穩(wěn)定塘處理污水的機理研究及應用研究進展

張巍，許靜,2，李曉東，晁雷，曾華，趙曉光,2，安樂,2

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

穩(wěn)定塘處理污水的機理研究及應用研究進展

張巍1，許靜1,2，李曉東1，晁雷1，曾華1，趙曉光1,2，安樂1,2

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

穩(wěn)定塘污水處理系統(tǒng)具有基建投資和運轉(zhuǎn)費用低、維護和維修簡單、便于操作、能有效去除污水中的有機物、無需污泥處理等優(yōu)點，近年來越來越受到人們的重視，其凈化過程與自然水體的自凈過程相似。本文總結(jié)了穩(wěn)定塘中有機物、氮和磷的去除機理，有機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，主要是通過生物同化吸收轉(zhuǎn)化為自身有機氮、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磷在微生物作用下分解氧化，菌藻及其他生物吸收無機磷合成新細胞，以及可溶性磷與不可溶性磷之間的轉(zhuǎn)化等多種機制的共同作用。針對傳統(tǒng)穩(wěn)定塘中存在的缺陷，人們不斷地對穩(wěn)定塘進行改良，出現(xiàn)了許多新型塘，其中包括高效藻類塘、水生植物塘和養(yǎng)殖塘、高效復合厭氧塘、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，各類塘型組合的多級串聯(lián)塘系統(tǒng)、生態(tài)綜合塘系統(tǒng)、高級綜合塘系統(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、水力停留時間較長、效率低下、散發(fā)臭味、處理效果受氣候條件影響大等缺陷。今后應該在穩(wěn)定塘系統(tǒng)的研究中，以菌、藻的活動為主體，以主要營養(yǎng)元素C、N、P的遷移為線索，建立系統(tǒng)內(nèi)各種生物、化學反應之間的聯(lián)系，通過減小塘深、機械攪拌、跌水坡等方法改善供氧條件，對天然塘型進行精確修整、分隔組合，使之更加符合高效反應器的構(gòu)造，從而提高穩(wěn)定塘設計的合理性。加入人造載體提高塘內(nèi)微生物濃度，從而大大提高有機負荷，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)、加入化學藥劑等處理工藝或方法，以去除出水中的藻類，改善環(huán)境衛(wèi)生條件，滿足不同出水水質(zhì)的要求，從而為國內(nèi)穩(wěn)定塘技術(shù)的進一步改進提供科學依據(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。世界上第一個有記錄的穩(wěn)定塘是1901年在美國得克薩斯州的圣安東尼奧市修建的(Sopper等, 1973)。從上個世紀四五十年代開始，受全球能源危機的影響，國際上對這一能耗較低、運行穩(wěn)定的穩(wěn)定塘技術(shù)的研究給予了足夠的重視，并在實踐中大范圍推廣(劉華波等, 2003)。目前，全世界已有40多個國家和地區(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)境保護科學研究院等, 2002)。我國也于20世紀50年代就開始了穩(wěn)定塘技術(shù)的應用研究(劉華波等, 2003)。

系統(tǒng)深入研究穩(wěn)定塘污水有機物去除機理、氮去除機理、磷去除機理，開發(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，對整體了解和把握穩(wěn)定塘污水處理機理和工程應用具有重要意義。本文通過分析穩(wěn)定塘污水中污染物的去除機理，探討穩(wěn)定塘污水處理技術(shù)的應用現(xiàn)狀和存在的不足，旨在探索穩(wěn)定塘生態(tài)系統(tǒng)對污水處理機制，為進一步提高穩(wěn)定塘的處理效率和廣泛應用提供科學依據(jù)。

