(环境教学课件)第六章污水的自然生物处理.ppt
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- 环境教学课件 环境 教学 课件 第六 污水 自然 生物 处理
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1、第六章第六章 污水的自然生物处理污水的自然生物处理 又名氧化塘(又名氧化塘(Oxidation ponds)、生物塘)、生物塘6.1.1 概述概述1、稳定塘、稳定塘是经过人工适当的修正的土地,设围堤和防渗层是经过人工适当的修正的土地,设围堤和防渗层的污水池塘,主要依靠生物净化功能使污水得到净化的一种污的污水池塘,主要依靠生物净化功能使污水得到净化的一种污水生物处理技术水生物处理技术 6.1 稳定塘稳定塘(Stabilization ponds)一般不人工强化(不是实质性的人工强化)一般不人工强化(不是实质性的人工强化)与水体自净过程相似与水体自净过程相似 停留时间较长停留时间较长 通过微生物通
2、过微生物+水生生物的多种生物的综合作用,使有机物降解,水生生物的多种生物的综合作用,使有机物降解,进而净化污水进而净化污水 净化过程包括净化过程包括好氧,兼氧,厌氧三种状态好氧,兼氧,厌氧三种状态 DO来源于光和作用来源于光和作用第1页,共62页。适用各种污水适用各种污水 适用于各种气候条件适用于各种气候条件 可以实现从一级到二级到深度处理技术的全过程,一般相当于二级可以实现从一级到二级到深度处理技术的全过程,一般相当于二级2、稳定塘的分类、稳定塘的分类 根据塘水中的微生物优势群体类型和塘水的根据塘水中的微生物优势群体类型和塘水的DO工况来分工况来分(1)好氧稳定塘)好氧稳定塘好氧塘好氧塘 特
3、点特点深度浅,一般不超过深度浅,一般不超过0.5m,阳光能进入塘底,主,阳光能进入塘底,主要由藻类供氧,全塘处于好氧状态,好氧微生物降解有机物要由藻类供氧,全塘处于好氧状态,好氧微生物降解有机物(2)兼性稳定塘)兼性稳定塘兼氧塘(兼氧塘(城市污水处理常用的一城市污水处理常用的一种塘)种塘)特点:较深,一般在特点:较深,一般在1.0m以上以上 塘深小于塘深小于0.5m,好氧状态,好氧状态 兼性区兼性区介于好氧与厌氧之间介于好氧与厌氧之间 塘底塘底沉淀污泥,厌氧状态,厌氧发酵沉淀污泥,厌氧状态,厌氧发酵净化作用净化作用好氧,兼性,厌氧微生物共同完成好氧,兼性,厌氧微生物共同完成第2页,共62页。(
4、3)厌氧稳定塘)厌氧稳定塘厌氧塘厌氧塘 特点:塘深特点:塘深2.0m,整个塘基本上都是厌氧状态,有机,整个塘基本上都是厌氧状态,有机负荷率高,净化速度低,停留时间长,一般为高浓度有机废水负荷率高,净化速度低,停留时间长,一般为高浓度有机废水的前级处理工艺,后接其他处理工艺的前级处理工艺,后接其他处理工艺。(5)深度处理塘)深度处理塘二级处理后用,进一步降低有机物、二级处理后用,进一步降低有机物、氮磷等,靠大气复氧和藻类光和作用供氧。氮磷等,靠大气复氧和藻类光和作用供氧。根据处理水出水方式分根据处理水出水方式分:连续出水塘连续出水塘 控制出水塘控制出水塘 贮存塘:只进不出贮存塘:只进不出 靠蒸发
5、和渗靠蒸发和渗透透 上述的(上述的(1)-(5)均按连续出水运行)均按连续出水运行 (4)曝气稳定塘)曝气稳定塘曝气塘曝气塘 分为好氧曝气塘和兼氧曝气塘分为好氧曝气塘和兼氧曝气塘 特点:特点:h2.0m以上,由表曝机供氧,并对塘水搅动,以上,由表曝机供氧,并对塘水搅动,在曝气条件下,藻类的生长与光合作用受到抑制在曝气条件下,藻类的生长与光合作用受到抑制 第3页,共62页。3、稳定塘的优点、稳定塘的优点(1)投资省,工程简单)投资省,工程简单(2)能够污水资源化,农业灌溉(效益显著,复合的生态系统)能够污水资源化,农业灌溉(效益显著,复合的生态系统)(3)能耗低)能耗低4、稳定塘的缺点、稳定塘的
