污水自然处理

好氧塘

一种主要靠塘内藻类的光合作用供氧的氧化塘。其水深较浅，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，全部塘水都是好氧状态。好氧塘可分为高速率好氧塘，低速率好氧塘，深度处理塘。

兼性塘

水深一般在1.2～2.5m，塘内好氧和厌氧生化反应兼有。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。

塘底，由可沉团体和藻、茵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类型，常用于处理村镇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池和间歇排放塘（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夏季用于生产的季节性食品工业废水。

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。

厌氧塘

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。

控制出水塘

设于北方寒冷地区的稳定塘，在冬季低温季节，生物降解功能极其低下，处理水水质难于达到排放要求，将污水加以贮存，待天气转暖，降解功能恢复正常，处理水水质达到排放要求，稳定塘开始正常运行。

①污水灌溉系统。污水灌溉存在以下问题：

a．不能解决污水的终年问题（为雨季及冬季），往往不能进行终年泼水灌溉。非灌溉期间污水若不经贮存排入地表水体，会造成地表水污染。

b．污水灌溉农田后出水不加收集，不能有效控制排放与利用。

c．如污水达不到农田灌溉标准，则会影响作物的生长、产量和品质，特别是污水中的重金属和化学有机合成物会在作物的某些部位富集，对人体健康造成危害。

d．重金属在土壤中积累会影响土壤的特性和使用。

②土地渗滤系统。

a．慢速渗滤系统。用于渗透水性能良好的土壤（如砂质土壤），它适用于蒸发量小，气候湿润的地区；慢速渗滤系统用表面布水或喷灌布水，对污水的BOD₅、COD、N的去除率分别为95%，90%，80%～90%。

b．快速渗滤系统。污水周期地向渗滤田灌水和休灌，表层土壤交替地处于厌氧一好氧状态，有机物被土层中的微生物所分解，同时也对N、P进行了去除。各种指标的去除率为：95%，91%，85%，80%，65%，99.9%。

c．湿地处理系统。将污水投配到沼泽地上，污水沿一定方向流动，在耐水植物的土壤联合作用下而得到净化的一种土地处理工艺。

自由水面人工湿地：用人工筑成水沟槽状渠体，地面铺设隔水层以防渗漏，再充填一定深度的土壤层，土壤层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，在流动过程中保持着自由水面。有机负荷率介于18-110kgBOD₅/( hm²_˙d)，幅度较大。

人工潜流湿地处理系统：是人工筑成的床槽，床内充填介质支持芦苇类的挺水植物生长，床底设黏土隔水层，并具有一定的坡度。污水从沿床宽度设置的布水装置进入，水平流动通过介质，与布满生物膜的介质表面和有充分的溶解氧的植物根区接触，在这一过程中得到净化。

自然处理系统分为稳定塘系统和土地处理系统。稳定塘系统通过水——水生生物系统（菌藻共生系统和水生生物系统）对污水进行自然处理。土地处理系统利用土壤——微生物——植物系统的陆地生态系统的自我调控机制和对污染物的综合净化功能，对污水进行净化。

污水自然处理系统的净化作用主要是利用土壤浅层表土中的物理作用、化学作用和微生物的生化作用。与常规处理技术相比，前者具有工艺简便、操作管理方便、建设投资和运转成本低的特点。建设投资仅为常规处理技术的1/2—1/3，运转费用仅为常规处理技术的1/2—1/10，可大幅度降低污水处理成本。而且净化效果良好，净化水质可达二级以上处理水平。

