化塘系统。,曝 气 塘,曝气塘出水的悬浮固体浓度较高，排放前需进行沉淀，沉淀的方法可以用沉淀池，或在塘中分割出静水区用于沉淀。若曝气塘后设置兼性塘，则兼性塘要在进一步处理其出水的同时起沉淀作用。曝气塘的水力停留时间为310d，有效水深26m。曝气塘一般不少于3座，通常按串连方式运行。,好氧曝气塘中曝气装置的强度应能使塘内的全部固体呈悬浮状态，并使塘水有足够的溶解氧供微生物分解有机污染物。,兼性曝气塘不要求保持全部固体呈悬浮状态，部分固体沉淀并进行厌氧消化。其塘内曝气机布置较好氧曝气塘稀疏。,好氧曝 气 塘,兼性曝 气 塘,曝气塘的两种类型,完 全 混 合 曝 气 塘（好氧）,部 分 混 合 曝 气 塘（兼性）,BOD表面负荷率：30-60gBOD5/m.d；塘深与表面机械曝气装置的功率有关：2.5-6.0m，SS：80-200mg/l；HRT：好氧1-10d、兼性曝气塘7-20d；不少于三座，以串联方式运行,稳定塘的主要性能,MeZe生态中心的氧化塘实验装置,MeZe氧化塘处理系统中曝气塘,水生植物塘,稳 定 塘 系 统 的 工 艺 流 程,稳定塘处理系统的组成,稳定塘的流程组合依当地条件和处理要求不同而异，下图为几种典型的流程组合。,稳定塘的流程组合,塘的位置 稳定塘应设在居民区下风向200m以外，以防止塘散发的臭气影响居民区。此外，塘不应设在距机场2km以内的地方，以防止鸟类（如水鸥）到塘内觅食、聚集，对飞机航行构成危险。防止塘体损害 为防止浪的冲刷，塘的衬砌应在设计水位上下各0.5m以上。若需防止雨水冲刷时，塘的衬砌应做到堤顶。衬砌方法有干砌块石、浆砌块石和混凝土板等。在有冰冻的地区，背阴面的衬砌应注意防冻 若筑堤土为黏土时，冬季会因毛细作用吸水而冻胀，因此，在结冰水位以上位置换为非黏性土。塘体防渗 稳定塘的渗漏可能污染地下水源；若塘体出水再考虑回用，则塘体渗漏会造成水资源损失，因此，塘体防渗是十分重要的。但某些防渗措施的工程费用较高，选择防渗措施时应十分谨慎。防渗方法有素土夯实、沥青防渗衬面、膨胀土防渗衬面和塑料薄膜防渗衬面等。塘的进出口 进出口的形式对稳定塘的处理效果有较大影响。设计时应注意配水、集水均匀，避免短流、沟流及混合死区。主要措施为采用多点进水和出水；进口、出口之间的直线距离尽可能大；进口、出口的方向避开当地主导风向。,稳 定 塘 塘 体 设 计 要 点,9 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,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，,10 稳定塘出现的问题,我国的稳定塘工艺应用刚刚起步，问题也比较多，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。,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。鱼身发黑，吃起来有种怪味道，有点像农药的味道，当地肝炎和癌症的发病率比别的地方要高，黄陂岭村这几年死于癌症的已有20多人。,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。,第二节 污水土地处理,污水土地处理是在在农田灌溉的基础上，运用人工调控利用土壤-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。土地处理是以土地作为主要处理系统的污水处理方法，其目的是净化污水，控制水污染，其设计参数（如负荷率）需通过试验研究确定。土地处理技术有五种类型：慢速渗滤、快速渗滤、地表漫流、湿地和地下渗滤系统。土地处理系统是由污水预处理设施，污水调节和储存设施，污水的输送、布水及控制系统，土地净化田，净化出水的收集和利用系统等五部分组成。,污 水 土 地 处 理,2、历史和现状,历史悠久；发展迅速：1987年美国有4000多座土地处理系统；原苏联3.6%的城市废水处理系统是土地处理系统；澳大利亚5%的城市废水处理系统是土地处理系统等。