第二節(jié)生物膜法

第二節(jié)生物膜法

生物膜法與活性污泥法均屬于好氧生物處理技術(shù)。

共同點：是在有氧的條件下，利用好氧微生物來氧化分解污水中可生物降解的有機物。

不同點：微生物在處理構(gòu)筑物中的生存方式有所不同。一、生物膜法1.生物膜參與代謝的微生物附著在濾料或某些載體上，并在其上形成膜狀生物污泥——生物膜生物膜法是與活性污泥法平行發(fā)展的一種污水處理技術(shù)，是一種古老的、又在不斷發(fā)展中的污水生物處理技術(shù)；生物膜法技術(shù)特點：（1）微生物多樣化；（2）存在世代時間較長的微生物；（3）抗沖擊負(fù)荷性強；（4）污泥量少且具有良好的沉降性能；（5）維護(hù)方便、運行費用低2.生物膜法的基本流程初沉池——除去大部分的懸浮固體，防止生物膜堵塞二沉池——去除脫落的生物膜，提高出水水質(zhì)；

圖3-7

生物膜法的基本流程3.生物膜的形成與脫落（1）掛膜當(dāng)污水均勻地淋灑在介質(zhì)表面時，一部分廢水被吸附于濾料四周，成為濾料的附著水層（薄膜）。濾料間隙中的空氣可溶入水層作為溶解氧。由于條件適宜，附著于水層中的微生物可吸附污水中的有機物，通過迅速分解有機物而大量繁殖。此外，濾料表面也可吸附膠體物質(zhì)和截留懸浮物質(zhì)，逐漸在介質(zhì)表面形成黏液狀的、含有較多微生物的膜，稱為生物膜，這個過程叫掛膜。微生物不斷生長繁殖，生物膜厚度不斷增加，在結(jié)構(gòu)上形成了好氧層（1-2mm），達(dá)到一定厚度時再形成厭氧層；生物膜及其外圍結(jié)構(gòu)由外向內(nèi)依次為：

污水流動水層附著水層生物膜（分為好氧層和厭氧層）濾料圖3-8生物膜及其外圍結(jié)構(gòu)示意圖（2）生物膜的脫落當(dāng)厭氧層厚度增加到一定程度時，厭氧層微生物得不到營養(yǎng)而進(jìn)入內(nèi)源呼吸期，厭氧分解產(chǎn)生大量的硫化氫、氨氣、有機酸等代謝產(chǎn)物，從而減弱生物膜在惰性載體上的附著力，隨外部水流剪切力的作用脫落。一般認(rèn)為生物膜厚度為2-3mm較為理想，太厚會影響通風(fēng)，甚至造成堵塞。厭氧層一旦產(chǎn)生會使處理水質(zhì)下降，生物膜的更新脫落是完全必要的；3生物膜凈化廢水的原理生物膜呈蓬松的絮狀結(jié)構(gòu)，微孔多、表面積大，具有很強的吸附能力。生物膜微生物以吸附和沉積于膜上的有機物為營養(yǎng)料。增殖的生物膜脫落后進(jìn)入廢水，在二次沉淀池中被截留下來，成為污泥。如果有機物負(fù)荷比較高，生物膜對吸附的有機物來不及氧化分解時，能形成不穩(wěn)定的污泥，這類污泥需要進(jìn)行再處理，其處理水的NO3-可在2mg/L左右，BOD5去除率為60～90%。若負(fù)荷低，廢水經(jīng)過處理后，BOD5可以降到25mg/L以下，硝酸鹽（NO3-）含量在10mg/L以上。生物膜凈化污水示意圖生物膜的生物組成：細(xì)菌、真菌、藻類、原生動物、后生動物以及一些肉眼可見的蠕蟲、昆蟲的幼蟲組成。4.生物膜中的物質(zhì)遷移有機物降解在生物膜表層0.1-2mm的好氧生物膜內(nèi)進(jìn)行，主要發(fā)生3種物質(zhì)的遷移；圖3-9生物膜中各種物質(zhì)的遷移途徑5.生物膜的載體（填料）填料應(yīng)具備以下特性：（1）易硫化，但不宜流失；（2）易成膜，但無毒害作用；（3）能提供大的比表面積，以增加生物附著量；（4）價格低廉，容易取材；選擇填料時應(yīng)從以下方面考慮：（1）足夠的機械強度，以抵抗強烈的水流剪切力；（2）優(yōu)良的穩(wěn)定性，包括生物穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、熱力學(xué)穩(wěn)定性；（3）合適的親疏水性及良好的表面帶電特性；（4）不應(yīng)有毒性或?qū)ι锘钚杂幸种谱饔?；?）具備良好的物理性狀；（6）就地取材，價格合理；表3-1無機填料和有機填料的比較圖3-10各種材質(zhì)及性狀的濾料（填料）6.生物膜法的工藝分類按生物膜在水中存在的狀態(tài)可以分為三類：（1）潤壁型生物膜法——廢水和空氣沿固定或轉(zhuǎn)動接觸介質(zhì)表面的生物膜流過，如生物轉(zhuǎn)盤、生物濾池；（2）浸沒型生物膜法——濾料固定在曝氣池內(nèi)，完全浸沒在水中，采用鼓風(fēng)曝氣，如接觸氧化法；（3）流動床型生物膜法——使附著有生物膜的活性炭、沙等小粒徑接觸介質(zhì)懸浮流動于曝氣池中，如生物流化床；二

