工學污水的好氧生物處理一生物膜法

1、第十三章 污水的好氧生物處理（一） 生物膜法 1893年英國Corbett在Salford創(chuàng)建了第一個具有噴嘴布 水裝置的生物濾池。 生物膜法是對污水土地的模擬和強化。 生物膜法主要用于從污水中去除溶解性有機污染物，是 一種被廣泛采用的生物處理方法。 生物膜法的主要優(yōu)點是對水質(zhì)，水量變化的適應性較強。 生物膜法的共同特點是微生物附著在介質(zhì)“濾料”表面上， 形成生物膜，污水同生物膜接觸后，溶解的有機污染物 被微生物吸附轉(zhuǎn)化為H2O、CO2、NH3和微生物細胞物質(zhì)， 污水得到凈化，所需氧氣一般來自大氣。 生物濾池法的流程 生物膜法的 主要設施 生物接觸氧化池 生物流化床 生 物 濾 池 間歇生物濾

2、池 普通（單層）生物濾池 塔式（多層）生物濾池 生 物 轉(zhuǎn) 盤 第一節(jié)第一節(jié) 生物濾池生物濾池 典型生物濾池的構造 排水系統(tǒng)布水設備濾 床 濾 床 濾床由濾料組成。濾料是微生物生長棲息的場所，理想的濾料應具備 下述特性： 能為微生物附著提供大量的面積； 使污水以液膜狀態(tài)流過生物膜； 有足夠的空隙率，保證通風（即保證氧的供給）和使脫落的生物膜 能隨水流出濾池； 不被微生物分解，也不抑制微生物的生長，有較好的化學性能； 有一定的機械強度； 價格低廉。 濾料粒徑并非越小越好，會造成堵塞，影響通風。早期主要以拳狀碎石為 濾料為主，其直徑在38cm左右，空隙率在45%55%左右，比表面積（可附 著面積）

3、在65100m2/m3 兩種常見的塑料濾料 國內(nèi)目前采用的玻璃鋼蜂窩狀塊狀濾料，孔心間距在 20mm左右，空隙率95%左右，比表面積在200m2/m3。 濾床高度同濾料的密度有密切關系 石質(zhì)拳狀濾料組成的濾床高度一般在12.5m之間。一方面是 由于孔隙率低，濾床過高會影響通風；另一方面由于太重，過 高會影響排水系統(tǒng)和濾池基礎 結構。 塑料濾料每立方米僅重100kg左右，孔隙率高達93%95%， 濾床高度不但可以提高，而且可以采用雙層或多層構造。 國外一般采用雙層濾床，高7m左右；國內(nèi)常采用多層的“塔式” 結構，高度在10m以上。 濾床四周，一般設池壁，池壁起圍護濾料，減少污水飛濺的作 用。常用

4、磚、石或混凝土砌筑。 排水系統(tǒng) 作 用 收集濾床流出的污水與生物膜 保證通風 支撐濾料 池底排水系統(tǒng)的組成 排水假底 池底 集水溝 排水假底是用特制砌塊或柵板鋪成，濾料堆 在假底上面。假底空隙率不小于濾池平面的 58，高于池底0.40.6 m。 池底除支撐濾料外，還要排泄濾床上的來水， 池底中心軸線上設有集水溝，兩側(cè)底面向集 水溝傾斜，池底和集水溝的坡度約12。 集水溝要有充分的高度，并在任何時候不會 滿流，確保空氣能在水面上暢通無阻，使濾 池中空隙充滿空氣。 生物濾池法的流程 低負荷生物濾池又稱普通生物濾池。 優(yōu)點：處理效果好，BOD5的去除率可達90%以上，出水BOD5可下降到 25mg/