1 穩(wěn)定塘處理污水的機理研究

1.1 有機物去除機理研究

污水在穩(wěn)定塘中經(jīng)過稀釋、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，使得有機物得到降解(曹蓉等, 2004)。穩(wěn)定塘對BOD5的去除率通常比較高，即使在三級處理塘中，BOD5的去除率也常高達80%，而在整個塘系統(tǒng)中BOD5的去除更高達90%以上，然而在高溫期的多級塘系統(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含量的增長有50%～90%是由藻類的生長引起的(Mara等, 1992)。三級處理塘出水BOD5增幅高達160%～240%，且BOD5含量的升高與水體內(nèi)藻類等有機顆粒的增長有很大的相關(guān)性，因此 BOD5的升高主要是由于藻類釋放有機物(Mayo, 1996; Th?rneby等, 2006)。但目前關(guān)于藻類生長對穩(wěn)定塘內(nèi)BOD5變化貢獻的報道相對較少，因而藻類對有機物變化過程的具體影響不能確定。

1.2 氮去除機理研究

氮在穩(wěn)定塘內(nèi)的去除，主要是通過以下幾種途徑：生物同化吸收轉(zhuǎn)化為自身有機氮、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，這幾種去除機理的變化規(guī)律相接近，很難確定何種去除機制在氮的去除過程中起決定性作用。由于穩(wěn)定塘內(nèi)缺乏微生物生長所需的基質(zhì)且NO3-濃度偏低，以往研究認為硝化/反硝化對氮的去除貢獻較低，因而絕大部分對氮去除過程的研究集中于生物同化吸收和氨氮的吹脫作用機制兩方面。長期以來，人們都認為藻類生長時會優(yōu)先利用氨氮作為氮源而不是硝酸鹽。藻類的典型分子式為C106H181O45N16P，根據(jù)此分子式，氮占藻類無灰干重的9.22%，如果將藻類的灰分考慮在內(nèi)的話，氮的含量也大于8%(Green等, 1996)。大量研究表明，藻類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%，從而說明藻類對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地位(Soares等, 1996)。但近年來，隨著對NH3揮發(fā)速率的測定成為可能，越來越多的研究者對揮發(fā)作用持否定態(tài)度，而更認同NH3的去除主要來源于有機氮沉降和硝化/反硝化作用(Babu等, 2011; Leite等, 2011)。在藻類塘和浮萍塘中NH3的揮發(fā)速率在6.4～37.4 mg·m-2·d-1之間，對NH3的去除貢獻不超過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制(Zimmo等, 2003, 2004; Martins等, 2013)。在東經(jīng)39°13′北緯6°48′的達累斯薩拉姆模擬廢水穩(wěn)定塘，該地月平均氣溫為23 ℃～28 ℃，研究也顯示有機氮沉降在氮的去除中占主導地位(Senzia等, 2002)。但目前對穩(wěn)定塘內(nèi)氮的主導去除機制仍尚無定論。

1.3 磷去除機理研究

在穩(wěn)定塘系統(tǒng)中，磷是生物生長所必需的元素。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磷、聚磷酸鹽和正磷酸鹽。磷元素去除涉及有機磷在微生物作用下分解氧化，菌藻及其他生物吸收無機磷合成新細胞，以及可溶性磷與不可溶性磷之間的轉(zhuǎn)化等多種機制的共同作用。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量的磷用于將來的運用(Surampalli等, 1995)。藻類和細菌同化吸收磷用于自身的生長需要，同時，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左右時開始形成，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程由pH來控制，而在硬度不高的水體中則由鈣離子的濃度來決定(Picot等, 1992)。研究認為水生植物及底泥類型對磷去除過程影響較大，但對于系統(tǒng)中磷的主要去除機制為生物吸收還是化學沉降存在分歧(Wang等, 2003)。

2 穩(wěn)定塘污水處理技術(shù)的應用現(xiàn)狀

采用經(jīng)過改良的生物穩(wěn)定塘系統(tǒng)對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TN、TP、NH4+-N、BOD5和COD的去除率分別達到29.29%、48.68%、33.68%、68.14%和71.25%，這表明通過對其進行改良出現(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，強化了穩(wěn)定塘的優(yōu)勢或彌補了原有技術(shù)的不足。

2.1 新型穩(wěn)定塘技術(shù)

針對穩(wěn)定塘存在的諸如水力停留時間較長、占地面積過大、積泥嚴重和散發(fā)臭味等缺點，人們不斷地對穩(wěn)定塘進行改良，出現(xiàn)了許多新型塘。

