[科普中國]-復(fù)合穩(wěn)定塘

簡介

穩(wěn)定塘又名氧化塘或生物塘，其對污水的凈化過程與自然水體的白凈過程相似，是一種利用天然環(huán)境條件或簡單工程，主要依靠自然生物凈化工程使污水得到凈化的一種生物處理技術(shù)。

穩(wěn)定塘起源于20世紀(jì)初期歐美國家，研究和應(yīng)用始于20世紀(jì)50年代，60年代以后發(fā)展較迅速，已有五十多個(gè)國家采用穩(wěn)定塘工藝技術(shù)處理城市污水和有機(jī)工業(yè)廢水。其中美國有11000多座，德國3000多座，法國約有2000余座。我國有些城市也早在20世紀(jì)50年代開展了穩(wěn)定塘的研究。從60年代起，陸續(xù)建成了一批穩(wěn)定塘污水處理系統(tǒng)。80～90年代是我國污水處理塘系統(tǒng)迅速發(fā)展的時(shí)期。大約有幾百個(gè)城市污水和工業(yè)廢水處理是利用塘在城市和工業(yè)區(qū)運(yùn)行。它們多作為一級處理、二級處理被廣泛應(yīng)用于城市生活污水處理，以及石油、化工、紡織、皮革、食品、制糖、造紙等工業(yè)廢水的處理，大都保持著良好的處理效果。也可以用作三級處理。

穩(wěn)定塘基本理論穩(wěn)定塘是復(fù)雜的半人工生態(tài)系統(tǒng)。穩(wěn)定塘生態(tài)系統(tǒng)由生物及非生物兩部分構(gòu)成。其中生態(tài)系統(tǒng)部分主要有細(xì)菌、藻類、原生動物、后生動物、水生植物以及高等水生動物。這些生物在穩(wěn)定塘中存活并對污水起凈化作用。非生物部分主要包括光照、風(fēng)力、溫度、有機(jī)負(fù)荷、pH值、溶解氧、二氧化碳、氮和磷營養(yǎng)元素等。這些非生物因素影響微生物的代謝作用，可能成為生物成長的制約因子。

在穩(wěn)定塘中，細(xì)菌與藻類的共生關(guān)系構(gòu)成穩(wěn)定塘的重要生態(tài)特征。在光照及溫度適宜的條件下，藻類利用二氧化碳、無機(jī)營養(yǎng)和水，通過光合作用合成藻類細(xì)胞并放出氧氣。異養(yǎng)菌利用溶解在水中的氧降解有機(jī)質(zhì)，合成C02、NH3、H20等。又成為藻類合成的原料，其結(jié)果是污水中溶解性有機(jī)物逐漸減少，藻類細(xì)胞和惰性生物殘?jiān)饾u增加并隨水排出。細(xì)菌和藻類是浮游動物的食料，而浮游動物又作為魚類的食物，高等水生動物也可以直接以大型藻類和水生植物為飼料，形成多條食物鏈，構(gòu)成穩(wěn)定塘中各種生物相互依存、相互制約的復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)。

穩(wěn)定塘生態(tài)系統(tǒng)的非生物組成部分的作用也是非常重要的。光照影響藻類的生長及水中溶解氧的濃度，溫度會影響微生物的代謝作用，有機(jī)負(fù)荷則對塘內(nèi)細(xì)菌的繁殖及氧、二氧化碳含量產(chǎn)生影響，pH值、營養(yǎng)元素等其他因子也可能成為制約因素。

總的來說，廢水在穩(wěn)定塘內(nèi)停留過程中，污染物質(zhì)(主要是有機(jī)污染物)經(jīng)過稀釋、沉淀、絮凝、好氧微生物的氧化或厭氧微生物分解作用以及浮游生物的作用而去除或穩(wěn)定化。好氧微生物代謝所需要的溶解氧由大氣復(fù)氧作用及藻類的光合作用提供，也可通過人工曝氣提供。

穩(wěn)定塘基本類型好氧塘好氧塘(aerobic pond)是一類在有氧狀態(tài)下凈化廢水的穩(wěn)定塘，陽光能透至塘底，主要依靠藻類光合作用供氧，整個(gè)池塘內(nèi)溶解氧均在1～2mg/L以上。通常好氧塘都是一些很淺的池塘，塘深一般為15～50cm，至多不大于1m，廢水停留時(shí)間一般為2～6d。好氧塘一般適于處理BOD5小于100mg/L的廢水，多用于處理其他處理方法的出水，其出水溶解性BOD5低而藻類固體含量高，因而往往需要補(bǔ)充除藻處理過程。

