[科普中國]-穩(wěn)定塘

運行原理

穩(wěn)定塘是以太陽能為初始能量，通過在塘中種植水生植物，進行水產(chǎn)和水禽養(yǎng)殖，形成人工生態(tài)系統(tǒng)，在太陽能（日光輻射提供能量）作為初始能量的推動下，通過穩(wěn)定塘中多條食物鏈的物質(zhì)遷移、轉(zhuǎn)化和能量的逐級傳遞、轉(zhuǎn)化，將進入塘中污水的有機污染物進行降解和轉(zhuǎn)化，最后不僅去除了污染物，而且以水生植物和水產(chǎn)、水禽的形式作為資源回收，凈化的污水也可作為再生資源予以回收再用，使污水處理與利用結(jié)合起來，實現(xiàn)污水處理資源化。

人工生態(tài)系統(tǒng)利用種植水生植物、養(yǎng)魚、鴨、鵝等形成多條食物鏈。其中，不僅有分解者生物即細(xì)菌和真菌，生產(chǎn)者生物即藻類和其他水生植物，還有消費者生物，如魚、蝦、貝、螺、鴨、鵝、野生水禽等，三者分工協(xié)作，對污水中的污染物進行更有效地處理與利用。如果在各營養(yǎng)級之間保持適宜的數(shù)量比和能量比，就可建立良好多生態(tài)平衡系統(tǒng)。污水進入這種穩(wěn)定塘其中的有機污染物不僅被細(xì)菌和真菌降解凈化，而其降解的最終產(chǎn)物，一些無機化合物作為碳源，氮源和磷源，以太陽能為初始能量，參與到食物網(wǎng)中的新陳代謝過程，并從低營養(yǎng)級到高營養(yǎng)級逐級遷移轉(zhuǎn)化，最后轉(zhuǎn)變成水生作物、魚、蝦、蚌、鵝、鴨等產(chǎn)物，從而獲得可觀的經(jīng)濟效益。

特點優(yōu)點在我國，特別是在缺水干旱的地區(qū)，生物氧化塘是實施污水的資源化利用的有效方法，所以穩(wěn)定塘處理污水成為我國著力推廣的一項新技術(shù)。

（1）能充分利用地形，結(jié)構(gòu)簡單，建設(shè)費用低。

采用污水處理穩(wěn)定塘系統(tǒng)，可以利用荒廢的河道、沼澤地、峽谷、廢棄的水庫等地段建設(shè)結(jié)構(gòu)簡單，大都以土石結(jié)構(gòu)為主，在建設(shè)土地具有施工周期短，易于施工和基建費低等優(yōu)點。污水處理與利用生態(tài)工程的基建投資約為相同規(guī)模常規(guī)污水處理廠的1/3-1/2。

（2）可實現(xiàn)污水資源化和污水回收及再用，實現(xiàn)水循環(huán)，既節(jié)省了水資源，又獲得了經(jīng)濟收益。

穩(wěn)定塘處理后的污水，可用于農(nóng)業(yè)灌溉，也可在處理后的污水中進行水生植物和水產(chǎn)的養(yǎng)殖。將污水中的有機物轉(zhuǎn)化為水生作物、魚、水禽等物質(zhì)，提供給人們使用或其他用途。如果考慮綜合利用的收入，可能到達收支平衡，甚至有所盈余。

（3）處理能耗低，運行維護方便，成本低。

風(fēng)能是穩(wěn)定塘的重要輔助能源之一，經(jīng)過適當(dāng)?shù)脑O(shè)計，可在穩(wěn)定塘中實現(xiàn)風(fēng)能的自然曝氣充氧，從而達到節(jié)省電能降低處理能耗的目的。此外，在穩(wěn)定塘中無需復(fù)雜的機械設(shè)備和裝置，這使穩(wěn)定塘的運行更能穩(wěn)定并保持良好的處理效果，而且其運行費用僅為常規(guī)污水處理廠的1/5-1/3。