,3、废水灌溉与土地处理,物理过滤,物理吸附和物理沉积,物理化学吸附,化学反应与沉淀,微生物的代谢和有机物的分解,2、净化机理,物理过滤,物理吸附和物理沉积,物理化学吸附,化学反应与沉淀,微生物的代谢和有机物的分解,2、净化机理,物理过滤,物理吸附和物理沉积,物理化学吸附,化学反应与沉淀,微生物的代谢和有机物的分解,2、净化机理,物理过滤,物理吸附和物理沉积,物理化学吸附,化学反应与沉淀,微生物的代谢和有机物的分解,2、净化机理,物理过滤,物理吸附和物理沉积,物理化学吸附,化学反应与沉淀,微生物的代谢和有机物的分解,2、净化机理,3、污水的要求与预处理,对土地处理污水的水质的总要求是：不使农作物枯干、减产；不使土壤盐碱化；不传染疾病或对人畜产生危害；不至于污染地面水和地下水源。,3、污水的要求与预处理,预处理：一般采用氧化塘法，重金属和难降解有机物必须在排入下水道前进行预处理。,4、废水土地处理必须注意的问题,废水终年利用问题,卫生问题,对土壤性质的影响,4、废水土地处理必须注意的问题,废水终年利用问题,卫生问题,对土壤性质的影响,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。,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,土地处理系统的净化机理,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,土 地 处 理 基 本 工 艺,1 慢速渗滤系统,特点：1）不产生径流排放。2）土层厚应大于0.6m，地下水位大于1.2m，土壤渗透系数应大于1.5cm/h3）根据土壤、气候和污水特点选择适宜植物，获得的生物量大，以经济作物为主。4）污染负荷低，处理效率高。5）受气候和植物限制。冬季雨季收割期不能投配污水。6）要求水质于处理程度高。,投配污水水利负荷,蒸散量,降水量,污水渗滤率,单位：cm/a，长度/时间,作物选择:处理废水为目标时，可选多年生牧草，其生长期长，对氧利用率高，忍受水力负荷能力强；种植谷物则应以利用、生产为主，对废水的调蓄应加强管理。,土 地 处 理 基 本 工 艺,2 快速渗滤系统,污水通过具有良好渗透性能的土壤，藉生物氧化、沉淀、过滤氧化还原、硝化、反硝化等过程得到净化的方法,土壤厚度大于1.5m，渗透性能好地下水深2.5m以上，地面坡度小于10%距离人口密集区有一定距离的的河滩地、砂荒地。,污水年水利负荷m/a,水利负荷速率测定方法修正系数,年设计运行天数,垂直水利传导系数，m/h,渗滤池面积,全年运行,P，是全年运行周数，,土 地 处 理 基 本 工 艺,3 污水地表漫流处理系统,污水地表漫流系统（OF）：是将污水有控制的投配到土壤渗透性低、具有一定坡度、生长牧草的土地表面，污水再沿坡面以薄层流动过程中不断被净化，大部分出水以地表径流汇集排放的一种土地处理类型。,主要特点：1）适用于土壤渗透性差的粘土、壤土，或场地0.30.6m处有弱透水层土地；2）最佳坡度为2%8%，经人工建造形成均匀、缓和的坡面。3）对于处理要求较低，一般经过一级处理或细筛处理即可。4）污水浓度低的情况下，可以污水和污泥一起处理。5）出水为地表汇集，可以直接排放或回收利用。6）处理出水一般可以达到二级处理标准。,土 地 处 理 基 本 工 艺,土 地 处 理 基 本 工 艺,5 污水的地下渗滤处理系统,地下渗滤处理系统：是将污水投配到距地面约0.5m深，有良好渗透性的地层中，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人城市排水管网的小水量污水处理，如分散的居民点住宅、度假村、疗养院等。污水进入处理系统前需经化粪池或酸化(水解)池预处理。,土地处理系统工艺类型的选择主要是根据土壤性质、透水性、地形、作物种类、气候条件和废水处理程度的要求来选择。土地处理系统的主要工艺参数为负荷率。常用的负荷率有水量负荷和有机负荷，有时还辅以氮负荷和磷负荷。,土 地 处 理 系 统 的 工 艺 选 择 和 工 艺 参 数,湿地,湿地是地球上一种重要的生态系统。