污水量较小的城镇，在环境影响评价和技术经济比较合理时，宜审慎采用污水自然处理。

污水自然处理必须考虑对周围环境以及水体的影响，不得降低周围环境的质量，应根据区域特点选择适宜的污水自然处理方式。

在环境评价可行的基础上，经技术经济比较，可利用水体的自然净化能力处理。

采用土地处理，应采取有效措施，严禁污染地下水。

污水厂二级处理出水水质不能满足要求时，有条件的可采用土地处理或稳定塘等自然处理技术进一步处理。

人工湿地作为新兴技术，经过 30 年的演变和发展日趋成熟。它主要是通过各种人工手段模拟自然湿地系统建造的构筑物。主要组成部分是人工基质 （填料）、水生植物、微生物及水体等。其运行原理是将湿地视为一个开放的系统，利用系统中基质、水生植物和微生物的物理学作用、化学作用、生物学作用三者之间互作，产生三重协同作用，进而实现对污水的高效净化目的。在自然处理系统中，人工湿地是技术较为成熟、应用较为广泛的一种处理系统。

人工湿地处理方法的主要优点：①投资较低，建设、运行管理费用较低；②污水处理系统组合具有多样性、针对性，可根据去除污水中有害物质的不同选择不同的基质和水生植物，种植不同类型的植物对不同的污染物质具有针对性；③处理污水效果较好，且便于管理，对周围环境影响较小。

人工湿地处理系统存在的主要缺点：①系统设置复杂，占地面积较大； ②季节温度等外界条件变化对处理效果影响较大； ③易出现淤积、饱和现象，影响处理效果和使用寿命。

人工湿地早期多用于对工业污水和生活污水的处理，近年来，该技术在处理畜禽养殖污水上的应用逐渐引起研究者的重视。田静思等（2011）研究了种植 4 种植物的矿化垃圾填料湿地对畜禽养殖废水的处理效果。持续运行 90 d 的结果表明，不同植物湿地系统对CODCr、NH4 -N、SS 和 TP 的平均去除率分别 为 41.3%～52.5%、44.2%～76.7%、55.2%～72.1% 和 40.1%～68.0%。颜明娟等（2011）研究了牧草全年轮作在间歇流人工湿地中对奶牛场高质量浓度污水的适应性及对污水氮、磷的净化效果。结果表明，不同污水质量浓度处理的牧草净化系统对奶牛场污水的处理效果，在停留 8d 的条件下，NH4 -N 的去除率 为 75.9%～94.9%，NO₃-N 的去除率为 65.4%～90.9%， TN 的去除率为 64.2%～90.1%，TP 的去除率在 90% 以上。杨旭等（2012）采用水平潜流人工湿地对含沼液畜禽废水进行处理试验，探讨人工湿地处理含沼液畜禽废水的可行性。试验结果表明，在进水流量 1.5m³/d 时，废水中 COD、 NH4 -N 、TN 和 TP 浊度平均去除率分别为 59.21%、55.57%、55.09%和 53.8%。 2100433B

污水的自然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类似，主要通过水-水生生物系统（菌藻共生系统和水生生物系统）对污水进行自然处理；属于后者的有土壤渗滤和污水灌溉，统称为土地处理，其净化机理与生物膜法类似，主要利用土壤-微生物-植物系统（陆地生态系统）的自我调控机制和对污染物的综合净化功能，对污水进行自然净化。

自然生物处理稳定塘

稳定塘又称氧化塘或生物塘，是经过人工适当修整或修建的设围堤和防渗层的污水池塘，主要通过水生生态系统的物理、化学和生物作用对污水进行自然净化。

污水在塘内经较长时间的停留，通过水中包括水生植物在内的多种生物的综合作用，使有机污染物、营养素和其他污染物质进行转换、降解和去除，从而实现污水的无害化、资源化和再利用的目的。

（1）稳定塘的污水净化机理

稳定塘的净化机理是，污水进入稳定塘后在风力和水流的作用下被稀释，在塘内滞留的过程中，悬浮物沉淀，水中有机物通过好氧或厌氧微生物的代谢被氧化而达到稳定的目的。好氧微生物代谢所需溶解氧由塘表面的大气复氧作用以及藻类的光合作用提供，也可通过人工曝气供氧。

