生物膜法與工藝

1、生物膜法,重點(diǎn)： 生物膜法的基本概念與流程、生物 接觸氧化法、生物流化床。 難點(diǎn)： 生物接觸氧化法。,概述,生物膜法是與活性污泥法平行發(fā)展的一種污水處理技術(shù)方法； 實(shí)質(zhì)是使細(xì)菌類(lèi)微生物和原生動(dòng)物、后生動(dòng)物類(lèi)的微型動(dòng)物附著 在濾料或某些載體上，并在其上形成膜狀生物污泥-生物膜 生物膜法的歷史及發(fā)展：1865年德國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)生物過(guò)濾作 用；1893年英國(guó)將污水噴灑在粗濾料上，作為膜生物反應(yīng)器的生 物濾池問(wèn)世；20世紀(jì)2030年代建造了許多生物膜反應(yīng)器；40 50年代生物濾池逐漸被活性污泥取代的趨勢(shì)；70年代新的反應(yīng)器 以獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)受關(guān)注。 活性污泥法中的微生物是呈懸浮狀態(tài)的，屬于懸浮生長(zhǎng)體系；而生

2、 物膜法中的生物呈附著膜狀，屬于附著生長(zhǎng)系統(tǒng)或固定膜工藝,生物膜法的基本流程,14.1 生物膜法的基本概念,14.1.1 生物膜的形成及其凈化 過(guò)程,生物膜的構(gòu)造 掛膜：污水流經(jīng)濾料，污水和細(xì) 菌附著在有機(jī)物被分解形成 生物膜并逐漸成熟。 結(jié)構(gòu)：從外面到里面的順序?yàn)槲?水、流動(dòng)水層、附著水層、 生物膜（分為好氧層和厭氧 層）、濾料。,生物膜法是通過(guò)生物膜來(lái)處理水的，所以生物膜污水處理的關(guān)鍵就是生物膜的質(zhì)量，生物膜的形成及其生長(zhǎng)是實(shí)現(xiàn)污水有效處理的前提。,生物膜特性 高度親水的物質(zhì):在污水不斷更新的條件下，外測(cè)總是存在附著水層 微生物高度密集的物質(zhì)：在膜的表面和一定深度的內(nèi)部生長(zhǎng)這微生物 和微型

3、動(dòng)物，并形成有機(jī)污染物細(xì)菌原 生動(dòng)物（后生動(dòng)物）的食物鏈。 生物膜成熟標(biāo)志 真正生態(tài)系組成及對(duì)有機(jī)物的降解功能都達(dá)到了平衡狀態(tài),生物膜生長(zhǎng)階段 潛伏期、生長(zhǎng)期。一般要20到30天左右。,生物膜凈化污水的機(jī)理及優(yōu)勢(shì),4. 厭氧層與好氧層的關(guān)系 厭氧層與好氧層達(dá)到生態(tài)平衡 5. 理想生物膜法的狀況減緩老化，避免厭氧層過(guò)分生長(zhǎng)，加快好氧 層更新，不使膜集中脫落。,生物膜的形成 當(dāng)污水均勻地淋灑在介質(zhì)表面上，在充分供氧的條件下，介質(zhì)表面的微生物吸附污水中的有機(jī)物，迅速進(jìn)行降解有機(jī)物，逐漸在介質(zhì)表面形成黏液狀的生長(zhǎng)有極多微生物的膜，即稱(chēng)之為生物膜。,隨著微生物的不斷繁殖增長(zhǎng)，使生物膜的厚度不斷增加，膜的

4、表面吸取營(yíng)養(yǎng)和溶解氧比較容易，微生物生長(zhǎng)繁殖迅速，形成了好氧微生物和兼性微生物組成的好氧層（12mm）。在其內(nèi)部由于營(yíng)養(yǎng)料和溶解氧的供應(yīng)條件差，微生物生長(zhǎng)繁殖受到限制，好氧微生物難以生活，厭氧微生物恢復(fù)了活性，形成了厭氧微生物和兼性微生物組成的厭氧層。厭氧層只有生物膜達(dá)到一定厚度后才能出現(xiàn)，而且隨著生物膜的增厚和外伸變厚，但是有機(jī)物主要是在好氧層內(nèi)進(jìn)行。,生物膜中的物質(zhì)遷移： 由于生物膜的吸附作用，在其表面有一層很薄的水層，稱(chēng)之為附著水層。附著水層內(nèi)的有機(jī)物大多已被氧化，其濃度比濾池進(jìn)水的有機(jī)物濃度低得多。由于濃度差的作用，有機(jī)物會(huì)從污水中轉(zhuǎn)移到附著水層中去，進(jìn)而被生物膜所吸附?？諝庵械难跻矔?huì)

5、進(jìn)入生物膜。在此條件下，微生物對(duì)有機(jī)物進(jìn)行氧化分解和同化合成，產(chǎn)生的二氧化碳和其它代謝產(chǎn)物一部分溶入附著水層，一部分到空氣中去，污水從而得到凈化。,由于生物膜厚度增大，致使其深層因氧不足而發(fā)生厭氧分解，積蓄了硫化氫、氨氣、有機(jī)酸等代謝產(chǎn)物。會(huì)減弱生物膜在惰性載體上的固著力，處于這種狀態(tài)的生物膜為老化生物膜，它不僅容易脫落凈化功能也不好。但供氧充足時(shí)，可以加快好氧膜的更新，使生物膜不集中脫落。,14.1.2 生物膜的載體,填料 為生物膜提供附著生長(zhǎng)固定的材料。 分類(lèi) 為無(wú)機(jī)類(lèi)填料和有機(jī)類(lèi)填料兩大類(lèi) 1. 無(wú)機(jī)類(lèi)載體 目前常用的無(wú)機(jī)類(lèi)載體有砂子、碳酸鹽類(lèi)、各種玻璃材料、沸石類(lèi)、 陶瓷材料、炭纖維、