6、缺点(1)占地面积大)占地面积大(2)净化效果受自然因素控制)净化效果受自然因素控制(3)对地下水的影响)对地下水的影响(4)卫生状态差)卫生状态差6.1.2 稳定塘的净化机理稳定塘的净化机理1、稳定塘中的生物及其生态系统、稳定塘中的生物及其生态系统(1)稳定塘中的生物)稳定塘中的生物 细菌细菌 藻类藻类 微型动物微型动物 水生植物及其他水生动物水生植物及其他水生动物第4页,共62页。细菌细菌降解有机物起主要作用降解有机物起主要作用 兼性异样菌(好氧塘和兼性塘好氧区,及兼性区存在)兼性异样菌(好氧塘和兼性塘好氧区,及兼性区存在)好氧菌和兼性菌好氧菌和兼性菌种属多种属多 产酸菌(兼性异氧菌)分解
7、有机物产生乙酸等和醇类)产酸菌(兼性异氧菌)分解有机物产生乙酸等和醇类)厌氧菌(厌氧塘和兼性塘污泥区,将有机酸转化为厌氧菌(厌氧塘和兼性塘污泥区,将有机酸转化为 CH4+CO2,脱硫弧菌,脱硫弧菌-绝对厌氧菌)绝对厌氧菌)硝化菌(绝对好氧菌,一般只存活在深度处理塘)硝化菌(绝对好氧菌,一般只存活在深度处理塘)常见细菌藻类藻类 稳定塘为菌藻共生体系,藻类具有叶绿体,含有叶绿素,稳定塘为菌藻共生体系,藻类具有叶绿体,含有叶绿素,能够通过这些色素进行光合作用,是塘水中能够通过这些色素进行光合作用,是塘水中DO的主要供应者。的主要供应者。白昼白昼 吸收吸收CO2,放出,放出O2 夜间夜间 内源呼吸,消
8、耗内源呼吸,消耗O2,放出,放出CO2 绿藻绿藻最常见的,单细胞或多细胞的绿色藻类最常见的,单细胞或多细胞的绿色藻类 蓝绿藻(蓝藻)蓝绿藻(蓝藻)机体构造简单,藻体为单细胞及丝状体机体构造简单,藻体为单细胞及丝状体 褐藻褐藻常常见见藻藻类类蓝绿藻能够代谢产生蓝绿藻能够代谢产生H2S能够将大气中的能够将大气中的N2固定固定第5页,共62页。原生动物和后生动物原生动物和后生动物 水生植物水生植物 种植种植“水生维管束植物水生维管束植物”能提高塘对有机物和能提高塘对有机物和N、P等无等无机营养物质的去除效果。机营养物质的去除效果。与活性污泥中不一样,表现在不规则和数量不相等两方面。与活性污泥中不一样
9、,表现在不规则和数量不相等两方面。原生动物和后生动物不完全作为指示性生物考虑原生动物和后生动物不完全作为指示性生物考虑 水蚤水蚤枝角类,捕食(细菌和藻类)出现水蚤表明水质清枝角类,捕食(细菌和藻类)出现水蚤表明水质清澈,水蚤能吞食粒状物质,分泌粘液性物质。澈,水蚤能吞食粒状物质,分泌粘液性物质。摇蚊幼虫摇蚊幼虫使底泥量减少使底泥量减少a、浮水植物、浮水植物漂浮在水面、直接从大气中吸漂浮在水面、直接从大气中吸O2、CO2,从塘水中吸取营养物质。从塘水中吸取营养物质。凤眼莲凤眼莲即水葫芦,具有较强的耐污性,去污能力强即水葫芦,具有较强的耐污性,去污能力强净化过程:净化过程:O2通过根、茎输送到根部
10、,释放于水中;通过根、茎输送到根部,释放于水中;凤眼莲本身也直接吸收水中的有机物和无机物凤眼莲本身也直接吸收水中的有机物和无机物;水层是好氧,底部是厌氧,可有利于硝化和反硝化水层是好氧,底部是厌氧,可有利于硝化和反硝化;种植在高负荷的稳定塘里,并可回收作为种植在高负荷的稳定塘里,并可回收作为“青贮饲青贮饲料料”.第6页,共62页。b、沉水植物、沉水植物根生长于底泥中,叶、茎全部沉没水中,根生长于底泥中,叶、茎全部沉没水中,仅在开花时,花开在水面上仅在开花时,花开在水面上 只能在塘水深较高,有机物负荷低和能有光照的地区生长只能在塘水深较高,有机物负荷低和能有光照的地区生长 其作用同其作用同“浮水
