污水處理和資源化生態(tài)工程.ppt

1、第八章污水處理和資源化生態(tài)工程,本章綱要,水質(zhì)自然凈化機(jī)理與方法 人工濕地處理系統(tǒng) 污水土地處理系統(tǒng) 污水穩(wěn)定塘處理系統(tǒng),一、水質(zhì)自然凈化機(jī)理與方法,物質(zhì)在自然環(huán)境中借助各種物理、 化學(xué)及生物性的輸送、轉(zhuǎn)化而降解。通過此自然界的反應(yīng)功能，物質(zhì)會在一定空間及一定時間內(nèi)降低其濃度，這種作用稱為自凈作用。 水體自凈作用是指進(jìn)入水體中的污染物質(zhì)濃度或毒性，隨時間和空間的變化而自然降低的現(xiàn)象。 而利用自凈作用所發(fā)展出來的各類環(huán)境凈化方法則統(tǒng)稱為自然凈化。 從自然凈化的發(fā)生機(jī)理上來看，可分為物理凈化、化學(xué)凈化和生物凈化三類。,1.水質(zhì)自然凈化的機(jī)理, 物理作用：包括稀釋、吸附、擴(kuò)散、沉淀以及再曝氣作用，其

2、中以再曝氣作用為最主要的影響因素。,水流方向,污染源,推流,擴(kuò)散,混合均勻斷面,稀釋本身并不能去除污染物質(zhì)。 存在的兩種運(yùn)動形式：推流和擴(kuò)散, 化學(xué)作用：化學(xué)作用主要為污染物質(zhì)的化學(xué)變化，在一般水溫條件下，其化學(xué)作用 并不明顯，通常在擴(kuò)散作用、混合作用及沉淀作用的過程的中發(fā)生氧化、還原、吸附或凝聚的現(xiàn)象。 生物作用：有機(jī)污染物被水中的微生物分解而利用，例如，藻類行光合作用或微生物分解溶解性有機(jī)物質(zhì)等，使有機(jī)物最后回歸成無機(jī)安定的狀態(tài)。,自然凈化作用強(qiáng)化方向,物質(zhì)轉(zhuǎn)換過程的改善：水質(zhì)自然凈化作用的途徑相當(dāng)復(fù)雜，所以要選擇最適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)機(jī)制才可加強(qiáng)凈化處理的效果，例如，改變流況、水力停留時間及流量等

3、；化學(xué)作用方面，如溶氧、值等；生物作用方面，包括營養(yǎng)鹽、有機(jī)質(zhì)的增加或去除等。 物質(zhì)反應(yīng)速率的加強(qiáng)：選定適當(dāng)反應(yīng)途徑后，反應(yīng)速度的加強(qiáng)方法包括降低中間產(chǎn)物的累積以及對反應(yīng)條件，例如溫度、值、營養(yǎng)鹽、基質(zhì)的調(diào)整。 調(diào)整輸送速度：調(diào)整物質(zhì)輸送速度，包括流速、水力停留時間、水流路徑、營養(yǎng)鹽或基質(zhì)的溶解速度等。,物質(zhì)形狀的改變：可利用物質(zhì)物理特性的作用能夠加強(qiáng)或是改善，例如增加附著體的孔隙。 去除多余物質(zhì)：去除多余物質(zhì)，就是去除引發(fā)凈化作用產(chǎn)生負(fù)面影響的物質(zhì)。 生態(tài)系的生成：自然凈化功能的維持，可以強(qiáng)化生態(tài)系的恢復(fù)，例如種植植物、改善土壤性質(zhì)等。但若是使用錯誤的方式也可能造成生態(tài)系的破壞，例如引進(jìn)外來

4、生物種造成與當(dāng)?shù)厣镄纬筛偁幍那樾?，使得原來物種的削減或是外來生物種的過度繁殖，所以在自然凈化強(qiáng)化的方法中必須對物種的選擇加以謹(jǐn)慎考察。 生物菌劑：可以在水體添加特殊的微生物菌劑，增加降解菌的擴(kuò)繁能力和速率，提高降解效率。,植生處理法：包括濕地、水生植物處理、植物緩沖帶、草溝和浮島等。 土地處理法：灌溉處理、地下滲濾。 接觸氧化法：包括礫間接觸、填充濾材等。 其他處理方法：直接曝氣法、穩(wěn)定塘、多自然型河流工程方法。,2.水質(zhì)自然凈化方法,基于水體現(xiàn)狀及自然凈化方法的應(yīng)用原理，分為：,二、 人工濕地處理系統(tǒng),人工濕地系統(tǒng)（Constucted wetland），是指以工程方式構(gòu)筑池深小于 1.5

5、 左右的池塘或溝渠并種植水生植物后，導(dǎo)入污水進(jìn)行凈化處理的技術(shù)。根據(jù)美國環(huán)境保護(hù)署出 版的人工濕地處理城市廢水手冊所述，人工濕地系統(tǒng)已有40 余年的應(yīng)用歷史。只要設(shè)計及操作得當(dāng)，人工濕地系統(tǒng)是可靠、有效的自然凈化處理系統(tǒng)， 處理水質(zhì)可達(dá)二級至三級處理的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。,1.人工濕地系統(tǒng)的概念,2. 人工濕地凈化廢水的機(jī)理,人工濕地是由基質(zhì)、水體、植物、動物和微生物組成的生態(tài)系統(tǒng)。生活在土壤中的微生物（細(xì)菌和真菌）在有機(jī)物的去除中起主要作用，濕地植物的根系將氧氣帶入周圍的土壤，但遠(yuǎn)離根部的環(huán)境處于厭氧，形成處理環(huán)境的變化帶，這就加強(qiáng)了人工濕地去除復(fù)雜污染物的難處理污染物的能力。大部分有機(jī)物的去除是靠土