6、礦渣、活性炭、金屬等。 無(wú)機(jī)類(lèi)載體具有機(jī)械強(qiáng)度較高、化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定、比表面積較大的優(yōu) 點(diǎn)。缺點(diǎn)為密度較大，不適宜做流態(tài)化運(yùn)動(dòng)， 使其在懸浮生物膜反應(yīng)器工藝中的應(yīng)用受到 限制。 通常情況下，微生物以附著的形式固定在 載體表面從而形成生物膜，特殊情況下，有 一些微生物是以包裹附著的形式實(shí)現(xiàn)固定化的。,2. 有機(jī)類(lèi)載體 有機(jī)類(lèi)載體是生物膜技術(shù)發(fā)展中應(yīng)用最廣泛的主要載體材料。這類(lèi)載 體主要有PVC、PE、PS、PP、各類(lèi)樹(shù)脂、塑料、軟性或半軟性纖維 等，其比表面積和孔隙率都很大，從而使有機(jī)負(fù)荷大為提高，也不易堵 塞，在生產(chǎn)實(shí)踐中被廣為采用，由于它便于沉淀分離，提高了活性污泥 處理廠的性能。 各種有機(jī)材

7、料載體的對(duì)比。,選擇生物膜載體的基本原則 選擇濾料時(shí)應(yīng)該從以下方面考慮： 1.足夠的機(jī)械強(qiáng)度，以抵抗強(qiáng)烈的水流剪切力的作用； 2.優(yōu)良的穩(wěn)定性，生物穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、熱力學(xué)穩(wěn)定性。 3.親疏水性及良好的表面帶電特性，微生物在通常為帶負(fù)電的，載體 要是帶正電荷的，容易結(jié)合。 4.有毒性或抑制性。 5.良好的物理性狀 6.就地取材，價(jià)格合理。 在生物膜法中應(yīng)用的載體應(yīng)滿(mǎn)足如下條件： 1.易流化，但不易流失； 2.易成膜，但無(wú)毒害作用； 3.能提供大的比表面積，以增加生物附著量； 4.價(jià)格低廉，容易取材。,14.1.3 生物膜法的特征,優(yōu)點(diǎn)： 與活性污泥法相比，生物膜法具有以下優(yōu)點(diǎn)：生物膜體積小、

8、微生物量高、水力停留時(shí)間較短、生物相相對(duì)穩(wěn)定、對(duì)毒物和沖擊負(fù)荷抵抗性強(qiáng)、處理效果高、操作方便、剩余污泥少，適用于小型污水處理廠 缺點(diǎn)： 1.需要較多的填料和支撐結(jié)構(gòu)， 基建投資高。 2.出水常攜帶較大的脫落的生物 膜片，大量非活性細(xì)小的懸浮物分 散在水中使處理水的澄清度降低 3.活性生物量難控制，在運(yùn)行方 面靈活性差,2. 生物的食物鏈長(zhǎng),生物膜上的食物鏈要長(zhǎng)于活性污泥污泥量少于活性污泥系統(tǒng),3.能夠存活世代時(shí)間長(zhǎng)的微生物,4.分段運(yùn)行與優(yōu)勢(shì)菌種,分多段運(yùn)行，每段繁衍于本段水質(zhì)相適應(yīng)的微生物,1. 微生物的多樣化 生物膜是由細(xì)菌、真菌、藻類(lèi)、原生動(dòng)物、后生動(dòng)物以及一些肉眼 可見(jiàn)的蠕蟲(chóng)、昆蟲(chóng)的幼

9、蟲(chóng)組成。生物膜上生物的種類(lèi)，數(shù)量及其生活 狀態(tài)的概括。細(xì)菌、真菌、微型動(dòng)物、濾池蠅、具有抑制生物膜的過(guò) 速增長(zhǎng)的功能線蟲(chóng) ，組成較好的生物膜，促進(jìn)其脫落的功能。 與活性污泥法的生物相對(duì)比：增加了藻類(lèi)，寡毛類(lèi)、后生動(dòng)物、昆 蟲(chóng)類(lèi)等生物。而真菌，肉足蟲(chóng)，纖毛蟲(chóng)，輪蟲(chóng)含量都大大增 多。,微生物相方面的特征,處理工藝方面的特征,1.對(duì)水質(zhì)、水量變動(dòng)有較強(qiáng)的適應(yīng)性,一段時(shí)間中斷進(jìn)水，對(duì)生物膜也不會(huì)有致命影響，通水后易恢復(fù),2.污泥沉淀性良好,污泥比重較大,3.能夠處理低濃度廢水,活性污泥：不適合處理低濃度的污水，若BOD長(zhǎng)期低于50-60mg/l， 會(huì)影響污泥絮體的形成 。,生物膜：20-30mg/L時(shí)

10、，能降解到5-10mg/l,4.易于維護(hù)運(yùn)行，節(jié)能，動(dòng)力費(fèi)用低,14.2 生物膜的增長(zhǎng)及動(dòng)力學(xué),14.2.1生物膜的增長(zhǎng)過(guò)程,潛伏期或適應(yīng)期 微生物在經(jīng)歷不可逆附著過(guò)程后，開(kāi)始逐漸適應(yīng)生存環(huán)境，并在載 體表面逐漸形成小的，分散的微生物。這些初始菌落首先在載體表面 不規(guī)則處形成。這一階段的持續(xù)時(shí)間取決于進(jìn)水第五濃度以及載體表 面特性。在實(shí)際生物膜反應(yīng)器啟動(dòng)時(shí)，要控制這一階段是很困難的。,生物膜的增長(zhǎng)過(guò)程與懸浮微生物的增長(zhǎng)過(guò)程相似，主要經(jīng)歷了適應(yīng)期、對(duì)數(shù)增長(zhǎng)期、穩(wěn)定期及衰減期。但是又由生物膜法的具體運(yùn)行情況，在這四個(gè)階段的基礎(chǔ)上劃分成六個(gè)階段：,對(duì)數(shù)期或動(dòng)力學(xué)增長(zhǎng)期 在適應(yīng)期形成的分散菌落開(kāi)始迅速

