曝氣生物濾池精品課件

1、曝氣生物濾池第1頁，共65頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)38分，星期四 該技術(shù)的基本特點(diǎn)：具有去除SS、COD、BOD5、硝化、脫氮的作用，其最大特點(diǎn)是集生物氧化和截留懸浮固體于一體，節(jié)省了后續(xù)二次沉淀池，在保證處理效果的前提使處理工藝簡化。此外，曝氣生物濾池工藝有機(jī)物容積負(fù)荷高、水力負(fù)荷大、水力停留時(shí)間短、所需基建投資少、能耗及運(yùn)行成本低，同時(shí)該工藝出水水質(zhì)高。 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濾料

2、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生化反應(yīng)得到降解，填料同時(shí)起到物理過濾作用。第2頁，共65頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)38分，星期四二. 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。第3頁，共65頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)38分，星期四 從上圖可看出，曝氣生物濾池的結(jié)構(gòu)形式與普通快濾池類似，其主體由濾池

3、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足所要求的流態(tài)，布水布?xì)饩鶆?，填料安裝和維護(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。第4頁，共65頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)38分，星期四 2 濾料

4、從生物濾池處理污水的發(fā)展?fàn)顩r來看，接觸填料的選取較為重要。國內(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

5、學(xué)穩(wěn)定性，形狀應(yīng)盡量接近圓形，工程中一般選用鵝卵石作為承托層。第5頁，共65頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)38分，星期四 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。 對于下向流濾池，該布水系統(tǒng)主要用作濾池的反沖洗布水和收集凈化水

6、用。配水濾頭見圖2。 第6頁，共65頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)38分，星期四 濾池的反沖洗：濾池在運(yùn)行時(shí)生物濾料層截留部分懸浮物、生物絮凝吸附的部分膠體顆粒和微生物膜在新陳代謝過程中增殖老化脫落的微生物膜，這些物質(zhì)的過多存在顯著地增加了曝氣生物濾池的過濾阻力，會使處理能力減小和處理出水水質(zhì)下降，所以運(yùn)行一定時(shí)間必須對濾池進(jìn)行反沖洗，將這些物質(zhì)通過反沖洗隨沖洗水排出濾池外，保證濾池的正常運(yùn)行。一般沖洗周期比較長，運(yùn)行12天左右才沖洗一次， 如果布水系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理或安裝達(dá)不到要求，使反沖洗時(shí)配水不均勻，將產(chǎn)生下列不良后果： （1）使整個(gè)生物濾池沖洗不均勻，部分區(qū)域沖洗強(qiáng)度大，部分區(qū)域沖洗強(qiáng)

7、度小。運(yùn)行時(shí)濾料層內(nèi)截留大量懸浮物質(zhì)，這些物質(zhì)的存在顯著地增加了生物濾池的過濾能力，使處理能力下降；同時(shí)也使水溶液主體的溶解氧和生物易降解的有機(jī)物與生物膜上微生物之間的傳質(zhì)效率下降，影響生物濾池對有機(jī)物的去除效率。反沖洗的目的就是使這些物質(zhì)隨反沖洗水排掉，保證生物濾池正常穩(wěn)定運(yùn)行，如果反沖洗布水不均勻，使部分區(qū)域反沖洗達(dá)不到要求，該區(qū)域的生物濾料中雜質(zhì)沖洗不干凈，將影響生物濾池對污染物的去除效果。第7頁，共65頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)38分，星期四 （2）沖洗強(qiáng)度大的區(qū)域，由于水流速度過大，會沖動承托層，引起生物濾料與承托層混合，甚至引起生物濾料的流失，有時(shí)也會引起布?xì)庀到y(tǒng)的松動，對