5、L以下，硝酸鹽含量在10mg/L左右，出水水質(zhì)穩(wěn)定。 缺點：占地面積大，灰蠅很多，影響環(huán)境衛(wèi)生。 交替式二級生物濾池法的流程 運行時，濾池是串連工作的，污水經(jīng)初步沉淀后進入一級生物濾池，出 水經(jīng)相應的池去除中間沉淀殘膜后用泵送入二級生物濾池，二級生物濾 池的出水經(jīng)過沉淀后排出污水廠。 工作一段時間后，一級生物濾池因表面生物膜的累積，即將出現(xiàn)堵塞， 改作二級生物濾池，而原來的二級生物濾池則改作一級生物濾池。 交替式二級生物濾池法比并聯(lián)流程負荷率可提高兩、三倍。 回流式二級生物濾池法的流程 回流生物濾池法流程 qv：污水流量，r：回流比 國外運行的經(jīng)驗表明，在處理城市 污水時，回流式生物濾池的處理

6、效 率大致如下： 單級濾池法 當濾池負荷率在1.7kg （BOD5）/m3d（濾料）以下時，出水的 BOD5約為濾池進水的BOD5的1/3。 二級濾池法 二沉池的出水BOD5為二級池 進水BOD5的1/2；如果一級濾池的進水不 經(jīng)沉淀直接流向二級濾池，則一級濾池出 水的BOD5為進水BOD5的1/2。 生物濾池的一個主要優(yōu)點是運行簡單，因此，適用于小 城鎮(zhèn)和邊遠地區(qū)。 小于或等于某處理效率的污水廠的百分數(shù)小于或等于某處理效率的污水廠的百分數(shù)/%/% （活性污泥法）（活性污泥法） 小于或等于某處理效率的污水廠的百分數(shù)/% （生物濾池） 生物濾池 機理 生物濾池的工作情況 污水通過布水設備連續(xù)地、

7、均勻地噴灑到濾床 表面上，在重 力作用下，污水以水滴的形式向下滲瀝，或以波狀薄膜的形 式向下滲流。最后，污水到達排水系統(tǒng)，流出濾池。 污水流過濾床時，有一部分污水、污染物和細菌附著在濾料 表面上，微生物便在濾料表面大量繁殖，不久，形成一層充 滿微生物的粘膜，稱為生物膜。這個起始階段稱為掛膜，是 生物濾池的成熟期。 掛 膜 生物濾池 機理 生物濾池的工作情況 污水流過成熟濾床時，污水中的有機污染物被生物膜中的微生物吸附、降解， 從而得到凈化。 生物膜表層生長的是好氧和兼性微生物，其厚度約2 nm。在這里，有機污染 物經(jīng)微生物好氧代謝而降解，終點產(chǎn)物是H2O、CO2、NH3等。 由于氧在生物膜表層

8、已耗盡，生物膜內(nèi)層的微生物處于厭氧狀態(tài)。在這里， 進行的是有機物的厭氧代謝，終點產(chǎn)物為有機酸、乙醇、醛和H2S等。 由于微生物的不斷繁殖，生物膜逐漸增厚，超過一定厚度后，吸附的有機 物在傳遞到生物膜內(nèi)層的微生物以前，已被代謝掉。此時，內(nèi)層微生物因 得不到充分的營養(yǎng)而進入內(nèi)源代謝，失去其粘附在濾料上的性能，脫落下 來隨水流出濾池，濾料表面再重新長出新的生物膜。 生物膜的組成 細菌（好氧、 厭氧、兼性） 真 菌 藻 類 原生 動物 后生 動物 一些肉眼可見的蠕 蟲、昆蟲的幼蟲 生物膜脫落原因有機物轉(zhuǎn)化深度 低負荷濾池中，原因復雜，昆 蟲及其幼蟲的活動促使生物膜 脫落； 高負荷濾池中，水力沖刷使生