2.1.1 高效藻類塘

美國加州大學伯克利分校的OSWALD教授提出并發(fā)展的高效藻類塘（High Rage Alage Pond）是對傳統(tǒng)穩(wěn)定塘的改進。其工作原理是利用藻類的大量增殖形成有利于微生物生長和繁殖的環(huán)境，形成更緊密的藻菌共生系統(tǒng)。塘中藻類光合作用產(chǎn)生的氧有助于硝化作用的進行，藻類的生長繁殖過程中吸收氮、磷等營養(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產(chǎn)生的氧氣，塘內(nèi)的一級降解動力學常數(shù)值比較大，故稱之為高效藻類塘(蔣克彬等, 2009)。試驗表明高效藻類塘對COD的平均去除率可達70%，對氨氮的平均去除率＞90%，對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)定塘相比具有四點優(yōu)勢：塘深較淺、可進行連續(xù)攪拌、停留時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，通過它們的生物作用處理污水，同時植物可進行回收，因此具有較好的經(jīng)濟價值。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物和難降解物質(zhì)；可有效地抑制藻類的生長；可去除微量重金屬等。水生植物能通過“克藻效應”抑制有害水藻的生長，從而凈化水環(huán)境(郭家驊等, 2010)。養(yǎng)殖塘通過在塘中放養(yǎng)各種經(jīng)濟魚類，通過魚類捕食水體中懸浮大顆粒有機物、藻類和菌類而進一步去除有機物(何小蓮等, 2007)?；谂月穬艋乃悸吩O計并構(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)，考察了對氮、磷的去除效果。結(jié)果表明，系統(tǒng)對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TN、NO3--N和NH4+-N的去除效果好于植物塘，而植物塘對TP的去除效果要優(yōu)于養(yǎng)殖塘(黃亮等, 2008)。依據(jù)對污染物降解過程的分析，植物塘與養(yǎng)殖塘之間具有較強的互助和互補性，使得整個系統(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 高效復合厭氧塘

高效復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，通過均勻進水系統(tǒng)和均勻出水系統(tǒng)，使污水在厭氧塘中進行上向和下向折流翻騰式流動，使其與底部污泥層和上部生物膜層進行充分的接觸，對污水中有機物進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)，頂部設有浮筒，依靠其浮力將單元體懸浮在水中，單元體下部設有混凝土重錘，依靠其重量控制單元體高度。高效復合厭氧塘具有彈性填料掛膜快，生物膜更新周期時間長；懸浮框架結(jié)構(gòu)運行穩(wěn)定，抑制臭氣作用明顯，個別浮筒有上浮現(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間不變的條件下具有較小的占地面積，同時塘中有機物的需氧量超過了光合作用的產(chǎn)氧量和塘面復氧量，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并消耗有機物。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)溫度變化對處理效率的影響。因此，與其它種類穩(wěn)定塘相比，加大厭氧塘的深度有更多好處(汪慧貞等, 1997)。美國的Oswald提出的“高級綜合塘系統(tǒng)”(Advanced Integrated Pond Systems，簡稱AIPS)中，在兼性塘內(nèi)設置6 m深的厭氧坑，污水從坑底進入塘內(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)。英國的Mara(1992)提出使用深15 m的厭氧儲留塘在非灌季節(jié)儲存污水，用厭氧—厭氧超深儲留塘系統(tǒng)將污水處理至含糞便大腸桿菌1000個/100 mL的灌溉水標準，比一般的厭氧—兼性—熟化塘系統(tǒng)節(jié)約占地52%(Mara, 1992)。我國武漢工大在擬建日處理量1萬t的武漢墨水湖穩(wěn)定塘系統(tǒng)方案比較時，推崇在系統(tǒng)首端建一深8 m的厭氧塘作為預處理手段(龔輝等, 1992)。

2.1.5 生物濾塘

人們從穩(wěn)定塘結(jié)構(gòu)與凈化機理出發(fā)，結(jié)合厭氧生物膜法、吸附過濾法和穩(wěn)定塘技術(shù)，提出了穩(wěn)定塘工藝改良技術(shù)—生物濾塘。該塘對單塘塘底增設卵石層和濾層，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間，有利于塘體占地面積的減小。研究結(jié)果表明，當水力停留時間相同時，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，有機負荷調(diào)試試驗中，當COD質(zhì)量濃度達800 mg·L-1時，生物濾塘仍然保持較好的運行狀態(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型：一是與傳統(tǒng)生物法組合，作為二級處理的補充；二是各類塘型的組合。