11、增長(zhǎng)，逐漸覆蓋載體表面。生物膜厚度可以達(dá)到幾十m。多聚糖及蛋白質(zhì)產(chǎn)率增加，大量消耗溶解氧，后期氧成為限制因素，此階段結(jié)束時(shí)，生物膜反應(yīng)器的出水底物濃度基本達(dá)到穩(wěn)定值，這個(gè)階段決定了生物膜反應(yīng)器內(nèi)底物的去除效率及生物膜自身增長(zhǎng)代謝的功能。,線性增長(zhǎng)期 生物膜在載體表面以恒速率增長(zhǎng)，出水底物濃度不隨生物量的積累而顯著變化；其好氧速率保持不變；生物膜的生物量Mb可以表示為： 此階段生物膜總量的積累主要源于非活性物質(zhì)。此時(shí)生物膜活性生物量所占比例很小，且隨生物膜總量的增長(zhǎng)呈下降趨勢(shì)。原因是：可剩余有效載體表面飽和；禁錮作用明顯，有毒或抑制性物質(zhì)的積累。這個(gè)階段對(duì)底物的去除沒(méi)有明顯的貢獻(xiàn)，但在流化床反應(yīng)

12、器內(nèi)，這個(gè)階段可以改變生物顆粒的體積特性。,MbMaMi,減數(shù)增長(zhǎng)期 由于生存環(huán)境質(zhì)量的改變以及誰(shuí)理學(xué)的作用，出現(xiàn)了生物膜增長(zhǎng)速率變慢，這一階段是生物膜在某一質(zhì)量和膜厚上達(dá)到的穩(wěn)定的過(guò)渡期。此時(shí)生物膜對(duì)水力學(xué)剪切作用極為敏感。生物膜結(jié)構(gòu)疏松，出水中懸浮物的濃度明顯增高，末期，生物膜質(zhì)量及厚度都趨于穩(wěn)定，運(yùn)行系統(tǒng)也接近穩(wěn)定。,生物膜穩(wěn)定期 生物膜新生細(xì)胞與由于各種物理力所造成的生物膜損失達(dá)到平衡。次階段，生物膜相及液相均已達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。在生物膜反應(yīng)器運(yùn)行中，生物膜穩(wěn)定期的維持一直認(rèn)為是過(guò)程穩(wěn)定性的必要保證，而在三相流化床等生物反應(yīng)器中，在高底物濃度、高剪切力作用下，這一階段時(shí)間很短，甚至不出現(xiàn)。

13、,脫落期 隨著生物膜的成熟，部分生物膜發(fā)生脫落。生物膜內(nèi)微生物自身氧化、內(nèi)部厭氧層過(guò)厚以及生物膜與載體表面間相互作用等因素可加速生物膜脫落。另外，某些物理作用也可以導(dǎo)致生物膜脫落。此階段中，出水懸浮物濃度增高，直接影響出水水質(zhì)；底物降解過(guò)程受到影響，其結(jié)果是底物去除率降低，而我們?cè)谶\(yùn)行生物膜反應(yīng)器的時(shí)候應(yīng)該盡量避免生物膜同時(shí)大量脫落。,以上是生物膜增長(zhǎng)規(guī)律的分析，可以幫助我們更好的控制生物膜反應(yīng)器，同時(shí)也引出了生物膜法的幾個(gè)重要參數(shù)。,14.2.2 生物膜理論中的幾個(gè)重要參數(shù),生物膜的比增長(zhǎng)速率 描述生物膜增長(zhǎng)繁殖特性的最常用參數(shù)之一。它反映了微生物增長(zhǎng)的活性。則微生物比增長(zhǎng)速率的定義式為,其

14、中： X-微生物濃度 微生物比增長(zhǎng)速率。,1.生物膜最大比增長(zhǎng)速率（ 0）,2.生物膜平均比增長(zhǎng)速率（ ）,底物去除速率 反映了生物膜群體的活性，底物的去除速率越高，說(shuō)明生物膜生化反應(yīng)活性越高。,式中qobs底物比去除速率 Q 進(jìn)水流量 So進(jìn)水底物濃度 S 出水底物濃度 Ao載體表面積,14.3 生物濾池,以土壤自?xún)粼頌楦鶕?jù)，在污水灌溉的實(shí)踐基礎(chǔ)上發(fā)展 需要有預(yù)處理及二沉池 早期生物濾池（普通生物濾池） 水量負(fù)荷低，（1-4m/m.d）；BOD負(fù)荷0.1-0.4kg/m.d 高負(fù)荷生物濾池,塔式生物濾池,限制進(jìn)水BOD濃度200mg/l），常常采用回流水稀釋。 水量負(fù)荷提高3.0倍至40m

15、/m.d;BOD負(fù)荷上升至0.5-2.5kg/m.d。,徑高比1：61：8，H=26米，通風(fēng)良好，解決占地， 水量80-200m/m.dBOD負(fù)荷2-3 kg/m.d,14.3.0 概述,14.3.1 生物濾池的概念,生物濾池的工作原理,含有污染物的廢水從上而下從長(zhǎng)有豐富生物膜的濾料的空隙間流過(guò)，與生物膜中的微生物充分接觸，其中的有機(jī)污染物被微生物吸附并進(jìn)一步降解，使得廢水得以?xún)艋恢饕膬艋δ苁且揽繛V料表面的生物膜對(duì)廢水中有機(jī)物的吸附氧化作用。,影響生物濾池功能的主要因素,1、濾床的比表面積和孔隙率 濾料表面積愈大， 生物膜的量就愈多，凈化功能就愈強(qiáng)；且孔隙率大， 則濾床不易堵塞，通風(fēng)效果