8、曝氣生物濾池造成極大危害。 除上述采用濾板和配水濾頭的配水方式以外，國內(nèi)也有小型的曝氣生物濾池采用柵型承托板和穿孔布水管（管式大阻力配水方式）的配水形式。曝氣生物濾池一般采用的管式大阻力配水方式，其形式如圖3 所示。 第8頁，共65頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)38分，星期四第9頁，共65頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)38分，星期四5布?xì)庀到y(tǒng) 布?xì)庀到y(tǒng)包括：工藝曝氣系統(tǒng)和進(jìn)行氣-水聯(lián)合反沖洗時(shí)的供氣系統(tǒng)。a. 工藝曝氣系統(tǒng)： 是保持曝氣生物濾池中足夠的溶解氧并維持曝氣生物濾池內(nèi)生物膜高活性、對有機(jī)物和氨氮的高去除率的必備條件。一般采用鼓風(fēng)曝氣形式，良好的充氧方式應(yīng)有高的氧吸收率。 最簡

9、單的曝氣裝置可采用穿孔管。穿孔管屬大、中氣泡型，但氧利用率較低，僅為3%4%，其優(yōu)點(diǎn)是不易堵塞，造價(jià)低。在實(shí)際應(yīng)用中有充氧曝氣與反沖洗曝氣共用同一套布?xì)夤艿男问?，但由于充氧曝氣需氣量比反沖洗時(shí)需氣量小，因此配氣不易均勻。共用同一套布?xì)夤茈m然能減少投資，但運(yùn)行時(shí)不能同時(shí)滿足兩者的需要，影響曝氣生物濾池的穩(wěn)定運(yùn)行。在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)此辦法利少弊多，最好將兩者分開，單獨(dú)設(shè)立一套曝氣管，以保持正常運(yùn)行；同時(shí)另設(shè)立一套反沖洗布?xì)夤?，以滿足反沖洗布?xì)獾囊蟆?第10頁，共65頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)38分，星期四 現(xiàn)在國內(nèi)外曝氣生物濾池常用生物濾池專用曝氣器作為濾池的空氣擴(kuò)散裝置，如德國PHILLIP

10、 MLLER公司的 OXAZUR空氣擴(kuò)散器、華騏環(huán)保公司的單孔膜空氣擴(kuò)散器專利產(chǎn)品。單孔膜空氣擴(kuò)散器按一定間隔安裝在空氣管道上，空氣管道又被固定在承托濾板上，單孔膜空氣擴(kuò)散器一般都設(shè)計(jì)安裝在濾料承托層里，距承托板約0.10.15m，使空氣通過擴(kuò)散器并流過濾料層時(shí)可達(dá)到30%以上的氧利用率。該種擴(kuò)散器的另一個(gè)特點(diǎn)是不容易堵塞，即使堵塞也可用水進(jìn)行沖洗。單孔膜空氣擴(kuò)散器見圖4,濾板、濾頭、單孔膜空氣擴(kuò)散器總成見圖5。第11頁，共65頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)38分，星期四第12頁，共65頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)38分，星期四第13頁，共65頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)38分

11、，星期四第14頁，共65頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)38分，星期四6. 反沖洗系統(tǒng) 曝氣生物濾池反沖洗系統(tǒng)與給水處理中的V型濾池類似，采用氣水聯(lián)合反沖洗，其目的是：去除生物濾池運(yùn)行過程中截留的各種顆粒及膠體污染物以及老化脫落的微生物膜。曝氣生物濾池氣水聯(lián)合反沖洗通過濾板及固定其上的配水長柄濾頭實(shí)現(xiàn)。 反沖洗過程程序：先降低濾池內(nèi)的水位并單獨(dú)氣洗，而后采用氣水聯(lián)合反沖洗，最后再單獨(dú)采用水洗。在反沖洗過程中必須掌握好沖洗強(qiáng)度和沖洗時(shí)間，既要達(dá)到使截留物質(zhì)沖洗出濾池，又要避免對濾料過分沖刷，使生長在濾料表面的微生物膜脫落而影響處理效果。 反沖洗時(shí)刻的測定：可通過運(yùn)行時(shí)間、濾料層阻力損失、水質(zhì)參