好氧塘根據(jù)在處理系統(tǒng)中的位置和功能，好氧塘有高負(fù)荷好氧塘、普通好氧塘和深度處理好氧塘等三種。高負(fù)荷好氧塘設(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(shí)間較短，有機(jī)負(fù)荷率高。普通好氧塘用于處理污水，起二級處理作用。特點(diǎn)是有機(jī)負(fù)荷較高，塘的水較深，水力停留時(shí)間較長。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。

兼性塘兼性塘(facultative pond)是指在上層有氧、下層無氧的條件下凈化廢水的穩(wěn)定塘，是最常用的塘型。兼性塘的有效水深一般為1.0～2.0m，通常由三層組成，上層好氧區(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。中層兼性區(qū)的塘水溶解氧較低，且時(shí)有時(shí)無，由兼性微生物起凈化作用。底部厭氧區(qū)無溶解氧，由厭氧微生物在底部對污泥進(jìn)行厭氧消化分解。常用的水力停留時(shí)間為5～30d。兼性塘運(yùn)行好壞的關(guān)鍵在于藻類光合作用產(chǎn)氧量和塘表面復(fù)氧的效果。 ．

由于兼性塘的凈化機(jī)理比較復(fù)雜，兼性塘去除污染物的范圍比好氧處理系統(tǒng)廣泛，它不僅可去除一般的有機(jī)污染物，還可有效地去除氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)和某些難降解的有機(jī)污染物。常被用于處理小城鎮(zhèn)的原廢水以及中小城市廢水廠一級沉淀處理后出水或二級生化處理后的出水。也可用于處理石油化工、有機(jī)化工、印染、造紙等工業(yè)廢水處理中，接在曝氣塘或厭氧塘之后作為二級處理塘使用。兼性塘的運(yùn)行管理極為方便，較長的廢水停留時(shí)間使它能經(jīng)受廢水水量、水質(zhì)的較大波動而不致嚴(yán)重影響出水質(zhì)量。此外，為了使BOD5面積負(fù)荷保持在適宜的范圍之內(nèi)，兼性塘需要的土地面積很大。

儲存塘和間歇排放塘屬于兼性塘類型。儲存塘可用于蒸發(fā)量大于降雨量的氣候條件。間歇排放塘的水力停留時(shí)間長而且可控制，當(dāng)出水水質(zhì)令人滿意的時(shí)候，每年排放一兩次。

厭氧塘厭氧塘(anaerobic pond)是一類在無氧狀態(tài)下凈化廢水的穩(wěn)定塘，其有機(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(shí)間長。由于厭氧菌在有氧環(huán)境中不能生存，因而，厭氧塘常常是一些表面積較小、深度較大的塘。

厭氧塘對有機(jī)污染物的降解機(jī)理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。因此厭氧塘的設(shè)計(jì)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)酸菌與甲烷菌之間的動態(tài)平衡。應(yīng)控制塘內(nèi)有機(jī)酸濃度在3000mg/L以下，pH值為6.5～7.5，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。

厭氧塘最初被作為預(yù)處理設(shè)施使用，并且特別適用于處理高溫高濃度的廢水，如制漿造紙、釀酒、農(nóng)牧產(chǎn)品加工、農(nóng)藥等工業(yè)廢水和家畜糞便廢水等，也可用于處理城鎮(zhèn)污水。這類塘的塘深通常是2.5～5m，停留時(shí)間為20～50d。當(dāng)厭氧塘作為預(yù)處理使用時(shí)，其優(yōu)點(diǎn)是可以大大減少隨后的兼性塘、好氧塘的容積，消除了兼性塘夏季運(yùn)行時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)的漂浮污泥層問題，并使隨后的處理塘中不致形成大量導(dǎo)致塘最終淤積的污泥層。其缺點(diǎn)處理效果不高，出水BOD5濃度仍然較高，不能達(dá)到二級處理水平，因此，厭氧塘很少單獨(dú)用于污水處理，而是作為其他處理設(shè)備的前處理單元。厭氧塘前應(yīng)設(shè)置格柵、普通沉砂池，有時(shí)也設(shè)置初次沉淀池。厭氧塘的主要問題是產(chǎn)生臭氣，可以利用厭氧塘表面的浮渣層或采取人工覆蓋措施(如聚苯乙烯泡沫塑料板)防止臭氣逸出。也可回流好氧塘出水，使其布滿厭氧塘表層來減少臭氣逸出。