（4）美化環(huán)境，形成生態(tài)景觀。

將凈化后的污水引入人工湖中，用作景觀和游覽的水源。由此形成的處理與利用生態(tài)系統(tǒng)不僅將成為有效的污水處理設(shè)施，而且將成為現(xiàn)代化生態(tài)農(nóng)業(yè)基地和游覽的勝地。

（5）污泥產(chǎn)量少。

穩(wěn)定塘污水處理技術(shù)的另一個優(yōu)點就是產(chǎn)生污泥量小，僅為活性污泥法所產(chǎn)生污泥量的1/10，前端處理系統(tǒng)中產(chǎn)生的污泥可以送至該生態(tài)系統(tǒng)中的藕塘或蘆葦塘或附近的農(nóng)田，作為有機肥加以使用和消耗。前端帶有厭氧塘或堿性塘的塘系統(tǒng)，通過厭氧塘或堿性塘底部的污泥發(fā)酵坑使污泥發(fā)生酸化、水解和甲烷發(fā)酵，從而使有機固體顆粒轉(zhuǎn)化為液體或氣體，可以實現(xiàn)污泥等零排放。

（6）能承受污水水量大范圍的波動，其適應(yīng)能力和抗沖擊和能力強。

我國許多城市其污水BOD濃度很小，低于100mg/L，是活性污泥法尤其是生物氧化溝無法正常運行，而穩(wěn)定塘不僅能夠有效的處理高濃度有機物水，也可以處理低濃度污水。

缺點（1）占地面積過于多。

（2）氣候?qū)Ψ€(wěn)定塘的處理效果影響較大。

（3）若設(shè)計或運行管理不當(dāng)，則會造成二次污染。

（4）易產(chǎn)生臭味和滋生蚊蠅。

（5）污泥不易排出和處理利用。

類型按照塘內(nèi)微生物的類型和供氧方式來劃分，穩(wěn)定塘可以分為厭氧塘、兼性塘、好氧塘、曝氣塘。1

此外，還有其他一些類型的穩(wěn)定塘：

深度處理塘——作用是進一步提高二級處理水的出水水質(zhì)。

水生植物塘——在塘內(nèi)種植一些纖維管束水生植物，比如蘆葦、水花生、水浮蓮、水葫蘆等，能夠有效地去除水中的污染物，尤其是對氮磷有較好的去除效果。

生態(tài)系統(tǒng)塘——在塘內(nèi)養(yǎng)殖魚、蚌、螺、鴨、鵝等，這些水產(chǎn)水禽與原生動物、浮游動物、底棲動物、細(xì)菌、藻類之間通過食物鏈構(gòu)成復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，既能進一步凈化水質(zhì)，又可以使出水中藻類的含量降低。

由于穩(wěn)定塘具有很多類型，所以可以組合成多種不同的流程。

厭氧塘塘水深度一般在2m以上，最深可達4~5m。厭氧塘水中溶解氧很少，基本上處于厭氧狀態(tài)。

工作原理

厭氧塘的原理與其他厭氧生物處理過程一樣，依靠厭氧菌的代謝功能，使有機底物得到降解。反應(yīng)分為兩個階段：首先由產(chǎn)酸菌將復(fù)雜的大分子有機物進行水解，轉(zhuǎn)化成簡單的有機物（有機酸、醇、醛等）；然后產(chǎn)甲烷菌將這些有機物作為營養(yǎng)物質(zhì)，進行厭氧發(fā)酵反應(yīng)，產(chǎn)生甲烷和二氧化碳等。如圖：

特點及適用條件

優(yōu)點：

（1）有機負(fù)荷高，耐沖擊負(fù)荷較強。

（2）由于池深較大，所以占地省。

（3）所需動力少，運轉(zhuǎn)維護費用低。

（4）貯存污泥的容積較大。

（5）一般置于塘系統(tǒng)的首端，作為預(yù)處理設(shè)施，在其后再設(shè)兼性塘、好氧塘甚至深度處理塘，做進一步處理，這樣可以大大減少后續(xù)兼性塘和好氧塘的容積。