12、數(shù)等來完成，一般是由在線檢測儀表將檢測數(shù)據(jù)反饋給PLC，并由PLC系統(tǒng)來自動控制和操作。第15頁，共65頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)38分，星期四7. 出水系統(tǒng) 出水系統(tǒng)有采用周邊出水和采用單側(cè)堰出水等。在大、中型污水處理工程中，為了工藝布置方便，一般采用單側(cè)堰出水較多，并將出水堰口處設(shè)計(jì)為60。斜坡，以降低出水口處的水流流速；在出水堰口處設(shè)置柵形穩(wěn)流板以將反沖洗時(shí)有可能被帶至出水口處的陶粒與穩(wěn)流板碰撞，導(dǎo)致流速降低而在該處沉降，并沿斜坡下滑回濾池中。第16頁，共65頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)38分，星期四8. 管道和自控系統(tǒng) 曝氣生物濾池既要完成有機(jī)污染物的降解功能，也要完成對

13、污水中各種顆粒及膠體污染物以及老化脫落的微生物膜的截留功能，同時(shí)還要完成實(shí)現(xiàn)濾池本身的反沖洗，這幾種方式交替運(yùn)行。對于小型工業(yè)廢水處理中，濾池的控制可以簡單些，甚至可以采用手動控制；而對于城鎮(zhèn)污水處理廠，由于污水處理模較大，一般有若干組濾池模塊拼裝而成，而且在運(yùn)行中還要根據(jù)需要進(jìn)行若干組濾池之間的切換，若采用手動控制則工作量較大且較難完成。為提高濾池的處理能力和對污染物的去除效果，所以必須有PLC控制系統(tǒng)來自動完成對濾池的運(yùn)行控制，需要設(shè)計(jì)必要的自控系統(tǒng)。第17頁，共65頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)38分，星期四 三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

14、用污水下向流過濾，通過濾池下部通風(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)行中會產(chǎn)生以下缺陷: (1) 采用污水下向流過濾和自然通風(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，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

15、、均勻的通風(fēng)量；濾池堵塞會影響自然通風(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。第18頁，共65頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)38分，星期四2. 上向流曝氣生物濾池的特點(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； (2)采用氣水平行上向流，使空間過

16、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)，延長反沖洗周期，減少清洗時(shí)間和清洗時(shí)的水、氣量。第19頁，共65頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)38分，星期四（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^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，從而不能滿足其在代謝過程中所需的氧量，

17、使得濾池的有機(jī)負(fù)荷較低，一般BOD5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而不會產(chǎn)生濾池厭氧現(xiàn)象。 第20頁，共65頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)38分，星期四 (4)普通

18、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)置的反沖洗系統(tǒng)可以在需要時(shí)通過人工或自動利用適量的水、氣量來對濾料進(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，被儲存在清水池中備用。第21頁，共65頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)38分，星期四第22頁，共65頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)38分，星期四第23頁，共65頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)38分，星期四四. 曝氣生物濾池與其它處理工藝的

19、比較 除了曝氣生物濾池自身的優(yōu)點(diǎn)之外，曝氣生物濾池與其它生物處理方法相比還具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： 1） 較小的池容和占地面積 曝氣生物濾池的BOD5容積負(fù)荷可達(dá)到56kgBOD5/m3.d，是常規(guī)活性污泥法或接觸氧化法的612倍，所以它的池容和占地面積只有活性污泥法或接觸氧化法的1/10左右，大大節(jié)省了占地面積和大量的土建費(fèi)用。 2） 高質(zhì)量的處理出水 在BOD5容積負(fù)荷為6kgBOD5/m3.d時(shí)，其出水SS和BOD5可保持在8mg/l以下，CODcr可保持在40mg/l以下，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國家污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)之一級標(biāo)準(zhǔn)。 3） 簡化處理流程 由于曝氣生物濾池對SS的生物截流作用，使出水中的活性污泥很

