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1、水处理工程（二）,生物膜法,兴趣是最好的老师！,1、与活性污泥法相比，生物膜法的特点体现在哪些方面？2、生物滤池的主要结构是什么？3、影响生物滤池处理污水的主要影响因素有哪些？4、生物转盘处理污水的主要过程和原理？5、什么是生物接触氧化法？6、什么是生物流化床？其特点有哪些？,生物膜法和活性污泥法一样，同属好氧生物处理方法。但活性污泥法是依靠曝气池中悬浮流动着的活性污泥来分解有机物的，而生物膜法则主要依靠固着于载体表面的微生物膜来净化有机物。,3 生 物 膜 法,附着的生物膜,与活性污泥法相比，生物膜法具有以下特点：,3 生 物 膜 法,固着于固体表面上的生物膜对废水水质、水量的变化有较强的适
2、应性，操作稳定性好。不会发生污泥膨胀，运转管理较方便。由于微生物固着于固体表面，即使增殖速度慢的微生物也能生长繁殖。而在活性污泥法中，世代期比停留时间长的微生物被排出曝气池，因此，生物膜中的生物相更为丰富，且沿水流方向膜中生物种群具有一定分布。,因高营养级的微生物存在，有机物代谢时较多的转移为能量，合成熟细胞即剩余污泥量较少。采用自然通风供氧。活性生物难以人为控制，因而在运行方面灵活性较差。由于载体材料的比表面积小，故设备容积负荷有限，空间效率较低。国外的运行经验表明，在处理城市污水时，生物滤池处理厂的处理效率比活性污泥法处理厂略低。50%的活性污泥法处理厂BOD去除率高于到91%，50的生物
3、滤池处理厂BOD去除率为83%。,生物膜法设备类型很多，按生物膜与废水的接触方式不同，可分为填充式和浸渍式两类：填充式生物膜法中，废水和空气沿固定的填料或转动的盘片表面流过，与其上生长的生物膜接触，典型设备有生物滤池和生物转盘。浸渍式生物膜法中，生物膜载体完全浸没在水中，通过鼓风曝气充氧。如载体固定，称为接触氧化法；如载体流化则称为生物流化床。目前所用的生物膜法多数是好氧装置，少数是厌氧形式，如厌氧滤池和厌氧流化床等。本章主要讨论好氧生物膜法。,3 生 物 膜 法,3.1 概述3.2 生物滤池3.3 生物转盘3.4 生物接触氧化法3.5 生物流化床,3 生 物 膜 法,3.1.1 生物膜的形成
4、及特点3.1.2 微生物相方面的特征3.1.3 处理工艺方面的特征,3.1 概 述,生物膜法处理废水就是使废水与生物膜接触，进行固、液相的物质交换，利用膜内微生物将有机物氧化，使废水获得净化，同时，生物膜内微生物不断生长与繁殖。生物膜在载体上的生长过程是这样的：当有机废水或由活性污泥悬浮液培养而成的接种液流过载体时，水中的悬浮物及微生物被吸附于固相表面上，其中的微生物利用有机底物而生长繁殖，逐渐在载体表面形成一层粘液状的生物膜，这层生物膜具有生物化学活性，又进一步吸附、分解废水中呈悬浮、胶体和溶解状态的污染物。,3.1 概 述,3.1.1 生物膜的形成及特点,生物膜是高亲水物质，在污水不断在其
5、表面更新的条件下，在其外侧总存在着一层附着水层。同时，膜又是微生物高度集中的物质，在膜的表面和一定深度的内部繁殖着大量的各类微生物和微型动物，并形成：有机物-细菌-原生动物（后生动物）的食物链。为了保持好氧生物膜的活性，除了提供废水营养物质外，还应创造一个良好的好氧条件，亦即向生物膜供氧，在填充式生物膜法设备中，常采用自然通风或强制自然通风供氧。氧透入生物膜的深度取决于它在膜中的扩散系数、固液界面处氧的浓度和膜内微生物的氧利用率。,3.1 概 述,3.1.1 生物膜的形成及特点,生物膜和活性污泥法中出现的微生物比较,（1）参与净化反应微生物多样化,3.1 概 述,3.1.2 微生物相方面的特征
