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第六章 污水自然生物处理法. 自然条件下的生物处理法主要有水体净化法和土壤净化法两类。属于前者的有氧化塘和养殖塘，统称为生物稳定塘，其净化机理与活性污泥法相似，属于后者的有土壤渗滤和污水灌溉，统称为废水的土地处理，其净化机理与生物膜法相似。
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第六章 污水自然生物处理法 自然条件下的生物处理法主要有水体净化法和土壤净化法两类。属于前者的有氧化塘和养殖塘，统称为生物稳定塘，其净化机理与活性污泥法相似，属于后者的有土壤渗滤和污水灌溉，统称为废水的土地处理，其净化机理与生物膜法相似。 自然条件下的生物处理法不但费用低廉、运行管理简便，而且对难生化降解有机物、氮磷营养物和细菌的去除率都高于常规二级处理，达到部分三级处理的效果，而其基建费用和处理成本只分别为二级处理厂的l／5～l／3和l／20～l／10。此外，在一定条件下，生物稳定塘还能作为养殖塘加以利用，污水灌溉则可将废水和其中的营养物质作为水肥资源利用，获得除害兴利、一举两得的效果。
一、稳定塘 （一）稳定塘的种类和功能 稳定塘又称氧化塘，是一种天然的或经过一定人工修整的有机废水处理池塘。按照占优势的微生物种属和相应的生化反应，可分为好氧塘、兼性塘、曝气塘和厌氧塘四种类型。 1、好氧塘 好氧塘是一种主要靠塘内藻类的光合作用供氧的氧化塘。它的水深较浅，一般在0.3~0.5m，阳光能直接射透到池底，藻类生长旺盛，加上塘面风力搅动进行大气复氧，全部塘水都呈好氧状态。 按照有机负荷的高低，好氧塘可分为高速率好氧塘、低速率好氧塘和深度处理塘。高速率好氧塘用于气候温暖、光照充足的地区处理可生化性好的工业废水，可取得BOD去除率高、占地面积少的效果，并副产藻类饲料。低速率好氧塘是通过控制塘深来减小负荷，常用于处理溶解性有机废水和城市二级处理厂出水。深度处理塘(精制塘)，主要用于接纳已被处理到二级出水标准的废水，因而其有机负荷很小。
2、兼性塘 兼性塘的水深一般在1．5～2m，塘内好氧和厌氧生化反应兼而有之。在上部水层中，白天藻类光合作用旺盛，塘水维持好氧状态，其净化机理和各项运行指标与好氧塘相同，在夜晚，藻类光合作用停止，大气复氧低于塘内耗氧，溶解氧急剧下降至接近于零。在塘底，由可沉固体和藻、菌类残体形成了污泥层，由于缺氧而进行厌氧发酵，称为厌氧层。在好氧层和厌氧层之间，存在着一个兼性层。
兼性塘是氧化塘中最常用的塘型，常用于处理城市一级沉淀或二级处理出水。在工业废水处理中，常在曝气塘或厌氧塘之后作为二级处理塘使用，有的也作为难生化降解有机废水的贮存塘和间歇排放塘(污水库)使用。由于它在夏季的有机负荷要比冬季所允许的负荷高得多，因而特别适用于处理在夏季进行生产的季节性食品工业废水。兼性塘是氧化塘中最常用的塘型，常用于处理城市一级沉淀或二级处理出水。在工业废水处理中，常在曝气塘或厌氧塘之后作为二级处理塘使用，有的也作为难生化降解有机废水的贮存塘和间歇排放塘(污水库)使用。由于它在夏季的有机负荷要比冬季所允许的负荷高得多，因而特别适用于处理在夏季进行生产的季节性食品工业废水。 3、曝气塘 为了强化塘面大气复氧作用，可在氧化塘上设置机械曝气或水力曝气器，使塘水得到不同程度的混合而保持好氧或兼性状态。曝气塘有机负荷和去除率都比较高，占地面积小，但运行费用高，且出水悬浮物浓度较高，使用时可在后面连接兼性塘来改善最终出水水质。
