自然生物處理

第20章自然生物處置主講教師：婁金生教授南華大學(xué)建筑工程與資源環(huán)境學(xué)院給水排水教研室課程內(nèi)容1、概述2、水體中碳氮與能量循環(huán)3、穩(wěn)定塘4、污水的土地處置5、自然生物處置新進(jìn)展6、工程實例7、思索題和習(xí)題20.1概述自然處置系統(tǒng)〔Natural

Treatment

Systems〕分為穩(wěn)定塘系統(tǒng)和土地處置系統(tǒng)。穩(wěn)定塘系統(tǒng)〔Aquatic

Systems〕經(jīng)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(jìn)展自然處置。土地處置系統(tǒng)〔Soilbased

System〕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)制和對污染物的綜合凈化功能，對污水進(jìn)展凈化。污水自然處置系統(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)處置技術(shù)相比，前者具有工藝簡便、操作管理方便、建立投資和運(yùn)轉(zhuǎn)本錢低的特點。建立投資僅為常規(guī)處置技術(shù)的1／2—1／3，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用僅為常規(guī)處置技術(shù)的1／2—1／10，可大幅度降低污水處置本錢。而且凈化效果良好，凈化水質(zhì)可達(dá)二級以上處置程度。前往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。反響式為：

3．反硝化作用:硝酸氮在反硝化菌的作用下，復(fù)原成分子態(tài)氮。反響式為：式中CH3COOH表示反硝化菌所需求的有機(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，吸收銨氮或硝氮作為營養(yǎng)。6．分解作用:沉淀在堆積層中的有機(jī)氮在厭氧菌的作用下分解。第20章自然生物處置第20章自然生物處置前往20.3穩(wěn)定塘20.3.1好氧塘與厭氧塘20.3.1.1概述好氧塘深度普通在0.5m左右，好氧塘內(nèi)高效地進(jìn)展著光協(xié)作用。DO的變化：白天飽和形狀，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(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外表負(fù)荷率：0.004-0.016kg/m2·d；普通好氧塘：BOD5外表負(fù)荷率：0.002-0.004kg/m2·d；深度處置好氧塘：BOD5外表負(fù)荷率：0.0005kg/m2·d。污水在進(jìn)入好氧塘前必需進(jìn)展沉淀預(yù)處置。厭氧塘是依托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：1．只需細(xì)菌，產(chǎn)酸菌、產(chǎn)氫、產(chǎn)乙酸菌和產(chǎn)甲烷菌共存；2．反響速度慢，進(jìn)程長；3．一切條件必需符合甲烷菌的要求；4．多用以處置高濃度且水量不大的有機(jī)廢水。厭氧塘普通為首塘，可替代初沉池。20.3.1.2設(shè)計計算1.好氧塘好氧塘的計算，主要內(nèi)容是確定塘的外表面積。應(yīng)以塘深處的面積作為設(shè)計計算平面。近外表有機(jī)負(fù)荷率進(jìn)展計算。計算公式為：式中：A——好氧塘的有效面積，m2；Q——污水設(shè)計流量，m3/d；S0——原污水的BOD5濃度，kg/m3NA——BOD面積負(fù)荷率，kg/(m2·d)BOD面積負(fù)荷率應(yīng)根據(jù)實驗或相近地域污水性質(zhì)相近的好氧塘的運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)確定。