稳定塘污水处理技术的研究进展

水资源与水工程学报

JournalofWaterResources&WaterEngineering

Vol.18No.5Oct.,2007

稳定塘污水处理技术的研究进展

何小莲,李俊峰,何新林,范文波

(石河子大学水利建筑工程学院/新疆兵团绿洲生态农业重点实验室,石河子新疆832003)

摘　要:总结了稳定塘中有机物、氮、磷的去除机理,稳定塘中的有机物主要通过微生物降解、有机物吸附、有机颗粒的沉降和截滤作用去除;硝化/反硝化、水生植物吸收、NH3挥发这3个过程为TN的主要去除机制;磷的去除涉及底泥对PO3-的吸附/解吸、有机磷氨化、磷的扩散、水生植物吸收等多种机制的共同作用。介绍了新型稳定塘技4术以及塘与传统生物法组合、各类塘型组合工艺。指出今后的稳定塘将朝着强化机理、提高效率、完善设施、塘型优化组合方向发展。

关键词:稳定塘;生物处理;组合塘;污水处理

中图分类号:X703.1　　　文献标识码:A　　　　文章编号:1672-643X(2007)05-0075-03

Studyonthedevelopmentofsewagetreatment

technologybystabilizationpond

HEXiao-lian,LIJun-feng,HEXin-lin,FANWen-bo

(CollegeOfWaterConservancy&ArchitecturalEngineering/KeyLaboratoryofOasisEcologyAgricultureofXinjiangBingtuan,ShiheziUniversity,Shihezi,Xinjiang832003,China)

Abstract:Thispaperhavesummarizedthemechanismtowipeofftheorganization,nitrogen,phosphorus.Inthestabilizationpond,theorganinzationwasmostlywipedoffbyanimalculedegradation,organinzationadsorption,sedimentationandinterceptedaction,themainlywipedmechanismofTNincludednitration/innitration,hydrophyteabsorbed,NH3volatilization,wipedoffphosphorusrelatedtomanymechanismsaction,whichincludeadsorption/suckofPO4bybut-tommud,theaminateoforganicphosphoricpervasion,hydrophyteabsorbedandsoon.Thispa-perhasintroducedthenewpatternofstabilizationpondtechnology,aswellasthecombinationofpondwithtraditionalbiologicalmethod,allkindsofpongpatterncombinationtechnics,pointedoutthestabilizationpondwillbedevelopedtodirectionofconsolidatedmechanism,enhancedeffi-ciency,consummatedestablishment,optimizedcombinationofpondpatternsinfuture.Keywords:stabilizationpond;biologicaldispose;combinationpond;sewagetreatment　　稳定塘是一种利用天然净化能力的生物处理构筑物的总称,主要利用菌藻的共同作用处理废水中的有机污染物。稳定塘污水处理系统具有基建投资和运转费用低、维护和维修简单、便于操作、能有效去除污水中的有机物和病原体等优点,在我国,特别是在缺水干旱的地区,是实施污水资源化利用的有效方法,所以稳定塘处理污水近年来成为我国着力推广的一项新技术[1]。

随着研究和实践的逐步深入,在原有稳定塘技术的基础上,发展了很多新型塘和组合塘工艺。这些技术或者进一步强化了稳定塘的优势,或者弥补了原有技术的不足。

3-

1　稳定塘去污机理研究

1.1　有机物去除研究

在稳定塘中有机物主要通过微生物降解、有机物吸附、有机颗粒的沉降和截滤作用去除。稳定塘对BOD5的去除率通常较高,H.E.Maynard

[2]

的调查

资料显示即使在三级处理塘中,BOD5的去除率也常高达80%,而在整个塘系统中BOD5的去除更常

高达90%以上。然而,高温期在多级塘系统内常出现BOD5先降低再升高的现象。Mara[3]的研究显示生态塘系统BOD5含量的增长有50%～90%是由藻类的生长引起;Mayo的研究也发现在三级处理

[4]

收稿日期:2007-04-29;　修稿日期:2007-06-18

作者简介:何小莲(1981-),女(汉族),四川泸州人,在读硕士,主要从事污水资源化研究。76　　　　　　　　　　　　　　　　　水资源与水工程学报　　　　　　　　　　　　　　　　　2007年

塘中出水BOD5增幅高达160%～240%,且BOD5含量的升高与水体内藻类等有机颗粒的增长具有较高的相关性,因而他也认为BOD5的升高主要是受藻类释放有机物的影响。但目前有关藻类生长对稳定塘内BOD5变化贡献的报道相对较少,因而藻类对有机物变化过程的具体影响不能确定。

