第八章 污水的自然生物处理

鱼类
水生植物
水禽（鸭、鹅）
图6-2 稳定塘内主要的食物链网
②稳定塘内各种物质的转化
污水
有机碳 C
合成 解体
细菌
分解代谢
分 解 处理水
不 溶 性 有 机 碳
CO2
无机碳 CO2 HCO3-
分 解
解体
光合作用 呼吸作用
沉
藻类
淀
CH4
沉
淀
沉积物
图6-3
y碳的转化与循环 稳定塘内碳元素的转化和循环
碳 a、细菌的新陈代谢作用，使溶解性有机碳转化为 CO2合成细
的
菌增殖；
转 b、藻类光合作用吸收CO2,呼吸时又放出CO2；
化 途
c、死亡的细菌，藻类沉入池底，分解为有机碳与无 机碳；
径 d、塘底的厌氧发酵反应，对不溶解的有机碳分解。
※综合作用的结果：溶解性有机物的降解，和细菌、藻类的增殖
※塘水的PH值有变化
CO2+H2O 高
H2CO3
HCO3- +H+ 白天左移 夜间右移pH值升
硝化菌（绝对好氧菌，一般只存活在深度处理塘）
②藻类 稳定塘为菌藻共生体系，藻类具有叶绿体，含有叶绿素，能够通过这
些色素进行光合作用，是塘水中DO的主要供应者。 白昼 吸收CO2，放出O2 夜间 内源呼吸，消耗O2，放出CO2
常 绿藻——最常见的，单细胞或多细胞的绿色藻类 见 蓝绿藻（蓝藻）——机体构造简单，藻体为单细胞及丝状体 藻 褐藻 类 蓝绿藻能够代谢产生H2S能够将大气中的N2固定
①稳定塘生态系统中不同种群的关系
y菌藻共生关系
C11H28O7H+14O2+H J 11CO2+13H2O+NH4+
式 (6-1)
1.56gO2/go（每分解1g有机物需氧1.56g）
藻类的分子式：C106H263O110N16P (植物性浮游生物）
其光合反应：
106CO2+16NO3-+HPO42-+122H2O+18H+ J
好氧微生物的代谢作用
¾ 在稳定塘内，污水净化最关键的作用仍是在好氧 条件下，异养型好氧菌和兼性菌对有机物都是在 这种作用下而得以去除的。
¾ 当稳定塘内生态系统处于良好的平衡状态时，细 菌的数目能够得到自然的控制。当采用多级稳定 塘系统时，细菌数目将随着级数的增加而逐渐减 少。
¾ 稳定塘由于好氧微生物的代谢作用，能够取得很 高的有机物去除率，BOD5可去除90％以上，COD去 除率也可达80％。
8.1.3.稳定塘净化过程的影响因素
(1)温度 (2)光照 (3)混合 (4)营养物质 (5)有毒物质 (6)蒸发量和降雨量
稳定塘
• 好氧稳定塘 主要特征： －水深0.1~0.5m，阳光能直透塘底 －DO高，藻类生长繁茂 －主要功能微生物：好氧微生物 －HRT为2~6d，BOD5去除率80％ 缺点： －出水藻类高 －占地面积大
厌氧微生物的代谢作用
• 在兼性塘的塘底沉积层和厌氧塘内，溶解 氧全无，厌氧细菌得以存活，并对有机污 染物进行厌氧发酵分解，这也是稳定塘净 化作用的一部分。 在厌氧塘和兼性塘的塘 底，有机污染物一般能够经历厌氧发酵3个 阶段的全过程，即水解阶段、产氢产乙酸 阶段和产甲烷阶段的全过程，最终产物主 要是CH4和CO2以及硫醇等。
CO3-+H2O HCO3-+OH- 白天右移 夜间左移 pH值降低
y氮的转化与转移 污
挥发
水
处 理
N2反
水
硝
化
有机氮 Org- N
合
解
成
体
细菌
氨化 合成 解体
氨氮 光NH3- N 合
解 体
藻类
硝化 合成
硝酸盐氮 NO3- N
合成
N2 固氮作用
沉淀 沉积物
沉淀
反硝化
图6-4 氮在稳定塘内的转化与循环过程
1、稳定塘中的生物及其生态系统
（1）稳定塘中的生物 细菌 藻类 微型动物 水生植物及其他水生动物
①细菌——降解有机物起主要作用 兼性异样菌（好氧塘和兼性塘好氧区，及兼性区存在）
常 好氧菌和兼性菌——种属多 见 产酸菌（兼性异氧菌）分解有机物产生乙酸等和醇类） 细 厌氧菌（厌氧塘和兼性塘污泥区，将有机酸转化为 菌 CH4+CO2，脱硫弧菌-绝对厌氧菌）
3(南方)~15(北方)
3(南方)~5(北方)
2~5(空塘) 1~3(填料塘)
BOD负荷(5kg/km2.d)
100~200 10~20
20(北方)~50(南方)
2000~3000(最高) 200~300(最低)