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80年代初開發(fā)成功，已廣泛應用于城市廢水和各類工業(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工藝處理負荷高、投資省的優(yōu)點，以及生物塘出水水質(zhì)穩(wěn)定的優(yōu)點，達到降低污水處理建設投資，提高出水水質(zhì)的目的。將該工藝應用于閩南某企業(yè)生活污水處理站，實際運行表明，UNITANK對污水的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)生物塘進一步處理后，出水水質(zhì)完全達標(施建臣等, 2010 )。

（2）水解酸化+穩(wěn)定塘工藝。通常，在污水處理設計時采用水解酸化+穩(wěn)定塘串聯(lián)的工藝，色譜-質(zhì)譜聯(lián)機測定結(jié)果表明，水解酸化池能將大分子難降解有機物轉(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)工藝減少停留時間50%，相應的占地面積減少50%以上(陶濤等, 1993)。該工藝對三氯甲烷、二氯乙烯、二氯乙烷、四氯乙烷和四氯化碳的去除情況的實驗表明，水解酸化池中存在還原脫鹵過程，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。針對傳統(tǒng)曝氣生物濾池容易發(fā)生堵塞、對進水懸浮物濃度要求較高(ρ(SS)≤60 mg·L-1)、運行周期較短等問題，在原有上向流和下向流曝氣生物濾池的基礎上開發(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)定塘進一步凈化BBAF出水，從而在整個系統(tǒng)中起到良好的出水水質(zhì)保障作用。以三峽庫區(qū)某小城鎮(zhèn)污水處理廠為例，介紹了折流式曝氣生物濾池+穩(wěn)定塘工藝的設計特點和運行效果(翟俊等, 2011)。當進水量為800 m3·d-1，進水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，出水水質(zhì)優(yōu)于GB 18918—2002的一級B標準, 該工藝對低濃度進水水質(zhì)與水質(zhì)的波動具有良好的適應性, 季節(jié)和溫度變化對系統(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 各類塘型組合

（1）多級串聯(lián)塘系統(tǒng)。目前，國內(nèi)外穩(wěn)定塘運行方式已由單塘轉(zhuǎn)為多級串聯(lián)或并聯(lián)等，但在穩(wěn)定塘設計上大多仍以經(jīng)驗方法為主。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，這一點已被實踐所證實(區(qū)尹正等, 1985)。多級串聯(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，同時水力停留時間較短。多級串聯(lián)塘流態(tài)接近于推流反應器的形式，從而有效地減少了單塘中常出現(xiàn)的短流現(xiàn)象。其次，多級串聯(lián)有助于污染濃度的逐漸減少，有利于降解過程的穩(wěn)定進行。串聯(lián)穩(wěn)定塘各級水質(zhì)在遞變過程中，各自的優(yōu)勢菌種會出現(xiàn)，從而具有更好的處理效果。采用多級串聯(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，實現(xiàn)污水資源化的一種廢水生物處理設施，它具有基建投資省、年運行費用低、管理維護方便、運行穩(wěn)定可靠等諸多優(yōu)點，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方面人手：篩選、培育高效水生凈化植物(營建諸如水葫蘆塘、蘆葦塘、等水生植物塘)；組合曝氣、水生植物、水產(chǎn)養(yǎng)殖多個生物處理單元的綜合功能，營建生化一體化水生動植物復合生態(tài)體系(種云霄等, 2003)。東營生態(tài)塘污水處理系統(tǒng)由厭氧塘、曝氣塘、曝氣養(yǎng)魚塘、魚塘、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BOD、COD、SS的去除率分別為78.6%、68.6%、90.8%，對細菌及大腸桿菌的去除率分別為99.8%及99.99%(曹蓉等, 2003)。