生物濾池法（bio-filterprocess）是以土壤自凈作用原理為依據(jù)，在廢水灌溉的基礎(chǔ)上發(fā)展起來；1893年，英國將廢水往粗大濾料上噴灑進(jìn)行凈化試驗取得了成功；1900年，這種凈化廢水的方法得到公認(rèn)，命名為生物過濾法，構(gòu)筑物被稱為生物濾池，并迅速在歐洲和北美得到廣泛應(yīng)用；普通生物濾池：水力負(fù)荷1-4m3/(m3濾料·d)，BOD5容積負(fù)荷0.1-0.4kg//(m3濾料·d)；

高負(fù)荷生物濾池：水力負(fù)荷5-40m3/(m3濾料·d)，BOD5容積負(fù)荷0.5-2.5kg//(m3濾料·d)；20世紀(jì)50年代，德國化學(xué)工程師蘇爾茲利用化工行業(yè)氣體洗滌塔的原理，創(chuàng)造了塔式生物濾池；

塔式生物濾池：水力負(fù)荷80-200m3/(m3濾料·d)，BOD5容積負(fù)荷1-2kg//(m3濾料·d)；1.生物濾池結(jié)構(gòu)由濾床、布水裝置和排水系統(tǒng)三部分組成。池壁濾料布水系統(tǒng)排水系統(tǒng)（1）濾床

濾床由濾料組成。濾料是微生物生長棲息的場所，濾料層高度一般為1.5-2m，常采用雙層，上層為工作層，一般1.3-1.8m，濾料直徑為30-50mm；下層為承托層，高0.2m，濾料直徑60-100mm；

池壁一般高出濾料表面0.5-0.9m，防止風(fēng)力影響池表面的均勻布水。理想的濾料應(yīng)具備下述特性：①單位體積濾料的表面積要大；能為微生物附著提供大量的表面積：②使污水以液膜狀態(tài)流過生物膜；③有足夠的空隙率，保證通風(fēng)（即保證氧的供給）和使脫落的生物膜能隨水流出濾池；④物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，對微生物的增殖無危害作用不被微生物分解，也不抑制微生物生長；⑤有一定機械強度；⑥價格低廉。濾料1、濾料特性2、常見濾料3、濾料的重要參數(shù)粒徑比表面空隙率4、濾料的發(fā)展趨勢

早期主要以拳狀碎石為濾料，此外，碎鋼渣、焦炭等也可作為濾料，其粒徑在3～8cm左右，空隙率在45%一50%左右，比表面積（可附著面積）在65～100m2/m3之間。從理論上，這類濾料粒徑愈小，濾床的可附著面積愈大，則生物膜的面積將愈大，濾床的工作能力也愈大。但粒徑愈小，孔隙就愈小，濾床愈易被生物膜堵塞，濾床的通風(fēng)也愈差，可見濾料的粒徑不宜太小。經(jīng)驗表明在常用粒徑范圍內(nèi)，粒徑略大或略小些，對濾池的工作沒有明顯的影響。60年代中期塑料工業(yè)發(fā)展起來以后，塑料濾料開始被廣泛采用。

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，孔隙率95%左右，比表面積在200m2/m3左右。環(huán)狀濾料比表面積在98-340m2/m3之間，空隙率為93%～95%波紋板狀濾料比表面積在81～195m2/m3之間，空隙率為93%一95%（2）布水設(shè)備布水設(shè)備有固定式和可動式兩種。固定式布水裝置由虹吸裝置、饋水池、布水管道和噴嘴組成，噴水是間隙的，所以布水不均勻，配水的水頭要高，配水池也較高（配水面高0.9～2.1m），故目前應(yīng)用較少。

可動式布水器組成及重要參數(shù)：水豎管和可旋轉(zhuǎn)的布水橫管組成，橫管可以是多根，布水小孔的直徑10～15mm，布水橫管距濾料表面的高度0.15～0.25m，噴水旋轉(zhuǎn)所需的水頭0.6～1.5m，布水器在水壓反推動力下旋轉(zhuǎn)。

旋轉(zhuǎn)布水器的特點：布水比較均勻，淋水周期短，水力沖刷作用強；缺點是噴水孔易堵，低溫時要采用防凍措施，僅適用于圓形池。旋轉(zhuǎn)布水器（3）排水系統(tǒng)

