第二十讲自然生物处理 - 上海交通大学环境科学与工程学院

（3）做好防渗处理问题，避免污染地下水源； （4）控制进水水质，不能长期使用含盐量高的污水，防止土
壤盐碱化； （5）注意防止生物污染（如医院废水不能进入系统）防止传
染疾病和对人畜产生危害；
思考题
以兼性塘为例，说明其生态系统组成。 稳定塘对污水的净化作用有哪些。 湿地处理系统有哪些类型，说明其工艺特征。 简述地下渗滤系统的工作原理。
昆安高速公路污水处理
863深圳生态砾石试验系统
生态砾石接触氧化中试系统： 考察生态砾石系统对污水中有机物及氮磷 沿流程去除特性,以及在不同溶解氧条件下有机氮磷无机化效果。
空气
绿化草皮
出水
进水
曝气系统
生态砾石接触氧化床
排泥
生态砾石接触氧化污水净化工艺流程图
工艺选择和工艺参数
土地处理系统工艺类型的选择，主要是根据土壤 性质、透水性、地形、作物种类、气候条件和对 废水处理程度的要求等来选择。根据需要有时采 用复合土地处理系统，如地表漫流与湿地处理相 组合。 土地处理系统的主要工艺参数为负荷率。常用的 负荷率有水量负荷和有机负荷，有时还辅以氮负 荷和磷负荷。
上海老港垃圾填埋场的好氧塘和曝气塘
1.4 稳定塘的优缺点
优点
• 基建投资少 • 运行管理简单，运行费用低 • 可进行综合利用，实现污水资源化。
缺点
• 占地面积大，无空闲用地不宜采用； • 处理效果受季节、气温、光照等自然因素影响大； • 可能造成二次污染（如防渗处理不当、臭气、蚊蝇）。
2 稳定塘的净化机理
预处理设备 调节贮存设备 输送、布水及控制系统 土地净化田 净化出水的收集与利用系统
类型
• 慢速渗滤（Slow Rate Infiltration） • 快速渗滤（Rapid Infiltration） • 地表漫流 （Overland Flow） • 湿地 （Wetland） • 地下渗滤 （Subsurface Infiltration）
• 微生物生物降解 • 水生植物根系吸附、吸收 • 螯合及沉淀作用
2.3 净化过程的影响因素
温度：太阳热源，塘内温度分层现象 光照：藻类对光利用限值—光饱和值 混合：风力为主＋人工 营养物质：要适当 有毒物质：要加以限制 蒸发量、降雨量 污水的预处理：悬浮物、油脂、pH、有毒有害物
3好氧塘的设计（272页）
氮主要是通过植物吸收，微生物脱氮（氨 化、硝化、反硝化），挥发、渗出（氨在碱 性条件下逸出、硝酸盐的渗出）等方式被去 除。其去除率受作物的类型、生长期、对氮 的吸收能力，以及土地处理系统等工艺因素 的影响。
BOD的去除 磷和氮的去除 悬浮物质的去除 病原体的去除 重金属的去除
污水中的悬浮物质是依靠作物和土壤颗粒 间的孔隙截留、过滤去除的。土壤颗粒的大小、 颗粒间孔隙的形状、大小、分布和水流通道， 以及悬浮物的性质、大小和浓度等都影响对悬 浮物的截留过滤效果。若悬浮物的浓度太高、 颗粒太大会引起土壤堵塞。
水体的自净作用 概述
• 定义 • 发展 • 分类
稳定塘的净化机理 稳定塘的设计
稳定塘
物理净化 化学净化 生物净化
水体的自净作用
水体的氧平衡（氧垂曲线）
第一段,耗氧速率大于复氧 速率，水中溶解氧含量大幅 度下降，亏氧量增加，直至 耗氧速率等于复氧速率， DO浓度最低点处，亏氧量 最大，称为临界亏氧点或氧 垂点；
重金属的去和主要是通过物理化学吸附， 化学反应与沉淀等途径被去除的。重金属离 子在土壤胶体表面进行阳离子交换而被置换、 吸附，并生成难溶性化合物被固定于矿物晶 格中；重金属于某些有机物生成可吸性鳌合 物被固定于矿物质晶格中；重金属离子于土 壤的某些组分进行化学反应，生成金属磷酸 盐和有机重金属等沉积于土壤中。
好氧塘的座数一般不少于3座，规模很小时不少 于2座。 按照有机负荷（kg/m2.d）进行计算。高负荷 0.004-0.016，普通0.002-0.004，深度0.0005 采用矩形，长宽比为2～3:1，塘深：0.5-1.0米。 塘堤外坡4～5：1，内坡3～2：1，面积不超过 40000平方米，一般以塘深的1/2处的面积作为计 算塘面，超高大于0.5米。
BOD的去除 磷和氮的去除 悬浮物质的去除 病原体的去除 重金属的去除
污水经土壤处理后，水中大部分的病菌和 病毒可被去除，去除率可达92％～97％。其去 除率与选用的土地处理系统工艺有关，其中地 表漫流的去除率较低，但若有较长的漫流距离 和停留时间，也可以达到较高的去除效率。
BOD的去除 磷和氮的去除 悬浮物质的去除 病原体的去除 重金属的去除
• 水深较浅，一般在0.3～0.5m; • 主要靠塘内藻类的光合作用供氧的氧化塘； • 阳光能直接射透到池底，藻类生长旺盛，塘面风力搅
动进行大气复氧 • 全部塘水都是好氧状态。
兼性塘（Facultative Ponds）
