水污染控制工程4桂林工學(xué)院-生物膜法

1、水污染控制工程（下） 主講：成官文 教學(xué)要求： 1、掌握生物膜法的微生物學(xué)特征和工藝特征 2、掌握高負(fù)荷生物濾池、曝氣生物濾池、塔式生物濾池 以及生物轉(zhuǎn)盤三相傳質(zhì)和工藝運行特點。 3、掌握生物接觸氧化特點及其工藝設(shè)計 教學(xué)時數(shù)： 8h 第五章污水的生理處理第五章污水的生理處理 生物膜法生物膜法 一、 概 述 生物膜是使細(xì)菌、放線菌、藍(lán)綠細(xì)菌一 類的微生物和原生動物、后生動物、藻類、 真菌一類的真核微生物附著在濾料或某些載 體上生長繁殖，并在其上形成膜狀生物污泥。 生物膜法：污水經(jīng)過從前往后具有細(xì)菌原 生動物后生動物、從表至里具好氧間氧 厭氧的生物處理系統(tǒng)而得到凈化的生物處 理技術(shù)。 1、生物構(gòu)

2、造及其對有機(jī)物的降解 構(gòu)造：生物膜(好氧層兼氧層厭氧層)附著水層(高親水 性)。 微生物：沿水流方向為細(xì)菌原生動物后生動物的食 物鏈或生態(tài)系統(tǒng)。具體生物以菌膠團(tuán)為主、輔以球衣菌、藻 類等，含有大量固著型纖毛蟲（鐘蟲、等枝蟲、獨縮蟲等） 和游泳型纖毛蟲（楯纖蟲、豆形蟲、斜管蟲等），它們起到 了污染物凈化和清除池內(nèi)生物（防堵塞）作用。 污染物：重輕(相當(dāng)多污帶中污帶中污帶寡污帶). 供氧：借助流動水層厚薄變化以及氣水逆向流動，向生物膜 表面供氧。 傳質(zhì)與降解：有機(jī)物降解主要是在好氧層進(jìn)行，部分難降解 有機(jī)物經(jīng)兼氧層和厭氧層分解，分解后產(chǎn)生的H2S，NH3 等以及代謝產(chǎn)物由內(nèi)向外傳遞而進(jìn)入空氣中，好

3、氧層形成的 NO3 N、NO2N等經(jīng)厭氧層發(fā)生反硝化，產(chǎn)生的 N2也向外而散入大氣中。 生物膜更新：經(jīng)水力沖刷，使膜表面不斷更新（DO及污染 物），維持生物活性（老化膜固著不緊）。 2、生物膜的主要特征： 1）微生物相方面的特征： a、參與凈化反應(yīng)微生物多樣化。與活性污泥法相比，膜 法具有更好的生物多樣性，生物膜固著在載體上時間長或生 物平均停留時間（泥齡）長，其除細(xì)菌廣泛存在外，世代時 間長、比增殖速度小的微生物，如硝化菌等也大量存在，此 外，絲狀菌，藻類眾多，線蟲、纖毛蟲、輪蟲以及昆蟲等也 都較廣泛地存在（見P200表5-1）。 b、食物鏈長，污泥產(chǎn)率低。生物膜的生物中動物性營養(yǎng)所 占比例

4、較大，能棲息高營養(yǎng)水平的生物，其在捕食性纖毛蟲， 線蟲之上還棲息有寡毛類和昆蟲，因而污泥少。 c、能夠存活世代較長的微生物，在生物膜法中，Qc與污水 的停留時間無關(guān)，因此硝化細(xì)菌等可以增值（特別是在冬季 低溫）。 d、可分段運行，形成優(yōu)勢微生物種群，提高降解能力。 2）工藝方面的特征： a、對水質(zhì)水量變動有較強(qiáng)適應(yīng)性順?biāo)鞣较蛐纬闪宋?生態(tài)系統(tǒng)。 b、污泥沉降性能好，宜于固液分離。膜法污泥的生物組分 中動物所占比重較大，含水率相對低，且剝落泥塊體積較大， 故沉降性能好，宜固液分離。但若厭養(yǎng)層過厚，剝落污泥中 有輕散顆粒，影響出水水質(zhì)。 c、能處理低濃度污水。生物膜能處理活性污泥法不能處理 的低

5、濃度污水和微污染的原水，使B0D5降至5-10mg/L。 d、易于維護(hù)管理、節(jié)能。無污泥回系統(tǒng)，甚至無曝氣系統(tǒng)， 節(jié)能并易運行管理。 與活性污泥法相比： 活性污泥法系人工強(qiáng)化生物處理系統(tǒng)，生物量大，處理能 力強(qiáng)，而膜法更趨于自然凈化原理。 活性污泥法為人工強(qiáng)化三相傳質(zhì)，膜法趨向濃度差擴(kuò)散傳 質(zhì)，傳質(zhì)效果較活性污泥差，處理效率較活性污泥差。 適于工業(yè)廢水處理站和小規(guī)模生活污理廠。 二、 生 物 濾 池 1、概述；原理：土壤自然凈化原理 進(jìn)展：早期濾料為石頭，磚塊、陶料等。其掛膜后易堵塞， 且負(fù)荷低；隨著濾料輕質(zhì)化，濾料可以高架與濾料層變厚， 因而可以增加水力負(fù)荷，改善氣液傳質(zhì)，提高負(fù)荷（形成高