20、少，故不需設(shè)置二沉池和污泥回流泵房，處理流程簡化，使占地面積進(jìn)一步減少。第24頁，共65頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)38分，星期四 4） 基建費(fèi)用、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用節(jié)省 由于該技術(shù)流程短、池容積小和占地省，使基建費(fèi)用大大低于常規(guī)二級生物處理。同時(shí)，粒狀填料使得充氧效率提高，可節(jié)省能源消耗。 5) 管理簡單 曝氣生物濾池抗沖擊負(fù)荷能力很強(qiáng)，沒有污泥膨脹問題，微生物也不會流失，能保持池內(nèi)較高的微生物濃度，因此日常運(yùn)行管理簡單，處理效果穩(wěn)定。 6）設(shè)施可間斷運(yùn)行 由于大量的微生物生長在粒狀填料粗糙多孔的內(nèi)部和表面，微生物不會流失，即使長時(shí)間不運(yùn)轉(zhuǎn)也能保持其菌種，如長時(shí)間停止不用后再使用，其設(shè)施可在幾天

21、內(nèi)恢復(fù)正常運(yùn)行。第25頁，共65頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)38分，星期四第26頁，共65頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)38分，星期四第27頁，共65頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)38分，星期四第28頁，共65頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)38分，星期四第29頁，共65頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)38分，星期四第二節(jié) 微生物膜在濾料載體表面的固定 微生物膜的形成首先須在載體表面附著，然后才能在適宜的生存條件下進(jìn)行新陳代謝并增殖，最后形成具有一定厚度和密度的微生物膜。因此，微生物在載體表面附著過程是生物膜形成的關(guān)鍵步驟，它將直接影響生物膜的生物及生理功效以及生物濾池的啟動

22、運(yùn)行周期。一 微生物膜固定的過程 微生物在載體表面附著固定過程可以看作為載體表面與微生物表面間的相互作用，微生物在載體表面附著固定一方面取決于微生物表面的特性，另一方面依賴于所用載體的表面物理化學(xué)特性。 微生物在載體表面附著、固定過程包括以下步驟：液相中的懸浮微生物向載體表面運(yùn)送可逆附著不可逆附著固定微生物增長并形成生物膜。第30頁，共65頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)38分，星期四 1懸浮微生物向載體表面運(yùn)送 微生物從液相向載體表面的運(yùn)送主要是通過以下兩種方式完成的： 1） 主動運(yùn)送： 微生物借助于水力動力學(xué)及各種擴(kuò)散力向載體表面遷移； 2） 被動運(yùn)送： 它是由布朗運(yùn)動、微生物自身運(yùn)動、

23、重力或沉降作用完成。 一般來說，主動運(yùn)送是微生物從液相轉(zhuǎn)移到載體表面的主導(dǎo)力量，特別是在動態(tài)環(huán)境中，它是微生物長距離移動的主導(dǎo)力量。另一方面，微生物個(gè)體一般都非常小，通常在1m左右，所以微生物個(gè)體可按膠體粒子處理，微生物自身的布朗運(yùn)動增加了微生物與載體表面的接觸機(jī)會。第31頁，共65頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)38分，星期四2可逆附著過程 微生物被運(yùn)送到載體表面后，二者間將直接發(fā)生接觸，通過各種物理或化學(xué)力作用使微生物附著固定于載體表面。在微生物與載體表面接觸的最初階段，微生物與載體間首先形成的是可逆附著，微生物在載體表面的可逆附著實(shí)際上反映的是一個(gè)附著與脫析的雙向動態(tài)過程，因?yàn)榄h(huán)境中存

24、在的水力學(xué)力或是簡單的布朗運(yùn)動或是微生物自身的運(yùn)動都可能使已附著在載體表面的微生物重新返回懸浮液相中去。一般來講，造成這種可逆附著過程的力主要是物理及化學(xué)相互作用，在這一階段微生物的增長不起主要作用。在可逆附著過程中可能起作用的各種物理及化學(xué)力主要為：范德華力、異電引力、熱力學(xué)力、表面張力、表面自由能、表面臨界張力。第32頁，共65頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)38分，星期四3 不可逆附著過程 不可逆附著過程是可逆附著過程的延續(xù)，這種不可逆附著過程通常是由于微生物分泌一些粘性代謝物質(zhì)所造成的，如多聚糖等。這些體外多聚糖類物質(zhì)起到了生物粘結(jié)作用，因此這階段附著的微生物不易被中等水力剪切力所沖

