稳定塘

稳定塘是以太阳能为初始能量，通过在塘中种植水生植物，进行水产和水禽养殖，形成人工生态系统，在太阳能（日光辐射提供能量）作为初始能量的推动下，通过稳定塘中多条食物链的物质迁移、转化和能量的逐级传递、转化，将进入塘中污水的有机污染物进行降解和转化，最后不仅去除了污染物，而且以水生植物和水产、水禽的形式作为资源回收，净化的污水也可作为再生资源予以回收再用，使污水处理与利用结合起来，实现污水处理资源化。

人工生态系统利用种植水生植物、养鱼、鸭、鹅等形成多条食物链。其中，不仅有分解者生物即细菌和真菌，生产者生物即藻类和其他水生植物，还有消费者生物，如鱼、虾、贝、螺、鸭、鹅、野生水禽等，三者分工协作，对污水中的污染物进行更有效地处理与利用。如果在各营养级之间保持适宜的数量比和能量比，就可建立良好多生态平衡系统。污水进入这种稳定塘其中的有机污染物不仅被细菌和真菌降解净化，而其降解的最终产物，一些无机化合物作为碳源，氮源和磷源，以太阳能为初始能量，参与到食物网中的新陈代谢过程，并从低营养级到高营养级逐级迁移转化，最后转变成水生作物、鱼、虾、蚌、鹅、鸭等产物，从而获得可观的经济效益。

在我国，特别是在缺水干旱的地区，生物氧化塘是实施污水的资源化利用的有效方法，所以稳定塘处理污水成为我国着力推广的一项新技术。

（1）能充分利用地形，结构简单，建设费用低。

采用污水处理稳定塘系统，可以利用荒废的河道、沼泽地、峡谷、废弃的水库等地段建设结构简单，大都以土石结构为主，在建设土地具有施工周期短，易于施工和基建费低等优点。污水处理与利用生态工程的基建投资约为相同规模常规污水处理厂的1/3-1/2。

（2）可实现污水资源化和污水回收及再用，实现水循环，既节省了水资源，又获得了经济收益。

稳定塘处理后的污水，可用于农业灌溉，也可在处理后的污水中进行水生植物和水产的养殖。将污水中的有机物转化为水生作物、鱼、水禽等物质，提供给人们使用或其他用途。如果考虑综合利用的收入，可能到达收支平衡，甚至有所盈余。

（3）处理能耗低，运行维护方便，成本低。

风能是稳定塘的重要辅助能源之一，经过适当的设计，可在稳定塘中实现风能的自然曝气充氧，从而达到节省电能降低处理能耗的目的。此外，在稳定塘中无需复杂的机械设备和装置，这使稳定塘的运行更能稳定并保持良好的处理效果，而且其运行费用仅为常规污水处理厂的1/5-1/3。

（4）美化环境，形成生态景观。

将净化后的污水引入人工湖中，用作景观和游览的水源。由此形成的处理与利用生态系统不仅将成为有效的污水处理设施，而且将成为现代化生态农业基地和游览的胜地。

（5）污泥产量少。

稳定塘污水处理技术的另一个优点就是产生污泥量小，仅为活性污泥法所产生污泥量的1/10，前端处理系统中产生的污泥可以送至该生态系统中的藕塘或芦苇塘或附近的农田，作为有机肥加以使用和消耗。前端带有厌氧塘或碱性塘的塘系统，通过厌氧塘或碱性塘底部的污泥发酵坑使污泥发生酸化、水解和甲烷发酵，从而使有机固体颗粒转化为液体或气体，可以实现污泥等零排放。

