張巍，許靜,2，李曉東，晁雷，曾華，趙曉光,2，安樂(lè),2

1. 遼寧省環(huán)境科學(xué)研究院國(guó)家環(huán)境保護(hù)村鎮(zhèn)污水處理與資源化工程研究中心，遼寧 沈陽(yáng) 110161；2. 東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110004

穩(wěn)定塘處理污水的機(jī)理研究及應(yīng)用研究進(jìn)展

張巍1，許靜1,2，李曉東1，晁雷1，曾華1，趙曉光1,2，安樂(lè)1,2

1. 遼寧省環(huán)境科學(xué)研究院國(guó)家環(huán)境保護(hù)村鎮(zhèn)污水處理與資源化工程研究中心，遼寧 沈陽(yáng) 110161；2. 東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110004

穩(wěn)定塘污水處理系統(tǒng)具有基建投資和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低、維護(hù)和維修簡(jiǎn)單、便于操作、能有效去除污水中的有機(jī)物、無(wú)需污泥處理等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)越來(lái)越受到人們的重視，其凈化過(guò)程與自然水體的自?xún)暨^(guò)程相似。本文總結(jié)了穩(wěn)定塘中有機(jī)物、氮和磷的去除機(jī)理，有機(jī)物的去除一般包括沉淀和絮凝、厭氧微生物的作用、好氧微生物的作用、浮游生物的作用和水生植物的作用，氮在穩(wěn)定塘內(nèi)的去除，主要是通過(guò)生物同化吸收轉(zhuǎn)化為自身有機(jī)氮、氨氮的吹脫作用、形成生物沉淀以及硝化/反硝化等幾種途徑，磷元素去除涉及有機(jī)磷在微生物作用下分解氧化，菌藻及其他生物吸收無(wú)機(jī)磷合成新細(xì)胞，以及可溶性磷與不可溶性磷之間的轉(zhuǎn)化等多種機(jī)制的共同作用。針對(duì)傳統(tǒng)穩(wěn)定塘中存在的缺陷，人們不斷地對(duì)穩(wěn)定塘進(jìn)行改良，出現(xiàn)了許多新型塘，其中包括高效藻類(lèi)塘、水生植物塘和養(yǎng)殖塘、高效復(fù)合厭氧塘、超深厭氧塘、生物濾塘等塘型。為了提高污水的處理效率，研究人員還開(kāi)發(fā)了許多組合塘的工藝，與傳統(tǒng)生物法組合的UNITANK工藝+生物穩(wěn)定塘、水解酸化+穩(wěn)定塘工藝和折流式曝氣生物濾池+穩(wěn)定塘工藝等，各類(lèi)塘型組合的多級(jí)串聯(lián)塘系統(tǒng)、生態(tài)綜合塘系統(tǒng)、高級(jí)綜合塘系統(tǒng)（AIPS）等。目前穩(wěn)定塘處污水理系統(tǒng)還依然存在占地面積大、水力停留時(shí)間較長(zhǎng)、效率低下、散發(fā)臭味、處理效果受氣候條件影響大等缺陷。今后應(yīng)該在穩(wěn)定塘系統(tǒng)的研究中，以菌、藻的活動(dòng)為主體，以主要營(yíng)養(yǎng)元素C、N、P的遷移為線(xiàn)索，建立系統(tǒng)內(nèi)各種生物、化學(xué)反應(yīng)之間的聯(lián)系，通過(guò)減小塘深、機(jī)械攪拌、跌水坡等方法改善供氧條件，對(duì)天然塘型進(jìn)行精確修整、分隔組合，使之更加符合高效反應(yīng)器的構(gòu)造，從而提高穩(wěn)定塘設(shè)計(jì)的合理性。加入人造載體提高塘內(nèi)微生物濃度，從而大大提高有機(jī)負(fù)荷，有效減少占地面積，組合沉淀池、間歇砂濾、礫石濾墻、微濾、氣浮、土地處理、人工濕地系統(tǒng)、加入化學(xué)藥劑等處理工藝或方法，以去除出水中的藻類(lèi)，改善環(huán)境衛(wèi)生條件，滿(mǎn)足不同出水水質(zhì)的要求，從而為國(guó)內(nèi)穩(wěn)定塘技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)提供科學(xué)依據(jù)。