25、刷掉。在實(shí)際運(yùn)行中，若能夠保證微生物與載體間的接觸時(shí)間充分，即微生物有時(shí)間進(jìn)行生理代謝活動，那么不可逆附著固定過程就可發(fā)生。事實(shí)上，可逆和不可逆附著的區(qū)別就在于是否有生物聚合物參與微生物與載體表面間的相互作用，不可逆附著是形成生物膜群落的基礎(chǔ)。4固定微生物的增長 經(jīng)過不可逆附著過程后，微生物在載體表面獲得一個(gè)相對穩(wěn)定的生存環(huán)境，它將利用周圍環(huán)境所提供的其生存所需營養(yǎng)物質(zhì)不斷進(jìn)行新陳代謝，不斷繁殖，逐漸形成成熟的微生物膜。第33頁，共65頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)38分，星期四三 微生物膜分析技術(shù)（一）生物膜的剝落 與活性污泥法中微生物的存在形式不同，生物膜是固定在載體的表面，很難測定其

26、重量。一般常用的方法是在分析以前，首先將生物膜從載體表面剝落下來。生物膜的剝落技術(shù)在多項(xiàng)分析中起著關(guān)鍵作用，剝落回收率的高低直接影響其他分析的精確度，目前比較有效的剝落方法包括機(jī)械剝落、超聲波剝落、超聲波+化學(xué)剝落。1 機(jī)械剝落 對于形狀規(guī)則、表面光滑的載體可靠慮用簡單的剝落法使生物膜脫離載體表面，這種方法簡單又易于操作，但不適用表面具有孔隙或粗糙度較大的載體。2超聲波剝落 對于形狀不規(guī)則載體，可先將生物載體置于水中然后利用超聲波沖擊剝落生物膜。第34頁，共65頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)38分，星期四3超聲波+化學(xué)剝落 生物膜與載體之間通常是由體外多聚物所膠聯(lián)，在這種情況下，若使用單純

27、的超聲波進(jìn)行生物膜脫落，一般需要超聲波的功率較高，作用時(shí)間較長?？紤]到生物膜體外多聚物的特性，有人提出可將生物載體首先置于1M的堿液中，并在6080保持30min的水溶。經(jīng)過這樣的處理后生物膜與載體表面的膠聯(lián)程度大大降低，這時(shí)再經(jīng)超聲波處理，可在較低的功率和較短的時(shí)間下得到非常好的剝落效果。(二）生物膜干重 生物膜干重的測量方法如下：首先從生物膜反應(yīng)器中取出一定量的生物膜載體，用蒸餾水輕輕沖洗，以便去除表層未固定的生物量。經(jīng)洗滌后的生物膜載體便可用上述生物膜剝落方法中的一種進(jìn)行生物膜剝落。剝落后，含有生物膜的溶液經(jīng)事先稱重的0.45m濾膜過濾，然后將濾膜置于溫控在105的烘箱內(nèi)烘至恒重,過濾前

28、后濾膜的重量之差即為剝落的生物膜重。最后可把生物膜絕對干重折算成單位載體表面或單位載體體積所有的生物膜量。第35頁，共65頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)38分，星期四（三） 生物膜TOC 細(xì)胞的結(jié)構(gòu)骨架主要是由有機(jī)碳組成，通過測定生物膜總有機(jī)碳含量，即TOC，可間接了解生物膜膜重的變化。特別是對于硝化生物膜等增長緩慢的微生物，其生物膜量一般較少，不便用直接干重法測定，在此情況下生物膜TOC的分析更具有準(zhǔn)確性。 目前TOC的分析已經(jīng)儀器化，可方便、快捷地分析可溶性TOC含量。經(jīng)過剝落后含有生物膜的樣品經(jīng)過酸化后，可直接注入TOC分析儀進(jìn)行熱解，有機(jī)物全部轉(zhuǎn)化成為二氧化碳，最終得到樣品的總有機(jī)