（3）高級綜合塘系統(tǒng)（AIPS）。該系統(tǒng)由高級兼性塘、高負荷藻類塘、藻類沉淀塘和熟化塘組成。高級兼性塘上部好氧，底部有一個厭氧坑進行沉淀和厭氧發(fā)酵。高負荷藻類塘裝有攪拌槳，使藻類通過光合作用釋放大量的氧氣，從而供微生物降解有機物。藻類沉淀塘用來沉淀高負荷藻類塘出水中的藻類。熟化塘一方面用來對出水進行消毒，一方面將出水存儲用于灌溉。二級處理可以由位于最前的高級兼性塘及后面的高負荷藻類塘完成，營養(yǎng)物的去除及生物回收由各塘間的優(yōu)化組合實現(xiàn)。高級綜合塘系統(tǒng)幾乎不需要污泥處理，較傳統(tǒng)塘占地面積小，水力負荷率和有機負荷率較大，而水力停留時間較短，基建和運行成本較低，能實現(xiàn)水的回收和再用(Oswald等, 1990)。采用高級綜合穩(wěn)定塘工藝對廣州市某養(yǎng)豬場的廢水進行處理，實際運行結(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，達到畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標準（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)在以下幾個方面：水力停留時間較長，效率低下；占地面積大，基建費用高；環(huán)境條件較差，散發(fā)臭味；污泥淤積，使有效池容減小；處理效果受氣候條件影響大；懸浮的藻類使出水COD較高，導致穩(wěn)定塘在我國的應用處于停滯不前的狀態(tài)。針對上述不足，筆者認為要解決穩(wěn)定塘技術(shù)目前存在的問題，應該主要從以下幾個方面入手：

（1）在穩(wěn)定塘系統(tǒng)的研究中，以菌、藻的活動為主體，以主要營養(yǎng)元素C、N、P的遷移為線索，建立系統(tǒng)內(nèi)各種生物、化學反應之間的聯(lián)系，全面認識穩(wěn)定塘的機理，提高穩(wěn)定塘設計的合理性，必使穩(wěn)定塘技術(shù)有更大的發(fā)展。

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

（3）通過回流、分步進水、缺氧塘、魚塘等方法來改善環(huán)境條件；配備包括預處理、附屬設備等其它常規(guī)設施，來克服塘中的污泥淤積問題，改善處理效果和環(huán)境衛(wèi)生條件；還可以通過前置沉淀池、內(nèi)置消化坑來保證穩(wěn)定塘長期有效地運行。

（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)、加入化學藥劑等其它處理工藝或方法，以去除出水中的藻類，滿足不同出水水質(zhì)的要求。

BABU M A, VAN DER STEEN N P, HOOIJMANS C M, et al. 2011. Nitrogen mass balances for pilot-scale biofilm stabilization ponds under tropical conditions[J]. Bioresource Technology, 102: 3754-3760.

CHRISTIAN B S, DIEDIRIK P L R, SALEH A S, et al. 2012. Heavy metal removal in duckweed and algae ponds as a polishing step for textile wastewater treatment[J]. Ecological Engineering, 44: 102-110.

CRUDDASA P H, WANGA K, BEST D. 2014. Diagnosis of an anaerobic pond treating temperate domesticwastewater: An alternative sludge strategy for small works[J]. Ecological Engineering, 63: 64-71.

GREEN F B, BERNSTONE L S, LUNDQUIST T J, et al. 1996. Advanced integrated wastewater pond systems for nitrogen removal[J]. Water Science and Technology, 33(7): 207-217.

HEUBECK S, CRAGGS R J. 2010. Biogas recovery from a temperate climate coveredanaerobic pond[J]. Water Science and Technology, 61: 1019-1026.

KARINE E B. 2014. Floating treatment wetland influences on the fate and removalperformance of phosphorus in stormwater retention ponds[J]. Ecological Engineering, 69: 76-82.

LEITE V D, PEARSON H W, DE SOUSA J T, et al. 2011. The removal of ammonia from sanitary landfill leachate using a series of shallow waste stabilization ponds[J]. Water Science and Technology, 63: 666-670.

MARA D D, MILLS S W, PEARSON H W, et al. 1992. Waste stabilization ponds: A viable alternative for small community treatment systems[J]. Institution of Water Environment Management, 6(1): 72-78.