穩(wěn)定塘；污水處理；新型穩(wěn)定塘；組合塘

早在3000多年以前，人們就采用池塘處理污水。世界上第一個(gè)有記錄的穩(wěn)定塘是1901年在美國(guó)得克薩斯州的圣安東尼奧市修建的(Sopper等, 1973)。從上個(gè)世紀(jì)四五十年代開(kāi)始，受全球能源危機(jī)的影響，國(guó)際上對(duì)這一能耗較低、運(yùn)行穩(wěn)定的穩(wěn)定塘技術(shù)的研究給予了足夠的重視，并在實(shí)踐中大范圍推廣(劉華波等, 2003)。目前，全世界已有40多個(gè)國(guó)家和地區(qū)在使用穩(wěn)定塘，而且氣候條件相差很大，從赤道到寒冷地帶，從北部的瑞典、加拿大到南部的新西蘭(北京市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院等, 2002)。我國(guó)也于20世紀(jì)50年代就開(kāi)始了穩(wěn)定塘技術(shù)的應(yīng)用研究(劉華波等, 2003)。

系統(tǒng)深入研究穩(wěn)定塘污水有機(jī)物去除機(jī)理、氮去除機(jī)理、磷去除機(jī)理，開(kāi)發(fā)新型穩(wěn)定塘污水處理技術(shù)，形成穩(wěn)定塘系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征的整體框架，對(duì)整體了解和把握穩(wěn)定塘污水處理機(jī)理和工程應(yīng)用具有重要意義。本文通過(guò)分析穩(wěn)定塘污水中污染物的去除機(jī)理，探討穩(wěn)定塘污水處理技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀和存在的不足，旨在探索穩(wěn)定塘生態(tài)系統(tǒng)對(duì)污水處理機(jī)制，為進(jìn)一步提高穩(wěn)定塘的處理效率和廣泛應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 穩(wěn)定塘處理污水的機(jī)理研究

1.1 有機(jī)物去除機(jī)理研究

污水在穩(wěn)定塘中經(jīng)過(guò)稀釋、沉淀和絮凝、厭氧微生物的作用、好氧微生物的作用、浮游生物的作用和水生植物的作用，使得有機(jī)物得到降解(曹蓉等, 2004)。穩(wěn)定塘對(duì)BOD5的去除率通常比較高，即使在三級(jí)處理塘中，BOD5的去除率也常高達(dá)80%，而在整個(gè)塘系統(tǒng)中BOD5的去除更高達(dá)90%以上，然而在高溫期的多級(jí)塘系統(tǒng)內(nèi)常出現(xiàn)BOD5先降低再升高的現(xiàn)象(Maynard等, 1999)。生態(tài)塘系統(tǒng)中BOD5含量的增長(zhǎng)有50%～90%是由藻類(lèi)的生長(zhǎng)引起的(Mara等, 1992)。三級(jí)處理塘出水BOD5增幅高達(dá)160%～240%，且BOD5含量的升高與水體內(nèi)藻類(lèi)等有機(jī)顆粒的增長(zhǎng)有很大的相關(guān)性，因此 BOD5的升高主要是由于藻類(lèi)釋放有機(jī)物(Mayo, 1996; Th?rneby等, 2006)。但目前關(guān)于藻類(lèi)生長(zhǎng)對(duì)穩(wěn)定塘內(nèi)BOD5變化貢獻(xiàn)的報(bào)道相對(duì)較少，因而藻類(lèi)對(duì)有機(jī)物變化過(guò)程的具體影響不能確定。

1.2 氮去除機(jī)理研究

氮在穩(wěn)定塘內(nèi)的去除，主要是通過(guò)以下幾種途徑：生物同化吸收轉(zhuǎn)化為自身有機(jī)氮、氨氮的吹脫作用、形成生物沉淀以及硝化/反硝化(Silva等, 1995)。但由于隨溫度、pH等環(huán)境因子的變化，這幾種去除機(jī)理的變化規(guī)律相接近，很難確定何種去除機(jī)制在氮的去除過(guò)程中起決定性作用。由于穩(wěn)定塘內(nèi)缺乏微生物生長(zhǎng)所需的基質(zhì)且NO3-濃度偏低，以往研究認(rèn)為硝化/反硝化對(duì)氮的去除貢獻(xiàn)較低，因而絕大部分對(duì)氮去除過(guò)程的研究集中于生物同化吸收和氨氮的吹脫作用機(jī)制兩方面。長(zhǎng)期以來(lái)，人們都認(rèn)為藻類(lèi)生長(zhǎng)時(shí)會(huì)優(yōu)先利用氨氮作為氮源而不是硝酸鹽。藻類(lèi)的典型分子式為C106H181O45N16P，根據(jù)此分子式，氮占藻類(lèi)無(wú)灰干重的9.22%，如果將藻類(lèi)的灰分考慮在內(nèi)的話(huà)，氮的含量也大于8%(Green等, 1996)。大量研究表明，藻類(lèi)生物量與氮的去除量之間有很好的正相關(guān)性。在兼性塘靜態(tài)試驗(yàn)中，光照塘氨氮去除率為87.5%，蔽光塘中氨氮去除率為3.2%，從而說(shuō)明藻類(lèi)對(duì)氨氮有著非常重要的去除作用(李建華等, 1992)。研究顯示高溫期穩(wěn)定塘水體表面pH值常高達(dá)10以上，NH3揮發(fā)速率迅速升高，NH3的揮發(fā)在氮的去除中占主導(dǎo)地位(Soares等, 1996)。但近年來(lái)，隨著對(duì)NH3揮發(fā)速率的測(cè)定成為可能，越來(lái)越多的研究者對(duì)揮發(fā)作用持否定態(tài)度，而更認(rèn)同NH3的去除主要來(lái)源于有機(jī)氮沉降和硝化/反硝化作用(Babu等, 2011; Leite等, 2011)。在藻類(lèi)塘和浮萍塘中NH3的揮發(fā)速率在6.4～37.4 mg·m-2·d-1之間，對(duì)NH3的去除貢獻(xiàn)不超過(guò)1.5%，而水生植物吸收/沉降和生物硝化/反硝化才是氮的主要去除機(jī)制(Zimmo等, 2003, 2004; Martins等, 2013)。在東經(jīng)39°13′北緯6°48′的達(dá)累斯薩拉姆模擬廢水穩(wěn)定塘，該地月平均氣溫為23 ℃～28 ℃，研究也顯示有機(jī)氮沉降在氮的去除中占主導(dǎo)地位(Senzia等, 2002)。但目前對(duì)穩(wěn)定塘內(nèi)氮的主導(dǎo)去除機(jī)制仍尚無(wú)定論。