1.2　氮去除研究

在稳定塘系统中,人们普遍接受硝化/反硝化、水生植物吸收、NH3挥发这3个过程为TN的主要去除机制[5]。但由于随温度、pH等环境因子变化,这3个去除机制的变化规律相接近,较难确定何种去除机制在TN的去除过程中起决定性作用。由于稳定塘内缺乏微生物生长所需的基质且NO3-浓度偏低,以往研究认为硝化/反硝化对TN的去除贡献较低,因而绝大部分对TN去除过程的研究集中于沉降机制两方面。Mut-NH3挥发和水生植物吸收、

tamara和Puetpaiboon研究显示尽管挥发速率相对较低,但在HRT(水力停留时间)较长的稳定塘系统内氨氮挥发作用仍是TN的主要去除方式;Soares等人[6]的研究显示高温期稳定塘水体表面pH值常高达10以上,NH3挥发速率迅速升高,NH3的挥发在TN去除中占主导地位。

但近年来,随着对NH3挥发速率的测定成为可能,越来越多的研究者对挥发作用持否定态度,而更认同NH3的去除主要来源于有机氮沉降和硝化作用。O.R.Zimmo的测定显示,在藻类塘和浮萍塘中NH3的挥发速率在6.4～37.4mg/(m2.d)之间,对NH3的去除贡献不超过1.5%,而水生植物吸收/沉降和生物硝化/反硝化才是TN的主要去除机制。M.A.Senzia在东经39°13′北纬6°48′的达累斯萨拉姆模拟废水稳定塘,该地月平均气温为23℃～28℃,研究也显示有机氮沉降在氮的去除中占主导地位。但目前对稳定塘内NH3具体主导去除机制仍尚无定论。1.3　磷去除研究

在稳定塘系统中,磷的去除涉及底泥对PO4的吸附/解吸、有机磷氨化、磷的扩散、水生植物吸收等多种机制的共同作用,研究认为水生植物及底泥类型对磷去除过程影响较大,但对系统中磷的主导去除机制为生物吸收还是化学沉降存在分歧

[10]

3-[9]

[7,8]

面积过大、积泥严重和散发臭味等问题,人们不断地对稳定塘进行改良,出现了许多新型塘。以色列Shelef&Azov等人系统研究开发的活性藻系统;美国加州大学伯克利分校的Oswald提出并发展的高

效藻类塘[11];水生植物塘;悬挂人工介质塘;超深厌氧塘[12];移动式曝气塘等。

2.2　组合塘工艺

组合塘工艺分为两大类:一是与传统生物法组合,作为二级处理的补充;二是各类塘型组合。2.2.1　稳定塘与传统生物法组合

(1)水解酸化+稳定塘工艺。由于稳定塘停留时间长、热损耗大,故冬季处理效果下降问题比其它生物处理工艺更为突出。为了提高稳定塘在冬季的处理效果,通常采用水解池作为预处理措施,可以改善进塘污水的可生物降解性,提高低温条件下的降解速率。

(2)气浮+氧化沟+稳定塘工艺。刘智晓等人采用该工艺处理亚麻废水。亚麻沤制过程中产生的混合废水水质:COD为5000～8000mg/L,pH值为4.5～5.8,采用“气浮/氧化沟/稳定塘”组合工艺处理后,系统出水COD≤50mg/L,效果显著。

(3)微电解+接触氧化+稳定塘工艺。龚丽雯[14]等采用生物微电解+接触氧化+稳定塘为主体的工艺对某养猪场的废水处理系统进行了技术改造,使得出水水质完全达到GB8978-1996中的一级标准,该工艺运行稳定、投资小、处理成本低。

(4)混凝+生物膜曝气池+氧化塘法。司朝晖[15]采用该工艺处理以活性染料为主的印染废水。运行表明,该工艺处理效果好,出水可达到《广东省地方污水排放标准》(DB4437—9O)中的二级标准。2.2.2　各种塘型组合

(1)多级串联塘

[16]

[13]

。串联稳定塘是目前国外普

遍采用的一种稳定塘设计方式。Mara和R.S.Ra-malho等人提出串联稳定塘可以提高水处理效率。研究表明,串联稳定塘较之单塘不仅出水藻菌浓度低,BOD、COD、N和P的去除率高,而且只需较短的水力停留时间。人们通过染料试验证实了单塘结构的氧化塘短流现象严重,存在很多死水区,将单塘改造成多级串联塘,其流态更接近于推流反应器的形式,从而减少了短流现象,提高了单位容积的处理效率。其次,从微生物的生态结构看,多级串联有助于污水的逐级递变,使有机物降解过程趋于稳定。由于不同的水质适合不同的微生物生长,串联稳定塘各级水质在递变过程中,会产生各自相适应的优势。

2　稳定塘技术应用研究

2.1　新型稳定塘技术

针对稳定塘存在诸如水力停留时间较长、占地第5期　　　　　　　　　　　　何小莲,等:稳定塘污水处理技术的研究进展77

菌种,因而更有利于发挥各种微生物的净化作用。

(2)高级综合塘系统(AIPS)[17]。由美国加州大学W.J.Oswald教授研究开发的由高级兼性塘、二级兼性塘或藻类高负荷藻塘、藻类沉淀塘和熟化塘组成的高级综合塘系统,每个塘为达到预期目的而被专门设计,综合塘组合选择必须符合现场的特定设计目标。二级处理可以由位于最前的深兼性塘及后面的二级塘完成,营养物的去除及生物回收由各塘间的优化组合实现。高级综合塘系统与普通塘系统相比,具有如下一些优点:水力负荷率和有机负荷率较大,而水力停留时间较短;节省能耗;基建和运行费用较低;能实现水的回收和再用。