MARA D D. 1992. Sequential batch-fed effluent storage resorvoirs: A new concept of wastewater treatment prior to unrestricted crop irrigation[J]. Water Science and Technology, 26(70): 1459-1464.

MARTINS C L, FERNANDES H, COSTA R H R. 2013. Landfill leachate treatment as measured by nitrogen transformations in stabilization ponds[J]. Bioresource Technology, 147: 562-568.

MAYNARD H E, OUKI S K, Williams S C. 1999.Tertiary lagoons: A review of removal mechanisms and performance[J]. Water Research, 33(1): 1-13.

MAYO A W. 1996. BOD5removal in facultative ponds：experience in Tamnzania[J]. Water Science and Technology, 34(11): 107-117.

OSWALD W J. 1990. Advanced integrated wastewater pond system[J]. ASCE Convention EE Div/ASCE, San Francisco, CA, Nov: 5-8.

PICOT B, BAHLAOUI A, MOERSIDIK S, et al. 1992. Comparison of the Purifying Efficiency of High Rate Algae Pond with Stabilization Pond[J]. Water Science and Technology, 25(12): 197-206.

PICOT B, MOERSIDIK S, CASELLAS C. 1992. Using diurnal variations in a high rate algal pond for management pattern[J]. Water Science and Technology, 28(10): 169-175.

SENZIA M A, MAYO A W, MBWETTE T S A. 2002. Modelling nitrogen transformation and removal in primary facultative ponds[J]. Ecological Modelling, 154(3): 207-215.

SILVA S A, OLIVERIRA R D, SOARES J. 1995. Nitrogen removal in pond systems with different configurations and geometries[J]．Water Science and Technology, 31(12): 321-330.

SOARES J, SILVA S A, de OLIVEIRA R, et al．l996. Ammonia removal in a pilot-scale waste stabilization pond complex in Northeast Brazil[J]. Water Science and Technology, 33(7): 165-171.

SOPPER W E, KARDOS L T. 1973. Recycling tread municipal wastewater and sludge through forest and cropland[M]. University Park, Pennsylvania: Pennsylvania State University Press: 31-35.

SURAMPALLI R Y, BANERJI S K, PYCHA C J, et al. 1995. Phosphorus removal in ponds[J]. Water Science and Technology, 31(12): 331-339.

Th?rneby L, Martensson L, Mathiasson L, et al. 2006. The performance of a natural treatment system for landfill leachate with special emphasis on the fate of organic pollutans[J]. Waste Manage. Res. 24, 183-194.

WANG H, APPAN A, JOHN J S, et al. 2003. Modeling of phosphorus dynamics in aquatic sediments: I-model development[J]. Water Research, 37(16): 3928-3938.

ZIMMO O R, Van Der STEEN N P, GIJZEN H J. 2003. Comparison of ammonia volatilisation rates in algae and duckweed-based waste stabilization ponds treating domestic wastewater[J]. Water Research, 37(19): 4587-4594.

ZIMMO O R, Van Der STEEN N P, GIJZEN H J. 2004. Nitrogen mass balance across pilot-scale algae and duckweed-based wastewater stabilisation ponds[J]. Water Research, 38(4): 913-920.

北京市環(huán)境保護科學研究院, 北京水環(huán)境技術(shù)與設備研究中心. 2002.三廢處理工程技術(shù)手冊：廢水卷[M]. 北京: 化學工業(yè)出版社.

曹蓉, 王寶貞, 高光軍. 2004. 東營生態(tài)塘中有機物降解機理的研究[J].河北建筑科技學院學報, 21(3): 14-17.

曹蓉, 王寶貞, 王琳, 等. 2003. 東營的生態(tài)塘污水處理系統(tǒng)[J]. 中國給水排水, 19(13): 153-155.

龔輝, 周帆. 1992. 氧化塘系統(tǒng)預處理措施研究[J]. 中國給水排水, 8(3): 23-26.

郭家驊, 高浚淇. 2010. 穩(wěn)定塘技術(shù)在廢水處理中的應用現(xiàn)狀綜述[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā), 29(14): 39-40.