1.3 磷去除機(jī)理研究

在穩(wěn)定塘系統(tǒng)中，磷是生物生長(zhǎng)所必需的元素。磷在自然水體和污水中一般都以磷酸鹽的形式存在，這些磷酸鹽包括有機(jī)磷、聚磷酸鹽和正磷酸鹽。磷元素去除涉及有機(jī)磷在微生物作用下分解氧化，菌藻及其他生物吸收無(wú)機(jī)磷合成新細(xì)胞，以及可溶性磷與不可溶性磷之間的轉(zhuǎn)化等多種機(jī)制的共同作用。正磷酸鹽容易被水生生物利用，一些生物可以以聚磷酸鹽的形式貯存過(guò)量的磷用于將來(lái)的運(yùn)用(Surampalli等, 1995)。藻類(lèi)和細(xì)菌同化吸收磷用于自身的生長(zhǎng)需要，同時(shí)，一些磷可以以沉淀的形式從水中去除，主要是由于正磷酸鹽以磷酸鈣的形式形成沉淀(Picot等, 1992; Karine, 2014)。高效藻類(lèi)塘中磷的去除主要由pH和Ca2+的濃度決定，磷酸鈣在pH為8左右時(shí)開(kāi)始形成，因此，白天由于光合作用pH上升而使磷酸根離子更易和鈣結(jié)合生成沉淀而去除(Wang等, 2003)。在含鈣豐富的水體中這一沉淀過(guò)程由pH來(lái)控制，而在硬度不高的水體中則由鈣離子的濃度來(lái)決定(Picot等, 1992)。研究認(rèn)為水生植物及底泥類(lèi)型對(duì)磷去除過(guò)程影響較大，但對(duì)于系統(tǒng)中磷的主要去除機(jī)制為生物吸收還是化學(xué)沉降存在分歧(Wang等, 2003)。

2 穩(wěn)定塘污水處理技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

采用經(jīng)過(guò)改良的生物穩(wěn)定塘系統(tǒng)對(duì)滇池流域大清河的水質(zhì)凈化產(chǎn)生了良好的效果，系統(tǒng)對(duì)TN、TP、NH4+-N、BOD5和COD的去除率分別達(dá)到29.29%、48.68%、33.68%、68.14%和71.25%，這表明通過(guò)對(duì)其進(jìn)行改良出現(xiàn)的許多新型塘系統(tǒng)是一種行之有效的廢水處理系統(tǒng)(趙學(xué)敏等, 2010)。不僅如此，研究者們還更多地關(guān)注組合塘的工藝，進(jìn)而提高污水的處理效率(何小蓮等, 2007)。

下面介紹的新型塘和組合塘工藝，強(qiáng)化了穩(wěn)定塘的優(yōu)勢(shì)或彌補(bǔ)了原有技術(shù)的不足。

2.1 新型穩(wěn)定塘技術(shù)

針對(duì)穩(wěn)定塘存在的諸如水力停留時(shí)間較長(zhǎng)、占地面積過(guò)大、積泥嚴(yán)重和散發(fā)臭味等缺點(diǎn)，人們不斷地對(duì)穩(wěn)定塘進(jìn)行改良，出現(xiàn)了許多新型塘。