16、好，可為生物膜的好氧代謝提供足夠的氧；濾 床的比表面積和孔隙率愈大，擴(kuò)大了傳質(zhì)的界面，促進(jìn)了水流的紊動(dòng)，有 利于提高凈化功能。 2、濾床的高度 濾床的上層，廢水中的有機(jī)物濃度高，微生物繁殖速度快，生物膜量多 且主要以細(xì)菌為主，有機(jī)污染物的去除速度高；濾池的下層，廢水中的有 機(jī)物量少，生物膜量少，微生物從低級(jí)趨向高級(jí)，有機(jī)物去除速度降低； 有機(jī)物的去除效果隨濾床深度的增加而提高，但去除速率卻隨深度的增加 而降低。,3、有機(jī)負(fù)荷與水力負(fù)荷 有機(jī)負(fù)荷：?jiǎn)挝粫r(shí)間供給單位體積濾料的有機(jī)物量，他實(shí)際上表征的 是F/M值，有機(jī)物不能超過(guò)生物膜的分解能力，否則出水 水質(zhì)下降。單位為kgBOD5/m3.d； 水

17、力負(fù)荷：?jiǎn)挝槐砻娣e的濾池或單位體積濾料每日處理的廢水量。表 征濾池的接觸時(shí)間和水流的沖刷時(shí)間。 水力表面負(fù)荷單位為m3/m2.d，或m/d；同濾速； 水力容積負(fù)荷單位為 m3/m3.d 有機(jī)負(fù)荷較高，生物膜的增長(zhǎng)較快，引起濾料堵塞，需要調(diào)整水力 負(fù)荷。水力負(fù)荷增加，提高水力沖刷力 ，維持生物膜的厚度。一般是 通過(guò)出水回流來(lái)解決。,4、回流 對(duì)于高負(fù)荷生物濾池與塔式生物濾池，常采用回流。其優(yōu)點(diǎn)： 不論原廢水的流量如何波動(dòng)，濾池可得到連續(xù)投配的廢水，因而其 工作較穩(wěn)定； 可以沖刷去除老化生物膜，降低膜的厚度，并抑制濾池蠅的孳生； 均衡濾池負(fù)荷，提高濾池的效率； 可以稀釋和降低有毒有害物質(zhì)的濃度以及

18、進(jìn)水有機(jī)物濃度。 5、供氧 生物濾池一般時(shí)通過(guò)自然通風(fēng)來(lái)保證供氧的；影響生物濾池自然通 風(fēng)的主要因素有： 池內(nèi)溫度與氣溫之差； 濾池高度； 濾料孔隙率及風(fēng)力等； 濾池堵塞也會(huì)影響通風(fēng)。,14.3.2 普通生物濾池,構(gòu)造,普通生物濾池又稱(chēng)滴濾池，水力負(fù)荷和BOD負(fù)荷低。,在平面上多為方形、矩形或圓形，高出濾池1.50.9m。在寒冷地 區(qū)，有時(shí)需要考慮防凍、采暖、或防蠅等措施 池壁：圍護(hù)填料，應(yīng)該能承受壓力，分為有孔池壁和無(wú)孔池壁 。 有孔洞的池壁有利于濾料的內(nèi)部通風(fēng)，但在冬季易受低氣溫 的影響； 池底：支撐濾料和排除處理后的水，池底四周設(shè)置通風(fēng)口。,一般為實(shí)心拳狀濾料，如碎石、卵石、爐渣等； 工

19、作層的濾料粒徑為2540mm，承托層濾料粒徑為70100mm； 同一層濾料要盡量均勻，以提高孔隙率； 濾料的粒徑愈小，比表面積 就愈大，處理 能力可以提高；但粒徑過(guò) 小，孔隙率降低， 則濾料層易被生物膜堵塞； 一般當(dāng)濾料的孔隙率在45%左右時(shí)，濾料 的比表面積約為65100m2/m3,1. 池體：,2. 濾料：,3. 布水裝置： 布水裝置的目的是將廢水均勻地噴灑在濾料上；主要有兩種：固 定式布水裝置、旋轉(zhuǎn)式布水裝置；普通生物濾池多采用固定式布 水裝置；高負(fù)荷生物濾池和塔式生物濾池則常用旋轉(zhuǎn)布水裝置： 固定式布水裝置,旋轉(zhuǎn)式布水系統(tǒng),4. 排水系統(tǒng) 排水系統(tǒng)處于濾床的底部，其作用是收集、排出處理

20、后的廢水和保證良好的通風(fēng)。 一般由滲水頂板、集水溝和排水渠所組成；滲水頂板用于支撐濾料，其排水孔的總面積應(yīng)不小于濾池表面積的20%；滲水頂板的下底與池底之間的凈空高度一般應(yīng)在0.6m以上，以利通風(fēng)，一般在出水區(qū)的四周池壁均勻布置進(jìn)風(fēng)孔。,不淤流速0.7m/s 滲水裝置：與池底距離0.4m,普通生物濾池的設(shè)計(jì)與計(jì)算,工作層填料的粒徑為2540mm，厚度為1.31.8m；承托層填料的 粒徑為70100mm，厚度為0.2m。 正常氣溫條件處理城市廢水時(shí)，表面水力負(fù)荷為13 m3/m2.d， BOD5容積負(fù)荷為0.150.30kgBOD5/m3.d，BOD5的去除率一般為 8595%； 池壁四周通風(fēng)口

21、的面積不應(yīng)小于濾池表面積的1%； 濾池?cái)?shù)不應(yīng)小于2座。,濾料容積 ：按負(fù)荷率計(jì)算 BOD負(fù)荷率（gBOD/m.d） 水力負(fù)荷率 (m/m濾料.d) 濾料選定、容積與濾池結(jié)構(gòu)的工藝設(shè)計(jì)，布水裝置系統(tǒng)的計(jì)算與設(shè) 計(jì),1. 設(shè)計(jì)內(nèi)容：,2. 設(shè)計(jì)參數(shù)：,3. 設(shè)計(jì)公式：,14.3.3 高負(fù)荷生物濾池,構(gòu)造,高負(fù)荷生物濾池是生物濾池的第二代工藝。,1. 高負(fù)荷生物濾池池體：,平面上多為圓形。 濾料層高一般為2m。,2. 高負(fù)荷生物濾池的布水：,多使用旋轉(zhuǎn)式布水器。,3. 高負(fù)荷生物濾池的濾料：,濾料粒徑較大，一般為40100mm，工作層濾料的粒徑一般為 4070mm，承托層則為70100mm，孔隙率較