6、壤中的微生物，但某些污染物如重金屬、硫、磷等依賴于土壤和植物的作用。,懸浮物去除 污水中的懸浮物含有大量的污染物質(zhì)，例如有機(jī)物、氮磷、重金屬和病原菌等，因此去除懸浮物可以提高污水的去除率。懸浮物主要通過過濾、沉淀、濕地介質(zhì)表面的吸附及微生物生長等作用從水中去除。濕地對懸浮物的去除非常有效，懸浮固體出水值一般低于10mg/L。為防止在進(jìn)水口附近發(fā)生堵塞，進(jìn)水前必須設(shè)置預(yù)處理以降低總固體濃度，一般設(shè)置沉淀池即可。,有機(jī)物的去除 污水中的有機(jī)物包括包括顆粒性有機(jī)物和溶解性有機(jī)物。前者通過沉淀和過濾可迅速去除，而后者則通過植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代謝降解過程被分解而去除。微生物降解有機(jī)物又分為

7、好氧降解和厭氧降解。 好氧降解主要由好氧異養(yǎng)菌控制： CH2O+O2=CO2+H2O 厭氧降解由兼性厭氧菌和專性厭氧菌控制，該過程分兩步進(jìn)行。第一步主要產(chǎn)物為脂肪酸，如乙酸、乳酸、乙醇、CO2和H2。,C6H12O6+2H2O=2CH3COOH+4H2+2CO2 C6H12O6=2CH3CHOHCOOH C6H12O6=2CO2+2CH3CH2OH 硫酸鹽還原菌和產(chǎn)甲烷菌利用上述脂肪酸進(jìn)行代謝活動。 CH3COOH+H2SO4=2CO2+2H2O+H2S CH3COOH+4H2=2H2O+2CH4 CO2+4H2=CH4+2H2O BOD的去除包括幾個生物化學(xué)過程：好氧呼吸，厭氧消減 和硫酸鹽

8、還原。,氮、磷的去除 污水中的氮包括無機(jī)氮和有機(jī)氮。無機(jī)氮包括氨氮、亞硝酸鹽和硝酸鹽。有機(jī)氮包括尿素、氨基酸、嘌呤和嘧啶。研究表明，人工濕地處理系統(tǒng)對氮的去除作用包括基質(zhì)的吸附、過濾、沉淀、揮發(fā)、植物的吸收和微生物硝化、反硝化作用。 人工濕地系統(tǒng)中對P的去除主要通過下面三個方面：微生物正常的同化或植物的吸收作用；聚磷菌的過量攝P作用；基質(zhì)的物理化合作用。其中最主要的是基質(zhì)對P的吸附作用及其納P容量，其吸附作用與基質(zhì)中Fe ，Al 和Ca等金屬離子有關(guān)，而植物吸收對P的去除效率影響不大。,重金屬去除 人工濕地對重金屬也有很強(qiáng)的去除能力。金屬離子去除機(jī)理主要有：植物的吸收和富集作用、土壤膠體顆粒的

9、吸附、懸浮顆粒的過濾和沉淀，人工濕地對污水中重金屬去除是通過植物、微生物、土壤基質(zhì)等組成成分共同起作用的。,3. 人工濕地的組成,絕大多數(shù)人工濕地由五部分構(gòu)成： 基質(zhì)，具有透水性，如土壤、砂、礫石； 水體（在基質(zhì)表面上或下流動的水）； 植物，適于在飽和水和厭氧基質(zhì)中生長，如蘆葦； 無脊椎或脊椎動物； 好氧或厭氧微生物種群。,濕地系統(tǒng)正是在這種有一定長寬比和底面坡度的洼地中，由土壤和填料（如礫石等）混合組成的填料床，污水在床體的填料縫隙中流動或在床體表面流動，并在床體表面種植具有性能好、成活率高、抗水性強(qiáng)、生長周期長、美觀及具有經(jīng)濟(jì)價值的水生植物（如蘆葦、蒲草等），從而形成一個獨(dú)特的動植物生態(tài)系

10、統(tǒng)。,植物 植物是人工濕地的重要組成部分。人工濕地凈化污水過程中, 植物的作用可以歸納為3個重要的方面: 回收利用污水中可利用態(tài)的營養(yǎng)物質(zhì), 吸附、富集重金屬和一些有毒有害物質(zhì); 為根區(qū)好氧微生物輸送氧氣; 增強(qiáng)和維持介質(zhì)的水力傳輸。,一般來說, 選擇濕地植物要注意幾個原則： 凈化能力，耐污能力和抗寒、抗熱能力強(qiáng)，對不同的污染物采用相應(yīng)的植物種類； 選擇在本地適應(yīng)性好的植物，最好是本地植物； 根系發(fā)達(dá)、生物量大； 抗病蟲害能力強(qiáng)； 最好有廣泛用途或經(jīng)濟(jì)價值； 易管理，綜合利用價值高。 不同的植物類型對不同的污染物質(zhì)具有一定的針對性。對氮磷去除效果較好的濕地植物，如茭白、蘆葦、水燭、燈心草。對重

11、金屬有較好的去除作用的植物是：寬葉香蒲，且對Pb、Zn、Cd 等重金屬有較好的去除作用。,微生物 人工濕地中微生物是凈化污水的“主力軍”。其數(shù)量在一定程度上可反映人工濕地凈化污水的能力。它們把有機(jī)質(zhì)作為豐富能源，將其轉(zhuǎn)化為營養(yǎng)物質(zhì)和能量。人工濕地在處理污水之前，各類微生物的數(shù)量與自然濕地基本相同。但隨著污水不斷進(jìn)入人工濕地系統(tǒng)，某些微生物的數(shù)量將逐漸增加，并在一定時間內(nèi)達(dá)到最大值而趨于穩(wěn)定。 人工濕地系統(tǒng)中的微生物主要去除污水中的有機(jī)質(zhì)和N，某些難降解的有機(jī)物質(zhì)和有毒物質(zhì)需要運(yùn)用微生物的誘發(fā)變異特性，培育馴化適宜吸收和消化這些有機(jī)物質(zhì)和有毒物質(zhì)的優(yōu)勢細(xì)菌，進(jìn)行降解。人工濕地中微生物的活動是濕地