2.1.1 高效藻類(lèi)塘

美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的OSWALD教授提出并發(fā)展的高效藻類(lèi)塘（High Rage Alage Pond）是對(duì)傳統(tǒng)穩(wěn)定塘的改進(jìn)。其工作原理是利用藻類(lèi)的大量增殖形成有利于微生物生長(zhǎng)和繁殖的環(huán)境，形成更緊密的藻菌共生系統(tǒng)。塘中藻類(lèi)光合作用產(chǎn)生的氧有助于硝化作用的進(jìn)行，藻類(lèi)的生長(zhǎng)繁殖過(guò)程中吸收氮、磷等營(yíng)養(yǎng)鹽，可提高氮、磷等污染物的去除效率(Oswald, 1990)。正因其最大限度地利用了藻類(lèi)產(chǎn)生的氧氣，塘內(nèi)的一級(jí)降解動(dòng)力學(xué)常數(shù)值比較大，故稱(chēng)之為高效藻類(lèi)塘(蔣克彬等, 2009)。試驗(yàn)表明高效藻類(lèi)塘對(duì)COD的平均去除率可達(dá)70%，對(duì)氨氮的平均去除率＞90%，對(duì)總磷和磷酸鹽的去除率約為50%(黃翔峰等, 2006)。高效穩(wěn)定塘與傳統(tǒng)穩(wěn)定塘相比具有四點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：塘深較淺、可進(jìn)行連續(xù)攪拌、停留時(shí)間較短和可以安裝攪拌裝置(Christian等, 2012)。

2.1.2 水生植物塘和養(yǎng)殖塘

水生植物塘在塘中種植一些高等水生植物，主要是水生維管束植物，通過(guò)它們的生物作用處理污水，同時(shí)植物可進(jìn)行回收，因此具有較好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。水生植物塘可去除水體中的懸浮泥沙，改善透明度；可有效去除水中有機(jī)物和難降解物質(zhì)；可有效地抑制藻類(lèi)的生長(zhǎng)；可去除微量重金屬等。水生植物能通過(guò)“克藻效應(yīng)”抑制有害水藻的生長(zhǎng)，從而凈化水環(huán)境(郭家驊等, 2010)。養(yǎng)殖塘通過(guò)在塘中放養(yǎng)各種經(jīng)濟(jì)魚(yú)類(lèi)，通過(guò)魚(yú)類(lèi)捕食水體中懸浮大顆粒有機(jī)物、藻類(lèi)和菌類(lèi)而進(jìn)一步去除有機(jī)物(何小蓮等, 2007)?；谂月穬艋乃悸吩O(shè)計(jì)并構(gòu)建的包括水生植物塘和養(yǎng)殖塘在內(nèi)的生物穩(wěn)定塘系統(tǒng)，考察了對(duì)氮、磷的去除效果。結(jié)果表明，系統(tǒng)對(duì)TN、TP、NO3--N和NH4+-N的平均去除率分別為25.3%、50.6%、38.4%和35.6%，其中，養(yǎng)殖塘對(duì)TN、NO3--N和NH4+-N的去除效果好于植物塘，而植物塘對(duì)TP的去除效果要優(yōu)于養(yǎng)殖塘(黃亮等, 2008)。依據(jù)對(duì)污染物降解過(guò)程的分析，植物塘與養(yǎng)殖塘之間具有較強(qiáng)的互助和互補(bǔ)性，使得整個(gè)系統(tǒng)能夠充分發(fā)揮處理功效，從而具有較高的氮、磷去除效率。

2.1.3 高效復(fù)合厭氧塘

高效復(fù)合厭氧塘主要由底部的污泥消解區(qū)和上部的生物膜載體填料區(qū)組合而成，通過(guò)均勻進(jìn)水系統(tǒng)和均勻出水系統(tǒng)，使污水在厭氧塘中進(jìn)行上向和下向折流翻騰式流動(dòng)，使其與底部污泥層和上部生物膜層進(jìn)行充分的接觸，對(duì)污水中有機(jī)物進(jìn)行有效的厭氧生物降解。填料安裝方式采用懸浮框架結(jié)構(gòu)，頂部設(shè)有浮筒，依靠其浮力將單元體懸浮在水中，單元體下部設(shè)有混凝土重錘，依靠其重量控制單元體高度。高效復(fù)合厭氧塘具有彈性填料掛膜快，生物膜更新周期時(shí)間長(zhǎng)；懸浮框架結(jié)構(gòu)運(yùn)行穩(wěn)定，抑制臭氣作用明顯，個(gè)別浮筒有上浮現(xiàn)象(張東生等, 2003; Cruddasa等, 2014; Heubeck等, 2010)。