22、高，可以防止堵 塞和提高通風(fēng)能力； 濾料常采用卵石、石英砂、花崗巖等，一般以表面光滑的卵石為 好； 目前常采用塑料濾料：多用聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯等制 成；形狀有波紋板式、斜管式和蜂窩式等，特點(diǎn)有：質(zhì)量輕、強(qiáng) 度高、耐腐蝕、比表面積和孔隙率較大。主要缺點(diǎn)：造價(jià)較高， 初期投資較大。,適用：處理濃度和流量變化濃度比較大的水。進(jìn)水水質(zhì)要求： BOD5200mg/L，否則原水需稀釋。,均化與穩(wěn)定進(jìn)水水質(zhì)； 加大水力負(fù)荷，及時(shí)地沖刷過(guò)厚和老化的生物膜，加速生物膜的 更新，抑制厭氧層發(fā)育，保持生物膜較高的活性； 抑制濾蠅的過(guò)度滋生； 減輕散發(fā)的臭氣。,適用范圍及特點(diǎn),2.高負(fù)荷生物濾池通常采用處理水

23、回流稀釋。其效果主要表現(xiàn)在：,3.高負(fù)荷生物濾池的特點(diǎn)：,濾料粒徑比普通生物濾池大，有較高的空隙率。 高負(fù)荷生物濾池選用旋轉(zhuǎn)式的布水裝置。,單池系統(tǒng),流程系統(tǒng),14.3.4 塔式生物濾池,構(gòu)造,塔式生物濾池是新型高負(fù)荷生物濾池。以加大濾層高度來(lái)增加處理能力。,1. 塔式生物濾池池體：,塔身：8-24m，直徑1-3.5m 徑高比：1：6-1：8 濾料層高一般為2m。,2. 高負(fù)荷生物濾池的布水：,旋轉(zhuǎn)式布水器。 固定式布水器,3. 塔式生物濾池的濾料：,多采用質(zhì)輕、比表面積大和孔隙率 高的人工合成濾料； 比表面積為100220 m2/m3，孔隙 率一般大于94% 濾料一般選用環(huán)氧玻璃布料制成的蜂

24、 窩結(jié)構(gòu)（或尼龍花瓣型軟性濾料），它可排列組合成多層結(jié)構(gòu)，這 種蜂窩結(jié)構(gòu)，空氣暢通，可按氣水比100150：1的要求選擇風(fēng)機(jī),4. 通風(fēng)：,自然風(fēng) 機(jī)械通風(fēng)（上部吸風(fēng)，下部鼓風(fēng)）,工藝特點(diǎn),1.塔身高，占地小，2.屬于高負(fù)荷生物濾池: 水力負(fù)荷高達(dá)80200 m2/m2(濾料)d 有機(jī)負(fù)荷可達(dá)20003000gBOD5/m3 (濾料)d 3. 高落差，使用旋轉(zhuǎn)布水器，廢水淋洗的沖力使老化的生物膜脫落更 新快。4. 濾層內(nèi)部的分層：微生物的優(yōu)勢(shì)菌種。 塔的高度使塔內(nèi)生長(zhǎng)不同種的微生物群。 5. 能夠抵御較高的沖擊負(fù)荷6. 一般規(guī)模上不超過(guò)10000m3/d（工業(yè)、生活污水均可） 7.供氧不如曝氣

25、池充足，易產(chǎn)生厭氧 8.廢水在塔內(nèi)停留時(shí)間短，降解效率低。,設(shè)計(jì)與計(jì)算,一般常用塑料濾料，濾池總高度為812m，也可更高；每層濾料的 厚度不應(yīng)大于2.5m，徑高比為1：68； 容積負(fù)荷為1.03.0kgBOD5/m3.d，表面水力負(fù)荷為80200 m3/m2.d，BOD5的去除率一般為6585%； 自然通風(fēng)時(shí)，塔濾四周通風(fēng)口的面積不應(yīng)小于濾池橫截面積的 7.510%；機(jī)械通風(fēng)時(shí)，風(fēng)機(jī)容量一般按氣水比為100150：1來(lái)設(shè) 計(jì)； 塔濾數(shù)不應(yīng)小于2座。,1. 主要設(shè)計(jì)參數(shù)：,普通生物濾池、高負(fù)荷生物濾池、塔式生物濾池對(duì)比,曝氣生物濾池 一概述 曝氣生物濾池(biological aerated f

26、ilter)簡(jiǎn)稱(chēng)BAF,是八十年代末九十年代初在普通生物濾池的基礎(chǔ)上，并借鑒給水濾池工藝而開(kāi)發(fā)的污水處理新工藝，最初用于污水的三級(jí)處理，后發(fā)展成直接用于二級(jí)處理。自八十年代在歐洲建成第一座曝氣生物濾池污水處理廠后，目前世界上已有數(shù)千座該工藝的污水處理廠。 結(jié)構(gòu)概述：曝氣生物濾池是普通生物濾池的一種變形形式，也可看成是生物接觸氧化法的一種特殊形式，即在生物反應(yīng)器內(nèi)裝填高比表面積的顆粒填料，以提供微生物膜生長(zhǎng)的載體，并根據(jù)污水流向不同分為下向流或上向流，污水由上向下或由下向上流過(guò)濾料層，在濾料層下部鼓風(fēng)曝氣，使空氣與污水逆向或同向接觸，使污水中的有機(jī)物與填料表面生物膜通過(guò)生化反應(yīng)得到降解，填料同時(shí)

