第九章 污水的自然处理

第一节 氧化塘第一节 氧化塘

第二节 污水土地处理系统第二节 污水土地处理系统

第一节 氧 化 塘

氧化塘又名稳定塘或生物塘。

稳定塘对污水的净化过程与自然水体的自净过程相似，是一种利用天然净化能力处理污水的生物处理设施。

稳定塘多用于小型污水处理，可用作一级处理、二级处理，也可用作三级处理。

概 述

按塘内的微生物类型、供氧方式和功能等划分

好 氧 塘

兼 性 塘

厌 氧 塘

曝 气 塘

深度处理塘

水生植物塘

生 态 塘

完全储存塘

常见

其他

稳 定 塘 的 分 类

好 氧 塘

兼 性 塘

厌 氧 塘

曝 气 塘

深度处理塘

好氧塘的深度较浅，阳光能透至塘底，全部塘水内都含有溶解氧，塘内菌藻共生，溶解氧主要是由藻类供给，好氧微生物起净化污水作用。

兼性塘的深度较大，上层是好氧区，藻类的光合作用和大气复氧作用使其有较高的溶解氧，由好氧微生物起净化污水作用；中层的溶解氧逐渐减少，称兼性区（过渡区），由兼性微生物起净化作用；下层塘水无溶解氧，称厌氧区，沉淀污泥在塘底进行厌氧分解。

厌氧塘的塘深在 2m 以上，有机负荷高，全部塘水均无溶解氧，呈厌氧状态，由厌氧微生物起净化作用，净化速度慢，污水在塘内停留时间长。

曝气塘采用人工曝气供氧，塘深在 2m 以上，全部塘水有溶解氧，由好氧微生物起净化作用，污水停留时间较短。

深度处理塘又称三级处理塘或熟化塘，属于好氧塘。其进水有机污染物浓度很低，一般 BOD5≤30mg/L 。常用于处理传统二级处理厂的出水，提高出水水质，以满足受纳水体或回用水的水质要求。

（ 1 ）高负荷好氧塘 这类塘设置在处理系统的前部，目的是处理污水和产生藻类。特点是塘的水深较浅，水力停留时间较短，有机负荷高。

（ 2 ）普通好氧塘 这类塘用于处理污水，起二级处理作用。特点是有机负荷较高，塘的水深较高负荷好氧塘大，水力停留时间较长。

（ 3 ）深度处理好氧塘 深度处理好氧塘设置在塘处理系统的后部或二级处理系统之后，作为深度处理设施。特点是有机负荷较低，塘的水深较高负荷好氧塘大。

好 氧 塘

种 类

细菌的降解作用：

有机物＋ O2 ＋ H+→CO2 ＋ H2O ＋ NH4+ ＋ C5H7O2N （ A ）

藻类的光合作用：

106CO2 ＋ 16NO3- ＋ HPO4

2- ＋ 122H2O ＋ 18H+→C106H263O110N16P ＋ 138O2

（ B ）

好 氧 塘

基本工作原理

（细菌）

（藻类）

塘内存在着菌、藻和原生动物的共生系统。塘内的藻类进行光合作用，释放出氧，塘表面的好氧型异氧细菌利用水中的氧，通过好氧代谢氧化分解有机污染物并合成本身的细胞质（细胞增殖），其代谢产物 CO2 则是藻类光合作用的碳源。 塘内菌藻生化反应可用下式（ A ）和（ B ）表示：