（6）能承受污水水量大范围的波动，其适应能力和抗冲击能力强。

我国许多城市其污水BOD浓度很小，低于100mg/L，是活性污泥法尤其是生物氧化沟无法正常运行，而稳定塘不仅能够有效的处理高浓度有机物水，也可以处理低浓度污水。

（1）占地面积过于多。

（2）气候对稳定塘的处理效果影响较大。

（3）若设计或运行管理不当，则会造成二次污染。

（4）易产生臭味和滋生蚊蝇。

（5）污泥不易排出和处理利用。

按照塘内微生物的类型和供氧方式来划分，稳定塘可以分为厌氧塘、兼性塘、好氧塘、曝气塘。

此外，还有其他一些类型的稳定塘：

深度处理塘——作用是进一步提高二级处理水的出水水质。

水生植物塘——在塘内种植一些纤维管束水生植物，比如芦苇、水花生、水浮莲、水葫芦等，能够有效地去除水中的污染物，尤其是对氮磷有较好的去除效果。

生态系统塘——在塘内养殖鱼、蚌、螺、鸭、鹅等，这些水产水禽与原生动物、浮游动物、底栖动物、细菌、藻类之间通过食物链构成复杂的生态系统，既能进一步净化水质，又可以使出水中藻类的含量降低。

由于稳定塘具有很多类型，所以可以组合成多种不同的流程。

塘水深度一般在2m以上，最深可达4~5m。厌氧塘水中溶解氧很少，基本上处于厌氧状态。

工作原理

厌氧塘的原理与其他厌氧生物处理过程一样，依靠厌氧菌的代谢功能，使有机底物得到降解。反应分为两个阶段：首先由产酸菌将复杂的大分子有机物进行水解，转化成简单的有机物（有机酸、醇、醛等）；然后产甲烷菌将这些有机物作为营养物质，进行厌氧发酵反应，产生甲烷和二氧化碳等。如图：

特点及适用条件

优点：

（1）有机负荷高，耐冲击负荷较强。

（2）由于池深较大，所以占地省。

（3）所需动力少，运转维护费用低。

（4）贮存污泥的容积较大。

（5）一般置于塘系统的首端，作为预处理设施，在其后再设兼性塘、好氧塘甚至深度处理塘，做进一步处理，这样可以大大减少后续兼性塘和好氧塘的容积。

缺点：

（1）温度无法控制，工作条件难以保证。

（2）臭味大。

（3）净化速率低，污水停留时间长。城市污水的水力停留时间为30~50天。

适用条件：

对于高温、高浓度的有机废水有很好的去除效果，如食品、生物制药、石油化工、屠宰场、畜牧场、养殖场、制浆造纸、酿酒、农药等工业废水。对于醇、醛、酚、酮等化学物质和重金属也有一定的去除作用。对重金属也有一定的去除效果。

一般规定

（1）必须严格作好防渗措施。

（2）厌氧塘前要进行预处理。

（3）进水水质： 进水中有机负荷不能过高。有机酸在系统中的浓度应小于3000mg/L；进水硫酸盐浓度不宜大于500mg/L；进水BOD：N：P=100：2.5：1；C：N一般为20：1左右；pH值要介于6.5~7.5；进水中不得含有有毒物质，重金属和有害物质的浓度也不能过高，应符合《室外排水设计规范》的规定。

设计计算

（1）设计方法

—有机负荷法。

—完全混合数学模型法：很少采用。

有机负荷法分为3类：BOD容积负荷法、BOD表面负荷法、VSS容积负荷法。

1）BOD表面负荷法：

必须规定塘中的最低容许BOD表面负荷。根据实际情况，我国厌氧塘的最低容许负荷为：北方—300kg BOD5/（104m2.d）；南方—800kg BOD5/（104m2.d）。

2）BOD容积负荷法：

国外城市污水厌氧塘的设计一般都采用此方法，我国的工业废水厌氧塘也有不少采用该方法。根据美国7个州处理城市污水厌氧塘的设计参数，BOD容积负荷为一般采用0.2~0.4 kgBOD5/（m3.d），也有个别取值范围比较大，比如蒙大拿州采用的设计参数是0.032~1.6 kgBOD5/（m3.d）。工业废水的设计负荷应该通过实验来确定，我国肉类加工废水厌氧塘处理的中试结果如下表：