4、厌氧塘 厌氧塘的水深一般在2．5m以上，最深可达4～5m。当塘中耗氧超过藻类和大气复氧时，就使全塘处于厌氧分解状态。因而，厌氧塘是一类高有机负荷的以厌氧分解为主的生物塘。其表面积较小而深度较大，水在塘中停留20～50d。它能以高有机负荷处理高浓度废水，污泥量少，但净化速率慢、停留时间长，并产生臭气，出水不能达到排放要求，因而多作为好氧塘的预处理塘使用。
（三）稳定塘的规划设计 1、塘址选择：稳定塘占地较多，应尽可能利用不宜耕种的土地，如废旧河道、塘坝、低洼地、沼泽和贫瘠地等，若有高差，应充分利用。为了防止春、秋季翻塘时臭气的干扰，塘址应离居民区500～l000m以上，并位于其主导风下风方向。当用于处理城镇污水时，应结合建设规划统一考虑污灌、污养和水的综合利用问题，以隶经济、环境、社会效益的统一。 2、塘型及其组合：塘型的选择应从处理对象的水质特征出发，结合当地气候、地形条件确定。例如，在光照充足，没有持续冰封期的地区，可选用好氧塘；而在处理高浓度有机废水时，应在系统中设置厌氧塘；在处理城市污水和工业废水时，应根据原水性质及处理水的用途和要求，宜采用多塘组合系统。
4、水力条件：水力条件主要指废水在塘内的流动特征，如塘内存在沟流、短流和返混，将使废水在塘内混合传质过程受到影响，有机物的去除率将下降。我国目前推荐的水力条件是：1)塘的个数不少于3个，串联运行；2)塘形如为矩形，长宽比应大于3，每个塘的面积以5000m2为度；3)进口距塘底0．5m，以多点进水为佳，出口应尽可能远离进口；4)尽量设置导流墙，横向导流墙长度为塘宽的0．8倍，纵向导流墙长度为塘长的0．7倍；5)沿塘长每隔一定距离设置一条横向污泥沟，沟上方设障板，障板伸入水中约0.9m，水面以上部分不大于0．15m；6)塘堤的最大和最小坡度分别为3：1和8：1。4、水力条件：水力条件主要指废水在塘内的流动特征，如塘内存在沟流、短流和返混，将使废水在塘内混合传质过程受到影响，有机物的去除率将下降。我国目前推荐的水力条件是：1)塘的个数不少于3个，串联运行；2)塘形如为矩形，长宽比应大于3，每个塘的面积以5000m2为度；3)进口距塘底0．5m，以多点进水为佳，出口应尽可能远离进口；4)尽量设置导流墙，横向导流墙长度为塘宽的0．8倍，纵向导流墙长度为塘长的0．7倍；5)沿塘长每隔一定距离设置一条横向污泥沟，沟上方设障板，障板伸入水中约0.9m，水面以上部分不大于0．15m；6)塘堤的最大和最小坡度分别为3：1和8：1。
二、生态系统塘 生物稳定塘中，除了上述四种主要靠微生物起净化作用的塘型外，还有以放养高等大型水生植物作为强化净化手段的水生植物塘和利用污水养鱼、蚌、螺、鸭、鹅的养殖塘。二者可统称为生态系统塘。 1、水生植物塘 水生植物可分为挺水植物、漂浮植物、浮叶植物和沉水植物四类。放养品种的选择取决于它们的适应和净化能力、是否易于收获处置及利用价值等。一般认为，凤眼莲(即水葫芦)、绿萍等漂浮植物和水浮莲等浮叶植物有很强的耐污能力，适合于前级多污带稳定塘放养，芦苇、水葱、菖蒲等挺水植物具有中等耐污能力，适于在水浅的前级氧化塘栽植，而茨藻、金鱼藻等沉水植物则适于在寡污带的后级氧化塘和接纳二级处理水的塘中放养。
放养植物对污染物的净化，主要是通过两种途径完成的：一是吸收——贮存和捕集——积累一沉淀；二是它们发达的根系上形成了大量的生物膜。植株通过根端向生物膜输氧，使微生物参与对污染物的净化。上述处理机理在水葫芦塘中表现最为典型，显示出很强的净化能力。放养植物对污染物的净化，主要是通过两种途径完成的：一是吸收——贮存和捕集——积累一沉淀；二是它们发达的根系上形成了大量的生物膜。植株通过根端向生物膜输氧，使微生物参与对污染物的净化。上述处理机理在水葫芦塘中表现最为典型，显示出很强的净化能力。 2、养殖塘 好氧塘和兼性塘中有水生动物所必需的溶解氧和由多条食物链提供的多种饵料，具备养殖鱼类、螺、蚌和鸭、鹅等家禽的良好条件。这种养殖塘以阳光为能源，对污染物进行高同化、降解，并在食够链中迁移转化，最终转化为动物蛋白。国内若干大、中型养殖塘的运行结果表明，它比普通藻类共生塘有更高的净化效果，BOD。的去除率在90％以上，SS和N、P的去除率一般在80～90%，细菌去除率大于98％，而鱼产量比清水养鱼增产0．3～0．45kg／m2。