12、凈化污水的最主要因素?，F(xiàn)有研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在BOD5、COD 以及氮等降解的過程中微生物都發(fā)揮了重要作用。,人工濕地中的優(yōu)勢菌種有假單胞桿菌屬Pseudomonas、產(chǎn)堿桿菌屬Alcaligens 和黃桿菌屬Flavobacterium ，均為生長快速的微生物，其體內(nèi)含有降解質(zhì)粒，是分解有機(jī)物的主體微生物種群。此外，對于有些難降解的有機(jī)物和有毒物須運(yùn)用微生物誘導(dǎo)變異特性，培育馴化適宜吸收和消化這些物質(zhì)的優(yōu)勢種，進(jìn)行降解。 同時，研究發(fā)現(xiàn)濕地中的微生物數(shù)目和種類與污水凈化效果也有一定的關(guān)系。其數(shù)量越多則去除率越高。其中污水中BOD5的去除率與濕地細(xì)菌總數(shù)顯著相關(guān)，氨氮的去除率與硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌的

13、數(shù)量密切相關(guān)，污水中總大腸桿菌的去除率與濕地原生動物和放線菌數(shù)量也存在顯著相關(guān)性。這也從一個方面說明濕地微生物在污染物降解中起到了重要作用。,基質(zhì) 基質(zhì), 又稱填料, 是人為設(shè)計的由不同大小的礫、沙、土顆粒等按一定厚度鋪成的供植物生長、微生物附著的床體。基質(zhì)是污水處理的主要場所,也是微生物的主要載體，同時又可以為水生植物提供支持載體和生長所需的營養(yǎng)物質(zhì)，當(dāng)這些營養(yǎng)物質(zhì)通過污水流經(jīng)人工濕地時,基質(zhì)通過一些物理、化學(xué)途徑(如吸附、吸收、過濾、沉淀、絡(luò)合反應(yīng)和離子交換等) 來去除污水中的SS、N、P等營養(yǎng)物質(zhì)。 自由表面流系統(tǒng)多以土壤為基質(zhì), 潛流與垂直流系統(tǒng)則根據(jù)不同的特征污染物選擇不同的基質(zhì),

14、并須考慮便宜、易于取材等因素。,動物 動物是作為人工濕地生態(tài)系統(tǒng)中必不可少的一部分, 其在食物鏈與營養(yǎng)級的生態(tài)平衡中起到重要作用, 進(jìn)而對人工濕地污水處理系統(tǒng)的穩(wěn)定性作出了重要貢獻(xiàn)。目前, 關(guān)于人工濕地中動物參與污染物凈化方面的研究甚少, 有研究提到了蚯蚓(Drilonema) 能起到清潔垃圾的作用, 從而減少了排泥次數(shù)。蚯蚓和沙蠶(Nereisdiversicolor) 對重金屬有富集作用, 可以推測這些動物對污水中的重金屬去除也能起一些作用。,自由水面系統(tǒng)（FWS），又稱表面流濕地； 潛流系統(tǒng)（SFS），又稱潛流濕地。 潛流濕地又分為水平流潛流系統(tǒng)（HFS）和垂直流潛流系統(tǒng)（VFS）,根據(jù)

15、水的流動狀態(tài)，將人工濕地系統(tǒng)分為如下類型：,4.人工濕地系統(tǒng)的分類,此形式的人工濕地是在池深約0.6-1.5的淺池塘或渠道中種植各種水生植物， 包含挺水植物（如香蒲、蘆葦、 風(fēng)車草、茭白筍及開卡蘆等）、沉水植物（如水蘊(yùn)草、金魚藻等）、浮葉植物（如睡蓮、菱角等）及漂浮植物 （青萍、滿江紅等），其外觀和功能與自然濕地類似，具開放水面區(qū)、水生植物密植區(qū)、浮島等環(huán)境， 可吸引野外的動植物，具棲息地重現(xiàn)的功能。,（1）表面流濕地（FWS）,FWS濕地依濕地表面形態(tài)不同分為：,此形式的人工濕地是在池深0.6-1、底部坡度0.51的溝渠或水池鋪設(shè)礫石或土壤后密植挺水植物，再導(dǎo)入污水并控制水面高度，使水面不曝

16、露于空氣，即污水僅在介質(zhì)中流動，沒有開放水面區(qū)。 主要處理機(jī)制為利用附著在礫石或是植物根系的微生物分解水中污染物。,（2）潛流濕地（SFS）,水平流潛流系統(tǒng)（HFS）：污水從進(jìn)口經(jīng)由砂石等系統(tǒng)介質(zhì)，以近水平流方式在系統(tǒng)表面以下流向出口。此過程中，污染物得到降解。介質(zhì)通常選用水力傳導(dǎo)性良好的材料。氧主要通過植物根系釋放。在歐洲主要應(yīng)用蘆葦，因此又稱蘆葦床處理系統(tǒng)。香蒲也是常用的濕地植物。 垂直流潛流系統(tǒng)（VFS）：該系統(tǒng)通常在整個表面設(shè)置配水系統(tǒng)，并周期性進(jìn)水。系統(tǒng)下部排水，水流處于系統(tǒng)表面以下。目的是系統(tǒng)可以排空水，以最大程度地進(jìn)行氧補(bǔ)給。,幾種不同濕地系統(tǒng)比較,人工濕地污水處理系統(tǒng)由預(yù)處理單

17、元和人工濕地單元組成。通過合理設(shè)計可將BOD5、SS、營養(yǎng)鹽、原生動物、金屬離子和其他物質(zhì)處理達(dá)到二級和高級處理水平。 預(yù)處理主要去除粗顆粒和降低有機(jī)負(fù)荷。構(gòu)筑物包括雙層沉淀池、化糞池、穩(wěn)定塘或初沉池。 人工濕地中的流態(tài)采用推流式、回流式、階梯進(jìn)水或綜合式。,5.人工濕地系統(tǒng)的工藝流程,推流式,回流式,階梯式進(jìn)水,綜合式,6.人工濕地系統(tǒng)的區(qū)塊配置方案,一般說來，系統(tǒng)主要由3部分組成： (1)收集和預(yù)處理設(shè)施。由污水集水管網(wǎng)、污水集水池、格柵和沉淀池等組成。如果取水于被污染的河流，可取消污水集水管網(wǎng)和污水集水池。 (2)配水和集水設(shè)施。由配水井、配水槽、配水管網(wǎng)、布水管、集水管和集水池組成。