6、負(fù)荷生物濾池）；也可以通過曝氣傳質(zhì)、提高負(fù)荷（接觸氧 化）。 2、普通生物濾池：(現(xiàn)在少見，只需要了解） 構(gòu)造：池體、濾料、布水裝置和排水系統(tǒng)(P204 圖5-2)。 a、池體、一般深22.5m，池壁超高0.50.9m(防風(fēng)),其 底部為承托層(排水系統(tǒng)和大塊濾料(起支撐、排水以及通水) 中部為工作層（掛膜），上部為配水系統(tǒng)，壁可設(shè)孔也可不 開孔，開孔在冬季有影響。 b、濾料：碎石、卵石、爐渣、焦炭等，總厚度1.52.0m,其 中工作層1.3-1.8m,粒徑20-40mm;承托層0.2m,粒徑70- 100mm。這種濾料比表面積較大,且較粗糙,易掛膜,孔隙率 一般,利于供氧與傳質(zhì),且易就地取材

7、,但材料比重大,荷載重, 工作層不厚,工作效率不變,占地大。 c、布水裝置：固定噴咀式布水系統(tǒng)即投配池、布水管、 噴咀組成。污水流入投配池是連續(xù)的，但布水是間歇式， 噴水周期5-8min。 投配池內(nèi)設(shè)虹吸裝置(間歇供水，使濾料排水后間歇充氧， 生物膜再生)。排水干管布設(shè)在濾池表面下0.5-0.8m，支 (豎)管依據(jù)噴咀服務(wù)半徑設(shè)置,高出濾料之上0.15-0.2m， 豎管上安裝噴咀，通過噴咀均勻布水。 d、排水系統(tǒng)：包括滲水裝置、匯水溝、總排水溝(或集水槽), 見圖5-2，匯水溝i=0.01-0.02(橫向)、集水槽i=0.05- 0.01(縱向書中出錯)。作用：排放處理后出水，保證間歇 階段的

8、通風(fēng)(底部h0.6m)；匯水溝寬0.15m，間距2.5- 4.0m(與布水間距一致)；排水溝內(nèi)流速0.7m/s； 滲水裝置可以是大塊濾料,也可以是圖5-4混凝土板,滲水裝 置排水口面積占濾池總面積的20%以上。 3、高負(fù)荷生物濾池： 1）特征：通過限制進(jìn)水BOD值(200mg/L)或采用處理水回 流，均化水質(zhì)，提高或加大水力負(fù)荷(10倍)，及時沖刷和更 新過厚生物膜，保持較高生物活性，改善處理環(huán)境狀況（抑 制厭氧、減少臭味散發(fā)）。 設(shè)原污水量Q、回流水量QR、則回流比RQR/Q，噴總水 量（1+R）Q，進(jìn)水BOD濃度Sa(S0RSe）/(1+R)，具 體工藝回流比R建議值見P207表5-3，城

9、市生活污水一般一 段1.5，二段各段1.0；對工業(yè)廢水可參照選取。 2）工藝流程 a、一段法（見P207圖5-5共5種典型流程）部分污泥回流， 圖中排剩余污泥無。 工藝1：污泥回流初沉池，濾池出水回流濾池，利于改善水 力負(fù)荷，減輕二沉池負(fù)荷。 工藝2：污泥回流初沉池，二沉池出水回流過濾池，（較工 藝1比，二沉池負(fù)荷略重）。 工藝3：污泥與二沉池出水同時回流初沉池，加大初沉池負(fù) 荷（二者回流量大）。 工藝4：具有吸附再生工藝特點，但出水水質(zhì)差，初沉水力 負(fù)荷大。 工藝5：濾池出水與污泥均回流到初沉池，初沉水力負(fù)荷大 b、當(dāng)污水濃度較高時或?qū)μ幚沓鏊筝^高時，建議考慮二 段法（見P208圖5-6

10、、7）。 二段法強(qiáng)化了優(yōu)勢生物種群，但第二段因污染物少或負(fù)荷率 低，生物膜生長差，其容積負(fù)荷未充分發(fā)揮。但二段法能很 好解決一段法生物膜積存與堵塞現(xiàn)象。為充分發(fā)揮二段法工 藝效果與作用，建議采用圖5-7的交替出水工藝。 。 3）構(gòu)造特點： 構(gòu)造與普通生物濾池同（池體、濾料、出水與排水系統(tǒng)）， 不同之處如下： a、池形.圓形（P210圖5-9） b、濾料：聚氯乙烯、聚苯乙烯和聚酰胺等制成的人工濾料， 濾料質(zhì)輕、耐蝕、高強(qiáng)，呈波狀、管狀和蜂窩狀，使濾料表 面積大，空隙率高（具體見P209表5-4）。當(dāng)采用自然通風(fēng) 時，濾層厚度2m，其中工作層1.8m，承托層0.2m；當(dāng) 采用人工通風(fēng)時，濾層厚度2