表20-1為好氧塘典型設(shè)計參數(shù)，供參考選用。第20章自然生物處置2．厭氧塘1〕設(shè)計參數(shù)a．BOD外表負(fù)荷率厭氧塘為了維持其厭氧條件，應(yīng)規(guī)定其最低BOD外表負(fù)荷率。假設(shè)厭氧塘的BOD外表負(fù)荷率過低，其工況就將接近于兼性塘。最低允許BOD外表負(fù)荷率與BOD5容積負(fù)荷率、氣溫有關(guān)。我國北方可采用300kgBOD/(104m2·d)、(200～600)kgBOD5/(104m2·d)。我國給水排水設(shè)計手冊對厭氧塘處置城市污水的建議負(fù)荷率值為20～60gBOD5/(m2·d)、(200～600)kgBOD5/(104m2·d)。b．BOD容積負(fù)荷第20章自然生物處置c．VSS容積負(fù)荷率VSS容積率用于厭氧塘處置VSS含量廢水的設(shè)計。下面是國外對幾種工業(yè)廢水厭氧塘采用的VSS容積負(fù)荷。家禽糞水0.063～0.16kgVSS/(m3·d)奶牛糞水0.166～1.12kgVSS/(m3·d)豬糞水0.064～0.32kgVSS/(m3·d)菜牛屠宰廢水0.593kgVSS/(m3·d)d.水力停留時間污水在厭氧塘內(nèi)的停留時間，采用的數(shù)值介于很大的幅度內(nèi)，無成熟數(shù)據(jù)可以遵照，應(yīng)經(jīng)過實驗確定。我國<給水排水設(shè)計手冊>的建議值，對城市污水是30～50d。國外有長達(dá)160d的設(shè)計運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，但也有短為12d的。2〕厭氧塘的外形和主要尺寸a.厭氧塘外表仍以矩形為宜，長寬比2～2.5:1。b.塘深，厭氧塘的有效深度〔包括污泥層深度〕為3～5m，當(dāng)土壤和地下水條件適宜時，可增大到6m。處置城市污水用厭氧塘的塘深為1.0～3.6m處置城市污水的厭氧塘底部儲泥深度，不應(yīng)小于0.5m，污泥量按50L/(人·a)計算。污泥去除周期為5～10年。c.維護(hù)高度0.6～1.0m。d.塘底略具坡度，堤內(nèi)坡1:1～1:3。e.厭氧塘的單塘面積不應(yīng)大于8000m2(0.8×104m2)f.厭氧塘普通位于穩(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，以便輪換去除塘泥。g.厭氧塘進(jìn)出口，厭氧塘進(jìn)口普通按設(shè)在高于塘底0.6～1.0m處，使進(jìn)水與塘底污泥相混合。塘底寬度小于9m時，可以只用一個進(jìn)口，寬塘應(yīng)采用多個進(jìn)口。進(jìn)水管徑200～300mm。出水口為淹設(shè)式，深化水下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方式。在各種類型的氧化塘中，兼性塘是運(yùn)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，它們可以利用水中游離的氧也可以在厭氧條件下，從或中攝取氧。兼性塘的=(70～90)%。20.3.2.2計算兼性塘計算的主要內(nèi)容也是求定塘的有效面積。對兼性塘仍多采用閱歷數(shù)據(jù)進(jìn)展計算。1．設(shè)計參數(shù)1)兼性塘可以作為獨立處置技術(shù)思索，也可以作為生物處置系統(tǒng)中的一個處置單元，或者作為深度處置塘的預(yù)處置工藝。2)塘深。普通采用1.2～2.5m，污泥層厚度取值0.3m3)停留時間。普通規(guī)定為7～180d，幅度很大。4)BOD5外表負(fù)荷率。按0.0002～0.010kg/(m2·d)思索.5)BOD去除率普通可達(dá)70%～90%。