18、(3)濕地床。根據(jù)出水水質(zhì)要求，可設(shè)計一級或多級濕地床，污水經(jīng)串聯(lián)或并聯(lián)的濕地床多次凈化。,7.人工濕地系統(tǒng)的配套設(shè)施,人工濕地污水處理技術(shù)還處于開發(fā)階段、尤其在我國還沒有比較成熟的設(shè)計參數(shù)，其工藝設(shè)計也還處于試驗階段。 人工濕地系統(tǒng)的設(shè)計受很多因素的影響，主要是水力負(fù)荷、有機(jī)負(fù)荷、濕地床的構(gòu)造形式、工藝流程及其布置方式、進(jìn)水系統(tǒng)和出水系統(tǒng)的類型和濕地所種栽植物的種類等。由于不同國家及不同地區(qū)的氣候條件、植被類型以及地理情況各有差異。因而大多根據(jù)各自的情況，經(jīng)小試或中試取得有關(guān)數(shù)據(jù)后進(jìn)行人工濕地的設(shè)計。,8.人工濕地系統(tǒng)的設(shè)計,（1）表面流濕地的設(shè)計,在歐洲，工程蘆葦床濕地的設(shè)計是根據(jù)活塞流動

19、力學(xué)。濕地床通常由粘土或一種合成薄膜密封，種上蘆葦（phragmites australis）。濕地尺寸的計算是基于德國的Kickuth的研究工作上得出的。濕地的尺寸與流速，進(jìn)水的BOD濃度，預(yù)期的出水BOD值及常數(shù)K1有關(guān)。濕地床的進(jìn)水口處的床身建議值為0.6m，坡度為26%，水深只有25mm。所以大多數(shù)水流是潛流式的。這樣適合在坡面上栽種蘆葦床來促進(jìn)水力流動。,（2）潛流式濕地的設(shè)計,示例：,（3）設(shè)計參數(shù),（4）其他設(shè)計要素的確定, 地址的選擇, 進(jìn)出水系統(tǒng)布置, 填料的選擇,案例1： 成都府南河活水公園,成都市花了五年多時間，投入了25億人民幣，拆除600多處排污管道，整條河道都進(jìn)行了

20、清淤，重新修整了42公里的河岸。然而，河道治理工程完成后，府南河水仍沒有變得清澈起來。,成都活水園，占地24000多平方米，每天有200立方水從河中抽出除去細(xì)菌、重金屬后再回到河中。 國際上曾獲“國際水岸獎最高獎”和“環(huán)境地域設(shè)計獎”。,成都活水園城市水凈化生態(tài)工程的典范,公園形狀是一“魚”形，象征活力和健康，也成了該設(shè)計的亮點(diǎn)之一。,生態(tài)凈水第一步：噴水池,這個噴泉池容積為780立方米，功能叫“厭氧沉淀池”。泵入池中的污水一部分經(jīng)物理沉淀作用，使比水重的懸浮物沉于池底，從排泥管排出。比水輕的懸浮物浮于水面，由人工清理。另一部分經(jīng)池中的厭氧微生物分解成甲烷、二氧化碳等難溶氣體排入大氣，或成較低

21、分子有機(jī)物隨水流出，進(jìn)入下一道凈化程序。,生態(tài)凈水第二步：蓮花石溪,這一方面極富動感和觀賞價值，同時使水在回旋、震蕩中充分地曝氣充氧，增強(qiáng)水中的含氧量。,經(jīng)過初步沉淀的水，流入一串形似花瓣的蓮花石溪，稱為“水流雕塑”。它巧妙地引入水力學(xué)原理，利用落差產(chǎn)生的沖力，使水在一個個石花瓣中活潑歡跳。,生態(tài)凈水第三步：水從蓮花石溪流向微生物池,水通過水流雕塑后，進(jìn)入微生物池，也叫“兼氧池”。它的深度為1.6米、容積為48立方米。污水在池中被微生物部分凈化后，從微生物池泵入植物池。,生態(tài)凈水第四步：植物池人工濕地生態(tài)系統(tǒng),它是“活水公園”水處理工程的核心部分，由6個植物塘、12個植物床組成，其中養(yǎng)殖的植物

22、達(dá)數(shù)十種，還有多種魚類、昆蟲和兩棲動物。,生態(tài)凈水第五步：經(jīng)植物池凈化后的水進(jìn)入魚塘,魚塘出來的水進(jìn)入戲水池,凈化后的水從這里流向府南河,活水公園模擬自然的堤岸,案例2：日本渡良瀨蓄水池的人工濕地,渡良瀨蓄水池位于日本栃木縣，是一座人工挖掘的平原水庫，總庫容2640萬m3，水面面積4.5km2 ,水深6.5m左右。這座蓄水池平時為茨城縣等六縣市64萬人口供水，日供水量21.6萬m3。蓄水池周圍是渡良瀨川的滯洪區(qū)，汛期時洪水由溢流堤流入蓄水池，此時蓄水池用于調(diào)洪，提供調(diào)洪庫容1000萬m3。 由于近年來上游用水造成生活污水以及含氮、磷的水流入，致使渡良瀨蓄水池出現(xiàn)霉臭等水質(zhì)問題。為保護(hù)蓄水池的水

23、質(zhì)，自1993年起在蓄水池一側(cè)滯洪洼地上建人工濕地，這是一座設(shè)有人工設(shè)施的蘆葦蕩。將蓄水池的水引到蘆葦蕩，通過吸附、沉淀及吸收作用，去除水中的氮、磷及浮游植物，達(dá)到對水體進(jìn)行自然凈化的目的。這種凈化過程循環(huán)進(jìn)行，確保蓄水池水質(zhì)潔凈。,渡良瀨蓄水池人工濕地平面圖,1渡良瀨蓄水池 2蓄水池泵站3橡膠壩 4旁通水渠 5地下水渠 6連接渠 7調(diào)節(jié)渠 8取水泵站 9進(jìn)水渠 10荻草蕩 11蘆葦蕩凈化設(shè)施 12出水渠 13集水池 14蘆葦蕩泵站 15北閘,日本渡良瀨蓄水池的人工濕地,渡良瀨人工濕地的人工植被從陸地到水面依次為：杞柳（水邊林）蘆葦、荻、蓑衣草（濕地植物）茭白、寬葉香蒲（吸水植物）荇菜、菱（浮