藻类光合作用使塘水的溶解氧和 pH 呈昼夜变化。白天，

藻类光合作用使 CO2 降低， pH 上升。夜间，藻类停止光合作用，细菌降解有机物的代谢没有终止， CO2 累积， pH 下降。

其平衡关系式如下：

HOHOH

OHHCOOHCO

HHCOCOHOHCO

2

3223

33222

好 氧 塘基本工作原理

好氧塘内的生物种群主要有藻类、菌类、原生动物、后生动物、水蚤等微型动物。

菌类主要是生存在水深 0.5m 的上层，浓度为 1×108 ～ 5×109

个 / mL ，主要种属与活性污泥和生物膜相同。

原生动物和后生动物的种属数与个体数，均比活性污泥法和生物膜法少。

藻类的种类和数量与塘的负荷有关，它可以反映塘的运行状况和处理效果。

好 氧 塘好氧塘内的生物种群

好氧区对有机污染物的净化机理与好氧塘相同。兼性区的塘水溶解氧较低。异氧型兼性细菌，它们既能利用水中的溶

解氧氧化分解有机污染物，也能在无分子氧条件下，以 NO3- 、 CO3

2- 作为电子受体进行无氧代谢。

厌氧区无溶解氧。污泥层中的有机质由厌氧微生物对其进行厌氧分解，其厌氧分解包括酸发酵和甲烷发酵两个过程。发酵过程中未被甲烷化的中间产物进入塘的上、中层，由好氧菌和兼性菌继续进行降解。而 CO2 、 NH3 等代谢产物进入好氧层，部分逸出水面，部分参与藻类的光合作用。

兼性塘不仅可去除一般的有机污染物，还可以有效地去除磷、氮等营养物质和某些难降解的有机污染物。

兼 性 塘工 作 原 理

兼性塘的有效水深一般为 1.0 ～ 2.0m 。

厌氧塘对有机污染物的降解，与所有的厌氧生物处理设备相同，是由两类厌氧菌通过产酸发酵和甲烷发酵两阶段来完成的。即先由兼性厌氧产酸菌将复杂的有机物水解、转化为简单的有机物 (如有机酸、醇、醛等 )，再由绝对厌氧菌（甲烷菌）将有机酸转化为甲烷和二氧化碳等。

由于甲烷菌的世代时间长，增殖速度慢，且对溶解氧和 pH敏感，因此厌氧塘的设计和运行，必须以甲烷发酵阶段的要求作为控制条件，控制有机污染物的投配率，以保持产酸菌和甲烷菌之间的动态平衡。

应控制塘内的有机酸浓度在 3000mg/L 以下， pH 为6.5 ～ 7.5 ，进水的 BOD5 ： N ： P=100:2.5:1, 硫酸盐浓度应小于 500mg/L ，以使厌氧塘能正常运行。

厌氧塘

基本工作原理

厌氧塘的设计通常是用经验数据，采用有机负荷进行设计的。设计的主要经验数据如下：

⑴有机负荷 有机负荷的表示方法有三种： BOD5 表面负荷（ kgBOD5/hm2·d）、 BOD5容积负荷（ kgBOD5/m3·d ）、 VSS容积负荷（ kgVSS/m3·d）。我国采用 BOD5 表面负荷。处理城市污水的建议负荷值为 200 ～ 600kg/（ hm2·d）。对于工业废水，设计负荷应通过试验确定。

⑵厌氧塘一般为矩形，长宽比为 2:1~2.5:1 。单塘面积不大于 4hm2 。塘水有效深度一般为 2.0~4.5m,储泥深度大于 0.5m ，超高为 0.6~1.0m 。

⑶厌氧塘的进水口离塘底 0.6~1.0m,出水口离水面的深度应大于 0.6m ，使塘的配水和出水较均匀，进、出口的个数均应大于两个。

厌氧塘很少用于单独污水处理，而是作为其他处理设备酸的前处理单元。厌氧塘宜用于处理高浓度有机废水，也可用于处理城镇污水。

厌氧塘

设计和应用

曝气塘是在塘面上安装有人工曝气设备的稳定塘。

曝 气 塘

曝气塘出水的悬浮固体浓度较高，排放前需进行沉淀，沉淀的方法可以用沉淀池，或在塘中分割出静水区用于沉淀。若曝气塘后设置兼性塘，则兼性塘要在进一步处理其出水的同时起沉淀作用。

曝气塘的水力停留时间为 3 ～ 10d，有效水深 2 ～ 6m 。曝气塘一般不少于 3座，通常按串连方式运行。

完全混合曝气塘中曝气装置的强度应能使塘内的全部固体呈悬浮状态，并使塘水有足够的溶解氧供微生物分解有机污染物。

部分混合曝气塘不要求保持全部固体呈悬浮状态，部分固体沉淀并进行厌氧消化。其塘内曝气机布置较完全混合曝气塘稀疏。

完 全 混 合 曝 气 塘 部 分 混 合 曝 气 塘

曝气塘的两种类型

完 全 混 合 曝 气 塘 部 分 混 合 曝 气 塘

法国南部某镇（ MeZe ），氧化塘污水处理系统

MeZe 氧化塘处理系统中曝气塘

水生植物塘

稳 定 塘 系 统 的 工 艺 流 程稳定塘处理系统的组成

稳定塘进水的预处理： 为防止稳定塘内污泥淤积，污水进入稳定塘前应先去除水中的悬浮物质。常用设备为格栅、普通沉砂池和沉淀池。若塘前有提升泵站，而泵站的格栅间隙小于 20mm 时，塘前可不另设格栅。原污水中的悬浮固体浓度小于 100mg/L 时，可只设沉砂池，以去除砂质颗粒。原污水中的悬浮固体浓度大于 100mg/L 时，需考虑设置沉淀池。设计方法与传统污水二级处理方法相同。