BOD5去除率(%)
80~95 80~95
70~90
60(冬季)~90(夏季)
水力负荷(m3/5km2.d) 接 纳 经 过 一 级 处 理 污 水 时 200~250m3/5km2.d 接纳经过二级处理污水时为4000~5000m3/5km2.d
塘。 ¾稳定塘是经过人工适当修整的土地，设围
堤和防渗层的污水池塘，主要依靠自然生 物净化功能使污水得到净化的一种污水生 物处理技术。 ¾污水在塘中的净化过程与自然水体的自净 过程相近。
稳定塘的分类
¾ 根据塘水中微生物优势群体类型和塘水的溶解氧 工况来划分，即： (1)好氧稳定塘，简称好氧塘 (2)兼性稳定塘，简称兼性塘 (3)厌氧稳定塘，简称厌氧塘 (4)曝气稳定塘，简称曝气塘 (5)深度处理塘
¾土地处理系统 ●净化机理同土壤的自净 ●辅以植物作用 氧的来源：植物
主要内容
8.1 稳定塘的基本原理 8.2 好氧塘 8.3 兼性塘 8.4 厌氧塘 8.5 曝气塘与深度处理塘 8.6 常规稳定塘的设计原则 8.7 污水的土地处理系统
8.1.1 概述
¾稳定塘(Stabilization Ponds)，我国又习 称氧化塘(Oxidation Ponds)，又名生物
¾ 污水进入稳定塘后，由于流速降低，其所挟带的 悬浮物质，在重力作用下，沉于塘底。使污水的 各项指标都得到降低。
¾ 在稳定塘的塘水中含有大量的生物分泌物，这些 物质一般都具有絮凝作用，在它们的作用下，污 水中的细小悬浮颗粒产生了絮凝作用，小颗粒聚 集成为大颗粒，沉于塘底成为沉积层。沉积层则 通过厌氧分解进行稳定。
浮游生物的作用
¾ 在稳定塘内存活着多种浮游生物，它们各自从不 同的方面对稳定塘的净化功能发挥着作用。
¾ 藻类的主要功能是供氧，同时也起到从塘水中去 除某些污染物，如氮、磷的作用。
¾ 原生动物、后生动物及枝角类浮游动物在稳定塘 内的主要功能是吞食游离细菌和细小的悬浮状污 染物和污泥颗粒，可使塘水进一步澄清。此外， 它们还分泌能够产生生物絮凝作用的粘液。
¾ 根据塘的功能，还存在熟化塘和生态塘 ¾ 根据处理水的出水方式，稳定塘又可分为连续出
水塘、控制出水塘与贮存塘3种类型
稳定塘－我国稳定塘主要设计参数：
好气塘
兼性塘
厌氧塘
塘深(m) 停留时间(d)
0.2~0.3 0.5~1.5
2~6 3~10
1~1.5(BOD5>100mg/L) 1.5~2.5(BOD5≤100mg/L)
c、有机磷在细菌作用下的净化分解——稳定塘能去处磷50-70%
y有害物质的转化
a、生物降解作用——微生物对苯、酚、腈、有机染料、农 药、多氯联苯
b、吸附与吸收作用：水生植物的根系适于微生物的生长并吸 收重金属
c、螯合与沉淀作用
稳定塘对污水的净化作用
• 稳定塘在下面6个方面对污水产生净化作用: (1)稀释作用 (2)沉淀和絮凝作用 (3)好氧微生物的代谢作用 (4)厌氧微生物的代谢作用 (5)浮游生物的作用 (6)水生维管束植物的作用
y氮的转化与转移
a、氨化作用使有机氮生成氨氮进而硝化 b、硝化作用使NH4+-N转化为NO3--N
2NH3+4O2=2HNO3+2H2O+能 c、反硝化作用：NO3—N转化为N2
2HNO3+CH3COOH=2H2O+2HCO3-+N2 d、挥发作用：HRT长，温度较高的环境下，NH3挥发至大气， N2
第八章 污水的自然生物处理系统
自然条件下的生物处理法主要有水体净化 法和土壤净化法两类
¾水体净化法：好氧塘、兼性塘、曝气塘和 厌氧塘四种类型 ¾废水的土地处理：土壤渗滤和污水灌溉
自然生物处理法
• 优点：
¾ 费用低廉 ¾ 运行管理简便 ¾ 对难生化降解有机物、氮磷营养物和细菌的去除率
都高于常规二级处理，达到部分三级处理的效果 ¾ 基建费用和处理成本只分别为二级处理厂的l／5～l
稀释作用
¾污水进入稳定塘后，在风力、水流以及污 染物的扩散作用下，与塘内已有塘水进行 一定程度的混合，使进水得到稀释，降低 了其中各项污染指标的浓度。
¾稀释作用是一种物理过程，稀释作用并没 有改变污染物的性质，但却为进一步的净 化作用创造条件。
沉淀和絮凝作用