24、葉植物），形成了一體的生態(tài)空間。渡良瀨人工濕地已經(jīng)成為日本最大的蘆葦蕩，也成為對居民、兒童進(jìn)行環(huán)保及愛水教育的場所，組織學(xué)生進(jìn)行自然觀察。在這里可以看到綠頭鴨、針尾鴨等禽類及蘆燕、白頭鷂和鳶等鳥類。 為凈化渡良瀨蓄水池的水體，還在蓄水池中部建一批人工生態(tài)浮島，種植蘆葦?shù)戎参?，其根系附著微生物，可提供充足氧氣，并通過遷移、轉(zhuǎn)化水中的氮、磷等物質(zhì)，降解水中有機(jī)質(zhì)。浮島還設(shè)置為魚類產(chǎn)卵用的產(chǎn)卵床，也為小魚設(shè)有棲身地，水中的浮游植物成了魚餌。人工生態(tài)浮島保證了蓄水池水質(zhì)的潔凈。,治理前后動植物種類變化,案例3：山東省南四湖人工濕地,案例4：美國Arcata人工濕地處理系統(tǒng),Figure 1: Main

25、 structure of the Arcata Wastewater Treatment Plant headworks,Figure 2: Wastewater enters the Headworks at a sump below these two screw pumps,1. Headworks,Figure 3: Bar racks and mechanical cleaning mechanism moving up the bar racks,Figure 4: Mechanical cleaning mechanism and common debris,2. Clarif

26、ier,3. Digesters,Figure 2: Layout of sludge treatment at the Arcata Wastewater Treatment Plant,Figure 6: Diagram of an anaerobic digester,Figure 3: Digester at the Arcata Wastewater Treatment Plant,Figure 5: Biogas pipes coming out of a digester at the Arcata Wastewater Treatment Plant,Figure 4: Slu

27、dge drying bed at the Arcata Wastewater Treatment Plant,Figure 1. An Arcata Wastewater Treatment Plant Sludge Drying Bed,4. Oxidation Ponds,Figure 1. An Arcata Wastewater Treatment Plant Oxidation Pond,5. Treatment Wetlands,Figure 1. Arcatas Treatment Wetlands,Figure 2. Dense Vegetation in the Treat

28、ment Wetlands,Figure 3. Roots provide surface area for microorganisms in the Treatment Wetlands,6. Enhancement Marshes,Figure 1: The Allen Marsh, first in the series of three enhancement marshes.,Figure 4: Brown Pelicans gathered in the Arcata Marsh and Wildlife Sanctuary. Figure 5: A foot bridge on

29、 trails over the enhancement marshes. The two pipes seen below bring water to and from the enhancement marshes.,7. Chlorination,Figure 4: Flow of wastewater through the chlorine contact basin,Figure 3: The chlorine contact basin in Arcata, Ca.,Cl2 + H2O HCl + HClO, where HClO H+ + ClO-,Figure 2: (fr

30、om left to right) Streptococcus, Salmonella, Vibro Cholera, and Giardia are hazards to human health,8. Dechlorination,Figure 1. Contact Basin Outlet, leading to sulfonator.,Free Chlorine Reactions:SO2 + H2O HSO3- + H+HOCl + HSO3- SO4-2 + Cl- + 2H+SO2 + HOCl + H2O Cl- + SO4-2 + 3H+ Combined Chloramin

31、e Reactions:SO2 + H2O HSO3- + H+NH2Cl + HSO3-+ H2O Cl- + SO4-2+ NH4+ + H+SO2 + NH2Cl + 2H2O Cl- + SO4-2 + NH4 + 2H+,Figure 1: Effluent discharge into Humboldt Bay from Outfall 001.,三、污水土地處理系統(tǒng),污水土地處理是在人工調(diào)控下利用土壤-微生物-植物組成的生態(tài)系統(tǒng)使污水中的污染物凈化的處理方法。在污染物得以凈化的同時，水中營養(yǎng)物質(zhì)和水分也得以循環(huán)利用。,污水土地處理系統(tǒng)的凈化機(jī)理十分復(fù)雜，它包含了物理過濾、物理吸附

32、、物理沉積、物理化學(xué)吸附、化學(xué)反應(yīng)和化學(xué)沉淀、微生物對有機(jī)物的降解等過程。因此，污水在土地處理系統(tǒng)中的凈化是一個綜合凈化過程。,土地處理系統(tǒng)的凈化機(jī)理,土地處理系統(tǒng)是由污水預(yù)處理設(shè)施，污水調(diào)節(jié)和儲存設(shè)施，污水的輸送、布水及控制系統(tǒng)，土地凈化田，凈化出水的收集和利用系統(tǒng)等五部分組成。,BOD的去除,磷和氮的去除,懸浮物質(zhì)的去除,病原體的去除,重金屬的去除,土地處理系統(tǒng)的凈化機(jī)理,BOD的去除,磷和氮的去除,懸浮物質(zhì)的去除,病原體的去除,重金屬的去除,土地處理系統(tǒng)的凈化機(jī)理,BOD的去除,磷和氮的去除,懸浮物質(zhì)的去除,病原體的去除,重金屬的去除,土地處理系統(tǒng)的凈化機(jī)理,BOD的去除,磷和氮的去除,