29、碳含量。（四）生物膜COD 與TOC一樣，生物膜的化學(xué)需氧量（COD）同樣可間接描述生物膜，這種方法在生物膜反應(yīng)器動力學(xué)研究中應(yīng)用較廣。生物膜COD的分析，關(guān)鍵在于生物膜的剝落，經(jīng)驗(yàn)表明在生物膜COD分析中，超聲波加堿液剝落法效果好。第36頁，共65頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)38分，星期四第三節(jié) 曝氣生物濾池中生物濾料的選擇一生物濾料的種類及性能 生物濾料主要可分為無機(jī)類濾料和有機(jī)類濾料兩大類。而由于選用了不同的濾料，所以在曝氣生物濾池的發(fā)展過程中，由于濾料的種類不同而產(chǎn)生了如BIOCARBONE、BIOFOR、BIOSTYR三種具有代表性的工藝。（一）無機(jī)類濾料 無機(jī)類濾料主要由無機(jī)

30、材料組成，在生物濾池的最初階段，人們用得最多的生物濾料是砂石，而到近年的曝氣生物濾池發(fā)展過程中，無機(jī)類濾料逐漸從砂石發(fā)展到活性火山巖、沸石類、礦渣以及陶瓷材料等，如BIOCARBONE工藝中采用的濾料主要為砂石，而BIOFOR工藝中采用的濾料主要為活性火山巖，而目前國內(nèi)在曝氣生物濾池中使用最廣泛的濾料是性能與活性火山巖類似的輕質(zhì)生物陶粒。第37頁，共65頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)38分，星期四 球型輕質(zhì)多孔生物陶粒的成分：是以粉煤灰為主要原料，粘土為粘接劑和添加少量造孔劑，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成的。首先需將粘土烘干，并粉碎到粒度小于100目。然后按配方取粉煤灰55%、粘土粉30%、煉鋼赤泥10

31、%、造孔劑5%進(jìn)行干粉混合，然后加入20%的水混合均勻，并造粒成型，粒度一般為36mm左右。濕顆粒需先在干燥室內(nèi)烘干，然后放入爐內(nèi)在9501100的高溫下熔燒而成。 球型輕質(zhì)多孔生物陶粒的外表特征：外表呈灰黃色，表皮堅(jiān)硬，內(nèi)部為鉛灰色，多孔質(zhì)輕。陶粒表面較粗糙，不規(guī)則，有很多孔徑較大的孔洞，相互之間不相通，由于這種陶粒表面主要是一些開孔大于0.5以上的孔洞，而細(xì)菌直徑為0.51.0，這對于微生物附著生長是有利的，其表面孔洞電鏡照片見圖3-1。 第38頁，共65頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)38分，星期四第39頁，共65頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)38分，星期四第40頁，共65頁，20

32、22年，5月20日，20點(diǎn)38分，星期四（二） 有機(jī)類濾料 曝氣生物濾池中使用最多的有機(jī)類濾料是比重小于水的粒狀或短管狀聚合物濾料，而選用的工藝主要是濾料層為懸浮狀的BIOSTYR和懸浮濾料接觸氧化生物濾池專利技術(shù)。 隨著聚合物加工技術(shù)的不斷進(jìn)步，具有不同功能的聚合物濾料不斷出現(xiàn)，這些濾料在強(qiáng)度、比重等方面具有較為明顯的特點(diǎn)。但由于這些聚合物濾料比重一般均比水輕，為了使濾料在運(yùn)行過程中既起到生物降解的作用又能截留懸浮物質(zhì)，所以與采用無機(jī)濾料的固定床曝氣生物濾池相比，其濾料層均為懸浮狀，而采用的水流流態(tài)也為單一的上向流態(tài)。目前國內(nèi)選用較多的有機(jī)類濾料主要為以聚苯乙烯為材料的泡末類球型濾珠，粒徑一

