祁佩時¹，王寶貞¹，趙福明²，呂偉烈³
(1.哈爾濱工業(yè)大學市政環(huán)境工程學院；2.集寧市環(huán)境保護局；3.青島市規(guī)劃局)

　　摘要：以集寧市某穩(wěn)定塘為主要研究對象，著重研究了短停留時間穩(wěn)定塘在寒冷地區(qū)應用的可行性、城市污水中主要污染物的去除規(guī)律、最佳工藝流程和設計技術(shù)參數(shù)、工程強化措施及最終塘出水的綜合利用等問題，為寒冷地區(qū)城市污水的處理提供了實際工程可應用的參考資料。
　　關(guān)鍵詞：穩(wěn)定塘；寒冷地區(qū)；短停留時間；城市污水
　　中圖分類號：X505
　　文獻標識碼：A
　　文章編號：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

　　穩(wěn)定塘在寒冷地區(qū)應用時，因需要巨大的儲存容積而使其發(fā)展受到了限制。如何縮短停留時間，減少穩(wěn)定塘的占地面積，在不儲存或短時間儲存的情況下全年運行，是近年來人們研究的重點問題之一。
　　以集寧市某穩(wěn)定塘為試驗基地，全面研究了短停留時間穩(wěn)定塘在寒冷地區(qū)的應用問題，探討了主要污染物的去除規(guī)律、工程強化措施、最優(yōu)水力條件、最佳工藝流程和設計參數(shù)以及處理水的綜合利用等。
　　研究結(jié)果表明，應用多種工程強化技術(shù)后，可使水力停留時間大大縮短，從而減少了穩(wěn)定塘的占地面積(集寧市短停留時間穩(wěn)定塘的占地面積僅相當于寒冷地區(qū)同等規(guī)模穩(wěn)定塘的1/4～1/10)。

　　1  集寧市某穩(wěn)定塘概況

　　集寧市位于內(nèi)蒙古自治區(qū)的中西部，是以輕工業(yè)為主的中小工業(yè)城市，其年平均氣溫為3.5 ℃，冰封期為120～150d，平均海拔高度為1425m左右。受蒙古高原和季風影響，多風少雨，年平均風速為3.7m/s，平均降水量為298mm。
集寧市某穩(wěn)定塘是充分利用了伊墾溝污水庫區(qū)的自然地形建設而成，由沉淀(厭氧)塘、強化厭氧塘、兼性塘、好氧Ⅰ塘和好氧Ⅱ塘等組成(見圖1)。為了提高穩(wěn)定塘在低溫時期的凈化效果，系統(tǒng)中采用了軟纖維填料、跌水曝氣、漫流曝氣、碎石與植物過濾等多種工程強化技術(shù)，它是目前中國穩(wěn)定塘系統(tǒng)中塘類型最為齊全、工程化程度高、強化技術(shù)應用多的穩(wěn)定塘工程之一。
該塘總占地面積為24.5×10⁴ m²，總?cè)莘e為82.2×10⁴ m³，處理能力為3×10⁴ m³/d，污水停留時間為28 d。該塘平均進水COD為250 mg/L左右，BOD₅為100 mg/L左右，SS為200 mg/L左右。

　　2   穩(wěn)定塘中污染物降解效果分析

　　2.1  沉淀(厭氧)塘凈化效果
　　污水經(jīng)格柵去除大塊漂浮物后，進入沉淀(厭氧)塘，進水口處設有輻射式導流布水設施，使水流均勻分布，出口為水下過水形式。
實測結(jié)果表明(見圖2)，該塘不僅對SS有較好的去除率，對COD、BOD5、NH3-N等也有一定的去除率。這表明沉淀(厭氧)塘除有較好的沉淀功能外，還有較強的厭氧消化作用，使水中的污染物得以有效降解，并分解部分污泥，使污泥穩(wěn)定化，這對整個塘系統(tǒng)的正常運行起到了重要作用。

　　沉淀(厭氧)塘的水力停留時間為2.2 d，BOD₅表面負荷為960 kgBOD₅/(hm²·d)，作為初級厭氧塘，它是在高負荷和短停留時間的條件下運行的。
　　2.2  強化厭氧塘凈化效果

　　該塘通過底部過水壩和管道在水面下均勻進水，避免了短流現(xiàn)象的發(fā)生并保留了浮渣層，保持了良好的水力狀態(tài)。在塘中設置的軟纖維填料，增加了微生物量，并使污染物與微生物沿塘的縱向和橫向有較好的接觸，使其被有效降解。
強化厭氧塘的BOD₅表面負荷為350 kgBOD₅/(hm²·d)，水力停留時間為7.7 d。
　　2.3 兼性塘凈化效果
　　兼性塘的污染物去除率隨季節(jié)而變化(見圖4)。在寒冷季節(jié)，塘面冰封，使全塘基本處于厭氧狀態(tài)，這時主要靠厭氧作用降解有機物；在溫度高的季節(jié)，離水面0.3 m處的溶解氧約在2 mg/L左右，而進水處(設有14個階梯式跌水曝氣口)和出水處有時達3 mg/L以上。此時，好氧、兼性和厭氧三種凈化功能同時起作用，凈化效果也比較好。

　　兼性塘生物相比較豐富，在溫度高的季節(jié)，藻類和浮游動物都很多。藻類使水呈黃綠色，浮游動物達70～100個/L，基本上形成了一個有菌、藻共生為主，其他生物并存，具有一定復雜程度的生態(tài)體系。
兼性塘的BOD₅表面負荷為100 kgBOD₅/(hm²·d)，水力停留時間為13d。
　　2.4 好氧塘凈化效果
　　好氧塘由Ⅰ、Ⅱ兩個塘串聯(lián)而成，對主要污染物的去除隨季節(jié)變化情況見圖5。