2.1.4 超深厭氧塘

與普通厭氧塘相比，超深厭氧塘在停留時(shí)間不變的條件下具有較小的占地面積，同時(shí)塘中有機(jī)物的需氧量超過(guò)了光合作用的產(chǎn)氧量和塘面復(fù)氧量，使塘內(nèi)處于厭氧狀態(tài)，改善了塘中厭氧微生物的生存條件，因此厭氧菌大量生長(zhǎng)并消耗有機(jī)物。從保溫角度看，減少表面積還可以減少冬季塘表面熱量的散失，塘中溫度變化較小，從而減少季節(jié)溫度變化對(duì)處理效率的影響。因此，與其它種類(lèi)穩(wěn)定塘相比，加大厭氧塘的深度有更多好處(汪慧貞等, 1997)。美國(guó)的Oswald提出的“高級(jí)綜合塘系統(tǒng)”(Advanced Integrated Pond Systems，簡(jiǎn)稱(chēng)AIPS)中，在兼性塘內(nèi)設(shè)置6 m深的厭氧坑，污水從坑底進(jìn)入塘內(nèi)，坑內(nèi)污水上升流速很小，大約污水中的全部SS和70%BOD5在坑中被去除(向連城, 1995)。英國(guó)的Mara(1992)提出使用深15 m的厭氧儲(chǔ)留塘在非灌季節(jié)儲(chǔ)存污水，用厭氧—厭氧超深儲(chǔ)留塘系統(tǒng)將污水處理至含糞便大腸桿菌1000個(gè)/100 mL的灌溉水標(biāo)準(zhǔn)，比一般的厭氧—兼性—熟化塘系統(tǒng)節(jié)約占地52%(Mara, 1992)。我國(guó)武漢工大在擬建日處理量1萬(wàn)t的武漢墨水湖穩(wěn)定塘系統(tǒng)方案比較時(shí)，推崇在系統(tǒng)首端建一深8 m的厭氧塘作為預(yù)處理手段(龔輝等, 1992)。

2.1.5 生物濾塘

人們從穩(wěn)定塘結(jié)構(gòu)與凈化機(jī)理出發(fā)，結(jié)合厭氧生物膜法、吸附過(guò)濾法和穩(wěn)定塘技術(shù)，提出了穩(wěn)定塘工藝改良技術(shù)—生物濾塘。該塘對(duì)單塘塘底增設(shè)卵石層和濾層，增加微生物附著面積，使塘體形成厭氧—好氧交替帶，有利于氮和磷的去除；采用底部分散式進(jìn)水，提高單塘的去除能力，也能減少塘體的短路現(xiàn)象，一定程度上減短了水力停留時(shí)間，有利于塘體占地面積的減小。研究結(jié)果表明，當(dāng)水力停留時(shí)間相同時(shí)，生物濾塘較傳統(tǒng)穩(wěn)定塘具有較高的COD、NH4+-N和TP去除效率，有機(jī)負(fù)荷調(diào)試試驗(yàn)中，當(dāng)COD質(zhì)量濃度達(dá)800 mg·L-1時(shí)，生物濾塘仍然保持較好的運(yùn)行狀態(tài)，COD平均去除率較穩(wěn)定塘提高了28.8%(楊潔等, 2012)。

2.2 組合塘工藝

組合塘工藝可分為兩大類(lèi)型：一是與傳統(tǒng)生物法組合，作為二級(jí)處理的補(bǔ)充；二是各類(lèi)塘型的組合。

2.2.1 與傳統(tǒng)生物法組合

（1）UNITANK工藝+生物穩(wěn)定塘。UNITANK工藝是基于三溝式氧化溝結(jié)構(gòu)提出的一種活性污泥法污水處理新工藝，自20世紀(jì)80年代初開(kāi)發(fā)成功，已廣泛應(yīng)用于城市廢水和各類(lèi)工業(yè)廢水的處理(張忠祥等, 2004)。采用UNITANK串聯(lián)生物穩(wěn)定塘處理生活污水，是利用UNITANK工藝處理負(fù)荷高、投資省的優(yōu)點(diǎn)，以及生物塘出水水質(zhì)穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到降低污水處理建設(shè)投資，提高出水水質(zhì)的目的。將該工藝應(yīng)用于閩南某企業(yè)生活污水處理站，實(shí)際運(yùn)行表明，UNITANK對(duì)污水的COD、SS和TN均可獲得較好的去除效果，去除率均穩(wěn)定在58%～68%、80%～91%和77%～86%，TP的去除率一直維持在16%～29%。經(jīng)生物塘進(jìn)一步處理后，出水水質(zhì)完全達(dá)標(biāo)(施建臣等, 2010 )。