¾ 自然沉淀与絮凝沉淀对污水在稳定塘的净化过程 中起到一定的作用。
稳定塘－好氧稳定塘主要设计参数：
参数 BOD负荷 (Kg/104m2.d) HRT(d)
H(m)
BOD去除率(%)
温度范围(℃) 藻类浓度 （mg/L）
b、沉水植物——根生长于底泥中，叶、茎全部沉没水中， 仅在开花时，花开在水面上
y只能在塘水深较高，有机物负荷低和能有光照的地区生长 y其作用同“浮水植物” y沉水植物是鸭、鹅的饲料 常见的有马来眼子莲
c、挺水植物——根生长于底泥中，叶、茎则挺出水面，常 见水葱为深绿色，芦苇是浅绿色，其作用于上述两种植物 相同，但只能生长于浅水中，收割季节需放水 ⑤其它水生植物 放养水禽，建立良好的生态系统，鱼吞食藻类，鸭鹅吞食水草。
• 稳定塘净化机理-菌藻共生系统
O２
风
O２
阳光
光合作用 流入污水
藻类 新细胞
藻类
可
沉
物
质
好氧分解
污 泥 厌氧分解 层
O２
有机 污染物
细菌 衰死细菌
有机污染物 厌氧发酵 有机 酸醇
好
CO２ ＋
NH3 H2O
处理水
氧 区ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
PO42
细菌 新细胞 CH4CO2NH3 兼
性
区
厌氧发酵
甲烷
厌 氧
区
图8—1 稳定塘内典型的生态系统
营养物质的去除效果。 a、浮水植物——漂浮在水面、直接从大气中吸O2、CO2， 从塘水中吸取营养物质。
凤眼莲——即水葫芦，具有较强的耐污性，去污能力强
净化过程： O2通过根、茎输送到根部，释放于水中； 凤眼莲本身也直接吸收水中的有机物和无机物; 水层是好氧，底部是厌氧，可有利于硝化和反硝化; 种植在高负荷的稳定塘里，并可回收作为“青贮饲料”.
③原生动物和后生动物
y与活性污泥中不一样，表现在不规则和数量不相等两方面。 原生动物和后生动物不完全作为指示性生物考虑 y水蚤——枝角类，捕食（细菌和藻类）出现水蚤表明水质清 澈，水蚤能吞食粒状物质，分泌粘液性物质。 y摇蚊幼虫——使底泥量减少
④水生植物 种植“水生维管束植物”能提高塘对有机物和N、P等无机
C106H263O110N16P+118O2 1.244gO2/g藻（每合成1g藻类，放出1.244g氧气）
式（6-2）
有机物降解生成藻类，藻类也为有机体； 藻类吸收水中的CO2，藻类的数量（有机体的数量>进水） 溶解性的有机物生成较稳定的形态的有机体（藻类细胞）
y稳定塘内的食物链网
细菌 藻类
原生动物 好氧微生物
占大气的21%； e、吸收作用:微生物及各种水生植物，吸收铵态氮或硝酸氮合成其
本身的有机体； f、分解作用：衰死的细菌和藻类解体后，形成溶解性的有机氮和沉
渣物， 沉淀层中的有机N在厌氧菌的作用下也可得到分解。
y磷的转化与循环 进水中，含有有机磷及溶解性的无机磷酸盐
细菌
分
吸
解
收
藻类
分解
沉 淀
吸收
污水
溶解性 无机磷 有机磷
分解 沉淀
不溶性 无机磷 有机磷
处理水
图6-5 磷在稳定塘内的转化与循环
y磷的转化与循环
进水中，有机磷也有溶解性的无机磷酸盐
a、细菌、藻类吸收无机磷转化为有机磷（满足生命活动— —有机磷）
b、溶解性P与不溶解性P的互相转化
白天，PH上升，磷酸盐易于沉淀 夜间，PH下降，磷酸盐易于溶解
／3和l／20～l／10，在一定条件下，生物稳定塘还 能作为养殖塘加以利用 ¾ 污水灌溉则可将废水和其中的营养物质作为水肥资 源利用，获得除害兴利、一举两得的效果
近十多年来，污水自然处理技术又恢复了生机，并 在国内外得到迅速发展
污水自然净化处理（生态处理）方法
¾氧化塘（又称稳定塘或生物塘） ●净化机理同水的自净 ●菌藻共生系统： 氧的来源：藻类；CO2：细菌呼吸的原料
水生维管束植物的作用
在稳定塘内，水生维管束植物主要在下面几方面对 水质净化起作用。 ¾ a．水生植物吸收氮、磷等营养，使稳定塘去除 氮、磷的功能有所提高。 ¾ b．水生植物的根部具有富集重金属的功能，可提 高重金属的去除率。 ¾ c．每一株水生植物都象一台小小的供氧机，向塘 水供氧。 ¾ d．水生植物的根和茎，为细菌和微生物提供了生 长介质，去除BOD和COD的功能有所提高。