第六章

氧化塘和污水的土地處理系統——生態工程技術在水污染控制中的應用Odum,H(1963)：Environmentalmanipulationbymanusingsmallamountsofsupplementaryenergytocontrolsystemsinwhichthemainenergydrivesarestillcomingfromnaturalsources.“thedesignofhumansocietywithitsnaturalenvironmentforthebenefitofboth”§6.1生態工程“師法自然”、“天人合一”馬世駿(1984)：“生態工程是應用生態系統中物種共生與物質循環再生原理，結構與功能協調原則，結合系統分析的最優化方法，設計的促進分層多級利用物質的生產工藝系統”生態工程與傳統工程比較傳統工程生態工程能源類型石化燃料，非再生性資源太陽能為主，非再生性資源為輔

材料鋼筋、水泥，人工科技材料

各種物種、生態系，自然界取得的材質型態

型態及組成單一化多元化人類社會的定位與自然區隔為大自然的一部份與其他物種的互動排斥共榮可持續性低高生態水利工程過去：減輕或避免災害所造成的損失。現在：注重對于生態的影響及景觀與其周圍環境的和諧。CentralBeijingKunyurivertraining,1998-2000案例：北京城市水環境綜合整治北京規模型河道治理始于1998當時主要目標為輸水（嚴重缺水城市）Straightchannel,regularcross-sectionConcreteriverbank,rockparapetDredgingupBankprotectionproject案例：北京城市水環境綜合整治認識逐漸轉變轉為河水環境綜合治理工程（2001-2003）

保持蜿蜒形態

自然型河道護岸……

水生植被修復4km

案例：北京城市水環境綜合整治引入新的設計理念和技術（生態）注重河道人性特征保護

歷史碼頭生態公園疊石水景自然河道走廊案例：北京城市水環境綜合整治各種具體修復技術的應用NaturalmaterialforriversideprotectionReservewaterplantFishpasswayFloatingplantisland案例：北京城市水環境綜合整治海淀區上莊鄉翠湖濕地生態園什剎海西海水華防治(1)植物凈水(2)養魚除藻(3)投撒微生物制劑(4)物理吸附、接觸氧化技術(5)曝氣一超聲波殺藻技術案例四：北京城市水環境綜合整治永定河引水渠生物浮島生物膜接觸氧化水質凈化南護城河溢洪道的絮凝氣浮水質凈化案例：水利工程的生態改造擋水建筑物的生態型改建營造利于魚類遷徙的河道環境2.1m堰跌水分散落差的垂槽魚道流態改善§6.2穩定塘穩定塘（Stabilization）：又名氧化塘（OxidationPond），生物塘，利用天然凈化能力處理污水的生物處理設施，其凈化過程與自然水體自凈過程相似。應用：在歐美和部分發展中國家推廣很快。如下表，為美國的穩定塘發展情況年份19451957196819761980現在穩定塘數（個）4563125005500700020000全球有超過40個國家和地區使用穩定塘來處理污水。我國穩定塘的發展也很快，目前已經超過40座。如：黑龍江省齊齊哈爾污水庫，上海金山石化總廠穩定塘，新疆克拉瑪依市穩定塘，湖北鄂城鴨兒湖，江蘇鎮江市征潤州穩定塘，云南澄江縣撫仙湖，北京官廳水庫黑土洼等等。穩定塘的類型好氧穩定塘：較淺，陽光透射，全塘含有溶解氧兼性穩定塘：深度較大，上層好氧，下層厭氧厭氧穩定塘：2m以上，有機負荷高，全塘無溶解氧曝氣穩定塘：2m以上，采用人工曝氣供氧穩定塘發展階段(1)用于處理小城鎮污水，美國90%用于處理萬人以下小城鎮污水，設計流量小于7570m3/d。(2)用于食品工業廢水，繼而廣泛用于造紙、紡織、皮革、石油化工等工業廢水。美國20世紀70年代有處理工業廢水的穩定塘1000多座，處理食品廢水的占1/2。(3)作為活性污泥二級處理的后續深度處理。(4)穩定塘處理污水與綜合利用相結合，發展養魚、養禽、水生植物、飼料等。(5)穩定塘的運行方式，由單塘運轉向多塘串聯運行，并以兼性塘為主，如：厭氧塘——兼性塘——好氧塘或兼性塘——好氧塘等串聯方式。法國南部MeZe鎮的氧化塘污水處理系統齊齊哈爾市南郊污水處理廠氧化塘