（2）水解酸化+穩(wěn)定塘工藝。通常，在污水處理設(shè)計(jì)時(shí)采用水解酸化+穩(wěn)定塘串聯(lián)的工藝，色譜-質(zhì)譜聯(lián)機(jī)測(cè)定結(jié)果表明，水解酸化池能將大分子難降解有機(jī)物轉(zhuǎn)化為小分子物質(zhì)，從而加速了污水在后續(xù)穩(wěn)定塘中的降解。故而采用水解酸化池+穩(wěn)定塘工藝可以較傳統(tǒng)工藝減少停留時(shí)間50%，相應(yīng)的占地面積減少50%以上(陶濤等, 1993)。該工藝對(duì)三氯甲烷、二氯乙烯、二氯乙烷、四氯乙烷和四氯化碳的去除情況的實(shí)驗(yàn)表明，水解酸化池中存在還原脫鹵過(guò)程，而揮發(fā)是穩(wěn)定塘去除鹵代烴的主要途徑。

（3）折流式曝氣生物濾池+穩(wěn)定塘工藝。針對(duì)傳統(tǒng)曝氣生物濾池容易發(fā)生堵塞、對(duì)進(jìn)水懸浮物濃度要求較高(ρ(SS)≤60 mg·L-1)、運(yùn)行周期較短等問(wèn)題，在原有上向流和下向流曝氣生物濾池的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出了新型折流式曝氣生物濾池(BBAF)(張涵等, 2005)。以BBAF作為去除污染物的主體構(gòu)筑物，穩(wěn)定塘進(jìn)一步凈化BBAF出水，從而在整個(gè)系統(tǒng)中起到良好的出水水質(zhì)保障作用。以三峽庫(kù)區(qū)某小城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)為例，介紹了折流式曝氣生物濾池+穩(wěn)定塘工藝的設(shè)計(jì)特點(diǎn)和運(yùn)行效果(翟俊等, 2011)。當(dāng)進(jìn)水量為800 m3·d-1，進(jìn)水COD、NH4+-N、TN和TP值分別為14～315、1.00～41.72、4.90～50.16、0.30～3.79 mg·L-1時(shí)，出水水質(zhì)優(yōu)于GB 18918—2002的一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn), 該工藝對(duì)低濃度進(jìn)水水質(zhì)與水質(zhì)的波動(dòng)具有良好的適應(yīng)性, 季節(jié)和溫度變化對(duì)系統(tǒng)去除COD和TP的影響不明顯，但冬季的NH4+-N和TN去除率明顯偏低。

2.2.2 各類(lèi)塘型組合

（1）多級(jí)串聯(lián)塘系統(tǒng)。目前，國(guó)內(nèi)外穩(wěn)定塘運(yùn)行方式已由單塘轉(zhuǎn)為多級(jí)串聯(lián)或并聯(lián)等，但在穩(wěn)定塘設(shè)計(jì)上大多仍以經(jīng)驗(yàn)方法為主。Mara和R.S.Ramalho等人提出串聯(lián)氧化塘可以提高水處理效率，即串聯(lián)氧化塘在整體結(jié)構(gòu)上較同體積的單塘去污效率高，這一點(diǎn)已被實(shí)踐所證實(shí)(區(qū)尹正等, 1985)。多級(jí)串聯(lián)穩(wěn)定塘與單塘相比，不僅出水菌藻濃度低，BOD、COD、TN和TP等去除率高，同時(shí)水力停留時(shí)間較短。多級(jí)串聯(lián)塘流態(tài)接近于推流反應(yīng)器的形式，從而有效地減少了單塘中常出現(xiàn)的短流現(xiàn)象。其次，多級(jí)串聯(lián)有助于污染濃度的逐漸減少，有利于降解過(guò)程的穩(wěn)定進(jìn)行。串聯(lián)穩(wěn)定塘各級(jí)水質(zhì)在遞變過(guò)程中，各自的優(yōu)勢(shì)菌種會(huì)出現(xiàn)，從而具有更好的處理效果。采用多級(jí)串聯(lián)生物穩(wěn)定塘法處理草漿造紙廢水獲得了可喜成果(張江山等, 1996)。