（2）稳定塘净化过程的影响因素

稳定塘环境因子的作用是不可忽视的。光照影响藻类的生长及水中溶解氧的变化；温度影响微生物的新陈代谢作用；有机负荷对塘内细菌的繁殖及氧、二氧化碳含量产生影响；pH值、营养元素等也可能构成净化过程的影响因素。各项环境因子相互联系，多重作用，构成稳定塘的环境条件。此外，水质和维护管理等也影响稳定塘的净化功能。

1）温度

温度对稳定塘的净化功能有重要的影响，因为温度直接影响细菌和藻类的生命活动。好氧菌能在10～40℃的范围内存活和代谢，最佳温度范围是25～35℃，藻类正常的存活温度范围是5～40℃，最佳生长温度则是30～35℃，厌氧菌的存活温度范围是15～60℃，33℃和53℃左右最适宜。稳定塘的主要热源之一是太阳辐射。非曝气塘在一年的某些季节，沿塘的深度常会产生温度梯度，水温呈垂直分布。夏季上层水比较暖和，沿水深温度下降。秋季温度下降时，水面温度相对低于塘底部温度，上部和下部水相互交换，形成所谓的秋季翻塘。当冰封融化和水温上升时，也会出现春季翻塘。春秋两季翻塘时，塘底的厌氧物质被带到表面而散发出相当大的臭味。稳定塘的另一热源可能是进水，当进水与塘水温差较大，可能在塘内形成异重流。在寒冷地区，厌氧塘宜采用深塘，尽管较深的塘底部温度低，但在冬季塘的表面发生冰封时，较深的塘底部温度仍较高，仍能发生一定的降解作用。

2）光照

透过塘表面的光强度和光谱构成对塘内微生物的活性有较大的影响，对好氧塘尤为重要，因为好氧塘的关键是应使光线能穿透至塘底。光是藻类进行光合作用的能源，藻类必须获得足够的光，才能合成新的藻类细胞物质和提供必要的氧气。

3）混合条件

进水与塘内原有塘水的混合程度，对稳定塘的净化功能至关重要。混合能使有机物与细菌充分接触，并避免由于短流而降低塘的有效容积，特别是当进水和塘水温差较大时，应注意避免发生异重流。因此在设计稳定塘时，应注意采取适当措施，如塘型设计、进出口的形式与位置设计以及在适当位置设导流板等，为稳定塘创造良好的水力条件，以有助于塘水的混合。

4）营养物质

为使稳定塘内微生物保持正常的生理活动，必须充分满足其所需要的营养物质。微生物所需要的营养元素主要是碳、氮、磷、硫、钾等。城镇污水基本上能够满足微生物对各种营养元素的需要。用稳定塘处理工业废水时，应注意营养物质的平衡。

5）有毒物质 ·

有毒物质能抑制藻类和细菌的代谢和生长，为了使稳定塘正常运行，应对进水中的有毒物质浓度加以限制或进行预处理。

6）蒸发量和降雨量

降雨能够使稳定塘中污染物质浓度得到稀释，促进塘水混合，但也缩短了污水在塘中的水力停留时间。蒸发的作用则相反，塘的出水量将小于进水量，水力停留时间将大于设计值，但塘水中的污染物质，如无机盐类的浓度，由于浓缩而有所提高。

（3）稳定塘的分类及其特点

1）稳定塘的分类

稳定塘有多种分类方式，通常根据塘内微生物类型及供氧方式分为四类。

① 好氧塘，塘深较浅，阳光能透到池底，主要由藻类供氧，全部塘水呈好氧状态，主要由好氧微生物起有机污染物的降解作用。

② 兼氧塘塘水较深，从塘面到一定深度（0.5m左右）阳光能够透人，藻类光合作用旺盛，溶解氧比较充足，呈好氧状态。塘底存在沉淀污泥层，底部处于厌氧状态，进行厌氧发酵。在好氧与厌氧区之间是兼氧区，溶解氧随昼夜更替变化为有、无状态。兼氧塘的污水净化是由好氧和厌氧微生物协同作用完成的。

