稳定塘和污水的土地处理综合版.ppt
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1、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
2、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
3、,(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
4、)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
5、 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
6、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、
7、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
8、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
9、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
10、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
11、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
12、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
13、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
14、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
15、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
16、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
17、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
18、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
19、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-
20、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
21、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
22、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
23、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
24、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
25、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,
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