33、懸浮物質(zhì)的去除,病原體的去除,重金屬的去除,土地處理系統(tǒng)的凈化機(jī)理,BOD的去除,磷和氮的去除,懸浮物質(zhì)的去除,病原體的去除,重金屬的去除,土地處理系統(tǒng)的凈化機(jī)理,慢速滲濾系統(tǒng)適用于滲水性能良好的土壤、砂質(zhì)土壤及蒸發(fā)量小、氣候潤濕的地區(qū)。 慢速滲濾系統(tǒng)的污水投配負(fù)荷一般較低，滲流速度慢，故污水凈化效率高，出水水質(zhì)優(yōu)良。 慢速滲濾系統(tǒng)有農(nóng)業(yè)型和森林型兩種。其主要控制因素為：灌水率、灌水方式、作物選擇和預(yù)處理等。,慢速滲濾處理系統(tǒng)主要由下列幾部分構(gòu)成：,(1)預(yù)處理：SR對進(jìn)水水質(zhì)要求較高，所以一定要有預(yù)處理系統(tǒng)。預(yù)處理系統(tǒng)可以采用一級處理，也可采用二級處理。 (2)存儲系統(tǒng)：慢速滲濾系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行

34、時，可能出現(xiàn)污水量超過設(shè)計水量以及在作物種植、收獲時停止運(yùn)行的情況，因此需要有存儲系統(tǒng)，起緩沖和調(diào)節(jié)水量的作用。 (3)布水系統(tǒng)：預(yù)處理污水通過布水系統(tǒng)進(jìn)入土地處理田，布水是否均勻關(guān)系到處理效果的好壞。布水方式主要有三種：壟溝布水、坡面布水和噴灑布水。,(4)植物：植物是慢速滲濾系統(tǒng)必不可少的組成部分。植物能有效去除N、P，保持或增加污水滲透速率并獲得收益。植物選擇的要求是營養(yǎng)吸收量大，耐水性好，有一定的土質(zhì)、水質(zhì)變化和鹽分耐受性，以及經(jīng)濟(jì)價值的大小。在慢速滲濾系統(tǒng)中常用的作物有牧草、大田作物和林木。牧草有紫云英、高羊茅草和黑麥草等；大田作物有玉米、高粱、水稻和大豆等；林木主要是硬木和松樹的混

35、合樹種。 (5)排水系統(tǒng)：理論上，土地慢速滲濾系統(tǒng)工藝設(shè)計是按無處理出水進(jìn)行的，污水水分主要靠蒸發(fā)和滲透來驅(qū)動循環(huán)。但在實(shí)踐上為了除去過多的水分滲透到地下水中去，慢速滲濾系統(tǒng)一般都設(shè)有排水系統(tǒng)。排水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要有兩種，即排水明溝和排水暗溝。排水明溝投資少，便于管理，但其缺點(diǎn)是占地多，影響耕作。排水暗溝不占地但不便于維修。,運(yùn)行數(shù)據(jù)：,BOD5去除率可達(dá)95%以上； COD去除率可達(dá)8590%以上； 氮去除率可達(dá)8090%以上； 我國沈陽、昆明等地采用較多。,快速滲濾土地處理系統(tǒng)是一種高效、低耗、經(jīng)濟(jì)的污水處理與再生方法。適用于滲透性能良好的土壤，如砂土、礫石性砂土、砂質(zhì)壚坶等。 污水灌至快速

36、濾滲田表面后很快下滲進(jìn)入地下，并最終進(jìn)入地下水層。灌水與休灌反復(fù)循環(huán)進(jìn)行，使濾田表面土壤處于厭氧好氧交替運(yùn)行狀態(tài)，依靠土壤微生物將被土壤截留的溶解性和懸浮有機(jī)物進(jìn)行分解，使污水得以凈化。 快速滲濾法的主要目的是補(bǔ)給地下水和廢水再生回用。進(jìn)入快速滲濾系統(tǒng)的污水應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)預(yù)處理，以保證有較大的滲濾速率和硝化速率。,特點(diǎn)：,（1）去除率高： BOD95%；COD91% 出水BOD10mg/L； COD40mg/L （2）具有脫氮除磷功能： NH3去除率85%； TN去除率80% 除磷率65% （3）去除大腸菌得能力強(qiáng)，可達(dá)99.9%,地表漫流系統(tǒng)適用于滲透性的黏土或亞黏土，地面最佳坡度為28。廢水以

37、噴灌法或漫灌法有控制的在地面上均勻的漫流，流向設(shè)在坡腳的集水渠，在流行過程中少量廢水被植物攝取、蒸發(fā)和滲入地下。地面上種牧草或其他作物供微生物棲息并防止土壤流失，尾水收集后可回用或排放水體。 采用何種方法灌溉取決于土壤性質(zhì)、作物類型、氣象和地形。,運(yùn)行數(shù)據(jù)：,BOD去除率達(dá)90%左右， 總氮去除率達(dá)7080% SS的去除率達(dá)9095% 另一特點(diǎn)：可收獲植物，牧草等。,地下污水處理系統(tǒng)是將污水投配到距地面約0.5m深，有良好滲透性的底層中，藉毛管浸潤和土壤滲透作用，使污水向四周擴(kuò)散，通過過濾、沉淀、吸附和生物降解作用等過程使污水得到凈化。 地下滲濾系統(tǒng)適用于無法接入城市排水管網(wǎng)的小水量污水處理。

38、污水進(jìn)入處理系統(tǒng)前需經(jīng)化糞池或酸化池預(yù)處理。,各類土地處理類型工藝性能不完全相同，各有優(yōu)缺點(diǎn)，利用兩種不同類型的處理工藝聯(lián)合處理可以發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，提高處理效率，常見的組合有以下幾種： (1)篩濾一地表漫流一快速滲濾 (2)物化預(yù)處理一快速滲濾一慢速滲濾 (3)物化預(yù)處理一濕地處理一地表漫流,污水土地系統(tǒng)的聯(lián)合處理,土地處理法應(yīng)用中應(yīng)注意的幾個問題:,（1）選擇適宜的廢水類型，不是任何廢水都可用土地處理法處理；城市污水及與城市污水水質(zhì)相近的工業(yè)廢水可作灌溉用水。醫(yī)藥、生物制品、化學(xué)試劑、農(nóng)藥、石油煉制、焦化和有機(jī)化工處理后的廢水不適用作灌溉用水（農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)GB5084-92）,（2）選擇