（2）生態(tài)綜合塘系統(tǒng)。生態(tài)塘是將污水處理與利用相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)污水資源化的一種廢水生物處理設(shè)施，它具有基建投資省、年運(yùn)行費(fèi)用低、管理維護(hù)方便、運(yùn)行穩(wěn)定可靠等諸多優(yōu)點(diǎn)，不足之處就是占地面積比較大(張立秋等, 2000)。目前生態(tài)塘工藝的研究從以下兩個(gè)方面人手：篩選、培育高效水生凈化植物(營(yíng)建諸如水葫蘆塘、蘆葦塘、等水生植物塘)；組合曝氣、水生植物、水產(chǎn)養(yǎng)殖多個(gè)生物處理單元的綜合功能，營(yíng)建生化一體化水生動(dòng)植物復(fù)合生態(tài)體系(種云霄等, 2003)。東營(yíng)生態(tài)塘污水處理系統(tǒng)由厭氧塘、曝氣塘、曝氣養(yǎng)魚(yú)塘、魚(yú)塘、藕塘以及蘆葦組成的人工濕地等幾部分構(gòu)成。該系統(tǒng)對(duì)BOD、COD、SS的去除率分別為78.6%、68.6%、90.8%，對(duì)細(xì)菌及大腸桿菌的去除率分別為99.8%及99.99%(曹蓉等, 2003)。

（3）高級(jí)綜合塘系統(tǒng)（AIPS）。該系統(tǒng)由高級(jí)兼性塘、高負(fù)荷藻類(lèi)塘、藻類(lèi)沉淀塘和熟化塘組成。高級(jí)兼性塘上部好氧，底部有一個(gè)厭氧坑進(jìn)行沉淀和厭氧發(fā)酵。高負(fù)荷藻類(lèi)塘裝有攪拌槳，使藻類(lèi)通過(guò)光合作用釋放大量的氧氣，從而供微生物降解有機(jī)物。藻類(lèi)沉淀塘用來(lái)沉淀高負(fù)荷藻類(lèi)塘出水中的藻類(lèi)。熟化塘一方面用來(lái)對(duì)出水進(jìn)行消毒，一方面將出水存儲(chǔ)用于灌溉。二級(jí)處理可以由位于最前的高級(jí)兼性塘及后面的高負(fù)荷藻類(lèi)塘完成，營(yíng)養(yǎng)物的去除及生物回收由各塘間的優(yōu)化組合實(shí)現(xiàn)。高級(jí)綜合塘系統(tǒng)幾乎不需要污泥處理，較傳統(tǒng)塘占地面積小，水力負(fù)荷率和有機(jī)負(fù)荷率較大，而水力停留時(shí)間較短，基建和運(yùn)行成本較低，能實(shí)現(xiàn)水的回收和再用(Oswald等, 1990)。采用高級(jí)綜合穩(wěn)定塘工藝對(duì)廣州市某養(yǎng)豬場(chǎng)的廢水進(jìn)行處理，實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明，在廢水CODCr為15899 mg·L-1、BOD5為10840 mg·L-1、氨氮為1283 mg·L-1和SS為3024 mg·L-1的條件下，出水CODCr為7115 mg·L-1、BOD5為23 mg·L-1、氨氮為66.5 mg·L-1、SS為34 mg·L-1，達(dá)到畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB 185962—2001）的要求(潘涌璋等, 2004)。

3 結(jié)論與研究展望

綜上所述，可以看出目前穩(wěn)定塘系統(tǒng)處理污水的不足之處主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：水力停留時(shí)間較長(zhǎng)，效率低下；占地面積大，基建費(fèi)用高；環(huán)境條件較差，散發(fā)臭味；污泥淤積，使有效池容減??；處理效果受氣候條件影響大；懸浮的藻類(lèi)使出水COD較高，導(dǎo)致穩(wěn)定塘在我國(guó)的應(yīng)用處于停滯不前的狀態(tài)。針對(duì)上述不足，筆者認(rèn)為要解決穩(wěn)定塘技術(shù)目前存在的問(wèn)題，應(yīng)該主要從以下幾個(gè)方面入手：

（1）在穩(wěn)定塘系統(tǒng)的研究中，以菌、藻的活動(dòng)為主體，以主要營(yíng)養(yǎng)元素C、N、P的遷移為線(xiàn)索，建立系統(tǒng)內(nèi)各種生物、化學(xué)反應(yīng)之間的聯(lián)系，全面認(rèn)識(shí)穩(wěn)定塘的機(jī)理，提高穩(wěn)定塘設(shè)計(jì)的合理性，必使穩(wěn)定塘技術(shù)有更大的發(fā)展。

（2）通過(guò)減小塘深、機(jī)械攪拌、跌水坡等方法改善供氧條件；對(duì)天然塘型進(jìn)行精確修整、分隔組合，使之更加符合高效反應(yīng)器的合理構(gòu)造，加入人造載體提高塘內(nèi)微生物濃度，從而大大提高有機(jī)負(fù)荷，有效的減少了占地面積。

（3）通過(guò)回流、分步進(jìn)水、缺氧塘、魚(yú)塘等方法來(lái)改善環(huán)境條件；配備包括預(yù)處理、附屬設(shè)備等其它常規(guī)設(shè)施，來(lái)克服塘中的污泥淤積問(wèn)題，改善處理效果和環(huán)境衛(wèi)生條件；還可以通過(guò)前置沉淀池、內(nèi)置消化坑來(lái)保證穩(wěn)定塘長(zhǎng)期有效地運(yùn)行。