11、植物浮水植物”沉水植物是鸭、鹅的饲料沉水植物是鸭、鹅的饲料常见的有常见的有马来眼子莲马来眼子莲c、挺水植物、挺水植物根生长于底泥中,叶、茎则挺出水面,常根生长于底泥中,叶、茎则挺出水面,常见水葱为深绿色,芦苇是浅绿色,其作用于上述两种植物见水葱为深绿色,芦苇是浅绿色,其作用于上述两种植物相同,但只能生长于浅水中,收割季节需放水相同,但只能生长于浅水中,收割季节需放水 其它水生植物其它水生植物 放养水禽,建立良好的生态系统,鱼吞食藻类,鸭鹅吞食水草。放养水禽,建立良好的生态系统,鱼吞食藻类,鸭鹅吞食水草。第7页,共62页。齐齐哈尔氧化塘齐齐哈尔氧化塘第8页,共62页。喀吐穆炼油厂氧化塘喀吐穆炼油
12、厂氧化塘第9页,共62页。氧化塘出水口水体已由黑臭变为绿色氧化塘出水口水体已由黑臭变为绿色氧化塘出水口水体已由黑臭变为绿色氧化塘出水口水体已由黑臭变为绿色第10页,共62页。光合作用光合作用风风有机有机污染物污染物藻类藻类新细胞新细胞 O好氧分解好氧分解藻类藻类细菌细菌NH3H2OPO42 CO细菌细菌新细胞新细胞处理水处理水流入污水流入污水可可沉沉物物质质衰死细菌衰死细菌CH4CO2NH3污污泥泥层层有机污染物有机污染物厌氧发酵厌氧发酵厌氧发酵厌氧发酵有机有机酸醇酸醇甲烷甲烷厌氧分解厌氧分解好好氧氧区区兼兼性性区区厌厌氧氧区区OO阳光阳光图图61 稳定塘内典型的生态系统稳定塘内典型的生态系统
13、(2)稳定塘生态系统第11页,共62页。稳定塘生态系统中不同种群的关系稳定塘生态系统中不同种群的关系 菌藻共生关系菌藻共生关系C11H28O7H+14O2+H 11CO2+13H2O+NH4+式式(6-1)1.56gO2/go(每分解(每分解1g有机物需氧有机物需氧1.56g)藻类的分子式:藻类的分子式:C106H263O110N16P (植物性浮游生物)植物性浮游生物)其光合反应:其光合反应:106CO2+16NO3-+HPO42-+122H2O+18H+C106H263O110N16P+118O2式(式(6-2)1.244gO2/g藻(每合成藻(每合成1g藻类,放出藻类,放出1.244g氧
14、气)氧气)有机物降解生成藻类,藻类也为有机体;有机物降解生成藻类,藻类也为有机体;藻类吸收水中的藻类吸收水中的CO2,藻类的数量(有机体的数量,藻类的数量(有机体的数量进水)进水)溶解性的有机物生成较稳定的形态的有机体(藻类细胞)溶解性的有机物生成较稳定的形态的有机体(藻类细胞)第12页,共62页。稳定塘内的食物链网稳定塘内的食物链网 细菌 藻类 水生植物 原生动物 好氧微生物 鱼类 水禽(鸭、鹅)图6-2 稳定塘内主要的食物链网第13页,共62页。图图6-3 稳定塘内碳元素的转化和循环稳定塘内碳元素的转化和循环不溶性有机碳不溶性有机碳分解分解处理水处理水CH4沉淀沉淀分解分解沉淀沉淀呼吸作用
15、呼吸作用光合作用光合作用CO2合成合成解体解体污水污水解体解体分解代谢分解代谢有机碳有机碳C细菌细菌藻类藻类沉积物沉积物无机碳无机碳CO2 HCO3-稳定塘内各种物质的转化稳定塘内各种物质的转化碳的转化与循环第14页,共62页。a、细菌的新陈代谢作用,使溶解性有机碳转化为 CO2合成细 菌增殖;b、藻类光合作用吸收CO2,呼吸时又放出CO2;c、死亡的细菌,藻类沉入池底,分解为有机碳与无 机碳;d、塘底的厌氧发酵反应,对不溶解的有机碳分解。碳碳的的转转化化途途径径 综合作用的结果:溶解性有机物的降解,和细菌、藻类的增殖塘水的PH值有变化 CO2+H2O H2CO3 HCO3-+H+白天左移 夜