27、起到物理過(guò)濾作用。,曝氣生物濾池與普通生物濾池的工藝性能比較 1. 普通生物濾池的缺陷: 它采用污水下向流過(guò)濾，通過(guò)濾池下部通風(fēng)孔自然通風(fēng)供氧，氣、水逆向而行，并且不具備反沖洗系統(tǒng)。 由于上述結(jié)構(gòu)形式, 普通生物濾池在運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生以下缺陷: (1) 采用污水下向流過(guò)濾和自然通風(fēng)供氧，在運(yùn)行中整個(gè)濾池高度上供氣氣壓分布不均，容易形成溝流或短流，同時(shí)在濾料中容易形成氣泡，造成局部氣堵現(xiàn)象，從而影響處理效果； (2) 采用污水下向流過(guò)濾和自然通風(fēng)供氧，氣、水為逆向流，空氣在一定程度上阻止水流將污水中的固體物質(zhì)帶入濾床深處，從而使固體物質(zhì)聚積在濾池的表層，使濾池容易堵塞； (3) 由于采用自然通風(fēng)供氧

28、，通風(fēng)供氧狀況的好壞受制于池內(nèi)溫度與氣溫之差、濾池高度、濾料孔隙率及風(fēng)力，不能給濾池提供較穩(wěn)定、均勻的通風(fēng)量；濾池堵塞會(huì)影響自然通風(fēng)，使濾池供氧不足導(dǎo)致微生物缺氧現(xiàn)象，嚴(yán)重影響處理效果； (4) 普通生物濾池不具備反沖洗系統(tǒng)，在濾池堵塞時(shí)不能及時(shí)將引起堵塞的脫落微生物膜和其它雜物清理出濾池。,2. 上向流曝氣生物濾池的優(yōu)點(diǎn) (1) 上向流曝氣生物濾池在結(jié)構(gòu)上采用氣水平行上向流態(tài)，同時(shí)采用強(qiáng)制鼓風(fēng)曝氣技術(shù)，使得氣、水進(jìn)行極好的均分，防止了氣泡在濾料中的凝結(jié)，氧氣利用率高，能耗低；與普通生物濾池污水下向流態(tài)相反，氣、水平行上向流態(tài)持續(xù)在整個(gè)濾池高度上提供正壓條件，可以更好地避免形成溝流或短流； (

29、2)采用氣水平行上向流，使空間過(guò)濾能被更好地運(yùn)用，空氣能將污水中的固體物質(zhì)帶入濾床深處，在濾池中能得到高負(fù)荷、均勻的固體物質(zhì)，延長(zhǎng)反沖洗周期，減少清洗時(shí)間和清洗時(shí)的水、氣量。,（3）采用強(qiáng)制鼓風(fēng)曝氣代替普通生物濾池的自然通風(fēng)供氧。 強(qiáng)制鼓風(fēng)曝氣是由羅茨鼓風(fēng)機(jī)提供壓縮空氣并由空氣管道輸送至BAF，然后由設(shè)置于濾料層中的布?xì)夤苁箍諝饩鶆蛲ㄟ^(guò)濾料層。兩者的作用均是使空氣中的氧轉(zhuǎn)移到污水與微生物的混合液中，以供給微生物氧源。但是，采用自然通風(fēng)供氧受制于多種外部條件，使通風(fēng)量或供氧量不穩(wěn)定且不均勻，不能給微生物提供穩(wěn)定可靠并足夠的氧源，從而不能滿(mǎn)足其在代謝過(guò)程中所需的氧量，使得濾池的有機(jī)負(fù)荷較低，一般B

30、OD5負(fù)荷為0.20.5kg BOD5/m3d。采用自然通風(fēng)供氧時(shí)，當(dāng)污水COD濃度大于400500mg/l時(shí)，由于供氧量不足可能導(dǎo)致產(chǎn)生濾池厭氧現(xiàn)象，影響處理效果，同時(shí)也限制了濃度較高的廢水采用生物濾池工藝的可能性。而強(qiáng)制曝氣供氧量可根據(jù)污水的進(jìn)水濃度進(jìn)行大小調(diào)節(jié)，使微生物在任何時(shí)候都能有足夠的氧源，且受外部條件的制約較少。同時(shí)，采用強(qiáng)制曝氣供氧可提高濾池的有機(jī)負(fù)荷，使得BOD5負(fù)荷可高達(dá)56kg BOD5/m3d，進(jìn)水COD濃度允許達(dá)到10001500mg/l而不會(huì)產(chǎn)生濾池厭氧現(xiàn)象。,(4)普通生物濾池不具備濾床反沖洗系統(tǒng)，不能使截留的SS和脫落生物膜及時(shí)排出池外。 曝氣生物濾池設(shè)置的反沖

31、洗系統(tǒng)可以在需要時(shí)通過(guò)人工或自動(dòng)利用適量的水、氣量來(lái)對(duì)濾料進(jìn)行清洗，使濾料上多余的增厚微生物膜和截留在濾層中的已脫落的微生物膜和固體物質(zhì)被沖洗出濾池外，使濾池保持通暢、不堵塞，以保證污水處理時(shí)濾層中水、氣的正常流通。反沖洗所用水一般為濾池正常運(yùn)行時(shí)的出水，被儲(chǔ)存在清水池中備用。,二. 曝氣生物濾池的構(gòu)造 BAF可分為上向流和下向流濾池，但除污水在濾池中的流向不同外，其池型結(jié)構(gòu)基本相同。早期曝氣生物濾池大多都是下向流態(tài)，但隨著上向流態(tài)比下向流濾池的眾多優(yōu)點(diǎn)被人們所認(rèn)同，所以近年來(lái)絕大多數(shù)采用上向流曝氣生物濾池結(jié)構(gòu)。 下圖即為典型的曝氣生物濾池構(gòu)造圖。,從上圖可看出，曝氣生物濾池的結(jié)構(gòu)形式與普通快