6、,在生物膜上生长繁育的生物中，动物性营养类所占比例较大，微型动物的存活率亦高。这就是说，在生物膜上能够栖息高层次营养水平的生物，在捕食性纤毛虫、轮虫类、线虫类之上还栖息着富毛类和昆虫，因此，在生物膜上形成的食物链要长于活性污泥法的食物链。在生物膜处理系统内产生的污泥量也少于活性污泥处理系统。污泥产量低，是生物膜处理法各种工艺的共同特性。并已为大量的实际数据所证实。一般说来，生物膜处理法产生的污泥量较活性污泥处理系统少1/4左右。,（1）参与净化反应微生物多样化,3.1 概 述,3.1.2 微生物相方面的特征,（2）生物的食物链长,硝化菌和亚硝化菌的世代时间都比较长，比增殖速度较小，在一般生物固
7、体平均停留时间较短的活性污泥处理系统中，这类细菌是难以存活的，但在生物膜处理法中，生物污泥的生物固体平均停留时间与污水的停留时间无关。因此，硝化菌和亚硝化菌也得以繁衍、增殖。因此，生物膜处理法的各项处理工艺都具有一定的硝化功能，采取适当的运行方式，还可能具有反硝化脱氮的功能。,（1）参与净化反应微生物多样化,3.1 概 述,3.1.2 微生物相方面的特征,（2）生物的食物链长,（3）能够存活世代时间较长的微生物,生物膜处理法多分段进行，在正常运行的条件下，每段都繁衍与进入本段污水水质相适应的微生物，并形成优占种属，这种现象非常有利于微生物新陈代谢功能的充分发挥和有机污染物的降解。,（1）参与净
8、化反应微生物多样化,3.1 概 述,3.1.2 微生物相方面的特征,（2）生物的食物链长,（3）能够存活世代时间较长的微生物,（4）分段运行与优占种属,（1）对水质、水量变动有较强的适应性。（2）污泥沉降性能良好，宜于固液分离。（3）能够处理低浓度的污水。活性污泥处理系统，不适宜处理低浓度的污水，如原污水的BOD值长期低于5060mg/L，将影响活性污泥絮凝体的形成和增长，净化功能降低，处理水水质低下。但是，生物膜处理法对低浓度污水，也能够取得较好的处理效果，运行正常可使BOD为2030mgL的原污水，将BOD值降至510mgL。（4）易于维护运行、节能。,3.1 概 述,3.1.3 处理工艺
9、方面的特征,3.2.1 概述3.2.2 生物滤池构造3.2.3 生物滤池的分类及比较3.2.4 影响生物滤池性能的主要因素,3.2 生物滤池,生物滤池是以土壤自净原理为依据，在污水灌溉的实践基础上，经较原始的间歇砂滤池和接触滤池而发展起来的人工生物处理技术。1893年在英国试行将污水在粗滤料上喷洒进行净化的试验，取得良好的效果。1900年以后，这种工艺得到公认，命名为生物过滤法，处理构筑物则称为生物滤池，开始用于污水处理实践，并迅速地在欧洲一些国家得到应用。早期出现的生物滤池，负荷低，水量负荷只达14m3/m3滤池d，BOD负荷也仅为0.10.4kg/m3(滤料d）,其优点是净化效果好，BOD
10、去除率可达9095。主要的缺点是占地面积大，而且易于堵塞，在使用上受到限制。,3.2 生物滤池,3.2.1概述,后来人们在运行方面采取措施，将水量负荷提高到540m3(m3d），即10倍以上，BOD负荷也提高到0.52.5kg/（m3d）。条件是将进水BOD浓度限制在200mg/l以下，为此，采取处理水回流措施加大水量，使滤料不断受到冲刷，生物膜连续脱落，不断更新，于是，占地大，易于堵塞的问题得到一定程度的解决。提高负荷后的生物滤池称为高负荷生物滤池，与此相对，前者称为普通生物滤池。,3.2 生物滤池,3.2.1概述,50年代，在原民主德国有人按化学工业中的填料塔方式，建造了直径与高度比为1：
11、61：8，高度达824m的塔式生物滤池，通风畅行，净化功能良好，这种滤池的问世，使占地大的问题，进一步得到解决。由于塑料工业的发展，开始使用由塑料制备的列管式或蜂窝式轻质滤料，促进了生物滤池的发展。生物滤池也有效地用于工业废水处理，其预处理技术则不限于沉淀池，而是视原废水水质而定。,3.2 生物滤池,3.2.1概述,生物过滤法与活性污泥法的比较,3.2 生物滤池,3.2.2 生物滤池的构造,（1）池体 普通生物滤池的滤床高度通常为1.52.0m，自然通风；高负荷生物滤池的滤床，以碎石为填料时，高度为0.92.0m；以塑料滤料为填料时，高度为24m；塔式生物滤池，高度通常为812m，也有的高达3
