寒冷地区短停留时间稳定塘研究

祁佩时¹，王宝贞¹，赵福明²，吕伟烈³
(1.哈尔滨工业大学市政环境工程学院；2.集宁市环境保护局；3.青岛市规划局)

　　摘要：以集宁市某稳定塘为主要研究对象，着重研究了短停留时间稳定塘在寒冷地区应用的可行性、城市污水中主要污染物的去除规律、最佳工艺流程和设计技术参数、工程强化措施及最终塘出水的综合利用等问题，为寒冷地区城市污水的处理提供了实际工程可应用的参考资料。
　　关键词：稳定塘；寒冷地区；短停留时间；城市污水
　　中图分类号：X505
　　文献标识码：A
　　文章编号：1000-4602(2000)10-0006-04

Study on Stabilization Ponds with Short Residence Time in Cold Areas
QI Pei?shi1，WANG Bao?zhen1，ZHAO Fu?ming2，LU Wei?lie3
(1.School of Munic.and Environ.Eng.,Harbin Institute of Tech.,Harbin 150090,China;2.Environ.Protection Bureau,Jining 012000,China;3.Urban Planning Bureau,Qingdao266000,China)

　　Abstract：Using stabilization ponds in Jining City as subject,feasibility of stabilization ponds with short residence time in cold areas was emphatically studied.The removal of predominant pollutants in municipal wastewater,optimal process and design parameters,enhanced engineering measures and comprehensive utilization of ultimate effluent were studied,the results could be used as practicable reference for treatment of municipal wastewater in cold areas.
　　Keywords:stabilization ponds;cold areas;short residence time;municipal wastewater

　　稳定塘在寒冷地区应用时，因需要巨大的储存容积而使其发展受到了限制。如何缩短停留时间，减少稳定塘的占地面积，在不储存或短时间储存的情况下全年运行，是近年来人们研究的重点问题之一。
　　以集宁市某稳定塘为试验基地，全面研究了短停留时间稳定塘在寒冷地区的应用问题，探讨了主要污染物的去除规律、工程强化措施、最优水力条件、最佳工艺流程和设计参数以及处理水的综合利用等。
　　研究结果表明，应用多种工程强化技术后，可使水力停留时间大大缩短，从而减少了稳定塘的占地面积(集宁市短停留时间稳定塘的占地面积仅相当于寒冷地区同等规模稳定塘的1/4～1/10)。

　　1  集宁市某稳定塘概况

　　集宁市位于内蒙古自治区的中西部，是以轻工业为主的中小工业城市，其年平均气温为3.5 ℃，冰封期为120～150d，平均海拔高度为1425m左右。受蒙古高原和季风影响，多风少雨，年平均风速为3.7m/s，平均降水量为298mm。
集宁市某稳定塘是充分利用了伊垦沟污水库区的自然地形建设而成，由沉淀(厌氧)塘、强化厌氧塘、兼性塘、好氧Ⅰ塘和好氧Ⅱ塘等组成(见图1)。为了提高稳定塘在低温时期的净化效果，系统中采用了软纤维填料、跌水曝气、漫流曝气、碎石与植物过滤等多种工程强化技术，它是目前中国稳定塘系统中塘类型最为齐全、工程化程度高、强化技术应用多的稳定塘工程之一。
该塘总占地面积为24.5×10⁴ m²，总容积为82.2×10⁴ m³，处理能力为3×10⁴ m³/d，污水停留时间为28 d。该塘平均进水COD为250 mg/L左右，BOD₅为100 mg/L左右，SS为200 mg/L左右。

　　2   稳定塘中污染物降解效果分析

　　2.1  沉淀(厌氧)塘净化效果
　　污水经格栅去除大块漂浮物后，进入沉淀(厌氧)塘，进水口处设有辐射式导流布水设施，使水流均匀分布，出口为水下过水形式。
实测结果表明(见图2)，该塘不仅对SS有较好的去除率，对COD、BOD5、NH3-N等也有一定的去除率。这表明沉淀(厌氧)塘除有较好的沉淀功能外，还有较强的厌氧消化作用，使水中的污染物得以有效降解，并分解部分污泥，使污泥稳定化，这对整个塘系统的正常运行起到了重要作用。

　　沉淀(厌氧)塘的水力停留时间为2.2 d，BOD₅表面负荷为960 kgBOD₅/(hm²·d)，作为初级厌氧塘，它是在高负荷和短停留时间的条件下运行的。
　　2.2  强化厌氧塘净化效果

　　该塘通过底部过水坝和管道在水面下均匀进水，避免了短流现象的发生并保留了浮渣层，保持了良好的水力状态。在塘中设置的软纤维填料，增加了微生物量，并使污染物与微生物沿塘的纵向和横向有较好的接触，使其被有效降解。
强化厌氧塘的BOD₅表面负荷为350 kgBOD₅/(hm²·d)，水力停留时间为7.7 d。
　　2.3 兼性塘净化效果
　　兼性塘的污染物去除率随季节而变化(见图4)。在寒冷季节，塘面冰封，使全塘基本处于厌氧状态，这时主要靠厌氧作用降解有机物；在温度高的季节，离水面0.3 m处的溶解氧约在2 mg/L左右，而进水处(设有14个阶梯式跌水曝气口)和出水处有时达3 mg/L以上。此时，好氧、兼性和厌氧三种净化功能同时起作用，净化效果也比较好。