它处于陆地生态系统（如森林和草地）与水生生态系统（如深水湖和海洋）之间。换言之，湿地是陆生生态系统和水生生态系统之间的过渡带（Ecotone）。湿地结合了陆地生态系统和水生生态系统的属性，但又不同于二者。,1、人工湿地概述,若尔盖湿地（四川省阿坝）,巴音布鲁克（新疆天山）,三江平原湿地(黑龙江),黄河三角洲(山东),扎龙保护区(黑龙江),辽河三角洲湿地（渤海辽东湾）,人工湿地（Constructed wetland）,人工湿地是模拟自然湿地的人工生态系统，类似自然沼泽地，但由人工建造和监督控制，是一种人为地将石、砂、土壤、煤渣等一种或几种介质按一定比例构成基质，并有选择性地植入植物的污水处理生态系统。它是一种集物理、化学、生化反应于一体的废水处理技术；是一个独特的土壤、植物、微生物综合生态系统。,人工湿地净化技术始于1953年德国的Max planck 研究所。该研究所博士在研究中发现芦苇能去除大量无机物和有机物。到20世纪70年代末已发展成为一种独立的污水处理技术。人工湿地污水处理技术具有处理效果好，出水水质稳定，氮磷去除率强，运转管理维护方便，工程基建和运转费用低，对负荷变化适应能力强，适于处理间歇排放的污水等特点。同时，人工湿地对保护野生动物和提高局部地区的景观美学价值也有益处。,人工湿地的国内外应用现状,国内应用现状,我国1987年（“七五”）建立了第一个人工湿地系统后,在人工湿地净化机理、系统控制、设计及运行参数等方面均取得可喜的进展。近10年来，人工湿地技术在我国被广泛应用于农业面源污染控制及生活污水、垃圾场渗滤液、采油废水、啤酒废水、制浆造纸废水等的处理。20世纪末建成的成都活水公园更展示了人工湿地污水处理新工艺用“绿叶鲜花装饰大地，把清水活鱼送还自然”的魅力。,随着研究逐渐深入，人工湿地还被用于改善饮用水源水质如利用人工湿地改善北京官厅水库水质，出水基本满足地面水类标准。目前，人工湿地还被广泛用于新兴领域，如利用人工湿地生态系统去除水体中的藻类效果显著，这说明人工湿地系统在污水深度处理或者在减少水体富营养化、抑制藻类疯长等方面都有其独特的作用。,国外，人工湿地广泛用于处理各种类型污水，如城市生活污水、酸性矿山废水、农业污水等，还被用于淡水回用水深度处理、净化富营养化水、自然保护、处理硝酸盐污染的地下含水层。目前,在美国有600多处人工湿地工程用于处理市政、工业和农业废水，在丹麦、德国、英国各国至少有200处人工湿地(主要为地下潜流湿地)系统在运行。新西兰也有80多处人工湿地系统被投入使用。,国外应用现状,北美2/3的湿地是自由表面流湿地，其中一半是自然湿地，其余为人工自由表面流湿地。北美的湿地主要对人口较多的地区进行高级处理。在欧洲应用较多的则是地下潜流系统，尤其在一些东欧国家应用较广泛。该系统中种植有芦苇、菖蒲、香蒲等湿地植物，为了保证潜流，绝大多数系统还采用砾石作为填料。此类系统趋向于对近1000人口当量的乡村级社区进行二级处理，但它在澳大利亚和南非则被用于处理各类废水。,人工湿地试验点小试系统,人工湿地试验点中试系统,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,系统设计规模为1000吨/天。此项目宗旨是将高效垂直流人工湿地系统水质净化技术应用到洪湖的污染治理，从布吉河取水经系统净化后为洪湖补充清洁水量，同时截去洪湖周边的污水排入，从而达到改善洪湖水质的目的。,洪湖人工湿地水质净化工程,洪湖人工湿地系统,洪湖人工湿地系统出水沟,洪湖人工湿地系统出水池,北京官厅水库黑土洼湿地系统,中德合作官厅水库流域水生态环境综合治理示范工程,稳定塘（面积84公顷）,稳定塘库滨挺水植物,湿地塘内生物填料,湿地冬季冰下运行,湿地系统进出水对比,深圳“石岩人工湿地系统工程”,石岩人工湿地全貌,进水口和出水池,石岩河人工湿地工程设计指标,深圳石岩人工湿地处理效果运行数据,深圳甘坑人工湿地系统,处理规模为16000吨/天，处理的水为生活污水、少量工业污水和雨水的混合水。2003年7月完成施工。