12、0m，直径般介于0.53.5m。,3.2 生物滤池,3.2.2 生物滤池的构造,（2）滤料要求：1）质坚，高强，耐腐蚀，抗冰冻2）较高的比表面积3）较大的空隙率4）就地取材，便于运输,3.2 生物滤池,3.2.2 生物滤池的构造,1）普通生物滤池滤料一般采用实心拳状滤料，如碎石、卵石、炉渣等。分为工作层和衬托层填充。2）高负荷生物滤池滤料 滤料粒径较大，一般为40100mm，孔隙率较高，能够防止堵塞和提高通风能力。其中工作层滤料的粒径为4070mm，承托层为70100mm。滤料采用卵石、石英石、花岗石等，但以表面光滑的卵石为好。近年来，已开始应用塑料滤料、有聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯等制成的波
13、纹板式、斜管式和蜂窝式塑料滤料等。3）塔式生物滤池滤料采用质轻、比表面积大和孔隙率高的人工合成滤料。,3.2 生物滤池,3.2.2 生物滤池的构造,生物滤池由滤床（池体与滤料）、布水装置和排水系统三部分组成。,3.2 生物滤池,3.2.2 生物滤池的构造,生物滤池由滤床（池体与滤料）、布水装置和排水系统三部分组成。,3.2 生物滤池,3.2.2 生物滤池的构造,生物滤池由滤床（池体与滤料）、布水装置和排水系统三部分组成。,（3）布水装置 布水装置的目的是将废水均匀地喷洒在滤料上。普通生物滤池常采用固定式布水装置。该装置包括投配池、配水管网和喷嘴三个部分。高负荷滤池与塔式滤池则常用旋转布水器，它
14、由进水竖管和可转动的布水横管组成。当废水由孔口喷出时，水流的反作用推动横管向相反方向旋转。,3.2 生物滤池,3.2.2 生物滤池的构造,生物滤池由滤床（池体与滤料）、布水装置和排水系统三部分组成。,（4）排水系统 排水系统处于滤床的底部，其作用是收集、排出处理后的废水以及保证滤床通风。它由渗水顶板、集水沟和排水渠所组成。排水系统的形状与池体相对应。渗水顶板安放在集水沟的上部、滤床的底部，用于支撑滤料。,（1）普通生物滤池（2）高负荷生物滤池（3）塔式生物滤池（4）曝气生物滤床,3.2 生物滤池,3.2.3 生物滤池的分类及比较,曝气生物滤床,普通生物滤池、高负荷生物滤池和塔式生物滤池的比较,
15、（1）负荷 生物滤池的负荷是反映生物滤池工作性能以及设计的关键参数，它分有机负荷与水力负荷两种。有机负荷从本质上反映了生物滤池的处理能力，常以BOD5计量，单位为kg BOD5(m3d)。水力负荷，即单位面积或滤床容积每日处理的废水量，前者又称水力表面负荷，单位为m3/(m2.d)，或m/d，故又称为滤率；后者又称为水力容积负荷，单位为m3/(m3d)。有机负荷高的生物滤池，生物膜的增长快，就需要较高的水力负荷。但对浓度一定的有机废水，当有机负荷确定以后，水力负荷也即确定。通过二沉池出水即处理水回流，可以调节有机负荷和水力负荷之间的矛盾关系。,3.2 生物滤池,3.2.4 影响生物滤池性能的主
16、要因素,（1）负荷 有效容积计算：,3.2 生物滤池,3.2.4 影响生物滤池性能的主要因素,（2）处理水回流 对高负荷生物滤池与塔式生物滤池，常采用处理水回流这一措施。回流有下述优点：不论原废水的流量如何波动，滤池都可得到连续投配的废水，因而其工作较稳定；可以使进水保持新鲜而减少臭味；用细菌连续接种滤池；除去失去活性的生物膜，因而降低膜的厚度并抑制滤池蝇的孳生；均衡滤池负荷，提高滤池效率；当原废水缺少营养元素或含有有毒物质时，回流可补充营养物质，稀释和降低有毒有害物质的浓度，缓解其有害程度。缺点：缩短T；降低进水浓度，减缓生化反应速度，同时，使难降解的物质产生积累，在冬天降低水温。,3.2