氧化塘的面積有880公頃已經具有生態效應野鴨成群氧化塘進水口水體黑臭氧化塘2號塘水體已變黃氧化塘3號塘水體變綠，已形成生物系統氧化塘出水口水體已由黑臭變為綠色優點基建投資低運行管理簡單經濟可進行綜合利用缺點占地面積大處理效果受氣候影響設計運行不當時，可能形成二次污染§6.2.1好氧穩定塘特點：好氧微生物——藻類共生按照有機負荷的高低，可分為：高復荷塘（水淺、停留時間短、有機負荷高）；普通塘（水深、停留時間長、二級處理作用）；深度處理塘（安置與二級處理之后）有機復荷法：有機物面積負荷：好氧塘主要尺寸經驗值：1）多采用矩形，表面長寬比為3:1—4:1，一般一塘深1/2處面積作為計算塘面積。塘高0.6-1.0m，單塘面積不宜超過4ha(104m2)2）塘堤的內坡坡度為1:2—1:3（垂直：水平），外坡坡度為1:2—1:5（垂直：水平）。3）好氧塘座數一般不少于3座，規模很小時不少于2座。好氧塘設計計算高負荷：80-160kg/hm2d普通：40-120kg/hm2d深度處理塘：<5kg/hm2d

§6.2.2厭氧穩定塘與厭氧生物處理過程相同，厭氧分為水解、產酸、產氣三個階段。影響厭氧塘處理效率的因素有：氣溫、水溫、進水水質、浮渣、營養比、污泥成分等。一般厭氧塘都作為預處理的手段，形成厭氧——好氧塘系統，較好的應用于處理水量小、濃度高的有機廢水。缺點：無法回收甲烷氣體、容易產生臭味、環境效果差。厭氧塘設計參數與方法主要尺寸： 長寬比：(2-2.5):1，呈長方形。 深度：有效深度（水深+泥深）3-5m

單塘面積：4*104m2主要參數：有機負荷、水利停留時間。他們與地理位置、氣候條件有關。設計原則：厭氧塘可按冬季平均氣溫做為控制設計的條件。流量應取平均日流量。厭氧塘的格柵、沉砂池或沉淀池按設計的最大流量計算。合流制城市污水按旱流污水量設計，即取低水位。KT—反應速率常數（d-1），與水溫、污水性質、BOD5負荷、水利停留時間有關系當進水BOD5在80—400mg/L之間，表面BOD負荷在300—2000kg/had，t在1—6d之間時：厭氧塘使用注意事項水污染度高，塘水深大，容易污染地下水，必須進行防滲設計。臭氣會散發，要離居住地500m以上。浮渣有礙觀瞻，應注意去除。浮渣中有小蟲滋生，應由防蟲措施。§6.2.3

兼性穩定塘

兼性塘設計方法面積負荷：停留時間：也可以參照表14-3選用負荷和停留時間。經驗尺寸：長寬比3：1——4：1。有效水深：1.2——2.5m,超高，0.6－1.0m，儲泥區高度應大于0.3米。塘堤的內坡坡度為1:2—1:3（垂直：水平），外坡坡度為1:2—1:5（垂直：水平）。兼性塘一般不少于三座，采用串聯方式，其中第一塘面積約占兼性塘總面積的30％－60％，單塘面積不大于4公頃，以避免布水不均勻或波浪較大等問題。停留時間：7—8天，低緯度氣候暖，取低值，高緯度取高值。BOD5負荷：10—100kgBOD5/had，北方取低值，南方取高值。§6.2.4