,深圳万科东海岸湖水循环处理人工湿地系统,万科房地产有限公司投资开发的大梅沙度假区该系统湖水循环净化规模为500m3/d，该湖水循环净化系统经过运行调试，于2003年12月通过竣工验收，目前该系统稳定运行，出水水质良好。,天津万科东丽湖人工湿地湖水循环处理系统,天津万科东丽湖人工湿地工程设计规模为11000m3/d(人工湖景观娱乐用水循环10000 m3/d，附近河水取补充水(劣类)1000 m3/d)，湿地占地面积8000m2；,东丽湖滑水赛道处理前湖水,东丽湖滑水赛道处理后湖水,三类CW系统的主要特性比较,建设中的人工湿地处理试验系统,人工湿地系统植物栽种,昆明滇池人工湿地处理暴雨径流试验系统,优点投资费用低，建设、运行成本低；处理过程能耗低；污水处理效果稳定可靠；污水处理系统的组合具有多样性和针对性等优点；良好的景观效应；可持续的经济效益；运行管理简单。缺点受气候条件限制较大；设计，运行参数不精确；占地面积相对较大；容易产生淤积、饱和现象；对恶劣气候条件抵御能力弱；净化能力受作物生长成熟程度的影响大；此外，可能需要控制蚊蝇孳生。,人工湿地技术的优缺点,人工湿地的组成,绝大多数人工湿地由五部分构成：基质，具有透水性，如土壤、砂、砾石；水体（在基质表面上或下流动的水）；植物，适于在饱和水和厌氧基质中生长，如芦苇；无脊椎或脊椎动物；好氧或厌氧微生物种群。,人工湿地污水处理系统的性能,人工湿地污水处理系统主要由植物、微生物、基质、水体及动物组成,各组成成分分别起着不同的作用,并且相互协同,使得整个湿地生态系统平衡运转,发挥良好的净化功能.植物植物是人工湿地的重要组成部分。人工湿地净化污水过程中,植物的作用可以归纳为3个重要的方面:回收利用污水中可利用态的营养物质,吸附、富集重金属和一些有毒有害物质;为根区好氧微生物输送氧气;增强和维持介质的水力传输。,香蒲,芦苇,灯芯草,人工湿地中的挺水植物,菖蒲,马尾草,人工湿地中的浮水植物,浮萍,凤眼莲,睡莲,眼子菜,水葫芦,人工湿地中的沉水植物,轮藻,金鱼藻,一般来说,选择湿地植物要注意几个原则：净化能力，耐污能力和抗寒、抗热能力强，对不同的污染物采用相应的植物种类；选择在本地适应性好的植物，最好是本地植物；根系发达、生物量大；抗病虫害能力强；最好有广泛用途或经济价值；易管理，综合利用价值高。不同的植物类型对不同的污染物质具有一定的针对性。对氮磷去除效果较好的湿地植物，如茭白、芦苇、水烛、灯心草。对重金属有较好的去除作用的植物是：宽叶香蒲，且对Pb、Zn、Cd 等重金属有较好的去除作用。,人工湿地中植物能将光合作用产生的氧气通过气道输送至根区,在植物根区的还原态介质中形成氧化态的微环境。这种根区有氧区域和缺氧区域的共同存在为根区的好氧、兼性和厌氧微生物提供了各自适宜的小生境,使不同的微生物各得其所,发挥相辅相成的作用。由于植物根和根系对介质的穿透作用,在介质中形成了许多微小的气室或间隙,减小了介质的封闭性,增强了介质的疏松度,从而使得介质的水力传输得到加强和维持。影响植物处理效果的因素有季节性衰退,如直接损伤、擦伤、水质和基质的不同组成、水位的高低以及富营养状态都能引起水生植物的衰退。,微生物人工湿地中微生物是净化污水的“主力军”。其数量在一定程度上可反映人工湿地净化污水的能力。它们把有机质作为丰富的能源，将其转化为营养物质和能量。人工湿地在处理污水之前，各类微生物的数量与自然湿地基本相同。但随着污水不断进入人工湿地系统，某些微生物的数量将逐渐增加，并在一定时间内达到最大值而趋于稳定。人工湿地系统中的微生物主要去除污水中的有机质和N，某些难降解的有机物质和有毒物质需要运用微生物的诱发变异特性，培育驯化适宜吸收和消化这些有机物质和有毒物质的优势细菌，进行降解。人工湿地中微生物的活动是湿地净化污水的最主要因素。现有研究已经发现在BOD5、COD 以及氮等降解的过程中微生物都发挥了重要作用。,人工湿地中的优势菌种有假单胞杆菌属Pseudomonas、产碱杆菌属Alcaligens 和黄杆菌属Flavobacterium，均为生长快速的微生物，其体内含有降解质粒，是分解有机物的主体微生物种群。此外，对于有些难降解的有机物和有毒物须运用微生物诱导变异特性，培育驯化适宜吸收和消化这些物质的优势种，进行降解。