9、物膜不斷脫落，生物膜厚度與 濾率大小有關。 高負荷濾池：只有在負荷率較 低時，出水才含有較低的硝酸 鹽，殘膜易腐化。 低負荷濾池：有機物被深度轉(zhuǎn) 化，出水中硝酸鹽含量較高， 殘膜呈深棕色，類似腐殖質(zhì)， 沉淀性能較好； 影響生物濾池性能的主要因素 這些過程的發(fā)生和發(fā)展決定了生物濾池凈化 污水的性能。影響這些過程的主要因素如下 生物濾池中有機物的降解過程 同時發(fā)生著多過程 濾池高度負荷率回 流供 氧 有機物在 污水和生 物膜中的 傳質(zhì)過程 有機物的 厭氧和好 氧代謝過 程 氧在污水 和生物膜 中的傳質(zhì) 過程 生物膜的 生長和脫 落等過程 影響生物濾池性能的主要因素濾池高度 濾 床 濾床上層，污水中

10、的有機 物濃度較高，微生物繁殖 速率高，種屬較低級，以 細菌為主，生物膜量較多 ，有機物去除速率較高。 隨著濾床深度增加，微生 物從低級趨向高級，種類 逐漸增多，生物膜量從多 到少。 濾池的上層和下層相比，生 物膜量、微生物種類和去除 有機物的速率均不相同 濾床中的這一遞變現(xiàn)象，類 似污染河流在自凈過程中的 生物遞變。 當濾床各層的進水水質(zhì)互不 相同時，各層生物膜的微生 物就不相同，處理污水的功 能也隨之不同。 影響生物濾池性能的主要因素濾池高度 影響生物濾池性能的主要因素負荷率 影響生物濾池的負荷率有三種表達形式： 水力負荷率：以流量為準，m3（水）/m3（濾料）d； 表面水力負荷率：m3（

11、水）/m3d，又稱平均濾率； 有機負荷率：以BOD5為準，kg（BOD5或特定污染物 質(zhì)）/m3d。 由于生物濾池的作用是去除污水中有機物或特定污染物， 因此，它的負荷率通常以有機物或特定污染物質(zhì)為準較 合理。 影響生物濾池性能的主要因素負荷率 在低負荷條件下，隨著濾率的提高，污水中有機 物的傳質(zhì)速率加快，生物膜量增多，濾床特別是 它的表面很容易堵塞。 在高負荷條件下，隨著濾率的提高，污水在生物 濾床中停留的時間較短，出水水質(zhì)將相應下降。 影響生物濾池性能的主要因素回流 回流利用污水廠的污水，或生物濾池出水稀釋進 水的做法稱回流，回流水量與進水量之比叫回流比。 回流對生物濾池性能的影響： 回流

12、可提高生物濾池的濾率，它是使生物濾池由低負荷率演變?yōu)?高負荷率的方法之一； 提高濾率有利于防止產(chǎn)生灰蠅和減少惡臭； 當進水缺氧、腐化、缺少營養(yǎng)元素或有害物質(zhì)時，回流可改善 進水的腐化狀況、提供營養(yǎng)元素和降低有毒物質(zhì)濃度； 進水的質(zhì)和量有波動時，回流有調(diào)節(jié)和穩(wěn)定進水的作用。 影響生物濾池性能的主要因素供氧 生物濾池中，微生物所需的氧一般直接來自大氣。靠自然 通風供給。 影響生物濾池通風的主要因素是濾床自然撥風和風速。 自然撥風的推動力是池內(nèi)溫度與氣溫之差，以及濾池的高度。 溫度差越大，通風條件越好； 當水溫較低，濾池內(nèi)的溫度低于水溫時（夏季），池內(nèi)氣流向下 流動； 當水溫較高，池內(nèi)溫度高于氣溫時

13、（冬季），氣流向上流動； 若池內(nèi)外無溫度差時，則停止通風。 正常運行的生物濾池，自然通風可以提供生物降解所需的氧量， 自然通風不能滿足時，則應考慮強制通風。 COD=400mg/L COD=500mg/L COD=600mg/L 生物濾池的計算計算公式 生物濾池的設計，在條件允許時應盡量利用試驗成果 進行，沒有條件進行試驗時，可借助于經(jīng)驗公式進行。 圖示表明：污水流過濾池時，污染物濃度的下降率每 單位濾床高度（h）去除的污染物的量（以濃度s計），同該 污染物的濃度成正比，即 s s K dh d 將式 s s K dh d 積分得 Kh s s e 0 式中：ds/dh污染物濃度的下降率； s