曝氣穩定塘曝氣穩定塘：塘面上安裝有人工曝氣設備的穩定塘曝氣穩定塘一般可分為：完全混合時曝氣塘，部分混合式曝氣塘。由于出水懸浮物濃度較高，一般后續需設立沉淀池或設兼性塘。停留時間：3—10天，塘深：2—6m，塘數：一般不少于3座，一般串連布置。一般處理1m3污水所需功率大于常規活性污泥法曝氣池。§6.2.5

穩定塘的工藝流程穩定塘處理系統一般由：預處理設施、穩定塘、后處理設施。預處理：防止污泥淤積、去除懸浮物。組合流程：以當地條件、處理要求不同而異。§6.2.6穩定塘的研究與進展穩定塘的除藻技術(1)最后一塘放養水生植物，覆蓋水面，阻礙藻類光合作用。(2)氣浮除藻。水力學特性的研究采用串聯系統，避免短路。新工藝的研究(1)高效、曝氣穩定塘、增加填料的強化穩定塘（如云南澄江撫仙湖）。(2)塘前增加水解池，將大分子有機物水解為小分子，有利于出水水質提高。穩定塘過冬問題(1)美國：取冬季最低有機負荷設計穩定塘，全年低負荷運行。(2)齊齊哈爾：“冬蓄夏灌”，冬天作為污水庫使用。這兩種辦法都要加大塘容積和面積。云南澄江縣撫仙湖馬料河濕地工程生物濾床

撫仙湖馬料河濕地工程工藝流程沉沙池(美人蕉)氧化塘1氧化塘2氧化塘3(水芹菜+浮萍+睡蓮)潛流型濕地(香蒲＋蘆葦)潛流型濕地(香蒲)潛流型濕地(蘆葦)潛流型濕地(散竹＋蘆葦)梯級表流型人工濕地梯級表流型人工濕地（水芹菜和茨菰）湖濱天然濕地濕地工程凈化后的水樣和凈化前的水樣對比

主要依靠生物氧化、沉淀和過濾，把生活污水和農業生產污水變為清水后再流入湖泊。該工程占地近30畝，2003年10月建成運行，每天可凈化污水4萬多噸，湖北省鄂州鴨兒湖氧化塘成公害1976年，國家投資653萬元修建了6000多畝的鴨兒湖氧化塘三級處理場，主要處理鴨兒湖附近的葛店化工廠、武漢化工二廠、建漢化工廠的工業廢水。到1997年，隨著武漢化工二廠的全面停產，這個用于廢水處理的氧化塘徹底閑置了。昔日亞洲最大的氧化塘，如今成了當地村民的大魚塘。由于氧化塘主要是處理農藥廢水，大量的有毒物質吸附在淤泥上。氧化塘閑置后不維護保養，污染累積。現已發現淤泥里含有汞、多環芳烴、多氯聯苯等多種有害物質，有的毒性物質超標萬倍以上。

§6.2.7穩定塘出現的問題我國的穩定塘工藝問題比較多，主要集中于以下幾點：(1)污泥淤積嚴重，減少塘容積。(2)穩定塘發臭，影響環境衛生。(3)沒有采取有效的防滲防漏措施，地下水嚴重污染。(4)缺乏統一、有效的設計標準，有些嚴重超負荷，有些卻常年處于低負荷運行，很不經濟。§6.3廢水土地處理系統土壤是由礦物質、有機質、水分和空氣四種物質組成的。污水的土地處理：是在人工調控下，利用土壤——微生物——植物組成的生態系統使污水中的污染物凈化的處理方法。在污染物得以凈化的同時，水中的營養物質和水分也得以循環利用。因此，土地處理系統使污水資源化、無害化和穩定化的處理系統。