　　在冰封季節(jié)，好氧塘處于缺氧狀態(tài)；在氣溫高的季節(jié)，尤其是在植物生長期，塘水中DO值可達到4mg/L。
為增加水中溶解氧含量，提高好氧塘的凈化效果，在該塘的進水處、好氧Ⅰ塘出水處及穩(wěn)定塘總出水口，分別采用了漫流曝氣、瀑布式曝氣等增氧工程措施，曝氣后的水中DO值能增加1 mg/L以上。
　　好氧塘中藻類量明顯比兼性塘多，而浮游動物量卻少得多，這說明該塘的水質(zhì)已大大改善。此外，好氧塘中出現(xiàn)了昆蟲、蛙類、蜻蜓、魚類及水鳥等高級動物；沿塘邊生長了大片水草，表明塘中已建立起了比較完善的生態(tài)體系，對水質(zhì)進一步凈化起到重要作用。
　　為了去除水中藻類等懸浮物，在好氧Ⅱ塘中部和出水端設置了兩道碎石——植物過濾壩，明顯提高了出水水質(zhì)。
好氧塘水力停留時間為5.3 d，BOD₅表面負荷為150 kgBOD₅/(hm²·d)。
　　2.5 主要污染物的去除規(guī)律
　　2.5.1 對COD、BOD₅的去除效果圖6是穩(wěn)定塘總進、出水COD、BOD₅的逐月變化情況。在植物生長期，COD和BOD₅的平均去除率分別為73.8%和88.5%；在植物非生長期，COD去除率為50.4%，BOD₅的去除率為74.1%。

　　從各單元塘的COD、BOD₅去除率看，沉淀(厭氧)塘和強化厭氧塘是重要的有機物去除單元塘，不僅對有機物去除量大，而且使BOD5/COD值增高(見表1)。

　　2.5.2  對SS的去除效果
　　穩(wěn)定塘進出水SS的濃度變化列于表2中。從該表可見，SS的全年去除率都在70%以上，并且比較穩(wěn)定。

　　2.5.3  pH值變化規(guī)律
　　該穩(wěn)定塘進水的pH值變化不大，基本在7.5～8.0之間。從各單元塘的pH值看，沉淀(厭氧)塘和強化厭氧塘的pH值有所下降，后續(xù)塘的pH值逐漸升高，最終出水pH值高于進水。
　　2.5.4  氮和磷的去除規(guī)律
　　對該穩(wěn)定塘的試驗表明，在植物生長期TN和TP的平均去除率分別為55%和65%；在植物非生長期，TN、TP的平均去除率分別為35%和30%。

　　從各單元的去除情況可知(見圖7)，TN的主要去除單元為沉淀(厭氧)塘和強化厭氧塘；而TP的主要去除單元為兼性塘和好氧塘。

　　3  穩(wěn)定塘凈化功能的強化技術(shù)

　　3.1  軟纖維填料的強化作用
　　為了提高穩(wěn)定塘系統(tǒng)的凈化功能，尤其是低溫時節(jié)的凈化效率，在厭氧塘中加設了纖維填料(裝填密度為1%)。它增大了厭氧塘中的生物量，使微生物立體分布，同時增加了有機污染物的停留時間，使一些大分子和難生物降解的有機物可以分解成小分子和易生物降解有機物，這樣不僅提高了厭氧塘自身的凈化功能，而且為后續(xù)塘對有機物的降解創(chuàng)造了條件。
　　3.2   跌水曝氣的強化作用
　　該穩(wěn)定塘系統(tǒng)充分利用了地形特點和地勢變化，采用了不同形式的跌水曝氣充氧設施，提高了凈化效果。圖8給出了穩(wěn)定塘系統(tǒng)DO值的變化。

　　從該圖上看，每一次跌水曝氣(或漫流曝氣)后，DO值都有一定的升高，為實現(xiàn)污水從厭氧處理到兼性和好氧處理的最佳流程創(chuàng)造了良好的條件。同時改善了穩(wěn)定塘的水流流態(tài)，并使各功能塘分類更明顯。
　　3.3  碎石一植物壩的過濾作用
　　實踐表明，碎石壩上密集種植水生植物，進而形成碎石一植物壩，可有效地去除水中的懸浮物。該壩利用碎石和植物的根系，不僅能對水中懸浮物有很好的過濾作用，而且能利用植物根系上的微生物膜來降解部分懸浮性有機物，同時防止了堵塞現(xiàn)象的發(fā)生。

　　4 結(jié)論

　　①  集寧某穩(wěn)定塘采用了多種處理單元塘優(yōu)化組合的工藝流程，應用了較全的工程強化措施，有效地提高了穩(wěn)定塘的凈化效率與效果，大大縮短了穩(wěn)定塘的水力停留時間。
　　②  該穩(wěn)定塘對多種污染物都有較好的去除效果，經(jīng)過凈化的污水完全可以達到農(nóng)田灌溉標準，不僅減輕了對下游受納水體的污染，還可回收利用水資源。
　　③  試驗數(shù)據(jù)是在實際工程中測得的，具有較強的代表性和實用性，可為寒冷地區(qū)建設短停留時間穩(wěn)定塘提供參考資料。

　　參考文獻：
　　[1]李獻文.城市污水穩(wěn)定塘設計手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1990.
　　[2]Qi Peishi.Intensification of a pond by fibrous carriers[J].Wat Sci tech，1993，28(7).

　　作者簡介：祁佩時(1955-)，男，黑龍江省哈爾濱人，哈爾濱工業(yè)大學教授，博士生導師，從事水處理技術(shù)方面的科研和教學工作。
　　電話：(0451)6282317
　　收稿日期：2000-05-18