同时，研究发现湿地中的微生物数目和种类与污水净化效果也有一定的关系。其数量越多则去除率越高。其中污水中BOD5的去除率与湿地细菌总数显著相关，氨氮的去除率与硝化细菌和反硝化细菌的数量密切相关，污水中总大肠杆菌的去除率与湿地原生动物和放线菌数量也存在显著相关性。这也从一个方面说明湿地微生物在污染物降解中起到了重要作用。,基质基质,又称填料,是人为设计的由不同大小的砾、沙、土颗粒等按一定厚度铺成的供植物生长、微生物附着的床体。基质是污水处理的主要场所,也是微生物的主要载体，同时又可以为水生植物提供支持载体和生长所需的营养物质，当这些营养物质通过污水流经人工湿地时,基质通过一些物理、化学途径(如吸附、吸收、过滤、沉淀、络合反应和离子交换等)来去除污水中的SS、N、P等营养物质。自由表面流系统多以土壤为基质,潜流与垂直流系统则根据不同的特征污染物选择不同的基质,并须考虑便宜、易于取材等因素。,动物动物是作为人工湿地生态系统中必不可少的一部分,其在食物链与营养级的生态平衡中起到重要作用,进而对人工湿地污水处理系统的稳定性作出了重要贡献。目前,关于人工湿地中动物参与污染物净化方面的研究甚少,有研究提到了蚯蚓(Drilonema)能起到清洁垃圾的作用,从而减少了排泥次数。蚯蚓和沙蚕(Nereisdiversicolor)对重金属有富集作用,可以推测这些动物对污水中的重金属去除也能起一些作用。,湿地系统正是在这种有一定长宽比和底面坡度的洼地中，由土壤和填料（如砾石等）混合组成的填料床，污水在床体的填料缝隙中流动或在床体表面流动，并在床体表面种植具有性能好、成活率高、抗水性强、生长周期长、美观及具有经济价值的水生植物（如芦苇、蒲草等），从而形成一个独特的动植物生态系统。,根据水的流动状态，该系统分为如下类型：自由水面系统（FWS），又称表面流湿地；潜流系统（SFS），又称潜流湿地。潜流湿地又分为水平流潜流系统（HFS）和垂直流潜流系统（VFS）。（1）自由水面系统自由水面系统的污水从系统表面流过，水深较浅(一般在0.1-0.6)，氧通过自由扩散补给。进水中所含的溶解性和颗粒性污染物与系统介质和植物根系接触。常用的植物包括香蒲、芦苇、慈姑、莎草等。与SFS系统相比，其优点是投资省，缺点是负荷低。北方地区冬季表面会结冰，夏季会滋生蚊蝇、散发臭味，目前已较少采用。,人工湿地的分类,（2）潜流系统在潜流系统中，污水在湿地床的表面下流动，一方面可以充分利用填料表面生长的生物膜、丰富的植物根系及表层土和填料截留等作用，提高处理效果和处理能力；另一方面由于水流在地表下流动，保温性好处理效果受气候影响较小，且卫生条件较好，是目前国际上较多研究和应用的一种湿地处理系统，但此系统的投资比系统略高。,水平流潜流系统：污水从进口经由砂石等系统介质，以近水平流方式在系统表面以下流向出口。此过程中，污染物得到降解。介质通常选用水力传导性良好的材料。氧主要通过植物根系释放。在欧洲主要应用芦苇，因此又称芦苇床处理系统。香蒲也是常用的湿地植物。垂直流潜流系统：该系统通常在整个表面设置配水系统，并周期性进水。系统下部排水，水流处于系统表面以下。目的是系统可以排空水，以最大程度地进行氧补给。,3、人工湿地净化废水的机理,人工湿地是由基质、水体、植物、动物和微生物组成的生态系统。生活在土壤中的微生物（细菌和真菌）在有机物的去除中起主要作用，湿地植物的根系将氧气带入周围的土壤，但远离根部的环境处于厌氧，形成处理环境的变化带，这就加强了人工湿地去除复杂污染物的难处理污染物的能力。大部分有机物的去除是靠土壤中的微生物，但某些污染物如重金属、硫、磷等依赖于土壤和植物的作用。,悬浮物去除 污水中的悬浮物含有大量的污染物质，例如有机物、氮磷、重金属和病原菌等，因此去除悬浮物可以提高污水的去除率。悬浮物主要通过过滤、沉淀、湿地介质表面的吸附及微生物生长等作用从水中去除。湿地对悬浮物的去除非常有效，悬浮固体出水值一般低于10mg/L。为防止在进水口附近发生堵塞，进水前必须设置预处理以降低总固体浓度，一般设置沉淀池即可。,有机物的去除污水中的有机物包括包括颗粒性有机物和溶解性有机物