6)藻類濃度取值10～100mg/L7)如采取處置水循環(huán)措施，循環(huán)率可為0.2‰～2.0‰。2．在塘的構(gòu)造方面應(yīng)思索的要素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)模的兼性塘可以思索采用單一的塘進(jìn)展處置外，普通不宜少于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(fù)荷率，以不使塘都處置厭氧形狀為限。串聯(lián)可得優(yōu)質(zhì)處置水。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，宜采用分散管或多點進(jìn)水。4)出水口，出水口與進(jìn)水口之間的直線間隔應(yīng)盡能夠的大，普通在矩形塘按對角線陳列設(shè)置，以減少短路。應(yīng)參照有關(guān)資料進(jìn)展。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：好氧曝氣塘：功率較大，全部生物污泥都處于懸浮形狀；兼性曝氣塘：功率較小，部分污泥懸浮，部分污泥堆積。20.3.3.2深度處置塘深度處置塘為三級處置塘，設(shè)置在二級處置工藝之后或穩(wěn)塘系統(tǒng)之后，采用好氧塘或曝氣塘的方式。深度處置塘能去除以下物質(zhì)：1〕去除BOD、COD：ηBOD=〔30～60〕%；ηCOD=〔10～25〕%；2〕去除細(xì)菌；3〕去除藻類：養(yǎng)魚除藻；4〕去除N、P深度處置塘的計算在當(dāng)前仍采用負(fù)荷率進(jìn)展，根據(jù)去除對象的不同而采用不同的負(fù)荷率及他各項設(shè)計參數(shù)。第20章自然生物處置20.3.3.3控制出水塘1〕概述設(shè)于北方地域，冬季貯水，天氣轉(zhuǎn)暖生物降解功能恢復(fù)正常時才開場運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定塘，普通是兼性塘類型。2〕設(shè)計要點污水進(jìn)塘前要經(jīng)過一級處置，多級塘串聯(lián)、并聯(lián)方式運(yùn)轉(zhuǎn)均可，塘數(shù)不得少于2座。塘形宜根據(jù)地形選用，但要防止產(chǎn)生短流景象。前往20.4污水的土地處置20.4.1污水灌溉系統(tǒng)污水灌溉存在以下問題：1．不能處理污水的終年問題〔為雨季及冬季〕，往往不能進(jìn)展終年潑水灌溉。非灌溉期間污水假設(shè)不經(jīng)儲存排入地表水體，會呵斥地表水污染。2．污水灌溉農(nóng)田后出水不加搜集，不能有效控制排放與利用。3．如污水達(dá)不到農(nóng)田灌溉規(guī)范，那么會影響作物的生長、產(chǎn)量和質(zhì)量，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，對人體安康呵斥危害。4．重金屬在土壤中積累會影響土壤的特性和運(yùn)用。第20章自然生物處置20.4.2土地滲濾系統(tǒng)1．慢速滲濾系統(tǒng)用于浸透水性能良好的土壤〔如砂質(zhì)土壤〕，它適用于蒸發(fā)量小，氣候潮濕地域；慢速滲濾系統(tǒng)用外表布水或噴灌布水，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-好氧形狀，有機(jī)物被土層中的微生物所分解，同時也對N、P進(jìn)展了去除。各種目的的去除率為：20.4.3濕地處置系統(tǒng)將污水投配到沼澤地上，污水沿一定方向流動，在耐水植物的土壤結(jié)協(xié)作用下而得到凈化的一種土地處置工藝。濕地處置系統(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(shè)導(dǎo)流土堤，使污水沿一定方向流動，H普通在30～80cm之間，不超越1.00m，凈化作用與好氧塘類似。1〕