▲表1 我国肉类加工废水厌氧塘处理的中试数据

3）VSS容积负荷法：

当厌氧塘处理含VSS较高的废水时，宜采用VSS容积负荷进行设计。根据国外资料，几种处理工业废水的厌氧塘的设计参数如下：

奶牛粪尿废水：0.166~1.12 kgVSS/（m3.d）；

家禽粪尿废水：0.063~0.16kgVSS/（m3.d）；

猪粪尿废水0.064~0.32 kgBOD5/（m3.d）；

菜牛屠宰废水0.593 kgBOD5/（m3.d）；

挤奶间废水0.197 kgBOD5/（m3.d）。

（2）构造和主要尺寸

1）厌氧塘一般为矩形，长宽比为2~2.5：1

2）塘的深度：

有效水深h1：3.0~5.0m。若深度过大，虽然有利于形成厌氧条件，但是会使塘底的水温过低，也对反应不利。

储泥厚度h2：≥0.5m。城市污水厌氧塘的污泥量按每人每年50升计，污泥清除的周期一般为5~10年。

此外，还应考虑一定的超高h3，一般取为0.6~1.0m。塘的面积越大，超高越大。

3）堤坡：塘内坡度1.5：1~1：3；塘外坡度：1：2~1：4。

4）进出水口：厌氧塘进口设在底部，高出塘底0.6~1.0m，以便使进水与塘底污泥相混合。进水管直径一般为200~300mm；对于含油废水，进水管直径应不小于300mm。出水管应在水面以下，淹没深度不小于0.6m，并要求在浮渣层或冰冻层以下。一般进口和出口均不得少于两个，当塘底宽小于9m时，也可以只用一个进水口。

5）塘数及单塘面积

由于厌氧塘通常位于稳定塘系统之首，会截留较多的污泥，所以至少应有两座并联，以便轮换除泥；单塘面积不应大于（0.8~4）×104m2。

有效深度介于1.0~2.0m。上层为好氧区；中间层为兼性区；塘底为厌氧区，沉淀污泥在此进行厌氧发酵。兼性塘是在各种类型的处理塘中最普遍采用的处理系统。

工作原理

兼性塘是最常见的一种稳定塘。兼性塘的有效水深一般为1.0~2.0m，从上到下分为三层：上层好氧区，中层兼性区（也叫过渡区）；塘底厌氧区，见图6-3）好氧区对的净化原理与好氧塘基本相同。藻类进行光合作用，产生氧气，溶解氧充足。有机物在好氧性异养菌的作用下进行氧化分解，兼性区的溶解氧的供应比较紧张，含量较低，且时有时无。其中存在着异养型兼性细菌，它们既能利用水中的少量溶解氧对有机物进行氧化分解，同时，在无分子氧的条件下，还能以NO3-、CO32-作为电子受体进行无氧代谢。

厌氧区内不存在溶解氧。进水中的悬浮固体物质以及藻类、细菌、植物等死亡后所产生的有机固体下沉到塘底，形成10~15cm厚的污泥层，厌氧微生物在此进行厌氧发酵和产甲烷发酵过程，对其中的有机物进行分解。在厌氧区一般可以去除30%的BOD。

特点及适用条件

优点：

（1）投资省，管理方便。

（2）耐冲击负荷较强。

（3）处理程度高，出水水质好。

缺点：

（1）池容大，占地多。

（2）可能有臭味，夏季运转时经常出现漂浮污泥层。

（3）出水水质有波动。

适用条件：

既可用来处理城市污水，也能用于处理石油化工、印染、造纸等工业废水。

一般规定

（1）应该建在通风、无遮蔽的地方。

（2）预处理及对进水水质的要求：如果兼性塘作为第一级，则要求有一定的预处理措施。具体规定与厌氧塘相同，唯一不同的是兼性塘要求进水中BOD：N：P=100：5：1。

设计计算

（1）设计方法：

一般是采用经验方法进行计算，即BOD表面负荷法。BOD表面负荷与冬季平均气温有很大关系。下表是我国“七五”科技攻关成果对城市废水兼性塘建议的主要设计参数：

▲表2 城市废水兼性塘的设计负荷和水力停留时间

（2）构造及主要尺寸：

1）长宽比：多采用矩形塘，长宽比为3：1~4：1。塘的四角宜作成圆形，以避免死区。

2）塘深：

有效水深h1：1.2~2.5m

储泥厚度h2：不小于0.3m

超高h3：0.6~1.0m

3）堤坡：塘内坡度为1：2~1：3；塘外坡度为1：2~1：5。

4）进出水口：进水口宜采用扩散管或多点进水，保证塘的横断面上配水均匀。

5）塘数及单塘面积。系统中兼性塘一般不少于3座，多串联。其中第一塘的面积比较大，约占总面积的30%~60%。单塘面积一般介于（0.8~4）×104m2。

好氧塘是一种菌藻共生的污水好氧生物处理塘。深度较浅，一般为0.3~0.5m。阳光可以直接射透到塘底，塘内存在着细菌、原生动物和藻类，由藻类的光合作用和风力搅动提供溶解氧，好氧微生物对有机物进行降解。