16、间右移pH值升高 CO3-+H2O HCO3-+OH-白天右移 夜间左移 pH值降低第15页,共62页。有机氮有机氮Org-N氨氮氨氮NH3-N硝酸盐氮硝酸盐氮NO3-N挥发挥发污水污水处理水处理水反硝化反硝化氨化氨化硝化硝化细菌细菌藻类藻类合成合成解体解体图图6-4 氮在稳定塘内的转化与循环过程氮在稳定塘内的转化与循环过程沉积物沉积物沉淀沉淀沉淀沉淀反硝化反硝化固氮作用固氮作用N2合成合成合成合成解体解体光合光合合成合成解体解体氮的转化与转移N2第16页,共62页。a、氨化作用使有机氮生成氨氮进而硝化氨化作用使有机氮生成氨氮进而硝化b、硝化作用使、硝化作用使NH4+-N转化为转化为NO3-N
17、 2NH3+4O2=2HNO3+2H2O+能能c、反硝化作用:、反硝化作用:NO3N转化为转化为N2 2HNO3+CH3COOH=2H2O+2HCO3-+N2d、挥发作用:、挥发作用:HRT长,温度较高的环境下,长,温度较高的环境下,NH3挥发至大气,挥发至大气,N2占大气的占大气的21%;e、吸收作用、吸收作用:微生物及各种水生植物,吸收铵态氮或硝酸氮合微生物及各种水生植物,吸收铵态氮或硝酸氮合成其本身的有机体;成其本身的有机体;f、分解作用:衰死的细菌和藻类解体后,形成溶解性的有机氮、分解作用:衰死的细菌和藻类解体后,形成溶解性的有机氮和沉渣物,和沉渣物,沉淀层中的有机沉淀层中的有机N在厌
18、氧菌的作用下也可得到分在厌氧菌的作用下也可得到分解。解。氮的转化与转移氮的转化与转移第17页,共62页。图图6-5 磷在稳定塘内的转化与循环磷在稳定塘内的转化与循环溶解性溶解性无机磷无机磷有机磷有机磷不溶性不溶性无机磷无机磷有机磷有机磷处理水处理水污水污水细菌细菌藻类藻类沉淀沉淀分解分解沉淀沉淀分解分解吸收吸收吸收吸收分解分解 磷的转化与循环磷的转化与循环 进水中,含有有机磷及溶解性的无机磷酸盐进水中,含有有机磷及溶解性的无机磷酸盐第18页,共62页。白天,白天,PH上升,磷酸盐易于沉淀上升,磷酸盐易于沉淀 夜间,夜间,PH下降,磷酸盐易于溶解下降,磷酸盐易于溶解c、有机磷在细菌作用下的净化分
19、解、有机磷在细菌作用下的净化分解稳定塘能去处磷稳定塘能去处磷50-70%有害物质的转化有害物质的转化 a、生物降解作用、生物降解作用微生物对苯、酚、腈、有机染料、农微生物对苯、酚、腈、有机染料、农 药、多氯联苯药、多氯联苯 b、吸附与吸收作用:水生植物的根系适于微生物的生长并吸、吸附与吸收作用:水生植物的根系适于微生物的生长并吸 收重金属收重金属 c、螯合与沉淀作用、螯合与沉淀作用磷的转化与循环磷的转化与循环 进水中,有机磷也有溶解性的无机磷酸盐进水中,有机磷也有溶解性的无机磷酸盐a、细菌、藻类吸收无机磷转化为有机磷(满足生命活、细菌、藻类吸收无机磷转化为有机磷(满足生命活动动 有机有机磷)磷
20、)b、溶解性、溶解性P与不溶解性与不溶解性P的互相转化的互相转化 第19页,共62页。(4)厌氧微生物的代谢作用)厌氧微生物的代谢作用:兼性塘的塘底兼性塘的塘底+厌氧塘内厌氧塘内 DO=0 水解阶段、水解阶段、产氢产乙酸、产甲烷阶段产氢产乙酸、产甲烷阶段(5)浮游生物的作用:)浮游生物的作用:藻类的主要作用藻类的主要作用-供氧;供氧;浮游生物的主要功能浮游生物的主要功能吞食游离细菌,使水清澈,分泌产生生物吞食游离细菌,使水清澈,分泌产生生物 絮凝的粘液;絮凝的粘液;底栖生物底栖生物摇蚊摄取污泥层的藻类或细菌,使污泥层数量减少摇蚊摄取污泥层的藻类或细菌,使污泥层数量减少;鱼类鱼类-捕食微型水生动