污水土地處理系統的凈化機理十分復雜，它包含了物理過濾、物理吸附、物理沉積、物理化學吸附、化學反應和化學沉淀、微生物對有機物的降解等過程。因此，污水在土地處理系統中的凈化是一個綜合凈化過程。土地處理系統的凈化機理BOD的去除磷和氮的去除懸浮物質的去除病原體的去除重金屬的去除

BOD大部分是在土壤表層土中去除的。土壤中含有大量的種類繁多的異氧型微生物，它們能對被過濾、截留在土壤顆粒空隙間的懸浮有機物和溶解有機物進行生物降解，并合成微生物新細胞。當污水處理的BOD負荷超過讓土壤微生物分解BOD的生物氧化能力時，會引起厭氧狀態或土壤堵塞。污水土地處理系統的凈化機理十分復雜，它包含了物理過濾、物理吸附、物理沉積、物理化學吸附、化學反應和化學沉淀、微生物對有機物的降解等過程。因此，污水在土地處理系統中的凈化是一個綜合凈化過程。土地處理系統的凈化機理BOD的去除磷和氮的去除懸浮物質的去除病原體的去除重金屬的去除在土地處理中，磷主要是通過植物吸收，化學反應和沉淀（與土壤中的鈣、鋁、鐵等離子形成難溶的磷酸鹽）、物理吸附和沉淀（土壤中的黏土礦物對磷酸鹽的吸附和沉積），物理化學吸附（離子交換、絡和吸附）等方式被去除。其去除效果受土壤結構、陽離子交換容量、鐵鋁氧化物和植物對磷的吸收等因素的影響。氮主要是通過植物吸收，微生物脫氮（氨化、硝化、反硝化），揮發、滲出（氨在堿性條件下逸出、硝酸鹽的滲出）等方式被去除。其去除率受作物的類型、生長期、對氮的吸收能力，以及土地處理系統等工藝因素的影響。污水土地處理系統的凈化機理十分復雜，它包含了物理過濾、物理吸附、物理沉積、物理化學吸附、化學反應和化學沉淀、微生物對有機物的降解等過程。因此，污水在土地處理系統中的凈化是一個綜合凈化過程。土地處理系統的凈化機理BOD的去除磷和氮的去除懸浮物質的去除病原體的去除重金屬的去除

污水中的懸浮物質是依靠作物和土壤顆粒間的孔隙截留、過濾去除的。土壤顆粒的大小、顆粒間孔隙的形狀、大小、分布和水流通道，以及懸浮物的性質、大小和濃度等都影響對懸浮物的截留過濾效果。若懸浮物的濃度太高、顆粒太大會引起土壤堵塞。

污水土地處理系統的凈化機理十分復雜，它包含了物理過濾、物理吸附、物理沉積、物理化學吸附、化學反應和化學沉淀、微生物對有機物的降解等過程。因此，污水在土地處理系統中的凈化是一個綜合凈化過程。土地處理系統的凈化機理BOD的去除磷和氮的去除懸浮物質的去除病原體的去除重金屬的去除

污水經土壤處理后，水中大部分的病菌和病毒可被去除，去除率可達92％～97％。其去除率與選用的土地處理系統工藝有關，其中地表漫流的去除率較低，但若有較長的漫流距離和停留時間，也可以達到較高的去除效率。

污水土地處理系統的凈化機理十分復雜，它包含了物理過濾、物理吸附、物理沉積、物理化學吸附、化學反應和化學沉淀、微生物對有機物的降解等過程。因此，污水在土地處理系統中的凈化是一個綜合凈化過程。土地處理系統的凈化機理BOD的去除磷和氮的去除懸浮物質的去除病原體的去除重金屬的去除