排水系統(tǒng)的作用：收集濾床流出的污水與生物膜；保證通風(fēng)；支撐濾料

排水系統(tǒng)組成：池子底面及開設(shè)于其上的溝渠。

重要參數(shù)：池子底面坡度(0.01～0.03)；排水溝坡度0.005～0.02。排水總渠坡度0.003～0.005。

要保證不積淤流速(通常采用0.6m／s)，排水渠穿過池壁的地方，應(yīng)設(shè)排水和通風(fēng)孔洞，通風(fēng)面積應(yīng)不小于過水?dāng)嗝?。排水口可設(shè)于池壁的一側(cè)或數(shù)側(cè)，但通風(fēng)口必須均勻分布于池壁的兩對邊或四周。新型的高負(fù)荷生物濾池，一般高8-24m，直徑1-3.5m；塔式結(jié)構(gòu)形式使濾池內(nèi)部形成較強的拔風(fēng)狀態(tài)，自然通風(fēng)良好；廢水自上而下滴落，水量負(fù)荷高，濾池內(nèi)水流紊動強烈，廢水、空氣、生物膜三者的接觸非常充分，大大地加快了污染物質(zhì)的傳質(zhì)速度；生物膜生長迅速，活性高，但易于堵塞，因此，一般進(jìn)水BOD5濃度控制在500mg/L以下；塔身一般沿高度分層建造，分層處設(shè)隔柵托承濾料；宜用輕質(zhì)濾料，自然通風(fēng)，塔底有0.4-0.6m高度的空間，周圍留有通風(fēng)孔；圖3-12塔式生物濾池構(gòu)造表3-2常用的三種生物濾池比較表3-2常用的三種生物濾池比較（續(xù)）

比較項

生物膜

出水

BOD5去除率技術(shù)特點2影響生物濾池性能的主要因素濾床的比表面積和孔隙率

濾料表面積愈大，生物膜的表面積也愈大，生物膜的量就愈多，凈化功能就愈強；孔隙率大，則濾床不易堵塞，通風(fēng)效果好，可為生物膜的好氧代謝提供足夠的氧。

濾床的高度

濾床的不同高度，生物膜量、微生物種類、去除有機物的速度等方面都是不同的。有機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。有機負(fù)荷與水力負(fù)荷

普通生物濾池的有機負(fù)荷為0.15～0.3kgBOD/（m3.d），高負(fù)荷生物濾池在1.1kgBOD/（m3.d）左右。有機負(fù)荷高，生物膜增長快，需要較高的水力負(fù)荷，一般是通過出水回流來解決。供氧

一般是自然通風(fēng)；影響濾池自然通風(fēng)的主要因素：①池內(nèi)溫度與氣溫之差；②濾池高度；③濾料孔隙率及風(fēng)力等；④濾池堵塞也會影響通風(fēng)。

回流在高負(fù)荷生物濾池的運行中，多用處理水回流。優(yōu)點：①增大水力負(fù)荷，促進(jìn)生物膜的脫落，防止濾池堵塞②稀釋進(jìn)水，降低有機負(fù)荷，防止?jié)舛葲_擊③

可向生物濾池連續(xù)接種，促進(jìn)生物膜生長④增加進(jìn)水的溶解氧，減少臭味

⑤防止濾池滋生蚊蠅3生物濾池部分小結(jié)

生物濾池凈化廢水主要依靠生物膜，但并不能簡單地認(rèn)為生物膜越多越好。生物濾池要得到凈化廢水的良好效果，沒有生物膜不行，生物膜太厚也不行，只有生物膜適中，濾料間通風(fēng)情況良好時，才有可能不產(chǎn)生厭氧層而獲得理想的凈化效果。創(chuàng)造這一良好的運行條件，主要通過控制適宜的水力沖刷能力及進(jìn)水有機負(fù)荷來實現(xiàn)。三生物轉(zhuǎn)盤1954年，德國建立第一座生物轉(zhuǎn)盤污水處理廠；20世界80年代，歐洲已建成2000多座生物轉(zhuǎn)盤；我國于20世紀(jì)70年代開始研究生物轉(zhuǎn)盤工藝，現(xiàn)已在印染、造紙、皮革和石油化工等行業(yè)的工業(yè)廢水處理中得到廣泛應(yīng)用；

圖3-13生物轉(zhuǎn)盤的構(gòu)造

盤片為質(zhì)輕、高強、耐腐的塑料，厚度2-10mm，直徑2-4m，間距10-30mm；盤片串聯(lián)在轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)軸距槽中水面10-25cm，由反應(yīng)槽兩端的支座支承，由電機帶動0.8-3rpm低速旋轉(zhuǎn)；轉(zhuǎn)盤的40%-45%浸沒于污水中，其余露在空氣中；盤片上的生物膜厚度一般為0.1-0.5mm；1.生物轉(zhuǎn)盤構(gòu)造2.生物轉(zhuǎn)盤工作原理當(dāng)轉(zhuǎn)盤浸沒水中時，有機物被生物膜吸附；當(dāng)轉(zhuǎn)盤離開水面時，固著水層從空氣中吸收氧，固著水層氧過飽和，轉(zhuǎn)移到生物膜和污水中；C.圓盤的攪動也使大氣中的O2進(jìn)入水中；D.盤上的生物膜與水、空氣交替接觸，盤片轉(zhuǎn)動一周，就進(jìn)行一次吸附-吸氧-氧化分解的過程，進(jìn)而去除

BOD、