39、適當(dāng)?shù)闹参镱愋?，一般以樹木、?jīng)濟(jì)作物為主，如選用農(nóng)作物，應(yīng)注意在水質(zhì)允許的情況下，還要保證農(nóng)作物不被污染，不減產(chǎn)，而且不要種植蔬菜、果品類植物； （3）做好防滲處理問題，避免污染地下水源； （4）控制進(jìn)水水質(zhì)，不能長期使用含鹽量高的污水，防止土壤鹽堿化； （5）注意防止生物污染（如醫(yī)院廢水不能進(jìn)入系統(tǒng)）防止傳染疾病和對人畜產(chǎn)生危害；,四、污水穩(wěn)定塘處理系統(tǒng),一般不人工強(qiáng)化（不是實(shí)質(zhì)性的人工強(qiáng)化） 與水體自凈過程相似 停留時間較長 通過微生物+水生生物的多種生物的綜合作用，使有機(jī)物降解，進(jìn)而凈化污水 凈化過程包括好氧，兼氧，厭氧三種狀態(tài) DO來源于光和作用 適用各種污水，適用于各種氣候條件 可以

40、實(shí)現(xiàn)從一級到二級到深度處理技術(shù)的全過程，一般相當(dāng)于二級,穩(wěn)定塘是經(jīng)過人工適當(dāng)?shù)男拚耐恋兀O(shè)圍堤和防滲層的污水池塘，主要依靠生物凈化功能使污水得到凈化的一種污水生物處理技術(shù) 。,菌類、藻類,魚、水禽等高級動物,浮游生物,水生動物,水生植物,生物穩(wěn)定塘內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng),在氧化塘中，有機(jī)物是通過兩類微生物的新陳代謝作用去除的。一類是異養(yǎng)微生物, 將有機(jī)物氧化降解，同時產(chǎn)生能量和合成自己新的細(xì)胞；另一類則是藻類，通過光合作用固定二氧化碳，合成新的細(xì)胞并釋放出氧。藻類釋放出的氧供好氧和兼性菌氧化有機(jī)物 ,生成二氧化碳和水。而產(chǎn)生的二氧化碳又可滿足藻類光合作用的需要，以此循環(huán)相輔相成。一些藻類不僅能通過光合

41、作用，而且也通過異養(yǎng)作用進(jìn)行新陳代謝。,穩(wěn)定塘的優(yōu)缺點(diǎn),(1) 優(yōu)點(diǎn) 基建投資低 舊河道、沼澤地、谷地可利用作為穩(wěn)定塘，穩(wěn)定塘系統(tǒng)基建投資低。 運(yùn)行管理簡單經(jīng)濟(jì) 穩(wěn)定塘運(yùn)行管理簡單，動力消耗低，運(yùn)行費(fèi)用較低，約為傳統(tǒng)二級處理廠的1/31/5。 可進(jìn)行綜合利用 實(shí)現(xiàn)污水資源化，如將穩(wěn)定塘出水用于農(nóng)業(yè)灌溉，充分利用污水的水肥資源；養(yǎng)殖水生動物和植物，組成多級食物鏈的復(fù)合生物系統(tǒng)。,(2) 缺點(diǎn) 占地面積大 沒有空閑余地時不宜采用。 處理效果受氣候影響 如季節(jié)、氣溫、光照、降雨等自然因素都影響穩(wěn)定塘的處理效果。 設(shè)計運(yùn)行不當(dāng)時，可能形成二次污染 如污染地下水、產(chǎn)生臭氣和滋生蚊蠅等。,按塘內(nèi)的微生物類

42、型、供氧方式和功能等劃分,好 氧 塘,兼 性 塘,厭 氧 塘,曝 氣 塘,深度處理塘,水生植物塘,生 態(tài) 塘,完全儲存塘,穩(wěn) 定 塘 的 分 類,好氧塘： 深度較淺，陽光能透至塘底，全部塘水內(nèi)都含有溶解氧，塘內(nèi)菌藻共生，溶解氧主要是由藻類供給，好氧微生物起凈化污水作用。,好 氧 塘,（1）高負(fù)荷好氧塘 這類塘設(shè)置在處理系統(tǒng)的前部，目的是處理污水和產(chǎn)生藻類。特點(diǎn)是塘的水深較淺，水力停留時間較短，有機(jī)負(fù)荷高。 BOD5表面負(fù)荷率：0.004-0.016 kg/m2d （2）普通好氧塘 這類塘用于處理污水，起二級處理作用。特點(diǎn)是有機(jī)負(fù)荷較高，塘的水深較高負(fù)荷好氧塘大，水力停留時間較長。 BOD5表面

43、負(fù)荷率：0.002-0.004kg/m2d （3）深度處理好氧塘 深度處理好氧塘設(shè)置在塘處理系統(tǒng)的后部或二級處理系統(tǒng)之后，作為深度處理設(shè)施。特點(diǎn)是有機(jī)負(fù)荷較低，塘的水深較高負(fù)荷好氧塘大。 BOD5表面負(fù)荷率：0.0005kg/m2d,好 氧 塘,種 類,細(xì)菌的降解作用： 有機(jī)物O2H+CO2H2ONH4+ C5H7O2N （A） 藻類的光合作用： 106CO216NO3-HPO42-122H2O18H+C106H263O110N16P138O2 （B）,好 氧 塘,基本工作原理,（細(xì)菌）,（藻類）,塘內(nèi)存在著菌、藻和原生動物的共生系統(tǒng)。塘內(nèi)的藻類進(jìn)行光合作用，釋放出氧，塘表面的好氧型異氧細(xì)菌利

44、用水中的氧，通過好氧代謝氧化分解有機(jī)污染物并合成本身的細(xì)胞質(zhì)（細(xì)胞增殖），其代謝產(chǎn)物CO2則是藻類光合作用的碳源。 塘內(nèi)菌藻生化反應(yīng)可用下式（A）和（B）表示：,藻類光合作用使塘水的溶解氧和pH呈晝夜變化。白天，藻類光合作用使CO2降低，pH上升。夜間，藻類停止光合作用，細(xì)菌降解有機(jī)物的代謝沒有終止，CO2累積，pH下降。 其平衡關(guān)系式如下：,好 氧 塘,基本工作原理,好氧塘內(nèi)的生物種群主要有藻類、菌類、原生動物、后生動物、 水蚤等微型動物。,菌類主要是生存在水深0.5m的上層，濃度為11085109個/ mL，主要種屬與活性污泥和生物膜相同。,原生動物和后生動物的種屬數(shù)與個體數(shù)，均比活性污泥