预处理系统 稳定塘 后处理设施

稳定塘的流程组合依当地条件和处理要求不同而异，下图为几种典型的流程组合。

稳定塘的流程组合

塘的位置 稳定塘应设在居民区下风向 200m 以外，以防止塘散发的臭气影响居民区。此外，塘不应设在距机场 2km 以内的地方，以防止鸟类（如水鸥）到塘内觅食、聚集，对飞机航行构成危险。防止塘体损害 为防止浪的冲刷，塘的衬砌应在设计水位上下各 0.5m 以上。

若需防止雨水冲刷时，塘的衬砌应做到堤顶。衬砌方法有干砌块石、浆砌块石和混凝土板等。

在有冰冻的地区，背阴面的衬砌应注意防冻 若筑堤土为黏土时，冬季会因毛细作用吸水而冻胀，因此，在结冰水位以上位置换为非黏性土。

塘体防渗 稳定塘的渗漏可能污染地下水源；若塘体出水再考虑回用，则塘体渗漏会造成水资源损失，因此，塘体防渗是十分重要的。但某些防渗措施的工程费用较高，选择防渗措施时应十分谨慎。防渗方法有素土夯实、沥青防渗衬面、膨胀土防渗衬面和塑料薄膜防渗衬面等。

塘的进出口 进出口的形式对稳定塘的处理效果有较大影响。设计时应注意配水、集水均匀，避免短流、沟流及混合死区。主要措施为采用多点进水和出水；进口、出口之间的直线距离尽可能大；进口、出口的方向避开当地主导风向。

稳 定 塘 塘 体 设 计 要 点

第二节 污水土地处理系统

污水土地处理是在在农田灌溉的基础上，运用人工调控利用土壤 -微生物 - 植物组成的生态系统使污水中的污染物净化的处理方法。

土地处理是以土地作为主要处理系统的污水处理方法，其目的是净化污水，控制水污染，其设计参数（如负荷率）需通过试验研究确定。

土地处理技术有五种类型：慢速渗滤、快速渗滤、地表漫流、湿地和地下渗滤系统。

土地处理系统是由污水预处理设施，污水调节和储存设施，污水的输送、布水及控制系统，土地净化田，净化出水的收集和利用系统等五部分组成。

污 水 土 地 处 理

BOD 大部分是在土壤表层土中去除的。 土壤中含有大量的种类繁多的异养型微生物，它们能对被过滤、截留在土壤颗粒空隙间的悬浮有机物和溶解有机物进行生物降解，并合成微生物新细胞。 当污水处理的 BOD 负荷超过让土壤微生物分解 BOD 的生物氧化能力时，会引起厌氧状态或土壤堵塞。

污水土地处理系统的净化机理十分复杂，它包含了物理过滤、物理吸附、物理沉积、物理化学吸附、化学反应和化学沉淀、微生物对有机物的降解等过程。因此，污水在土地处理系统中的净化是一个综合净化过程。

土地处理系统的净化机理

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

污水土地处理系统的净化机理十分复杂，它包含了物理过滤、物理吸附、物理沉积、物理化学吸附、化学反应和化学沉淀、微生物对有机物的降解等过程。因此，污水在土地处理系统中的净化是一个综合净化过程。

土地处理系统的净化机理

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

在土地处理中，磷主要是通过植物吸收，化学反应和沉淀（与土壤中的钙、铝、铁等离子形成难溶的磷酸盐）、物理吸附和沉淀（土壤中的黏土矿物对磷酸盐的吸附和沉积），物理化学吸附（离子交换、络合吸附）等方式被去除。其去除效果受土壤结构、阳离子交换容量、铁铝氧化物和植物对磷的吸收等因素的影响。