重金屬的去和主要是通過物理化學吸附，化學反應與沉淀等途徑被去除的。重金屬離子在土壤膠體表面進行陽離子交換而被置換、吸附，并生成難溶性化合物被固定于礦物晶格中；重金屬于某些有機物生成可吸性鰲合物被固定于礦物質晶格中；重金屬離子于土壤的某些組分進行化學反應，生成金屬磷酸鹽和有機重金屬等沉積于土壤中。土地處理基本工藝地表漫流系統快速滲濾系統濕地處理系統慢速滲濾系統地下滲濾處理系統

慢速滲濾系統適用于滲水性能良好的土壤、砂質土壤及蒸發量小、氣候潤濕的地區。慢速滲濾系統的污水投配負荷一般較低，滲流速度慢，故污水凈化效率高，出水水質優良。慢速滲濾系統有農業型和森林型兩種。其主要控制因素為：灌水率、灌水方式、作物選擇和預處理等。運行數據：BOD5去除率可達95%以上；COD去除率可達85~90%以上；氮去除率可達80~90%以上；我國沈陽、昆明等地采用較多。

快速滲濾土地處理系統是一種高效、低耗、經濟的污水處理與再生方法。適用于滲透性能良好的土壤，如砂土、礫石性砂土、砂質壚坶等。污水灌至快速濾滲田表面后很快下滲進入地下，并最終進入地下水層。灌水與休灌反復循環進行，使濾田表面土壤處于厭氧——好氧交替運行狀態，依靠土壤微生物將被土壤截留的溶解性和懸浮有機物進行分解，使污水得以凈化。快速滲濾法的主要目的是補給地下水和廢水再生回用。進入快速滲濾系統的污水應進行適當預處理，以保證有較大的滲濾速率和硝化速率。

土地處理基本工藝地表漫流系統快速滲濾系統濕地處理系統慢速滲濾系統地下滲濾處理系統特點：

（1）去除率高：

BOD＞95%；COD＞91%

出水BOD＜10mg/L；

COD＜40mg/L

（2）具有脫氮除磷功能：

NH3去除率85%；

TN去除率80%

除磷率65%（3）去除大腸菌得能力強，可達99.9%土地處理基本工藝

地表漫流系統適用于滲透性的黏土或亞黏土，地面最佳坡度為2％～8％。廢水以噴灌法或漫灌法有控制的在地面上均勻的漫流，流向設在坡腳的集水渠，在流行過程中少量廢水被植物攝取、蒸發和滲入地下。地面上種牧草或其他作物供微生物棲息并防止土壤流失，尾水收集后可回用或排放水體。采用何種方法灌溉取決于土壤性質、作物類型、氣象和地形。

地表漫流系統快速滲濾系統濕地處理系統慢速滲濾系統地下滲濾處理系統運行數據：BOD去除率達90%左右，總氮去除率達70~80%SS的去除率達90~95%另一特點：可收獲植物，牧草等。

地下污水處理系統是將污水投配到距地面約0.5m深，有良好滲透性的底層中，藉毛管浸潤和土壤滲透作用，使污水向四周擴散，通過過濾、沉淀、吸附和生物降解作用等過程使污水得到凈化。地下滲濾系統適用于無法接入城市排水管網的小水量污水處理。污水進入處理系統前需經化糞池或酸化池預處理。土地處理基本工藝地表漫流系統快速滲濾系統濕地處理系統慢速滲濾系統地下滲濾處理系統土地處理基本工藝

濕地處理系統是一種利用低洼濕地和沼澤地處理污水的方法。污水有控制地投配到種有蘆葦、香蒲等耐水性、沼澤性植物的濕地上，廢水在沿一定方向流行過程中，在耐水性植物和土壤共同作用下得以凈化（圖12－9）。濕地處理可直接處理污水或深度處理。污水進入系統前需預處理。地表漫流系統快速滲濾系統濕地處理系統慢速滲濾系統地下滲濾處理系統濕地（CW）處理系統濕地：指地下水位終年接近地表面、土壤處于飽和狀態并生長著植物的地方。污水人工濕地處理系統（ConstructedWetland）：是將污水有控制地投配到經人工構造的濕地上，主要利用土壤、植物和微生物等作用處理污水的一種污水自然處理系統。按水流方式，污水人工濕地可以分為地表流、地下流和垂直流濕地三種。地表流濕地：水在生長稠密的水生（沼生）植物叢中流動，有自由水面。地下流濕地：水以潛流形式滲過長有植物的淺層多慮孔床。垂直流濕地：結合上述兩種濕地特性，由上而下垂直流態。污水人工濕地處理系統通常可以分為預處理、濕地田、水質水量監控三個部分濕地的分類1.自然濕地（1）咸水濕地：