③ 曝气塘，由表面曝气器供氧，塘水呈好氧状态，污水停留时间短。由于塘水被搅动，藻类的生长与光合作用受到抑制。

根据塘的功能，还有深度处理塘和生态塘。深度处理塘是专门用于处理二级处理出水以满足受纳水体或回用要求的好氧塘，所以又称三级处理塘，也有人称熟化塘。深度处理塘有机负荷很低，能进一步降低水中残余的有机污染物、细菌、氮、磷等。生态塘是利用污水养殖水生植物或水生动物，如芦苇、水浮萍、鱼等，塘内也存在细菌和藻类，利用不同营养级的生物构成复杂的塘生态系统。生态塘不仅可达到污水处理的目的，并可回收水产品作为工业原料或养殖畜禽的饲料，实现污水资源化。

2）稳定塘的特点

作为污水生物处理技术，稳定塘具有以下优点：

① 能够充分利用废河道、沼泽地、山谷、河漫滩等，建设投资省，基建投资约为常规污水处理厂的1/2～1/3；

② 运行维护简便，维护人员少；

③ 风能是稳定塘系统的重要辅助能源之一，经过适当的设计，可实现风能的自然曝气充氧，基本无电能消耗。运行和维护单价仅为常规污水处理厂的1/3～1/5；

④ 能实现污水资源化。稳定塘处理后的污水能达到农业灌溉水质标准，充分利用污水的水肥资源。塘中的污泥与水生植物等混合堆肥可生产土壤改良剂。种植水生植物、养鱼、养鸭等的生态塘，其经济收入可抵偿运行费用；

⑤ 如处理适当，可形成生态景观；

⑥ 污泥产生量少，约为活性污泥法的1/10；

⑦ 适应能力和抗冲击负荷能力强，能承受水质和水量大范围的波动。

但稳定塘也有以下缺点：

① 占地面积大；

② 污水处理效果受季节、气温和光照等影响，全年内不够稳定。在北方有过冬问题和春秋季翻塘气味问题；

③ 防渗处理不当时，可能污染地下水；

④ 容易散发臭气和滋生蚊蝇。

自然生物处理污水土地处理系统

污水土地处理系统也属于污水自然处理范畴，简要定义为：污水有控制地投配到土地上，通过土壤-植物系统物理、化学和生物的吸附、过滤与净化作用，使污水中的污染物得以降解、净化。氮、磷等营养物质和水分得以再利用，促进绿色植物生长并获得增产。污水土地处理系统是人工规划、设计与自然净化相结合，以及水处理与利用相结合的环境系统工程，一般可分为慢速渗滤、快速渗滤、地表漫流、湿地处理和地下渗滤系统等五种工艺，其中湿地处理系统主要依据生态单元而定名，其他系统则是依据水流路径而定名。不同的土地处理类型有不同的工艺条件、工艺参数和场地要求。

（1）污水土地处理系统由以下部分组成：

1）污水的收集与预处理设备：防止泥砂在布水系统中沉淀和机械磨损，以及过量悬浮固体引起的土壤堵塞。

2）污水的调节、贮存设备：调节土地处理系统受气候影响时的水力负荷，可采用贮存塘与土地处理联合系统。

3）配水与布水系统配水系统：包括污水泵站、输水管道等。布水系统的功能是将污水按工艺要求均匀地投配到土壤-植物系统。

4）土地净化田（土壤-植物系统）：土地净化田是土地处理系统的核心，污染物的净化和去除主要在此完成。在一定范围内，选择到满足土地处理要求的土地是这一技术成功的关键。土地选择要考虑地形、地表坡度和土壤性质。 ·