缺點：

（1）溫度無法控制，工作條件難以保證。

（2）臭味大。

（3）凈化速率低，污水停留時間長。城市污水的水力停留時間為30~50天。

適用條件：

對于高溫、高濃度的有機廢水有很好的去除效果，如食品、生物制藥、石油化工、屠宰場、畜牧場、養(yǎng)殖場、制漿造紙、釀酒、農(nóng)藥等工業(yè)廢水。對于醇、醛、酚、酮等化學(xué)物質(zhì)和重金屬也有一定的去除作用。對重金屬也有一定的去除效果。

一般規(guī)定

（1）必須嚴(yán)格作好防滲措施。

（2）厭氧塘前要進行預(yù)處理。

（3）進水水質(zhì)： 進水中有機負(fù)荷不能過高。有機酸在系統(tǒng)中的濃度應(yīng)小于3000mg/L；進水硫酸鹽濃度不宜大于500mg/L；進水BOD：N：P=100：2.5：1；C：N一般為20：1左右；pH值要介于6.5~7.5；進水中不得含有有毒物質(zhì)，重金屬和有害物質(zhì)的濃度也不能過高，應(yīng)符合《室外排水設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定。

設(shè)計計算

（1）設(shè)計方法

—有機負(fù)荷法。

—完全混合數(shù)學(xué)模型法：很少采用。

有機負(fù)荷法分為3類：BOD容積負(fù)荷法、BOD表面負(fù)荷法、VSS容積負(fù)荷法。

1）BOD表面負(fù)荷法：

必須規(guī)定塘中的最低容許BOD表面負(fù)荷。根據(jù)實際情況，我國厭氧塘的最低容許負(fù)荷為：北方—300kg BOD5/（104m2.d）；南方—800kg BOD5/（104m2.d）。

2）BOD容積負(fù)荷法：

國外城市污水厭氧塘的設(shè)計一般都采用此方法，我國的工業(yè)廢水厭氧塘也有不少采用該方法。根據(jù)美國7個州處理城市污水厭氧塘的設(shè)計參數(shù)，BOD容積負(fù)荷為一般采用0.2~0.4 kgBOD5/（m3.d），也有個別取值范圍比較大，比如蒙大拿州采用的設(shè)計參數(shù)是0.032~1.6 kgBOD5/（m3.d）。工業(yè)廢水的設(shè)計負(fù)荷應(yīng)該通過實驗來確定，我國肉類加工廢水厭氧塘處理的中試結(jié)果如下表：

▲表1 我國肉類加工廢水厭氧塘處理的中試數(shù)據(jù)

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3）VSS容積負(fù)荷法：

當(dāng)厭氧塘處理含VSS較高的廢水時，宜采用VSS容積負(fù)荷進行設(shè)計。根據(jù)國外資料，幾種處理工業(yè)廢水的厭氧塘的設(shè)計參數(shù)如下：