21、物及污物。捕食微型水生动物及污物。厌氧发酵的三个阶段:厌氧发酵的三个阶段:2、稳定塘对污水的净化作用、稳定塘对污水的净化作用(1)稀释作用)稀释作用;风力、水流及污染物扩散的作用风力、水流及污染物扩散的作用-物理过程物理过程(2)沉淀和絮凝作用:)沉淀和絮凝作用:SS自然沉降,小自然沉降,小SS,微生物絮凝作用,微生物絮凝作用(3)好氧微生物的代谢作用)好氧微生物的代谢作用:异养型好氧菌和兼性菌异养型好氧菌和兼性菌(6)水中维管束植物的作用)水中维管束植物的作用 a、吸收、吸收N、P b、富集重金属、富集重金属 c、向塘水供氧、向塘水供氧 d、根、茎为细菌提供了生长介质。、根、茎为细菌提供了生
22、长介质。第20页,共62页。(1)温度)温度 好氧菌好氧菌 10-40(最佳(最佳25-35)藻类存活藻类存活 5-40(最佳(最佳30-35)厌氧菌厌氧菌 15-60 35、53(2)光照)光照 光照光照光合作用的能量,对藻类的产量有影响光合作用的能量,对藻类的产量有影响33-43g/m.d 光饱和值:藻类对光的利用有限值,光饱和值:藻类对光的利用有限值,Lumen/m;当日光的强度超过藻类所能利用的光照强度,其有向深层移动的当日光的强度超过藻类所能利用的光照强度,其有向深层移动的习性;习性;(3)混合(使营养物质与溶解氧均匀分布)混合(使营养物质与溶解氧均匀分布)3、稳定塘净化过程的影响因
23、素、稳定塘净化过程的影响因素 风力风力 水力搅拌水力搅拌 人工搅拌人工搅拌(4)营养物质)营养物质 满足正常的满足正常的C、N、P、S等等(5)预处理)预处理第21页,共62页。6.1.3 好氧塘好氧塘1、概述、概述(1)塘深:)塘深:h=0.5m(2)DO:白天充足,晚上降低:白天充足,晚上降低(3)PH:白天上升,夜间降低:白天上升,夜间降低(4)生物相:丰富(菌、藻、原生、后生动物)生物相:丰富(菌、藻、原生、后生动物)2、特点、特点(1)优点:净化功能较高,)优点:净化功能较高,HRT较短较短(2)缺点)缺点 进水有必要进行预处理,去除进水有必要进行预处理,去除SS,防止污泥沉淀,防止
24、污泥沉淀层、占地面积大,含有大量藻类,需除藻层、占地面积大,含有大量藻类,需除藻3、分类、分类 高负荷好氧塘高负荷好氧塘 普通好氧塘普通好氧塘 深度处理好氧塘深度处理好氧塘第22页,共62页。4、设计设计(1)一般规定)一般规定选址:气温选址:气温日照日照通风条件通风条件需要预处理需要预处理分格分格不能少于两格,分串联或并联不能少于两格,分串联或并联混合混合是塘水混合的主要动力是塘水混合的主要动力面积面积 40000m2,矩形分布,长:宽,矩形分布,长:宽=2-3:1,塘深,塘深1/2处处为设计平面,取为设计平面,取0.5m为超高为超高处理水回流,定期除底泥,除藻处理处理水回流,定期除底泥,除
25、藻处理HRT约为约为20天天(2)好氧塘的计算)好氧塘的计算 按表面负荷计算按表面负荷计算 A=QS0/NA (m2)S0kg/m 原污水原污水BOD5浓度浓度 Qm3/d 污水设计流量污水设计流量 NABOD表面负荷率表面负荷率kg/m.d(P272,表,表6-1)第23页,共62页。6.1.4 兼性塘1、概述(1)塘深 1.0-2.5m 上层好氧(2)中间变化(DO时有时无)下层厌氧兼性区:生化反应主导厌氧区:产酸,产氢产乙酸,产甲烷三阶段反应好氧区:与好氧塘一样,(硝化菌)(3)生物相也比较丰富2、特点(1)耐冲击负荷(水质、水量上的)(2)效率相同时,建设投资低(3)适用范围广(4)可
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