33、般為38mm，堆積容重為100200kg/m3，外表光滑無孔，而內(nèi)部富含閉孔，不吸水，懸浮于水中。 第41頁，共65頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)38分，星期四二 生物濾料的選擇原則 （一）生物濾料的物理特性 生物濾料的物理特性主要指濾料的外觀形狀和強(qiáng)度要求。 1）外觀形狀：為了提高濾料的水力學(xué)特性，一般要求生物濾料具有較規(guī)則的形狀，以球型為佳。過去國內(nèi)生物濾池所用的濾料均為不規(guī)則狀，如碎石、礦渣、焦碳、無煙煤等，不規(guī)則濾料的水流阻力大，易堵塞，布水布?xì)獠灰拙鶆?，因而限制了生物濾池在國內(nèi)污水處理中的應(yīng)用。同時(shí)，生物濾料表面必須粗糙，以利于掛膜。因?yàn)楸砻娲植诙纫环矫媸悄芊窈芸煨纬沙跗谏锬さ?/p>

34、主要原因，另一方面在反沖洗時(shí)又可減少生物膜的脫落程度。表面粗糙度大，初期掛膜快；表面粗糙度小，初期掛膜慢，同時(shí)反沖洗時(shí)微生物膜容易脫落。2）多孔性：濾料表面的多孔性為菌膠團(tuán)提供最佳的生長條件。 第42頁，共65頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)38分，星期四 3）機(jī)械強(qiáng)度：在曝氣生物濾池的運(yùn)行過程中，存在著不同強(qiáng)度的水力剪切作用以及濾料之間的滾動磨擦過程，所以生物濾料必須具有可以滿足在不同強(qiáng)度的水力剪切作用以及濾料之間摩擦碰撞過程中破損率低的機(jī)械強(qiáng)度要求。如果生物濾料本身不具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，那么在運(yùn)行過程中勢必引起不同程度的破損而喪失其功能，使濾池內(nèi)的生物量呈現(xiàn)不規(guī)律變化，其直接后果會導(dǎo)致出

35、水水質(zhì)擾動，布水布?xì)舛搪贰?4） 比重：濾料比重過大，造成在反沖洗時(shí)濾料懸浮困難或使反沖洗時(shí)能耗增加；比重過小，又不易于濾料在反應(yīng)器中的運(yùn)行工況，且易引起跑料，因此濾料比重需在一定范圍之內(nèi)。第43頁，共65頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)38分，星期四（二）生物濾料的物理化學(xué)特性 1） 生物穩(wěn)定性：生物膜在新陳代謝過程中會產(chǎn)生各種各樣的代謝產(chǎn)物，這些產(chǎn)物有些會對濾料產(chǎn)生腐蝕作用，所以濾料必須具有較好的生物化學(xué)穩(wěn)定性。濾料必須具備抗腐蝕性強(qiáng)；具有惰性，不參與生物膜的生物化學(xué)反應(yīng)；本身是不可生物降解的。 2）化學(xué)穩(wěn)定性：微生物生存的介質(zhì)是由各種化學(xué)成分組成的，所以濾料置于這樣的介質(zhì)中時(shí)，必須對環(huán)

36、境中所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)表現(xiàn)為最大的惰性，并具有抗環(huán)境的化學(xué)腐蝕能力。 3）表面電性和親水性：根據(jù)物理化學(xué)中體系自由能最小原則，親水性微生物易于在親水性濾料表面附著、固定，而疏水性濾料有利于疏水性微生物在其表面固定。微生物一般帶有負(fù)電荷，而且親水，因此濾料表面應(yīng)帶有正電荷將有利于微生物固著生長，載體表面的親水性同樣有利于微生物的附著，使附著的生物膜數(shù)量盡可能地多。 4）對生物膜活性的影響：作為生物膜載體，其本身必須對所固定的微生物無害、無抑制性作用，不能影響微生物的活性。第44頁，共65頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)38分，星期四（三）水力學(xué)特性 濾料的水力學(xué)特性包括空隙率、比表面積、外觀形狀