32、濾池類(lèi)似，其主體由濾池池體、濾料層、承托層、布水系統(tǒng)、布?xì)庀到y(tǒng)、反沖洗系統(tǒng)、出水系統(tǒng)、管道和自控系統(tǒng)組成。 1濾池池體 濾池池體的作用：容納被處理水量和圍擋濾料，并承托濾料和曝氣裝置的重量。 池型：生物濾池的形狀有圓形、正方形和矩形三種，結(jié)構(gòu)形式有鋼制設(shè)備和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)等。一般當(dāng)處理水量較小、池體容積較小并為單座池時(shí)，采用圓形鋼結(jié)構(gòu)為多；當(dāng)處理水量和池容較大，選用的池體數(shù)量較多并考慮池體共壁時(shí)，采用矩形和方形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)較經(jīng)濟(jì)。濾池的平面尺寸以滿(mǎn)足所要求的流態(tài)，布水布?xì)饩鶆颍盍习惭b和維護(hù)管理方便，盡量同其它處理構(gòu)筑物尺寸相匹配等為原則。,2 濾料 從生物濾池處理污水的發(fā)展?fàn)顩r來(lái)看，接觸填

33、料的選取較為重要。國(guó)內(nèi)外通常采用的接觸填料形狀有蜂窩管狀、束狀、波紋狀、圓形輻射狀、盾狀、網(wǎng)狀、筒狀、規(guī)則粒狀與不規(guī)則粒狀等，所用的材質(zhì)除粒狀濾料外，基本上采用玻璃鋼、聚氯乙烯、聚丙烯、維尼綸等。由于制作加工和價(jià)格原因，國(guó)內(nèi)目前采用的接觸填料主要有玻璃鋼或塑料蜂窩填料、立體波狀填料、軟性纖維填料、半軟性填料以及粒狀濾料等。BAF工藝采用粒狀濾料，性能結(jié)構(gòu)后述。 3承托層 承托層主要是為了支撐濾料，防止濾料流失和堵塞濾頭，同時(shí)還可以保持反沖洗穩(wěn)定進(jìn)行。承托層常用材質(zhì)為卵石或磁鐵礦，為保證承托層的穩(wěn)定，并對(duì)配水的均勻性起充分作用，要求材質(zhì)具有良好的機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性，形狀應(yīng)盡量接近圓形，工程中一

34、般選用鵝卵石作為承托層。,4布水系統(tǒng) （1）布水系統(tǒng)主要包括：濾池最下部的配水室和濾板上的配水濾頭。 （2）配水室的作用： a. 使某一短時(shí)段內(nèi)進(jìn)入濾池的污水能在配水室內(nèi)混合均勻，依靠承托濾板和濾頭的阻力作用使污水在濾板下均勻、均質(zhì)分布，并通過(guò)濾板上的濾頭而均勻流入濾料層； b. 該布水系統(tǒng)除作為濾池正常運(yùn)行時(shí)布水用外，也作為定期對(duì)濾池進(jìn)行反沖洗時(shí)布水用。在氣、水聯(lián)合反沖洗時(shí)，緩沖配水區(qū)還起到均勻配氣作用，氣墊層也在濾板下的區(qū)域中形成。,1 .采用氣水平行上向流，使得氣水進(jìn)行極好均分，防止了氣泡在濾料 2 .濾料層對(duì)氣泡的切割作用事使氣泡在濾池中的停留時(shí)間延長(zhǎng)，提高了氧的利用率；池內(nèi)生物量大，

35、可達(dá)8000-23000mg/l（折算成MLVSS） 3 .由于濾池極好的截污能力，使得 BAF 后面不需再設(shè)二次沉淀池； 4 .三相接觸，有機(jī)物容積負(fù)荷高，水力停留時(shí)間短、基建投資少、O2的轉(zhuǎn)移效率高，曝氣量低，供氧動(dòng)力消耗低。 5 .可截留SS，脫落的生物膜，勿需沉淀池，占地少 6.勿需污泥回流，無(wú)污泥膨脹，污泥易處理 7.具有占地面積小，基建投資省; 8.處理水質(zhì)高，可滿(mǎn)足回用要求 9.抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，適應(yīng)的溫度范圍廣，且耐低溫 10.易掛膜，啟動(dòng)快，反應(yīng)時(shí)間短 11.曝氣生物濾池?zé)o需二沉池，采用模塊化結(jié)構(gòu)，便于后期改建、擴(kuò)建 12.該工藝可以單獨(dú)建立，也可以與其它工藝組合應(yīng)用,工藝特

36、點(diǎn),工藝流程及原理,過(guò)濾、生物吸附與生物氧化作用凈化污水，濾料表面為好氧環(huán)境，內(nèi)部為缺氧、厭氧的微環(huán)境，使得硝化、反硝化作用同時(shí)進(jìn)行。,14.4 生物轉(zhuǎn)盤(pán),14.4.1 概述,60年代起源于德 國(guó)，我國(guó)70年代引 進(jìn)，能耗低，效果 好的技術(shù) 適用范圍廣（城市 污水、各類(lèi)工業(yè) 水）,14.4.2 生物轉(zhuǎn)盤(pán),生物轉(zhuǎn)盤(pán)的構(gòu)造特點(diǎn),盤(pán)片、接觸反應(yīng)槽、轉(zhuǎn)軸、驅(qū)動(dòng)裝置4部分組成,1 . 盤(pán)片： 盤(pán)片的形狀： 外緣：圓形、多角形及圓筒形； 盤(pán)面：平板、凹凸板、 波形板、蜂窩板、網(wǎng)狀板等以及各種組合。 盤(pán)片的厚度與材質(zhì)：要求質(zhì)輕、薄、強(qiáng)度高，耐腐蝕，同時(shí)還應(yīng)易于加 工、價(jià)格低等；一般厚度為0.51.0cm；常