45、法和生物膜法少。,藻類的種類和數(shù)量與塘的負(fù)荷有關(guān)，它可以反映塘的運(yùn)行狀況和處理效果。,好 氧 塘,好氧塘內(nèi)的生物種群,兼性塘：兼性塘的深度較大，上層是好氧區(qū)，藻類的光合作用和大氣復(fù)氧作用使其有較高的溶解氧，由好氧微生物起凈化污水作用；中層的溶解氧逐漸減少，稱兼性區(qū)（過渡區(qū)），由兼性微生物起凈化作用；下層塘水無溶解氧，稱厭氧區(qū)，沉淀污泥在塘底進(jìn)行厭氧分解。,兼 性 塘,好氧區(qū)對有機(jī)污染物的凈化機(jī)理與好氧塘相同。 兼性區(qū)的塘水溶解氧較低。異氧型兼性細(xì)菌，它們既能利用水中的溶解氧氧化分解有機(jī)污染物，也能在無分子氧條件下，以NO3-、CO32-作為電子受體進(jìn)行無氧代謝。 厭氧區(qū)無溶解氧。污泥層中的有機(jī)

46、質(zhì)由厭氧微生物對其進(jìn)行厭氧分解，其厭氧分解包括酸發(fā)酵和甲烷發(fā)酵兩個過程。發(fā)酵過程中未被甲烷化的中間產(chǎn)物進(jìn)入塘的上、中層，由好氧菌和兼性菌繼續(xù)進(jìn)行降解。而CO2、NH3等代謝產(chǎn)物進(jìn)入好氧層，部分逸出水面，部分參與藻類的光合作用。 兼性塘不僅可去除一般的有機(jī)污染物，還可以有效地去除磷、氮等營養(yǎng)物質(zhì)和某些難降解的有機(jī)污染物。,兼 性 塘,工 作 原 理,兼性塘的有效水深一般為1.02.0m。,曝氣塘：曝氣塘采用人工曝氣供氧，塘深在2m以上，全部塘水有溶解氧，由好氧微生物起凈化作用，污水停留時間較短。,完 全 混 合 曝 氣 塘,部 分 混 合 曝 氣 塘,曝氣塘,曝氣塘是在塘面上安裝有人工曝氣設(shè)備的

47、穩(wěn)定塘。,曝 氣 塘,曝氣塘出水的懸浮固體濃度較高，排放前需進(jìn)行沉淀，沉淀的方法可以用沉淀池，或在塘中分割出靜水區(qū)用于沉淀。若曝氣塘后設(shè)置兼性塘，則兼性塘要在進(jìn)一步處理其出水的同時起沉淀作用。 曝氣塘的水力停留時間為310d，有效水深26m。曝氣塘一般不少于3座，通常按串連方式運(yùn)行。,完全混合曝氣塘中曝氣裝置的強(qiáng) 度應(yīng)能使塘內(nèi)的全部固體呈懸浮狀 態(tài)，并使塘水有足夠的溶解氧供微 生物分解有機(jī)污染物。,部分混合曝氣塘不要求保持全部 固體呈懸浮狀態(tài)，部分固體沉淀并 進(jìn)行厭氧消化。其塘內(nèi)曝氣機(jī)布置 較完全混合曝氣塘稀疏。,完 全 混 合 曝 氣 塘,部 分 混 合 曝 氣 塘,曝氣塘的兩種類型,厭氧塘

48、：厭氧塘的塘深在2m以上，有機(jī)負(fù)荷高，全部塘水均無溶解氧，呈厭氧狀態(tài)，由厭氧微生物起凈化作用，凈化速度慢，污水在塘內(nèi)停留時間長。,厭氧塘,厭氧塘對有機(jī)污染物的降解，與所有的厭氧生物處理設(shè)備相同，是由兩類厭氧菌通過產(chǎn)酸發(fā)酵和甲烷發(fā)酵兩階段來完成的。即先由兼性厭氧產(chǎn)酸菌將復(fù)雜的有機(jī)物水解、轉(zhuǎn)化為簡單的有機(jī)物(如有機(jī)酸、醇、醛等)，再由絕對厭氧菌（甲烷菌）將有機(jī)酸轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳等。 由于甲烷菌的世代時間長，增殖速度慢，且對溶解氧和pH敏感，因此厭氧塘的設(shè)計和運(yùn)行，必須以甲烷發(fā)酵階段的要求作為控制條件，控制有機(jī)污染物的投配率，以保持產(chǎn)酸菌和甲烷菌之間的動態(tài)平衡。 應(yīng)控制塘內(nèi)的有機(jī)酸濃度在3000

49、mg/L以下，pH為6.57.5，進(jìn)水的BOD5：N：P=100:2.5:1,硫酸鹽濃度應(yīng)小于500mg/L，以使厭氧塘能正常運(yùn)行。,厭 氧 塘,基 本 工 作 原 理,厭氧塘的設(shè)計通常是用經(jīng)驗數(shù)據(jù)，采用有機(jī)負(fù)荷進(jìn)行設(shè)計的。設(shè)計的主要經(jīng)驗數(shù)據(jù)如下： 有機(jī)負(fù)荷 有機(jī)負(fù)荷的表示方法有三種：BOD5表面負(fù)荷（kgBOD5/hm2d）、BOD5容積負(fù)荷（kgBOD5/m3d ）、VSS容積負(fù)荷（kgVSS/m3d）。我國采用BOD5表面負(fù)荷。處理城市污水的建議負(fù)荷值為200600kg/（hm2d）。對于工業(yè)廢水，設(shè)計負(fù)荷應(yīng)通過試驗確定。 厭氧塘一般為矩形，長寬比為2:12.5:1。單塘面積不大于4hm2。塘水有效深度一般為2.04.5m,儲泥深度大于0.5m，超高為0.61.0m。 厭氧塘的進(jìn)水口