• 1米以上 • 上层好氧区，好氧菌 • 中层兼性区，兼性菌 • 底部厌氧层；
厌氧塘（Anaerobic Ponds）：深度2米以上，负 荷高，厌氧；
处理技术列为国家重点科技攻关项目 • “九五”、“十五”流域治理中发挥重要作用。 • “十一五”水体污染治理专项，面源污染控制
我国代表性稳定塘
湖北省鄂城县鸭儿湖稳定塘 齐齐哈尔市稳定塘 山东胶州市稳定塘 内蒙古满洲里市稳定塘 新疆克拉玛依稳定塘 上海
1.3 稳定塘的分类
好氧塘（Aerobic Ponds）
磷的转化与循环
• 细菌藻类吸收无机磷化 合物，转化为有机磷；
• 溶解磷和不溶磷之间相 互转化：白昼pH高， 磷酸盐易沉淀，夜间 pH降低，部分已沉淀 磷酸盐重新溶解；水中 存在三氯化铁等物质， 形成磷酸铁沉淀；水中 存在硝酸盐促使沉淀中 的磷转化为溶解性磷；
• 有机磷在细菌作用下分 解
有害物质（合成有机物、重金属离子）的转化
污水的土地处理
概述 土地处理系统对污水的净化机理 土地处理Leabharlann 统的工艺 土地处理系统应注意的几个问题
1 概述
涵义
• 是在人工调控下，将污水投配在土地上，通过土壤微生物-植物组成的生态系统进行一系列物理、化学、 物理化学和生物化学的作用，使污水中的污染物净化 的处理方法。
• 源于污水灌溉
污水土地处理系统的组成
花叶水葱
水芹
水菖蒲
原（后）生动物（消费者）：无规律，不宜作为 指示生物 水生动物（消费者）
• 杂食性鱼类（鲤鱼、鲫鱼） • 水禽（鸭、鹅）
2.2 稳定塘对污水的净化作用
稀释作用 沉淀、絮凝作用 好氧微生物代谢作用 厌氧微生物代谢作用 藻类作用 浮游生物的作用 水生植物的作用
物质的迁移和转化
碳的转化与循环
1.2 发展
一种古老的污水处理技术, 20世纪50年代得到较快发展 美国20000多座、德国3000多座、加拿大1000多座； 我国环境保护技术政策规定：“城市废水处理应推行废水 处理厂与氧化塘土地处理系统相结合的政策”
• 我国50年代末，开始试验研究 • 80-90年代，迅速发展，到1990年118座； • “七五”、“八五”两个五年计划期间，国家 均将城市污水稳定塘
兼性塘的设计（273页）
• BOD表面负荷0.0002－0.01kg/m2.d, • 单塘面积应小于4ha， • 塘深1.2‾2.5米， • 底泥层厚度0.3米。
厌氧塘的设计：
• 面积负荷：0.03-0.08kgBOD/m2.d, • 有机酸浓度3000mg/L以下， • pH6.5-7.5， • C:N20：1， • 远离住宅500米以上。
水处理工程
第二十讲 自然生物处理 Natural Treatment System
水体净化法和土壤净化法
• 稳定塘和土地处理 Stabilization Ponds and Land Treatment
氧化塘和养殖搪，统称为生物稳定塘，其净化机 理与活性污泥法相似；
土壤渗滤和污水灌溉，统称为废水的土地处理， 其净化机理与生物膜法相似。
水生植物（生产者）：去除营养盐、重金属、有 机物等
• 浮水植物（水葫芦、浮萍、水浮莲、水花生） • 沉水植物（马来眼子菜），沉于底泥中，浅水中生长 • 挺水植物（水葱、芦苇），优良的互堤植物
沉水植物
苦草
海菜花
黑藻
百叶草
狐尾藻
浮水植物
睡莲
蕹菜 空心采
凤眼莲 水葫芦
浮叶眼子菜
挺水植物
千屈菜 芦苇
第二段，复氧速率超过耗氧 速率，水中溶解氧开始回 升，亏氧量逐渐减少，直至 转折点；
第三段，溶解氧含量继续回 升，亏氧量继续减少，直至 恢复到排污口前的状态。
污水排入后，DO曲线呈 悬索状下垂，故称氧垂曲 线；BOD5曲线呈逐步下 降状，直至恢复到污水排 入前的基本浓度。
1.1 概述
稳定塘（Stabilization Ponds ） 氧化塘（Oxidation Ponds ） 生物塘：氧化塘和养殖搪 利用天然池塘、河堤、洼地等经过人工修整的 土地，设围堤和防渗层的污水池塘，依靠自然 生物净化功能的一种污水处理技术。 多用于处理中、小城镇生活污水
• 细菌代谢（分解、 合成）
• 藻类光合作用和呼 吸作用
• 池底不溶性有机物 及沉积的细菌、藻 类机体池底，经厌 氧发酵分解为有机 碳和无机碳
• 菌、藻活动影响昼 夜pH变化
CO2 + H 2O ⇔ H 2CO3 ⇔ HCO3− + H + CO32− + H 2O ⇔ HCO3− + OH −
H 2O ⇔ OH − + H +
4 应注意的几个问题
（1）选择适宜的废水类型，不是任何废水都可用土地处 理法处理；城市污水及与城市污水水质相近的工业废 水可作灌溉用水。医药、生物制品、化学试剂、农药、 石油炼制、焦化和有机化工处理后的废水不适用作灌 溉用水（农田灌溉水质标准GB5084-92）