(3)生态综合系统塘[18]。哈尔滨工业大学水污染治理中心在污水处理与生态利用方面进行了较多研究,首次提出生态塘(Ecopond)的概念,在系统中人为地建立稳定的食物链,利用食物链(网)中各营养级上多种多样的生物种群的分工合作来完成污水的净化。生态系统塘不仅是有效的污水处理设施,在生态塘中,还可以以水生作物、水产和水禽形式作为资源回收,实现经济效益、环境效益和社会效益的有机结合。

3.3　完善设施

现代的稳定塘一般事先都经过精确的设计,不仅重视作为工艺主单元的塘体设计,而且配备包括

预处理、附属设备等其它常规设施,可以克服塘中的污泥淤积问题,改善处理效果和环境卫生条件。例如,在氧化塘前设置水解池作为预处理构筑物,强化对有机污染物的去除,可以有效地减轻后续氧化塘的淤积程度。

3.4　塘型优化组合

与单一塘相比,各种组合塘系统更具前途。如稳定塘+养殖塘、稳定塘+贮存塘+人工灌溉、稳定塘+人工湿地处理和曝气塘+稳定塘等系统,具有耐水力冲击负荷、处理性能稳定的优点;且可以达到综合利用。如L.G.Rich采用桨板轮搅拌充氧的双曝气水平多级串联塘(DPMC)系统,不仅能耗低,且可以提供较好的净化效果;先进兼性塘(AFP)+高负荷率塘(HRP)+藻类分离塘(ASP)+熟化塘(MP)组合在一起的AIPS先进组合塘系统在美国经多年运行表明效果颇佳。其具有投资省、维修费低、承受水力负荷大、占地少灭菌效果好等优点,可直接进行技术引进和推广应用。高效化的稳定塘决不是一个大面积的水塘,未来的稳定塘必然是包括预处理措施、合理的塘型组合、放养去污能力强的水生植物或设置人工强化基质、生态养殖和污水综合利用等组成的更为复杂的系统工程。参考文献:

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3　稳定塘的发展趋势

综合分析国内外相关文献,可以看出目前稳定塘技术的不足之处主要表现在以下两个方面:水力停留时间较长,效率低下;占地面积大,基建费用高。针对上述不足,笔者认为要解决稳定塘技术目前存在的问题,应该从以下几个方面入手。

3.1　强化机理研究

在稳定塘的研究中,以菌、藻的活动为主体,以主要营养元素C、N、P的迁移为线索,建立系统内各种生物、化学反应之间的联系,全面认识稳定塘的机理,提高稳定塘设计的合理性,必使稳定塘技术有更大的发展。3.2　提高效率

节省占地、提高处理效率是近年来稳定塘研究的主要目的。现在发展了很多高效新型塘,在这些塘中,有的是通过改善塘型,对天然塘型进行精确修整、分隔组合,使之更加符合高效反应器的合理构造;有的引入了人工强化技术[19],通过改善微生物生存环境和利用生物的综合效应,提高稳定塘的有机负荷,减少污水停留时间。如在稳定塘内填置人工制造的、附着生长介质(填料),增加塘内微生物数量,提高对有机物的氧化率。(下转第82页)82　　　　　　　　　　　　　　　　　水资源与水工程学报　　　　　　　　　　　　　　　　　2007年

4.3　几个传统观念的转变

当前要转变人们对水的传统认识,转变旧的思想观念。一是从人类向大自然无节制的索取转变为人与自然和谐相处,实现社会经济的可持续发展;二是从认为水是取之不尽、用之不竭的观念转变为水资源是有限的观念;三是从防止水对人类的侵害转变为在防止水对人类伤害的同时,特别注意防止人类对水的伤害;四是从重点对水资源进行开发、利用、治理的同时转变为对水资源的配置、节约和保护;五是从以需定供转变为以水定供,以供定需,按水资源状况确定国民经济发展布局和规划;六是从认为水是自然之物转变为认识到水是一种资源,采取工程措施,使水成为一种商品;七是从对水量、水质、水能的分别管理以及对水的供、用、排、回收再利用过程的多家管理转变为对水资源的统一配置、统一调度、统一管理。

重缺水的现实情况下一方面要利用好现有水资源,千方百计地研究寻求开辟新的水源,另一方面研究节约用水的各种措施。节约用水是我国倡导的一种社会优良风气,建立节水型社会是大自然赋于我们

的历史使命。目前社会上用水普遍浪费严重,但还不是水资源短缺造成的问题,而最大的问题是水资源不合理运用和浪费,从而加剧了水资源短缺的紧张形势。特别是要确实转变上述的人们对水资源传统的错误观念和认识。参考文献:

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5　结　语

陕西省水资源短缺、供需矛盾越来越尖锐。在严

(上接第77页)

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