ａ.咸水草澤ｂ.淡水草澤ｃ.紅樹林濕地（2）淡水濕地：

ａ.林澤ｂ.草澤ｃ.沼澤ｄ.酸澤2.人工濕地（1）自由表面水流式（2）地下流式ａ.水平流動型ｂ.垂直流動型

濕地的功能（1）維護生物多樣性（2）包括對洪水的消減、對暴雨的緩減效果、補充含水層以及凈化水質的功能。（3）全球營養成分循環，維持氮氣、硫化物及二氧化碳的平衡。（4）濕地凈化水質的功能

污染物過濾、沉淀物去除、污染物分解、制造氧氣、營養型循環、化學物質及營養鹽的吸收.濕地，可以沉淀、排除、吸收和降解有毒物質，使潛在的污染物轉化為資源，因而被譽為“地球之腎”。

湖泊濕地草澤生態紅樹林生態河口濕地內陸蘆葦濕地沼澤濕地河流濕地杭州西溪國家濕地公園齊齊哈爾扎龍濕地鶴舞翩翩濕地的組成要素1、水（淡水、咸水、海水）2、生物（植物、動物、微生物）3、底質4、地貌

濕地中的植物藻類

(algae)自由漂浮水生植物

(Free-floatingaquaticplant)

根沒有固定于水中，植物本身會隨著水的流動而四處漂浮，通常體積小、繁殖能力強是其特質。

根著型漂浮水生植物

(Rootedfloatingaquaticplant)

生長于深水域環境，根莖或球莖固定于底泥中，葉片由長長的葉柄支撐，平貼浮于水面。人工濕地中的浮水植物浮萍鳳眼蓮睡蓮眼子菜水葫蘆

濕地中的植物沉水植物（Submergedaquaticplant）

完全沉浸于水中，多半生長在水域較深的環境，根長在水中，葉片一般成線狀、帶狀或絲狀。挺水植物（Emergentaquaticplant)

根生長在土里，但不同的是葉片或莖卻挺露出水面。灌木（Shrubs）樹（Trees）人工濕地中的沉水植物輪藻金魚藻香蒲蘆葦燈芯草人工濕地中的挺水植物菖蒲馬尾草水生植物的根部效應

植物可借由將氧氣傳輸至根部，使得附近土壤成為好氧區，而其他區域的土壤成為厭氧區。再由根部附近的微生物進行同化作用及異化作用，進行硝化及脫硝作用及磷的化學沉淀，此輸養至根部而形成根部好氧區的功能，我們稱之為根部效應。

對水生植物凈化水質的理解水生植物在濕地凈化水質中占了一個很大的因素，而植物能去除污染物是因為具有根部效應。不論何種水生植物都有凈化水質效能，只是因水生植物種類不同，其去除水污染效能不同而已。水生植物具有凈化水質效能，不僅會促使濕地中的生活污水營養型物質去除，也可去除工業廢水中所含的污染物質。

人工濕地試驗點小試系統

人工濕地試驗點中試系統

沉砂池格柵濕地1泄洪溝瀉洪閘人工濕地處理暴雨方法日本渡良瀨蓄水池的人工濕地韓國良才川水質生物－生態修復設施成都南河活水公園CW系統成都南河活水公園CW系統成都活水公園CW系統污染物去除率指標去除率％厭氧池塘床系統魚塘戲水池總排口CODCr35.485.