三、土地处理法 （一）废水的土地处理概念及分类 1、废水的土地处理概念：废水的土地处理，是将一、二级处理出水用于农田、牧场或林木灌溉，或将原废水经土壤渗滤后回注于地下水等处理技术的总称。 废水中通常含有农作物需要的各种营养成分。对我国一些城市污水的测定结果表明，污水中含T—N约为30～90mg／L，NH3一N约为20~50mg／L，P约为3～4 mg／L。K约为5~40 mg／L。上述养分经一级或二级处理后只有少量被除去，而大部分随出水排出。利用废水灌溉，不仅解决了农牧林业对水、肥两大要素的需求，并通过其中的腐植质提高土壤肥力和地温，获得十分显著的增产效果，而且能除去人工生化处理难以除去的N、P营养物和难生化降解有机物，进一步降低BOD。、COD、SS和病原菌，使废水资源得到再生。
2、 废水的土地处理分类：废水土地处理可分为以净化回收水资源为主要目的的土地渗滤和以利用水、肥资源为主要目的的污水灌溉。土地渗滤的处理机理与生物滤池类似，此法可分为地表漫流；快速渗滤和慢速渗滤三种不同方式，污水灌溉可分为旱田灌溉和水田灌溉，前者的机理与生物滤池类似，而后者则与氧化塘相近。 （二）土地处理机理 土壤对废水的净化，是一个受多种复杂因素作用的综合过程。其机理可归结为以下几个方面： 1、物理过滤：废水流经土壤时，悬浮物被表层土壤团粒间的孔隙过滤截留。 2、物理和化学吸附：土壤中的粘土矿物颗粒能吸附水中的中性分子，废水中的各种离子则因离子交换作用被置换吸附并固定在矿物晶格中。 3、络合反应和化学沉淀：废水中的金属离子能作为中心离子与土壤中的某些组分生成络合物和螯合物，或生成硫化物、氢氧化物以及磷酸盐、碳酸盐等而被沉积于土壤中。
（三）污水灌溉的水质要求 污水灌溉意义重大，但必须谨慎从事。其关键在于正确地控制污水水质，使之符合作物正常生长、保护农田土壤和地下水源的要求。其具体要求见污水灌溉水质标准。 （四）土地渗滤系统 土地渗滤，是在人工调控下将废水投配于土地上，通过土壤——植物系统的天然净化能力使废水得到净化和再生的土地处理法。 1、地表漫流 地表漫流是以喷洒方式将废水投配在有植被的倾斜土地上，使其呈薄层沿地表流动，径流水由汇流槽收集。
适宜于地表漫流的土壤是透水性差的粘土和亚粘土，处理场的土地应是有2～6％的中等坡度、地面无明显凸凹的平面。通常应在地面上种草本植物，以便为生物群落提供栖息场所和防止水土流失。在废水顺坡流动的过程中，一部分渗入土壤，并有少量蒸发，水中悬浮物被过滤截留，有机物则被生存于草根和表土中的微生物氧化分解。在不允许地表排放时，径流水可用于农田灌溉，或再经快速渗滤回注于地下水中。适宜于地表漫流的土壤是透水性差的粘土和亚粘土，处理场的土地应是有2～6％的中等坡度、地面无明显凸凹的平面。通常应在地面上种草本植物，以便为生物群落提供栖息场所和防止水土流失。在废水顺坡流动的过程中，一部分渗入土壤，并有少量蒸发，水中悬浮物被过滤截留，有机物则被生存于草根和表土中的微生物氧化分解。在不允许地表排放时，径流水可用于农田灌溉，或再经快速渗滤回注于地下水中。 废水在投配前需经必要的预处理，设施有格栅、初次沉淀池或停留时间为ld的曝气塘等。其次，地表漫流系统只能在植被生长期正常运行，这就需要筛选那些净化和抗污能力强、生长期长的植被草种，同时设有供停运期使用的废水贮存塘。地表漫流的水力负荷率依前处理程度的不同而异，一般在2~10cm／d，流距在30m以上。