奶牛糞尿廢水：0.166~1.12 kgVSS/（m3.d）；

家禽糞尿廢水：0.063~0.16kgVSS/（m3.d）；

豬糞尿廢水0.064~0.32 kgBOD5/（m3.d）；

菜牛屠宰廢水0.593 kgBOD5/（m3.d）；

擠奶間廢水0.197 kgBOD5/（m3.d）。

（2）構(gòu)造和主要尺寸

1）厭氧塘一般為矩形，長寬比為2~2.5：1

2）塘的深度：

有效水深h1：3.0~5.0m。若深度過大，雖然有利于形成厭氧條件，但是會使塘底的水溫過低，也對反應(yīng)不利。

儲泥厚度h2：≥0.5m。城市污水厭氧塘的污泥量按每人每年50升計，污泥清除的周期一般為5~10年。

此外，還應(yīng)考慮一定的超高h3，一般取為0.6~1.0m。塘的面積越大，超高越大。

3）堤坡：塘內(nèi)坡度1.5：1~1：3；塘外坡度：1：2~1：4。

4）進出水口：厭氧塘進口設(shè)在底部，高出塘底0.6~1.0m，以便使進水與塘底污泥相混合。進水管直徑一般為200~300mm；對于含油廢水，進水管直徑應(yīng)不小于300mm。出水管應(yīng)在水面以下，淹沒深度不小于0.6m，并要求在浮渣層或冰凍層以下。一般進口和出口均不得少于兩個，當(dāng)塘底寬小于9m時，也可以只用一個進水口。

5）塘數(shù)及單塘面積

由于厭氧塘通常位于穩(wěn)定塘系統(tǒng)之首，會截留較多的污泥，所以至少應(yīng)有兩座并聯(lián)，以便輪換除泥；單塘面積不應(yīng)大于（0.8~4）×104m2。

兼性塘有效深度介于1.0~2.0m。上層為好氧區(qū)；中間層為兼性區(qū)；塘底為厭氧區(qū)，沉淀污泥在此進行厭氧發(fā)酵。兼性塘是在各種類型的處理塘中最普遍采用的處理系統(tǒng)。

工作原理

兼性塘是最常見的一種穩(wěn)定塘。兼性塘的有效水深一般為1.0~2.0m，從上到下分為三層：上層好氧區(qū)，中層兼性區(qū)（也叫過渡區(qū)）；塘底厭氧區(qū)，見圖6-3）好氧區(qū)對的凈化原理與好氧塘基本相同。藻類進行光合作用，產(chǎn)生氧氣，溶解氧充足。有機物在好氧性異養(yǎng)菌的作用下進行氧化分解，兼性區(qū)的溶解氧的供應(yīng)比較緊張，含量較低，且時有時無。其中存在著異養(yǎng)型兼性細(xì)菌，它們既能利用水中的少量溶解氧對有機物進行氧化分解，同時，在無分子氧的條件下，還能以NO3-、CO32-作為電子受體進行無氧代謝。

厭氧區(qū)內(nèi)不存在溶解氧。進水中的懸浮固體物質(zhì)以及藻類、細(xì)菌、植物等死亡后所產(chǎn)生的有機固體下沉到塘底，形成10~15cm厚的污泥層，厭氧微生物在此進行厭氧發(fā)酵和產(chǎn)甲烷發(fā)酵過程，對其中的有機物進行分解。在厭氧區(qū)一般可以去除30%的BOD。

特點及適用條件

優(yōu)點：

（1）投資省，管理方便。

（2）耐沖擊負(fù)荷較強。

（3）處理程度高，出水水質(zhì)好。

缺點：

（1）池容大，占地多。

（2）可能有臭味，夏季運轉(zhuǎn)時經(jīng)常出現(xiàn)漂浮污泥層。

（3）出水水質(zhì)有波動。

適用條件：

既可用來處理城市污水，也能用于處理石油化工、印染、造紙等工業(yè)廢水。

一般規(guī)定

（1）應(yīng)該建在通風(fēng)、無遮蔽的地方。

（2）預(yù)處理及對進水水質(zhì)的要求：如果兼性塘作為第一級，則要求有一定的預(yù)處理措施。具體規(guī)定與厭氧塘相同，唯一不同的是兼性塘要求進水中BOD：N：P=100：5：1。

設(shè)計計算

（1）設(shè)計方法：

一般是采用經(jīng)驗方法進行計算，即BOD表面負(fù)荷法。BOD表面負(fù)荷與冬季平均氣溫有很大關(guān)系。下表是我國“七五”科技攻關(guān)成果對城市廢水兼性塘建議的主要設(shè)計參數(shù)：

▲表2 城市廢水兼性塘的設(shè)計負(fù)荷和水力停留時間

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