曝氣塘通過人工曝氣設(shè)各向塘中廢水供氧的穩(wěn)定塘稱為曝氣塘(aerated pond)，是人工強(qiáng)化與自然凈化相結(jié)合的一種形式。曝氣塘有兩種類型，完全混合曝氣塘和部分混合曝氣塘。塘內(nèi)生長有活性污泥，污泥可回流也可不回流，有污泥回流的曝氣塘實(shí)質(zhì)上是活性污泥法的一種變型。微生物生長的氧源來自人工曝氣和表面復(fù)氧，以前者為主。曝氣設(shè)備一般采用表面曝氣機(jī)，也可用鼓風(fēng)曝氣。

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)，有部分固體沉淀并進(jìn)行厭氧消化。其塘內(nèi)曝氣機(jī)布置比完全混合曝氣塘稀疏。

塘深一般在2.0m以上，廢水停留時(shí)問在4～5d。BOD5負(fù)荷為0.03～0.06kgBOD5/(m·d)，BOD5的去除率為60%～90%。但由于出水中常含大量活性和惰性微生物體，因而曝氣塘出水不宜直接排放，一般需后續(xù)連接其他類型的塘或生物固體沉淀分離設(shè)施進(jìn)行進(jìn)一步處理。適用于土地面積有限，不足以建成完全以自然凈化為特征的塘系統(tǒng)。

其他生物塘(biological pond)：具有菌、藻和人工種植水生植物或養(yǎng)殖水生動物的穩(wěn)定塘；

水生植物塘(aquatic plant pond)：種植水生維管束植物或高等水生植物的穩(wěn)定塘；

養(yǎng)魚塘(fish pond)利用養(yǎng)殖魚類攝食水中藻類等各類水生生物，達(dá)到凈化廢水、回收資源、獲得經(jīng)濟(jì)效益的穩(wěn)定塘；

常規(guī)處理塘(secondary treatment pond)：作為二級生物處理的穩(wěn)定塘系統(tǒng)；

深度處理塘(tertiary treatment pond)：又稱精處理塘(polishing pond)，通常作為塘系統(tǒng)的最后一級，接納兼性塘或曝氣塘出水，或設(shè)置在常規(guī)二級生物處理設(shè)施之后，作進(jìn)一步凈化有機(jī)物、病原菌和去除部分氮、磷之用；

控制出水塘(effluent quality control pond)：為解決超過受納水體自凈容量允許的塘排水問題而設(shè)計(jì)的可調(diào)控排放的穩(wěn)定塘；

儲存塘(storage pond)：廢水儲存不外排，僅靠蒸發(fā)減少水量的穩(wěn)定塘。1

穩(wěn)定塘的優(yōu)缺點(diǎn)穩(wěn)定塘的優(yōu)點(diǎn)：①能夠充分利用地形，工程簡單，建設(shè)投資省。②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1/3～1/5。③能夠?qū)崿F(xiàn)污水資源化，使污水處理與利用相結(jié)合。如可把穩(wěn)定塘出水用于農(nóng)業(yè)灌溉，充分利用污水的水、肥資源。也可用于養(yǎng)殖水生動物和植物，組成多級食物鏈的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)。④氧化塘依靠自然功能處理污水，能耗低，便于維護(hù)，運(yùn)行費(fèi)用低。

穩(wěn)定塘的缺點(diǎn)：①占地面積大，沒有空閑余地時(shí)不宜采用。②污水凈化效果，在很大程度上受季節(jié)、氣溫、光照等自然因素的控制，在全年范圍內(nèi)，不夠穩(wěn)定。③設(shè)計(jì)運(yùn)行不當(dāng)時(shí)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。④防滲漏處理不當(dāng)，地下水可能遭到污染。⑤很多氧化塘都是就地建造，形狀各式各樣，很不規(guī)則，很難進(jìn)行設(shè)計(jì)和處理能力的預(yù)測。

雖然穩(wěn)定塘存在著上述缺點(diǎn)，但是如果能進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和科學(xué)的管理，利用穩(wěn)定塘處理污水，則可以有明顯的環(huán)境效益、社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。2