2、快速渗滤 快速渗滤是为了适应城市污水的处理出水回注地下水的需要而发展起来的。处理场土壤应为渗透性强的粗粒结构的砂壤或砂土。废水以间歇方式投配于地面，在沿坡面流动的过程中，大部分通过土壤渗入地下，并在渗滤过程中得到净化。
在地下水位较低或是由于咸水入侵而使地下水质变坏的地方采用快速渗滤，能使水位提高或使水力梯度逆向，从而使地下水免受咸水入侵的危害。在需要利用或现有地下水质与回收水质不相容时，则可采用埋设地下集水管或用竖井将净化水提升回地面。在地下水位较低或是由于咸水入侵而使地下水质变坏的地方采用快速渗滤，能使水位提高或使水力梯度逆向，从而使地下水免受咸水入侵的危害。在需要利用或现有地下水质与回收水质不相容时，则可采用埋设地下集水管或用竖井将净化水提升回地面。 快速渗滤的水力负荷率可达30m／d以上，加之大多数快速渗滤系统并不回收处理水，因而其占地面积和处理费用要比地表漫流和慢速渗滤小。快速渗滤一般需经前处理来减少废水中的SS，以防止过滤土壤被堵塞。操作方式为灌水和休灌反复循环，以保持较高的渗滤速率，并防止污染物厌氧分解产生臭味。
3、慢速渗滤 在慢速渗滤中，处理场上通常种植作物。废水经布水后缓慢向下渗滤，借土壤微生物分解和作物吸收进行净化， 慢速渗滤适用于渗水性较好的砂质土和蒸发量小、气候湿润的地区。由于水力负荷率比快速渗滤小得多，废水中的水和养料可被作物充分吸收利用，污染地下水的可能很小，因而被认为是土地处理中最适宜的方法。 4、湿地处理系统 湿地处理系统是将污水投放到土壤经常处于水饱和状态而且生长有芦苇、香蒲等耐水植物的沼泽地上，污水沿一定方向流动，在流动的过程中，在耐水植物和土壤联合作用下，污水得到净化的一种土地处理工艺。
湿地处理系统对污水净化的作用机理是多方面的，这里有：物理的沉降作用；植物根系阻截作用；某些物质的化学沉淀作用；土壤及植物表面的吸附与吸收作用；微生物的代谢作用等。此外，植物根系的某些分泌物对细菌和病毒有灭活作用；细菌和病毒也可能在对其适宜环境中自然死亡。湿地处理系统对污水净化的作用机理是多方面的，这里有：物理的沉降作用；植物根系阻截作用；某些物质的化学沉淀作用；土壤及植物表面的吸附与吸收作用；微生物的代谢作用等。此外，植物根系的某些分泌物对细菌和病毒有灭活作用；细菌和病毒也可能在对其适宜环境中自然死亡。 (1)天然湿地系统 利用天然洼淀、苇塘，并加以人工修整成。中设导流土堤，使污水沿一定方向流动，水深一般在30～80cm之间，不超过100cm，净化作用与好氧塘相似，适宜作污水的深度处理。
(2)自由水面人工湿地 用人工筑成水池或沟槽状，地面铺设隔水层以防渗漏，再充填一定深度的土壤层。在土壤中种植芦苇一类的维管束植物，污水由湿地的一端通过布水装置进入，并以较浅的水层在地表上以推流方式向前流动，从另一端溢入集水沟，在流动的过程中保持着自由水面。
本工艺的有机负荷率及水力负荷率较低。在确定负荷率时，应考虑气候、土壤状况、植物型以及接纳水体对水质要求等因素，特别是应将使水层保持好氧状态作为首要条件。本工艺的有机负荷率及水力负荷率较低。在确定负荷率时，应考虑气候、土壤状况、植物型以及接纳水体对水质要求等因素，特别是应将使水层保持好氧状态作为首要条件。 （3）人工潜流湿地（人工苇床） 上层为土壤，下层为易于水流通的粒径较大的土壤、炉渣等介质组成的根系层，在上层种植芦苇等耐水植物。