17、生物滤池,3.2.4 影响生物滤池性能的主要因素,3.2 生物滤池,3.2.4 影响生物滤池性能的主要因素,（3）供氧生物滤池中微生物所需的氧通常是依靠自然通风提供。影响滤池通风的主要因素有：池内温度与气温之差、滤池高度、滤料孔隙率及风力等。当水温高于气温的差值愈大、滤池愈高、滤床孔隙率愈大、风力愈大时，自然通风的条件就愈好。,3.2 生物滤池,3.2.4 影响生物滤池性能的主要因素,（4）滤床的比表面积和空隙率滤床的比表面积大，生物膜量大，净化效果好；空隙率大，通风效果好，不易阻塞，净化效果好。（5）滤床的高度滤床的上层和下层，生物膜量和微生物的种类不同。滤床的高度大，去除效果好，但去除率逐
18、步下降。,滤床高度与处理效率之间的关系和滤床不同深度处的生物膜状况,3.2 生物滤池,3.3 生物转盘,废水处于半静止状态，而微生物则在转动的盘面上；转盘40%的面积浸没在废水中，盘面低速转动；盘面上生物膜的厚度与废水浓度、性质及转速有关，一般0.10.5mm。,1、生物转盘净化原理,2、构成与系统组成生物转盘的转速一般为18m/min；有一轴一段、一轴多段、以及多轴多段等形式；废水的流动方式，有轴直角流与轴平行流。,3、生物转盘的主要特征：节能，即运行费用较低；生物量多，净化率高，适应性强，出水水质较好；生物膜上生物的食物链长，污泥产量少，为活性污泥法的1/2左右；维护管理简单，功能稳定可靠
19、，无灰蝇；受气候影响较大，顶部需要覆盖，有时需要保暖；所需的场地面积一般较大，建设投资较高。,二、生物转盘的组成生物转盘的主要组成单元有：盘片、接触反应槽、转轴与驱动装置等，下面分别予以说明。,1、盘片：盘片的形状：外缘：圆形、多角形及圆筒形；盘面：平板、凹凸板、波形板、蜂窝板、网状板等以及各种组合。盘片的厚度与材质：要求质轻、薄、强度高，耐腐蚀，同时还应易于加工、价格低等；一般厚度为0.51.0cm；常用材料有聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯以及玻璃钢等。转盘的直径：一般直径为2.0、2.5、3.0、3.5m等，常用的是3.0m。盘片间的间距：一般为30mm，高密度型则为1015mm。,2
20、、接触反应槽：一般可以用钢板或钢筋混凝土制成，横断面呈半圆形或梯形；槽内水位一般达到转盘直径的40%，超高为2030cm；转盘外缘与槽壁之间的间距一般为2040cm。,污水处理间的生物转盘组,转盘曝气机安装结构示意,3、转轴与驱动装置：,清晰可见的生物转盘上的生物膜,定义：生物接触氧化法是一种介于活性污泥法与生物滤池之间的生物膜法处理工艺；又称为淹没式生物滤池。该方法的另一项技术实质是采用与曝气池相同的曝气方法，向微生物提供所需要的氧，并起到搅拌和混合作用，这样，这种技术相当于曝气池中填充供微生物栖息的填料，因此，又称为“接触曝气法”。它兼具两者的优点。,3.4 生物接触氧化法,生物接触氧化池
21、内的生物固体浓度（1020g/L）高于活性污泥法和生物滤池，具有较高的容积负荷（可达3.06.0kgBOD5/m3.d）；不需要污泥回流，无污泥膨胀问题，运行管理简单；对水量水质的波动有较强的适应能力；污泥产量略低于活性污泥法。,3.4 生物接触氧化法,主要特点：,3.4.1工艺特征及运行特征,3.4 生物接触氧化法,组成：池体、填料、布水系统和曝气系统等；填料高度一般为3.0m左右，填料层上部水层高约为0.5m，填料层下部布水区的高度一般为0.51.5m之间；,3.4 生物接触氧化法,3.4.2生物接触氧化池的构造,根据曝气装置与填料的相对位置，分为两大类：曝气装置与填料分设（分流式）：曝气
22、装置直接安设在填料底部（直流式）：,3.4 生物接触氧化法,曝气装置与填料分设（分流式）：分为中心曝气型和单侧曝气型两种。：,曝气装置直接安设在填料底部（直流式）：国内多用此法。曝气装置多为鼓风曝气系统；可充分利用池容；填料间紊流激烈，生物膜更新快，活性高，不易堵塞；检修较困难。,3.4 生物接触氧化法,3.4.2生物接触氧化池的构造,填料是微生物的载体，其特性对接触氧化池中生物量、氧的利用率、水流条件和废水与生物膜的接触反应情况等有较大影响；分为硬性填料、软性填料、半软性填料及球状悬浮型填料等。,3.4 生物接触氧化法,3.4.3填料,生物接触氧化生物膜,一般原则l 一般采用有机负荷法进行设