37、用材料有聚 丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯以及玻璃鋼等。 轉(zhuǎn)盤(pán)的直徑：一般直徑為2.0、2.5、3.0、3.5m等，常用的是3.0m。 盤(pán)片間的間距：一般為30mm，高密度型則為1015mm。,2 . 接觸反應(yīng)槽： 一般可以用鋼板或鋼筋混凝土制成，橫斷面呈半圓形或梯形； 槽內(nèi)水位一般達(dá)到轉(zhuǎn)盤(pán)直徑的40%，超高為2030cm； 轉(zhuǎn)盤(pán)外緣與槽壁之間的間距一般為2040cm。 3、轉(zhuǎn)軸： 長(zhǎng)度：0.5-7.0m，其直徑50-80mm 軸中心高于槽液面150mm， b/D=0.06-0.1， b為軸心與液面的距離 4.驅(qū)動(dòng)裝置 驅(qū)動(dòng)方式電力，空氣， 水力驅(qū)動(dòng) 轉(zhuǎn)速0.8-3.0r/min， 外緣線速

38、度15-18m/min,凈化原理,1 .當(dāng)轉(zhuǎn)盤(pán)浸沒(méi)水中時(shí)，有機(jī)物被生物膜吸附； 2 .當(dāng)轉(zhuǎn)盤(pán)離開(kāi)水面時(shí)，固著水層從空氣中吸收氧，固著水層氧過(guò)飽和，轉(zhuǎn)移到生物膜和污水中； 3 .圓盤(pán)的攪動(dòng)也使大氣中的O2進(jìn)入水中（O2有兩部分來(lái)源）； 4 .盤(pán)上的“生物膜”，與 “水”及“空氣”間，交替 接觸，進(jìn)而去除BOD、 COD，也有CO、NH3 等的傳遞。,廢水處于半靜止?fàn)顟B(tài)，而微生物則在轉(zhuǎn)動(dòng)的盤(pán)面上；轉(zhuǎn)盤(pán)40%的面積浸沒(méi)在廢水中，盤(pán)面低速轉(zhuǎn)動(dòng)；盤(pán)面上生物膜的厚度與廢水濃度、性質(zhì)及轉(zhuǎn)速有關(guān)，一般0.10.5mm。,典型的工藝流程,1 .生物轉(zhuǎn)盤(pán)的布置,生物轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)速一般為18m/min；有一軸一段、一軸

39、多段、以及多軸多段等形式；廢水的流動(dòng)方式，有軸直角流與軸平行流。多極布置：盤(pán)片面積不變，能提高處理水水質(zhì)和DO含量,2.生物轉(zhuǎn)盤(pán)為主體的工藝流程,需要有預(yù)處理，調(diào)節(jié)池可小點(diǎn)（與活性污泥相比），高濃度有機(jī)廢水，中間設(shè)沉淀池,以去除BOD為主要目的的工藝流程,以深度處理（去除BOD、硝化、除磷、脫氮）為目的的工藝流程,3.生物轉(zhuǎn)盤(pán)與其它工藝的組合流程,天,天,天,天,生物轉(zhuǎn)盤(pán)的工藝特征,微生物濃度高，折成MLVSS可達(dá)40000-60000mg/l，F(xiàn)/M：0.05-0.1系數(shù)，效率高的主要原因，適應(yīng)性強(qiáng)，出水水質(zhì)好。 耐沖擊負(fù)荷BOD值10000mg/l - 10mg/l，均可適應(yīng) 不需要曝氣，

40、污泥回流，及調(diào)節(jié)污泥量，不存在污泥膨脹，節(jié)能，易于管理 生物有分級(jí)，污泥齡長(zhǎng)，食物鏈長(zhǎng)污泥產(chǎn)量少，為活性污泥法的1/2左右 流態(tài)：完全混合 - 推流式 節(jié)能，即運(yùn)行費(fèi)用較低； 維護(hù)管理簡(jiǎn)單，功能穩(wěn)定可靠，無(wú)噪音，無(wú)灰蠅； 受氣候影響較大，頂部需要覆蓋，有時(shí)需要保暖； 所需的場(chǎng)地面積一般較大，建設(shè)投資較高。,生物轉(zhuǎn)盤(pán)運(yùn)行中需要注意的問(wèn)題,1. 進(jìn)水方式 進(jìn)水方式上無(wú)定論，主要取決于進(jìn)水水質(zhì),進(jìn)水方向與轉(zhuǎn)盤(pán)的旋轉(zhuǎn)方向一致，污水在槽中混合均勻水頭損失小，但剝落的膜不易隨水流出。 進(jìn)水方向和轉(zhuǎn)盤(pán)的旋轉(zhuǎn)方向相反，混合較差，水頭損失大，但剝落膜易流出 進(jìn)水方向與盤(pán)片垂直，平行于轉(zhuǎn)軸起到一軸多極的作用，前端

41、生物膜后，軸負(fù)荷不均勻。,2. 轉(zhuǎn)盤(pán)的負(fù)荷與供氧量,3. 轉(zhuǎn)盤(pán)分級(jí)與處理效果,水力負(fù)荷低時(shí)，BOD去除速度與BOD濃度之間成直線 水力負(fù)荷高時(shí)，BOD去除速度與BOD濃度之間不成直線 不宜采用增加轉(zhuǎn)速的方式來(lái)提高DO,轉(zhuǎn)盤(pán)分級(jí)改進(jìn)停留時(shí)間，防止短路，從而提高處理效果，尤其對(duì)毒性強(qiáng)的工業(yè)廢水分級(jí)尤為重要 分級(jí)過(guò)多效果增加不多，一般每池不可小于2級(jí)，但不多于4級(jí),14.5 生物接觸氧化法,生物接觸氧化法是一種介于活性污泥法與生物濾池之間的 生物膜法處理工藝；又稱(chēng)為淹沒(méi)式生物濾池。 生物接觸氧化法1971年開(kāi)始于日本 應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，深受重視 生物接觸氧化法以高效的到親睞，那么原因是：,14.5.0 概述,1