工作原理与类型

——好氧塘净化污水的基本原理如图：

好氧塘内有机物的降解过程，实质上是溶解性有机污染物转化为无机物和固态有机物——细菌与藻类细胞的过程。 好氧细菌利用水中的氧，通过好氧代谢氧化分解有机污染物，使成为无机物CO2、NH4+、和PO43-、并合成新的细菌细胞。而藻类则利用好氧细菌所提供的二氧化碳、无机营养物以及水，借助于光能合成有机物，形成新的藻类细胞，释放出氧，从而又为好氧细菌提供代谢过程中所需的氧。在好氧塘中，藻是生产者，好氧细菌是分解者。此外，好氧塘中存在的浮游动物以细菌、藻类和有机碎屑为食物，是初级消费者。生产者、分解者和消费者，与塘水共同组成一个水生态系统，完成系统中物质与能量的循环和传递，从而使进塘的污水得到净化。

塘中的藻类，除在其光合作用中为污水的好氧降解提供溶解氧以外，还能去除污水中的氮、磷营养物质，并能吸附一些有机质。

藻类光合作用使塘水的溶解氧和pH值呈昼夜变化。白昼，藻类光合作用释放的氧，超过细菌降解有机物的需氧量，此时塘水的溶解氧浓度很高，可达到饱和状态。夜间，藻类停止光合作用，且由于生物的呼吸消耗氧，水中的溶解氧浓度下降，凌晨时达到最低。阳光再照射后，溶解氧再逐渐上升。好氧塘的pH值与水中CO2浓度有关，受塘水中碳酸盐系统的CO2平衡关系影响。

白天，藻类光合作用使CO2降低，pH值上升。夜间，藻类停止光合作用，细菌降解有机物的代谢没有中止，CO2累积，pH值下降。

——好氧塘的分类：

（1）高负荷好氧塘

有机负荷较高，HRT（Hydraulic Retention Time水力停留时间）较短，塘水的深度较浅。出水中藻类含量高。

（2）普通好氧塘

有机负荷比前者低，水力停留时间较长。以处理污水为主要目的，起二级处理作用。

（3）深度处理好氧塘

有机负荷较低，水力停留时间也短。其目的是在二级处理系统之后，进行深度处理。

特点及适用条件

优点：

（1）投资省。

（2）管理方便。

（3）水力停留时间较短，降解有机物的速率很快，处理程度高。

缺点：

（1）池容大，占地面积多。

（2）处理水中含有大量的藻类，需要对出水进行除藻处理。

（3）对细菌的去除效果较差。

适用条件：

适用于去除营养物，处理溶解性有机物；由于处理效果较好，多用于串联在其他稳定塘后做进一步处理，处理二级处理后的出水。

一般规定

（1）好氧塘应该建在温度适宜、光照充分、通风条件良好的地方。

（2）既可以单独使用，又可以串联在其他处理系统之后，进行深度处理。

（3）如果好氧塘用于单独处理废水，则在废水进入好氧塘之前必须进行彻底的预处理。

设计计算

（1）设计方法：

实际工程中多采用经验数据进行设计，即BOD5表面负荷法。下表是好氧塘的典型设计参数：

▲表3 好氧塘的典型设计参数

（2）构造及主要尺寸：

1）好氧塘多采用矩形塘，长宽比为3：1~4：1。

2）塘深：

高负荷好氧塘：0.3~0.45m；

普通好氧塘：0.5~1.5m；

深度处理好氧塘：0.5~1.5m；

好氧塘的超高取为0.6~1.0m。

3）堤坡：塘内坡度1：2~1：3；塘外坡度：1：2~1：5。

4）塘数及单塘面积：好氧塘的座数一般不少于3座，至少为2座。单塘面积一般不得大于（0.8~4.0）×104m2。