14、0濾池進水污染物的濃度，mg/L； s床深為h處水中的污染物濃度， mg/L； h離濾床表面的深度，m K反映濾池處理效率的系數(shù)，它同污水性質(zhì)，濾池的特性（包括濾 料的材料、形狀、表面積、孔隙率、堆砌方式和生物膜性質(zhì)）、以及濾 率有關，布水方式（如均勻程度、進水周期等）也可對其有影響。 n v m s AqKK)/( 0 K可用下式求得： 式中：qv濾池進水流量，m3/d； A濾床表面積，m2； K系數(shù)，它與進水水質(zhì)和濾率有關； m與進水水質(zhì)有關的系數(shù)； n與濾池特性、濾率有關的系數(shù)。 采用公式進行計算步驟 第一步是選定濾料和進水方式，然后進行試驗，求得 K、m和n等常數(shù)值； 第二步確定是否回

15、流，若需要回流，則要確定回流比； 最后計算濾池的尺寸。 回轉(zhuǎn)式布水器的計算 計算的主要內(nèi)容 確定布水橫 管根數(shù)（一 般是2根和4 根）和直徑 布水管上的 孔口數(shù)和在 布水橫管上 的位置 布水器的轉(zhuǎn)速 第二節(jié)第二節(jié) 生物轉(zhuǎn)盤生物轉(zhuǎn)盤 生物轉(zhuǎn)盤的流程 生物轉(zhuǎn)盤的處理流程與布置生物轉(zhuǎn)盤的處理流程與布置 1.標準處理流程 2.提高已設活性污泥處理系統(tǒng)處理水質(zhì)的流程 3.多級處理的生物轉(zhuǎn)盤處理系統(tǒng) 生物轉(zhuǎn)盤的設計計算方法 生物轉(zhuǎn)盤的設計計算方法 生物轉(zhuǎn)盤的設計計算方法 生物轉(zhuǎn)盤的設計計算方法 生 物 轉(zhuǎn) 盤 的 新 進 展 生物轉(zhuǎn)盤的新進展 第三節(jié)第三節(jié) 生物接觸氧化法生物接觸氧化法 接觸氧化池構造示例

16、 接觸氧化池示例 生物接觸氧化法的基本流程 接觸氧化池外觀圖 接觸氧化池反應區(qū)的構造 接觸氧化法填料 新型的纖維網(wǎng)狀填料 新型的纖維網(wǎng)狀填料 軟性纖維填料的結構 栓接繩 纖維束 中心繩 生物填料框架 框架與生物填料 框架與生物填料 新型的三維立體網(wǎng)狀填料 掛膜后的網(wǎng)狀填料 聚乙烯生物填料 空氣 中心曝氣 生物接觸氧化法曝氣 側(cè)面曝氣 全池曝氣 反應區(qū)曝氣系統(tǒng)的布置 牛腿與槽鋼的布置 剛玉微孔 曝氣盤 填料框架、槽鋼與牛腿 微孔曝氣設備安裝 微孔曝氣設備的清水檢驗 生物接觸氧化池的設計計算 1.生物接觸氧化池的有效容積 （即填料體積）V Nv qv V ses )( 0 式中： qv：平均日設計流量，m3/d； s0、 se：分別為進水與出 水的BOD5，mg/L； Nv：有機容積負荷率， kgBOD5/m3d（城市污水可 用1.01.8）。 2.生物接觸氧化池總面積A和 座數(shù)n 1 0 A A n h V A 式中： h0：填料高度，一般采用3.0 米； A1：每座池子的面積，m2， 一般小于25 m2 。 第四節(jié)第四節(jié) 生物流化床生物流化床 生物流化床的試驗研究生物流化床的試驗研究 幾種生物處理系統(tǒng)比表面積和負荷率的比較 膜 法 與 活 性 污 泥 法 相 結 合 膜法與活性污泥法