（4）組合沉淀池、間歇砂濾、礫石濾墻、微濾、氣浮、土地處理、人工濕地系統(tǒng)、加入化學(xué)藥劑等其它處理工藝或方法，以去除出水中的藻類(lèi)，滿(mǎn)足不同出水水質(zhì)的要求。

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Mechanism, Application Status and Research Progress of Stabilization Pond for Treatment of Wastewater

ZHANG Wei1, XU Jing1,2, LI Xiaodong1, CHAO Lei1, ZENG Hua1, ZHAO Xiaoguang1,2, AN Le1,2

1. Institute of Ecological Restoration and Governance, Liaoning Academy of Environmental Sciences, Shenyang 110161, China;
2. College of Resources and Civil Engineering, NEU, Shenyang 110004, China

Stabilization pond system in wastewater treatment has many advantages. For example, it has low capital investment and operating costs; it is simple to maintain and repair and easy to operate; it can remove the organic matter effectively and without the treatment of sludge. In recent years, it has been paid more and more attention. Its purification process is similar to natural water. This paper summarizes the removal mechanism of organic matter, nitrogen and phosphorus in stabilization pond. The removals of organic matter generally include precipitation and flocculation, the role of anaerobic microorganisms, aerobic microorganisms, plankton and aquatic plants. The removals of nitrogen in stabilization pond primarily through bio-assimilation into their own organic nitrogen, stripping of ammonia nitrogen, formation of biological precipitation, and nitrification/denitrification, etc. The removals of phosphorus involve oxidative decomposition of organic phosphorus in the role of microorganism, bacteria and algae and other organisms absorb inorganic phosphorus to synthesize new cells, and the conversion between soluble and non-soluble phosphorus, they are combined effect of a variety of mechanisms. Aiming at the defects existing in the traditional stabilization pond, people are continuously improved stabilization pond, there have been many new ponds, including high algae pond, aquatic plant pond and aquaculture pond, efficient composite anaerobic pond, ultra-deep anaerobic pond, biological filtration pond and so on. In order to improve the efficiency of wastewater treatment, the researchers also developed a number of combined pond processes, such as UNITANK process + biological stabilization pond combined with traditional biological methods, hydrolytic acidification + stabilization pond process, and baffled aeration biological filter + stabilization pond process, etc. Multistage tandem pond system with the combination of all kinds of ponds, ecological comprehensive pond system, advanced integrated pond system (AIPS), etc. Currently, stabilization pond system in wastewater treatment also has many shortages such as large area occupied, long hydraulic retention time, low efficiency, foul smell, treatment effect is influenced by climatic, etc. In future study of stabilization pond system, researchers should put activities of bacteria and algae as the main body, put migration of main nutrient elements C, N and P as clues, establish contacts with various of biological and chemical reactions in the system. By reducing depth of pond, mechanical agitation and dropping slope, etc to improve oxygen condition, by making precise dressing and separated combination of natural pond, it is more in line with structure of efficient reactor, thus it improve the rationality of the design of stabilization pond. People add artificial carrier to improve the concentration of microorganism in pond, so as to improve the organic load greatly and reduce area occupied. People use combination of sedimentation tank, intermittent sand filtration, gravel filter wall, microfiltration, flotation, land treatment, constructed wetland system, adding chemicals and other treatment processes or methods to remove algae in water, to improve environmental health conditions, to meet the different requirements of water quality. By these ways, we can provide a scientific basis for further improvement of domestic stabilization pond technology.

stabilization pond; treatment of wastewater; new types of stabilization pond; combined pond

X703

：A

：1674-5906（2014）08-1396-06

張巍，許靜，李曉東，晁雷，曾華，趙曉光，安樂(lè). 穩(wěn)定塘處理污水的機(jī)理研究及應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2014, 23(8): 1396-1401.

ZHANG Wei, XU Jing, LI Xiaodong, CHAO Lei, ZENG Hua, ZHAO Xiaoguang, AN Le. Mechanism, Application Status and Research Progress of Stabilization Pond for Treatment of Wastewater [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2014, 23(8): 1396-1401.

國(guó)家水體污染控制與治理科技重大專(zhuān)項(xiàng)（2012ZX07202-003；2012ZX07212-001）；遼寧省科學(xué)技術(shù)計(jì)劃項(xiàng)目（2011229001；2013003008）

張巍（1975年生），男（滿(mǎn)族），高級(jí)工程師，博士，主要從事污染水體生態(tài)修復(fù)研究。E-mail：wzhang1215@163.com

2014-01-10