由水面人工濕地用人工筑成水了或溝槽狀，地面鋪設(shè)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，污水由濕地的一端經(jīng)過布水安裝進(jìn)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，在流動地程中堅持著自在水面。有機(jī)負(fù)荷率介于18～110kgBOD5/(ha·d)，幅度較大。第20章自然生物處置

2〕人工潛流濕地處置系統(tǒng)人工潛流濕地處置系統(tǒng)是人工筑成的床槽，床內(nèi)充填介質(zhì)支持蘆葦類的挺水植物生長，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)置的布水安裝進(jìn)入，程度流動經(jīng)過介質(zhì)，與布滿生物膜的介質(zhì)外表和溶解氧充分的植物根區(qū)接觸，在這一過程中得到凈化。前往20.5自然生物處置新進(jìn)展20.5.1水解池-穩(wěn)定塘生物處置系統(tǒng)的新工藝穩(wěn)定塘占地面積大，冬季水溫低，影響處置效果，運(yùn)用水解替代沉淀池作為預(yù)處置構(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)在水解池中閱歷了水解和酸化兩個階段，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)定塘的底泥來源主要是進(jìn)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(shù)藻類具有降解污染物質(zhì)的功能，但只是使有機(jī)污染物質(zhì)轉(zhuǎn)移到藻類中，并沒有最后去除。假設(shè)處置不當(dāng)，就會造二次污染。國外所采用的除藻技術(shù)有自沉淀、混凝沉淀、氣浮和過濾等技術(shù)。這里引見兩種比較有效的方法。(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(jìn)展正常光協(xié)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。近年來經(jīng)過對氣浮設(shè)備的改良，使氣浮的處置本錢大幅度下降。20.5.3污水地下滲濾處置技術(shù)污水在土壤的滲濾作用和毛細(xì)管作用下，污水向周圍分散，經(jīng)過過濾、沉淀、吸附和微生物作用降解，污水得到凈化。這種的污水處置法稱之為污水地下滲濾處置系統(tǒng)。這種工藝具有以下特征：(1)整體處置系統(tǒng)都設(shè)于地下，無損于地面景觀，而且可以種植綠色桿物，美化環(huán)境。(2)不受外界氣溫變化的影響，或影響較小。(3)易于建立、便于維護(hù)、不堵塞、建立搞資少、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低；(4)對進(jìn)水負(fù)荷的變化順應(yīng)性較強(qiáng)，耐受沖擊負(fù)荷；(5)如運(yùn)轉(zhuǎn)得當(dāng)，處置水水質(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章自然生物處置污水地下滲濾處置技術(shù)，如今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論述。(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)處置構(gòu)筑物處置，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圍土壤浸潤、浸透和分散。布水管普通埋設(shè)在距地面0.4m左右的深度其周圍鋪滿礫石層底部寬0.5～0.7m，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)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵要素。水力負(fù)荷值不能過大，應(yīng)根據(jù)測得的土壤浸透才干以確定適當(dāng)適宜的水力負(fù)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分散原理研制的一種淺型土壤污水處置系統(tǒng)。污水經(jīng)預(yù)處置后進(jìn)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(jī)樹脂膜，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，并向其周圍浸潤、分散，進(jìn)入周圍土壤，在地面下0.3～0.5m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，經(jīng)過生物—土壤系統(tǒng)的復(fù)雜而又互聯(lián)絡(luò)和相互制約的作用下，污水得到凈化。前往20.6工程實例20.6.1穩(wěn)定塘實例某縣的河水實踐是一天然排水溝，長期受工業(yè)及生活污水的污染，嚴(yán)重影響沿河村民的身體安康。該河旱季流量在2000～2800m3/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50～100mg/L，懸浮物58～73mg/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(jìn)村前得到凈化，并且該位置遠(yuǎn)離居民，建塘不會帶來明顯的環(huán)境問題。20.6.1.1設(shè)計水質(zhì)BOD5=100mg/L；COD=200mg/L；SS=100mg/L。經(jīng)過穩(wěn)定塘處置后的水質(zhì)，在3～12月可以到達(dá)以下程度：BOD≤20mg/L；COD≤100mg/L；SS≤20mg/L。20.6.1.2設(shè)計工藝上的思索(1)排洪與處置相結(jié)合本著因地制宜、綜合利用、盡量減肥少基建投資和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用的原那么，進(jìn)展工藝設(shè)計。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，壩上設(shè)有分洪溢流道，而洪水較大時，那么開閘放水。(2)多級串聯(lián)根據(jù)最新的研討成果，采用多種類型穩(wěn)定塘串聯(lián)絡(luò)統(tǒng)。各塘設(shè)計水深1.5m，實踐水面13333m2(20畝)，總池容為19500m3,平均停留時間8d，采用多塘有以下思索。①改善了流特性。塘的長寬比為30:1。防止層流、異重流發(fā)生，各塘進(jìn)水口交替為程度和淹沒流方式。②分為多塘，在第一、四塘種