何小蓮, 李俊峰, 何新林, 等. 2007. 穩(wěn)定塘污水處理技術(shù)的研究進展[J].水資源與水工程學報, 18(5): 75-77.

黃亮, 唐濤, 黎道豐, 等. 2008. 旁路生物穩(wěn)定塘系統(tǒng)凈化滇池入湖河道污水[J]. 中國給水排水, 24(19): 13-15.

黃翔峰, 池金萍, 何少林, 等. 2006. 高效藻類塘處理農(nóng)村生活污水研究[J]. 中國給水排水, 22(5): 35-39.

蔣克彬, 彭松, 張小海, 等. 2009. 農(nóng)村生活污水分散式處理技術(shù)及應用[M]. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社.

李建華, 王寶貞. 1992. 氧化塘中氮和磷的去除[J]. 中國環(huán)境科學, 12(4):23-25.

劉華波, 楊海真. 2003. 穩(wěn)定塘污水處理技術(shù)的應用現(xiàn)狀與發(fā)展[J]. 天津城市建設學院學報, 9 (1): 19-22.

潘涌璋, 唐紀進, 張臨蘇. 2004. 高級綜合穩(wěn)定塘處理養(yǎng)豬場廢水[J]. 環(huán)境工程, 22(5): 12-13.

區(qū)尹正, 湯曙明, 許士梅 . 1985. 串聯(lián)氧化塘級數(shù)設計方案的選擇[J].環(huán)境工程,3(3): 1.

施建臣, 楊海真, 林建清. 2010. UNITANK工藝串聯(lián)生物穩(wěn)定塘對生活污水的處理效果[J]. 綠色科技, 7: 108-112．

陶濤, 王凱軍. 1993. 水解池-穩(wěn)定塘工藝對難降解有機污染物的去除[J].環(huán)境科學, 14(5): 47-50.

汪慧貞, 吳俊奇, 曹秀芹. 1997. 超深厭氧塘的技術(shù)特性[J]. 環(huán)境工程, 15(3): 16-18.

向連城. 1995. 新型穩(wěn)定塘污水處理技術(shù)AIPS[J]. 環(huán)境科學研究, (1):48-50.

楊潔, 劉志輝, 孫志華. 2012. 穩(wěn)定塘工藝改良與試驗研究[J]. 新疆環(huán)境保護, 34(1): 47-50.

翟俊, 阮雨, 占宏, 等. 2011. 折流式BAF/穩(wěn)定塘工藝處理小城鎮(zhèn)污水的效果分析[J]. 中國給水排水, 27(11): 5-8.

張東生, 韓剛德. 2003. 10萬m3/d污水處理廠新型穩(wěn)定塘工藝技術(shù)經(jīng)濟分析[J]. 上海環(huán)境科學, 22(6): 439-442.

張涵, 龍騰銳, 嚴子春, 等. 2005. 新型折流曝氣生物濾池處理城市污水[J]. 中國給水排水, 21(4): 40-42.

張江山. 1996. n級串聯(lián)氧化塘設計優(yōu)化模型[J]. 環(huán)境科學學報, 16(3): 276-281.

張立秋, 王寶貞, 王琳, 等. 2000. 處理城市污水的生態(tài)塘系統(tǒng)設計[J].中國給水排水, 16(2): 38-40.

張忠祥, 錢易. 2004. 廢水生物處理新技術(shù)[M]. 北京: 清華大學出版社.

趙學敏, 虢清偉, 周廣杰, 等. 2010. 改良型生物穩(wěn)定塘對滇池流域受污染河流凈化效果[J]. 湖泊科學, 22(1): 35-43.

種云霄, 胡洪營, 錢易. 2003. 大型水生植物在水污染治理中的應用研究進展[J]. 環(huán)境污染治理技術(shù)與設備, 4: 36-40.

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. 穩(wěn)定塘處理污水的機理研究及應用研究進展[J]. 生態(tài)環(huán)境學報, 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.

國家水體污染控制與治理科技重大專項（2012ZX07202-003；2012ZX07212-001）；遼寧省科學技術(shù)計劃項目（2011229001；2013003008）

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

2014-01-10