11、4m。 c、施轉(zhuǎn)式排水器（見P216圖5-10），在橫管的同一側(cè)開 有一系列間距不等的孔口，中心疏，二頭密，使污水從孔口 噴出時產(chǎn)生反作用力，從而反向自由旋轉(zhuǎn)布水（間歇或周 期）。豎管連接裝置具體見P210圖5-8。 4）裝置的需氧與供氧 a、生物膜量：由于在不同厚度的污水濃度不一樣， 其微生物量不一樣，進(jìn)水端生物膜厚，出水端生物 膜薄，故生物量計算困難。 生物膜量計算有二種方法。一種是測膜的厚度（不 同深度）用顯微鏡，后按表面積計算；另一種方 法是稱重法，先取定量的濾料或一定面積的膜稱重， 掛膜后再取一定量濾料或一定面積的濾料稱重（烘 干），得出單個濾料或單位面積的生物量。 b、需氧量O2a

12、BODrbPaSabP a（S0Se）bP 式中： a： 降解1KgBOD5所需氧量。對城市污水取1.46. b：單位重量生物膜的所需氧量，取值：對城市污 水0.18kg/kg. P：每m3濾料上的生物膜量。 C、濾池供氧： 生物濾池供氧是通過氣水逆向運動，由污水或膜表 面擴(kuò)散傳質(zhì)的。 其通風(fēng)傳質(zhì)的影響因素有：濾池內(nèi)外的溫差、風(fēng)力、 濾料類型、水力負(fù)荷（布水量），其中主要是溫差。 由于濾池內(nèi)部溫度較水溫略高（冬季），空氣向上 流動；夏季濾池內(nèi)溫度低于池外氣溫，空氣下向流 動。溫差與空氣流速的關(guān)系為： V0.075T-0.15(m/min)，當(dāng)溫差=2時， V=O，供氧效果不好。一般情況下溫差在

13、6左右， V=0.3m/min=432m/d.，即每m3濾料通過氣量 432m3，總供氧量4320.28=120.96kg。盡管其 氧的利用率低（5%左右），但供氣富裕，實際可利 用氧量6kg/m3。故采用BOD負(fù)荷1.2kg/m3d 時，供氧是沒問題的。 池體：一般采用負(fù)荷法計算。 取值：容積負(fù)荷1.2kgBOD5/（m3濾料.d）；表 面面積負(fù)荷1.12kgBOD5/（m3濾料.d）；水力 負(fù)荷1030m3/（m3.d），其主要取決于污水濃 度或回流比： a、進(jìn)水濃度（BOD）SaSe （Se為出水濃度）， 見表5-5的取值，它反映了其可降解的能力（1） Se。 b、回流稀釋倍數(shù) n（S0

14、Sa）/(Sa-Se) c、濾料容積V=Q(n+1)Sa/NV 為容積負(fù)荷. d、濾池表面積A=V/D D為濾料層高度。 或按表面負(fù)荷計算A= Q(n+1)Sa/NA NA面積負(fù)荷 或按水力負(fù)荷計算A= Q(n+1)/ Nq Nq 水力負(fù)荷 例題見213 例5-2 旋轉(zhuǎn)布水器計算與設(shè)計。 a、旋轉(zhuǎn)布水器的直徑D=D-200mm （D濾池直徑） b、布水橫管的數(shù)目及其管徑D，橫管數(shù)目一般2-4根 選擇數(shù)目依據(jù)管中流速v0.51.0m/s D（q/4 v） 0.5 q設(shè)計流量。 c、布水橫管的出水孔口數(shù)（m）、孔口直徑（d）及每個孔 口距池中心的距離(ri) 設(shè)計依據(jù)：V0.5m/s以及每個孔口的噴灑面積基本相等。 則 m1/1-(1-a/ D) a為最末端2個出流孔口間距的2 倍，取0.08m； 出口孔徑一般10-15mm，不得小于10mm。 每個出流孔口距濾池中心的距離(ri) riR（i/m）0.5 （中間間距大、外側(cè)小）R為布水半徑（D/2），i為從池 中心算起，每個孔口的排列順序，一般從300mm，開始逐 步減少到40mm。 d.每分鐘的施轉(zhuǎn)周數(shù)n34.78106/md2D e.工作水頭（包括沿程水程、局部水損，而局部水損又含孔 口阻力，管口降速水頭） Hh1h2h3 ，其中h