5）净化水的收集、利用系统：保证污水土地处理系统的处理效果和水流通畅，保护地下水和再生水利用。

6）监测系统：检查、监控处理效果。

污水土地处理系统在某种意义上源于传统的污水灌溉，但不等于污水灌溉，两者的主要区别是：

① 目的不同。传统污水灌溉是一项农田水利工程，其主要目的是利用污水提高作物产量，用水则“灌”，不用则“放”。而土地处理是一项污水处理工程，应能终年连续运行。

② 负荷控制不同。传统的污水灌溉把污水作为水肥资源加以利用，只注意水“肥”和水“量”，按不同作物的不同季节对水的需要来确定灌水时间与灌溉定额。而土地处理则重视污水处理效果，按单位面积污染负荷及其对有机物的降解容量来确定水力负荷。

③ 生态结构不同。传统污水灌溉中的污水是服务于作物的，通常单一种植。而土地处理通常设计成多样化种植的生态结构，以便针对不同作物对有机物的降解能力，在不同种植单元上进行水力负荷的有效分配，保证系统在最佳状态下连续运行。

④ 处理后出水的出路有差别。传统污水灌溉后的出水通常流放河系。而土地处理后的出水，可流放河系，也可作为中水资源再生重复利用，如注入地下、浇灌绿地、冲洗厕所等。通常快速渗滤系统再生水的回收率可达80%，慢速渗滤系统可达30%，地下渗滤系统达70%。关键是应保证土地处理系统的稳定、正常运行，以获得良好的净化水质。

（2）污水土地处理的净化机理

土壤-植物系统对污水的净化是一个十分复杂的综合过程，其中包括过滤、吸附、化学反应与化学沉淀以及微生物代谢作用下的有机物分解和植物吸收等。

1） 过滤土壤颗粒间的空隙具有截流水中悬浮颗粒的作用。污水流经土壤后，悬浮物（SS）被截流，污水得到净化。影响土壤过滤净化的因素有：土壤颗粒的大小、颗粒间孔隙的形状和大小以及污水中悬浮颗粒的性质、含量与粒径大小等。如悬浮颗粒过粗、过多以及微生物代谢产物过多等会导致土壤颗粒的堵塞。

2） 吸附在土地处理系统中，污水中的非极性分子与土壤中的中性分子，在范德华力的作用下相互吸附而固定在土壤中；污水中的金属离子与土壤中的无机胶体和有机胶体颗粒，或污水中的某些有机物与土壤中的重金属离子由于螯合作用形成可吸性螫合物而固定在土壤中；重金属离子与土壤颗粒之间，进行阳离子交换而被置换吸附并生成难溶性的物质固定在土壤中等。

3） 化学反应与化学沉淀污水中的重金属离子与土壤的某些组分进行化学反应生成难溶性化合物而沉淀；如果调整、改变土壤的氧化还原电位，能够生成难溶性硫化物和金属氢氧化物；某些化学反应还能够生成金属磷酸盐等物质沉积于土壤中；在土地处理系统中还存在光化学降解作用等。

4） 微生物代谢作用在土壤中生存着种类繁多、数量巨大的土壤微生物，它们对土壤颗粒中的有机颗粒和溶解性有机物具有较强的降解能力，这是土壤具有强大自净能力的原因。

5） 植物吸附和吸收作用 在土地处理系统中，污水中的营养物质（氮、磷）主要靠作物吸附和吸收而去除，再通过作物收获将其转移出土壤系统。

应该说明，土地处理系统对污染物的去除效能是上述作用的综合结果，污水中的污染物是通过上述多种途径去除的 。

污水自然生物处理系统与常规处理技术相比，具有工艺简便、操作管理方便、建设投资和运转成本低的特点。建设投资仅为常规处理技术的1/2～1/3，运转费用仅为常规处理技术的1/2～1/10，可大幅度降低污水处理成本。

污水的自然生物处理系统是一种利用天然净化能力与人工强化技术相结合并具有多种功能的良性生态处理系统，在一定条件下，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。