37、等。1）空隙率：空隙率影響污水在生物濾池中的實(shí)際停留時(shí)間和生物膜量?？障堵试礁?，生物濾池阻力越小，同時(shí)需用濾料也少，降低造價(jià)。但空隙率高時(shí)濾料的比表面積較小，粒徑較大，影響單位體積濾料的生物膜量。2）比表面積：濾料一般應(yīng)選用比表面積大、開孔孔隙率高的多孔惰性載體，這種載體有利于微生物的接觸掛膜和生長，保持較多的微生物量；有利于微生物代謝過程中所需氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)以及代謝產(chǎn)生的廢物的傳質(zhì)過程。3）濾料形狀與水的流態(tài)： 影響濾料層中的水流阻力的因素主要是濾料的空隙率、比表面積和形狀尺寸。（四）濾料的經(jīng)濟(jì)性 第45頁，共65頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)38分，星期四第46頁，共65頁，2022年

38、，5月20日，20點(diǎn)38分，星期四第四節(jié) 曝氣生物濾池工藝流程一 曝氣生物濾池的基本類型 曝氣生物濾池主要有以下三種基本形式：1 BIOCARBONE生物濾池 該濾池的濾料為比重比水大的膨脹板巖或球形陶粒，結(jié)構(gòu)類似于普通快濾池。經(jīng)預(yù)處理的污水從濾池頂部流入，向下流出濾池，在濾池中下部進(jìn)行曝氣，氣水處于逆流。在反應(yīng)器中，有機(jī)物被微生物氧化分解，NH3-N被氧化成硝態(tài)氮，另外由于在生物膜內(nèi)部存在厭氧/兼氧環(huán)境，在硝化的同時(shí)能實(shí)現(xiàn)部分反硝化。在系統(tǒng)無脫N要求的情況下，經(jīng)處理后從濾池底部的出水可直接排出系統(tǒng)，其中一部分可留作反沖洗之用。如果有脫N要求，出水需進(jìn)入下一級后置反硝化濾池，或回流至前端的前置

39、反硝化濾池，同時(shí)需外加碳源供反硝化菌用。一般情況下，在單個(gè)BIOCARBONE濾池中不能同時(shí)取得理想的硝化/反硝化效果。 第47頁，共65頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)38分，星期四2 BIOSTYR生物濾池 BIOSTYR工藝是法國OTV公司對其原有BIOCARBONE的一個(gè)改進(jìn)，其結(jié)構(gòu)示意如圖4-4所示，流程圖如圖4-5。其濾料為比重小于1的球形有機(jī)顆粒，漂浮在水中。經(jīng)預(yù)處理的污水與經(jīng)硝化的濾池出水按一定回流比混合后進(jìn)入濾池底部。曝氣在濾池中間進(jìn)行，根據(jù)反硝化程度的不同將濾池分為不同體積的好氧和缺氧部分。在缺氧區(qū)，一方面反硝化菌利用進(jìn)水中的有機(jī)物作為碳源，將濾池中的NO3-N轉(zhuǎn)化為N2

40、,實(shí)現(xiàn)反硝化；另一方面，濾料上的微生物利用進(jìn)水中的溶解氧和反硝化產(chǎn)生的氧降解BOD。與此同時(shí)，一部分SS被截留在濾床內(nèi)，這樣便減輕了好氧段的固體負(fù)荷。經(jīng)過缺氧段處理的污水進(jìn)入好氧段，在好氧段微生物利用從氣泡轉(zhuǎn)移到水中的溶解氧進(jìn)一步降解BOD，硝化菌將NH3-N氧化為NO3-N，濾床繼續(xù)截留在缺氧段沒有被去除的SS。流出濾層的水經(jīng)上部濾頭排出，濾池出水除按回流比與原水混合進(jìn)行反硝化及用作反沖洗外，其余均排出處理系統(tǒng)。 如果在BIOSTYR中，只需進(jìn)行單獨(dú)硝化或反硝化，只需將曝氣管的位置設(shè)置在濾池底部即可。第48頁，共65頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)38分，星期四第49頁，共65頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)38分，星期四第50頁，共65頁，2022年，5月20日，