　　兼性塘生物相比较丰富，在温度高的季节，藻类和浮游动物都很多。藻类使水呈黄绿色，浮游动物达70～100个/L，基本上形成了一个有菌、藻共生为主，其他生物并存，具有一定复杂程度的生态体系。
兼性塘的BOD₅表面负荷为100 kgBOD₅/(hm²·d)，水力停留时间为13d。
　　2.4 好氧塘净化效果
　　好氧塘由Ⅰ、Ⅱ两个塘串联而成，对主要污染物的去除随季节变化情况见图5。

　　在冰封季节，好氧塘处于缺氧状态；在气温高的季节，尤其是在植物生长期，塘水中DO值可达到4mg/L。
为增加水中溶解氧含量，提高好氧塘的净化效果，在该塘的进水处、好氧Ⅰ塘出水处及稳定塘总出水口，分别采用了漫流曝气、瀑布式曝气等增氧工程措施，曝气后的水中DO值能增加1 mg/L以上。
　　好氧塘中藻类量明显比兼性塘多，而浮游动物量却少得多，这说明该塘的水质已大大改善。此外，好氧塘中出现了昆虫、蛙类、蜻蜓、鱼类及水鸟等高级动物；沿塘边生长了大片水草，表明塘中已建立起了比较完善的生态体系，对水质进一步净化起到重要作用。
　　为了去除水中藻类等悬浮物，在好氧Ⅱ塘中部和出水端设置了两道碎石——植物过滤坝，明显提高了出水水质。
好氧塘水力停留时间为5.3 d，BOD₅表面负荷为150 kgBOD₅/(hm²·d)。
　　2.5 主要污染物的去除规律
　　2.5.1 对COD、BOD₅的去除效果图6是稳定塘总进、出水COD、BOD₅的逐月变化情况。在植物生长期，COD和BOD₅的平均去除率分别为73.8%和88.5%；在植物非生长期，COD去除率为50.4%，BOD₅的去除率为74.1%。

　　从各单元塘的COD、BOD₅去除率看，沉淀(厌氧)塘和强化厌氧塘是重要的有机物去除单元塘，不仅对有机物去除量大，而且使BOD5/COD值增高(见表1)。

　　2.5.2  对SS的去除效果
　　稳定塘进出水SS的浓度变化列于表2中。从该表可见，SS的全年去除率都在70%以上，并且比较稳定。

　　2.5.3  pH值变化规律
　　该稳定塘进水的pH值变化不大，基本在7.5～8.0之间。从各单元塘的pH值看，沉淀(厌氧)塘和强化厌氧塘的pH值有所下降，后续塘的pH值逐渐升高，最终出水pH值高于进水。
　　2.5.4  氮和磷的去除规律
　　对该稳定塘的试验表明，在植物生长期TN和TP的平均去除率分别为55%和65%；在植物非生长期，TN、TP的平均去除率分别为35%和30%。

　　从各单元的去除情况可知(见图7)，TN的主要去除单元为沉淀(厌氧)塘和强化厌氧塘；而TP的主要去除单元为兼性塘和好氧塘。

　　3  稳定塘净化功能的强化技术

　　3.1  软纤维填料的强化作用
　　为了提高稳定塘系统的净化功能，尤其是低温时节的净化效率，在厌氧塘中加设了纤维填料(装填密度为1%)。它增大了厌氧塘中的生物量，使微生物立体分布，同时增加了有机污染物的停留时间，使一些大分子和难生物降解的有机物可以分解成小分子和易生物降解有机物，这样不仅提高了厌氧塘自身的净化功能，而且为后续塘对有机物的降解创造了条件。
　　3.2   跌水曝气的强化作用
　　该稳定塘系统充分利用了地形特点和地势变化，采用了不同形式的跌水曝气充氧设施，提高了净化效果。图8给出了稳定塘系统DO值的变化。

　　从该图上看，每一次跌水曝气(或漫流曝气)后，DO值都有一定的升高，为实现污水从厌氧处理到兼性和好氧处理的最佳流程创造了良好的条件。同时改善了稳定塘的水流流态，并使各功能塘分类更明显。
　　3.3  碎石一植物坝的过滤作用
　　实践表明，碎石坝上密集种植水生植物，进而形成碎石一植物坝，可有效地去除水中的悬浮物。该坝利用碎石和植物的根系，不仅能对水中悬浮物有很好的过滤作用，而且能利用植物根系上的微生物膜来降解部分悬浮性有机物，同时防止了堵塞现象的发生。

　　4 结论

　　①  集宁某稳定塘采用了多种处理单元塘优化组合的工艺流程，应用了较全的工程强化措施，有效地提高了稳定塘的净化效率与效果，大大缩短了稳定塘的水力停留时间。
　　②  该稳定塘对多种污染物都有较好的去除效果，经过净化的污水完全可以达到农田灌溉标准，不仅减轻了对下游受纳水体的污染，还可回收利用水资源。
　　③  试验数据是在实际工程中测得的，具有较强的代表性和实用性，可为寒冷地区建设短停留时间稳定塘提供参考资料。

　　参考文献：
　　[1]李献文.城市污水稳定塘设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1990.
　　[2]Qi Peishi.Intensification of a pond by fibrous carriers[J].Wat Sci tech，1993，28(7).

　　作者简介：祁佩时(1955-)，男，黑龙江省哈尔滨人，哈尔滨工业大学教授，博士生导师，从事水处理技术方面的科研和教学工作。
　　电话：(0451)6282317
　　收稿日期：2000-05-18