污水处理稳定塘工艺机理分析及设计方法

污水处理稳定塘工艺机理分析及设计方法

1 稳定塘在热带地区的适用性

世界各地用稳定塘处理污水，特别是城镇污水，已有多年的历史。对稳定塘的科学研究并推行合理的设计方法始于本世纪初，第一座科学设计与管理的稳定塘于1901年在美国的德克萨斯州兴建，到本世纪50～60年代，稳定塘技术得到迅速的发展。近几年来，用稳定塘处理城市污水的比例在逐年提高，在世界各地都有兴建，但就其工艺特点而言，更适用于热带国家。

在欧洲、北美洲和亚洲普遍应用的常规的初级和二级污水处理和污泥处理工艺在非洲地区热带国家却相对采用得较少，原因如下：

1.1 费用

与污水稳定塘工艺流程相比，在工程投资和运转费用上，常规的污水处理流程相对较贵。几乎没有几个非洲国家有加工制造常规处理法所需要的复杂设备的能力。因此，这些常规处理法所需的设备就要靠用外汇进口，而外汇又是这些国家尤其短缺的东西。

1.2 维护与维修

常规处理法需要大量的机电设备，这些设备又只有在较高的维护条件下才能正常运转，这样的维护水平在大多数非洲国家是不可能作到的，即使在个别国家有一些具有这种维护水平的人员，他们大多也是受雇于机械制造厂而不是污水处理厂。但有一点也是不可否认的事实，即在非洲有一些已建成的常规处理法的污水处理厂，但目前只有其中一小部分在正常运转，而且基本上都是在这些国家的首都。

1.3 工艺流程本身

①常规的污水处理法主要目的在于去除有机物，如B0D，以防止其对所排放的水体的污染，一般很少注意对粪便病原体的控制。然而，在非洲的发展中国家对污水中粪便病原体的控制要求要比对污水中B0D的去除更加重要。

②污泥的处理既困难又费钱，一般讲，常规法中污泥处理费用约占总处理费用的40％以上。

③气味的产生与释放在较热的气候条件下是个非常敏感的问题，尤其是使用低速生物滤池时，造成苍蝇大量繁殖，更是一个令人头痛的问题。

而污水稳定塘在以上这几个方面都不是问题，无论从工程造价和运转费用上讲都是较低的，而且也不需要大量的机电设备，从而减弱了维护、维修的工作量，另外省去了污泥处理构筑物。通过适当合理的设计，可以避免气味产生，只是兴建稳定塘要比建常规处理厂占地面积大些。然而，用地问题在非洲国家并不是很尖锐的。由此可见，稳定塘是该地区的适合工艺。

该处理工艺在非洲已应用了多年，如肯尼亚、南非、津巴布维和博茨瓦纳等国家都建有多座污水稳定塘，并取得了许多应用经验。

2 稳定塘的设计方法探讨

污水稳定塘一般呈矩形，原污水进入塘中，由藻类和细菌对其进行自然的净化。适用于非洲的污水稳定塘包括三种塘——厌氧塘、兼性塘和熟化塘。各个塘都有其各自的功能。厌氧塘主要用于高浓度污水的预处理，兼性塘主要用于去除B0D，熟化塘用来去除粪便病原体。厌氧塘和兼性塘的尺寸设计是控制稳定塘系统中产生气味和滋生蚊蝇的关键。通过正确合理的设计完全可以避免这些问题的产生。最终出水水质的差别在于熟化塘的尺寸与数量，

因此在非洲适用的处理城市污水的稳定塘系统可以使用下列系统中的一种：

根据稳定塘在非洲应用的经验，只使用一座兼性塘，运行效果不好。而熟化塘在热带国家对病原体的去除率非常高，如对大肠杆菌的去除率可在99.999％。

2.1 厌氧塘设计

厌氧塘的特点是容纳和处理高有机负荷污水，这种塘的整个深度都处于厌氧状态，其功能有些类似于化粪池，对B0D的去除率非常高，当水力停留时间为一天时，去除率可达50％，污水中的固体物质进入塘后沉于塘底厌氧消化，同时也产生污泥的集聚，根据在非洲的运行经验，塘底集泥量为0.03～004M3（人·年）。所以每3～5年需清泥一次，厌氧塘的使用可以大大减少随后的兼性塘的容积，实际上消除了兼性塘夏季运转时常出现的污泥漂浮问题，使随后的处理塘中不致形成大量的污泥集聚。

在厌氧塘设计中一个重要的因素是要控制不良气味的产生，合理的设计条件是将B0D 容积负荷控制在400g／（m3·d）以下，控制进水中硫酸根浓度在100mg／l以下，创造一个适合于甲烷发酵的环境，从而避免气味的产生。

在设计中，最实用的方法是用B0D容积负荷法：

λv＝L1Q／V （1）

式中λv——BOD容积负荷（g／（m3·d））；

L1——进水BOD（mg／l，或g／m3）；

Q——进水流量（m3／d）；

V——塘容积（m3）；

V／Q——水力停留时间（t）。

λv＝L1／t （2）

依据非洲的经验，在设计中BOD容积负荷值可取100～400g／（m3·d），建议设计取250g／（m3·d），当λv低于100g／（m3·d）时，则难于维持塘中全部的厌氧状态，λv 高于400g／（m3·d）时，则容易产生不良气味。当由上式计算出的水力停留时间t值低于1d时，则说明此种污水不宜于用厌氧塘处理，因其浓度太低，也就是说，当污水B0D浓度低于250mg／L时，停留时间小于1d，则不应使用厌氧塘，污水应直接进入兼性塘处理。

B0D的去除率与污水在厌氧塘中的停留时间有直接关系，在温度为20～25℃范围时，可以采用表1的设计值。

污水停留时间与去除率关系表1 停留时间（d）1 2.5 5

BOD去除率（%）50 60 70

当温度范围降至15～20℃时，其去除率约降低25％。

如果在一级厌氧塘后再加一级停留时间为0.3～0.5d的二级厌氧塘，用来截留污水中的悬浮固体则效果更好，可以保证流入后面兼性塘中的固体量控制在最低水平。

2.2 兼性塘设计

兼性塘是处理塘系统中最常用的塘，其停留时间也相对较长，适应冲击负荷，当污水浓度不是很高时，则直接进入兼性塘，在兼性塘的上层水中，藻类通过光合作用产生氧，在细菌的作用下使用有机物被氧化分解，同时随污水人塘的悬浮固体沉淀于塘底，形成10～15cm 厚的泥层，此泥层处于厌氧状态并进行厌氧酸性发酵和甲烷发酵过程，此过程可去除污水中