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。

污水土地处理系统的净化机理十分复杂，它包含了物理过滤、物理吸附、物理沉积、物理化学吸附、化学反应和化学沉淀、微生物对有机物的降解等过程。因此，污水在土地处理系统中的净化是一个综合净化过程。

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。

土地处理系统的净化机理

污水土地处理系统的净化机理十分复杂，它包含了物理过滤、物理吸附、物理沉积、物理化学吸附、化学反应和化学沉淀、微生物对有机物的降解等过程。因此，污水在土地处理系统中的净化是一个综合净化过程。

土地处理系统的净化机理

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。

污水土地处理系统的净化机理十分复杂，它包含了物理过滤、物理吸附、物理沉积、物理化学吸附、化学反应和化学沉淀、微生物对有机物的降解等过程。因此，污水在土地处理系统中的净化是一个综合净化过程。

土地处理系统的净化机理

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

重金属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；重金属与某些有机物生成可吸性鳌合物被固定于矿物质晶格中；重金属离子与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。

土 地 处 理 基 本 工 艺

地表漫流系统

快速渗滤系统

湿地处理系统

慢速渗滤系统

地下渗滤处理系统

慢速渗滤系统适用于渗水性能良好的土壤、砂质土壤及蒸发量小、气候润湿的地区。 慢速渗滤系统的污水投配负荷一般较低，渗流速度慢，故污水净化效率高，出水水质优良。 慢速渗滤系统有农业型和森林型两种。其主要控制因素为：灌水率、灌水方式、作物选择和预处理等。

快速渗滤土地处理系统是一种高效、低耗、经济的污水处理与再生方法。适用于渗透性能良好的土壤，如砂土、砾石性砂土、砂质垆坶等。

污水灌至快速滤渗田表面后很快下渗进入地下，并最终进入地下水层。灌水与休灌反复循环进行，使滤田表面土壤处于厌氧 - 好氧交替运行状态，依靠土壤微生物将被土壤截留的溶解性和悬浮有机物进行分解，使污水得以净化。

快速渗滤法的主要目的是补给地下水和废水再生回用。进入快速渗滤系统的污水应进行适当预处理，以保证有较大的渗滤速率和硝化速率。

土 地 处 理 基 本 工 艺

地表漫流系统

快速渗滤系统

湿地处理系统

慢速渗滤系统

地下渗滤处理系统

土 地 处 理 基 本 工 艺

地表漫流系统适用于渗透性的黏土或亚黏土，地面的最佳坡度为 2％～ 8％。废水以喷灌法或漫灌法有控制地在地面上均匀地漫流，流向设在坡脚的集水渠，在流动过程中少量废水被植物摄取、蒸发和渗入地下。地面上种牧草或其他作物供微生物栖息并防止土壤流失，尾水收集后可回用或排放水体。 采用何种方法灌溉取决于土壤性质、作物类型、气象和地形。

地表漫流系统

快速渗滤系统

湿地处理系统

慢速渗滤系统

地下渗滤处理系统

土 地 处 理 基 本 工 艺

湿地处理系统是一种利用低洼湿地和沼泽地处理污水的方法。污水有控制地投配到种有芦苇、香蒲等耐水性、沼泽性植物的湿地上，废水在沿一定方向流动过程中，在耐水性植物和土壤共同作用下得以净化。 湿地处理可直接处理污水或深度处理。污水进入系统前需预处理。

地表漫流系统

快速渗滤系统

湿地处理系统

慢速渗滤系统

地下渗滤处理系统

地下污水处理系统是将污水投配到距地面约 0.5m 深、有良好渗透性的底层中，藉毛管浸润和土壤渗透作用，使污水向四周扩散，通过过滤、沉淀、吸附和生物降解作用等过程使污水得到净化。 地下渗滤系统适用于无法接入城市排水管网的小水量污水处理。污水进入处理系统前需经化粪池或酸化池预处理。

土 地 处 理 基 本 工 艺

地表漫流系统

快速渗滤系统

湿地处理系统

慢速渗滤系统

地下渗滤处理系统

人 工 湿 地 系 统

无植物时人工湿地系统空白试验

人工湿地系统植物栽种

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、气候条件和废水处理程度的要求来选择。

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。

土 地 处 理 系 统 的 工 艺 选 择 和 工 艺 参 数