23、计；l有机负荷最好通过试验确定，一般处理城市废水时可采用1.01.8kgBOD5/m3.d；l废水在池中的水力停留时间不应小于1.0h（按填料体积计算）；l 进水BOD5浓度过高时，应考虑出水回流；,3.4 生物接触氧化法,3.4.4生物接触氧化池的计算与设计,启动调试：启动调试时须培养生物膜，其方式类似活性污泥的培养，可间歇或连续进水；注意营养平衡(C、N、P)、pH值、抑制物浓度等；应对生物膜的生长情况经常观察，并及时调整运行条件。,3.4 生物接触氧化法,3.4.5生物接触氧化池的运行与管理,日常运行管理一般应控制溶解氧浓度为2.53.5mg/l；避免过大的冲击负荷；防止填料堵塞：1)加
24、强前处理，降低进水中的悬浮固体浓度；2)增大曝气强度，以增强接触氧化池内的紊流；3)采取出水回流，以增加水流上升流速，以便冲刷生物膜,生物流化床是70年代开发的一种新型生物膜法处理工艺；以比重大于1的细小惰性颗粒如砂、焦碳、陶粒、活性炭等为载体；比表面积大，MLSS高于任何一种生物处理工艺。废水以较高的上升流速使载体处于流化状态；生物固体浓度很高，传质效率也很高，是一种高效的生物处理构筑物。,3.5 生物流化床,3.5.1概述,1）生物固体浓度高(1020g/L)，因此容积负荷较高(78kgBOD5/m3.d以上)，水力停留时间可大大缩短，基建费用较小；2）无污泥膨胀或其它生物膜法中的滤料堵塞
25、；3）能适应不同浓度范围的废水，能适应较大的冲击负荷；4）由于容积负荷和床体高度较大，占地面积较小；5）实际生产运行的经验较少，对于床体内的流动特征尚无合适的模型描述，在进行放大设计时有一定的不确定性。,3.5 生物流化床,3.5.1概述,优点及存在的问题：,流化生物膜反应池,载体颗粒的流化，是由于上升的水流(或水流与气流)所造成的。三种状态：1)固定状态；2)流化状态；3)输送状态下图载体颗粒的三种状态,3.5 生物流化床,3.5.2载体颗粒流化原理,根据供氧方式、脱膜方式及床体结构等的不同，可分为两相生物流化床和三相生物流化床。(1)两相生物流化床 在生物流化床外设充氧设备和脱膜设备，在床
26、体内只有液、固两相；进入反应器之前，废水中的DO可达89mg/l(以纯氧为气源时，可达3040mg/l)。,3.5 生物流化床,3.5.3生物流化床的工艺类型,(2)三相生物流化床直接向反应器内充氧，床体内有气、固、液三相共存；气体搅动剧烈，载体颗粒之间摩擦剧烈，可使表层的生物膜自行脱落，因此一般无需体外脱膜装置。,3.5 生物流化床,3.5.3生物流化床的工艺类型,主要包括反应器、载体、布水装置、充氧装置和脱膜装置等。,3.5 生物流化床,3.5.4生物流化床的构造,(1)反应器：一般呈圆柱状；高径比一般采用34:1；若采用内循环三相生物流化床时，升流区截面积与降流区面积之比应在1左右。,(
27、2)载体主要性能：比重略大于1；表面比较粗糙；对微生物无毒性；不与废水物质反应；价廉易得。常用载体有：砂粒、无烟煤、焦炭、活性炭、陶粒及聚苯乙烯颗粒；生物固体浓度与载体投加量有直接关系。,3.5 生物流化床,3.5.4生物流化床的构造,(3)布水设备对两相生物流化床，布水均匀十分关键；对三相生物流化床，由于有气体的搅拌，布水设备不十分重要。(4)充氧装置 鼓风曝气,3.5 生物流化床,3.5.4生物流化床的构造,(5)脱膜装置一般三相生物流化床不需设置专门的脱膜装置在两相生物流化床系统中常设的脱膜装置有：振动筛叶轮脱膜装置刷式脱膜装置,3.5 生物流化床,3.5.4生物流化床的构造,MBR生物膜法流程,MBR生物膜法处理器,
