第十講好氧生物膜法生物轉盤

第十講好氧生物膜法生物轉盤第1頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二發(fā)展概況1900年，生物轉盤的初始概念已在德國提出；1930年首次完成了用鐵皮做介質的轉盤試驗；世界上第一套有價值的生產設施是1930年以后在德國建成的,它的應用則延遲到20世紀50年代塑料工業(yè)興起之后，并取得了實質性進展；到1979年，德國和歐洲其它國家已有2000座投入運行，1981年日本安裝了1323座。70年代美國安裝了600套。到目前，全世界使用和安裝的不下于4000多套；國內從1972年開始，如北京市環(huán)境保護科學研究院等40多個單位也開展了應用實驗研究。第2頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二一、基本概念

厭氧膜好氧膜轉盤載體液膜廢水處于半靜止狀態(tài)，而微生物則在轉動的盤面上；轉盤40%的面積浸沒在廢水中，盤面低速轉動；盤面上生物膜的厚度與廢水濃度、性質及轉速有關，一般0.1~0.5mm。第3頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二轉盤工作簡圖第4頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二生物轉盤的特征：運行能耗較低；生物量多，凈化率高，適應性強，出水水質較好；生物膜上生物的食物鏈長，污泥產量少，為活性污泥法的1/2左右；維護管理簡單，功能穩(wěn)定可靠，無噪音，無灰蠅；受氣候影響較大，頂部需要覆蓋，有時需要保暖；占地面積較大，建設投資較高。第5頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二二、生物轉盤的組成盤片接觸反應槽轉軸與驅動裝置等?！獭痰?頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二生物轉盤的構成與系統(tǒng)組成轉速一般為18m/min；有一軸一段、一軸多段、以及多軸多段等形式；廢水的流動方式，有軸直角流與軸平行流。第7頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二1、盤片：①盤片的形狀：

外形：圓形、多角形及圓筒形；盤面：平板、凹凸板、波形板、蜂窩板、網狀板等。②盤片的厚度與材質：

要求質輕、薄、強度高，耐腐蝕等；一般厚度為0.5~1.0cm；常用材料有聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯及玻璃鋼等。③轉盤的直徑：2.0、2.5、3.0、3.5m。④盤片間距：一般為30mm，高密度型則為10~15mm。第8頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二2、接觸反應槽：①鋼板或鋼筋混凝土制成，橫斷面呈半圓形或梯形；②槽內水位一般達到轉盤直徑的40%，超高為20~30cm；③轉盤外緣與槽壁之間的間距一般為20~40cm。第9頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二三、生物轉盤的工藝流程與組合1、生物轉盤為主體的工藝流程①以去除BOD為主要目的的工藝流程沉砂池沉淀池生物轉盤二沉池出水廢水第10頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二1、生物轉盤為主體的工藝流程

②以深度處理（去除BOD、硝化、除磷、脫氮）為目的初沉池生物轉盤(BOD去除)生物轉盤(硝化)二沉池生物轉盤(缺氧脫氮)生物轉盤(再曝氣)終沉池廢水出水絮凝劑(除磷)甲醇第11頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二2、生物轉盤與其它工藝的組合流程生物轉盤初沉池出水(1)廢水(2)廢水初沉池生物轉盤曝氣池二沉池出水活性污泥回流(3)廢水初沉池生物轉盤二沉池出水活性污泥回流曝氣池(4)廢水初沉池生物轉盤二沉池出水活性污泥回流曝氣池第12頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二3、其它形式的生物轉盤

（1）空氣驅動的生物轉盤第13頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二3、其它形式的生物轉盤

（2）與沉淀池合建的生物轉盤

第14頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二3、其它形式的生物轉盤

（3）

與曝氣池合建的生物轉盤第15頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二四、工藝選擇和評價1、處理目標可用于去除生物可降解有機物，以及將氨氮和有機氮轉化成硝酸鹽氮。其五天生物需氧量和總懸浮固體值很容易降到30mg/L以下，在某些情況下甚至可以更低。轉盤在過高的有機負荷下，只能達到對有機物的部分去除。碳氧化和氮硝化的合并處理，也可以在一個轉盤系統(tǒng)中完成。異養(yǎng)和自養(yǎng)細菌在生物膜好氧區(qū)內存在空間競爭，一般在鏈的第一級中有機物濃度較高，異養(yǎng)菌占優(yōu)勢，可去除大部分有機物，在后面的級中，自養(yǎng)菌為優(yōu)勢菌種，進行氨氮的轉化。用于單獨硝化，對于含有相對較高的氨氮濃度和較低的有機物濃度，劃分單獨硝化的臨界點是，進水溶解性BOD5濃度小于15mg/L.用于反硝化，轉盤單元整個浸沒在水中，并加蓋以隔絕空氣。

第16頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二2、轉盤驅動方式和選用轉盤軸的轉動通常分為機械驅動、空氣驅動和日本發(fā)明的水力驅動。機械驅動系統(tǒng)含一個電機和皮帶或傳動鏈，能夠提供可靠的、恒定的轉速。它們對生物膜的集聚很敏感，當有機負荷超載，或遭受高硫化物負荷時，轉盤的正常運行會收到影響。空氣驅動是依賴于設在整個軸的長度下的布氣管和噴氣口，通過里面噴出的空氣推動轉盤。它增強了氧的傳輸，有助于剩余生物膜的去除，因而空氣驅動的轉盤對有機負荷超載和高硫化物負荷的承受能力要大于機械驅動的轉盤，但空氣驅動對于轉盤的脈動更為敏感。水力驅動方式是日本栗田工業(yè)公司開發(fā)的。在介質的外周邊緣上焊接有塑料集水杯，廢水從介質周邊上約1m高處滴入塑料杯中。落下的廢水可帶動3.6m直徑的轉盤盤片旋轉。第17頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二3、工藝優(yōu)缺點評價優(yōu)點：所用設備簡單，維護管理方便；其次是工藝不復雜，日常操作量少；對能耗需求相對低，只需轉動轉盤；另外，它在制造上已標準化，設計施工均較方便。缺點:（1）對水質和負荷較為敏感。高的有機負荷可引起生物膜的過分生長，使介質和軸在結構上出現(xiàn)超重。轉盤不具有富余的處理能力去抵御沖擊負荷，會導致出水水質變差。當高峰負荷超過平均負荷的1.5倍時，則應該在生物轉盤前設置調節(jié)池，依靠均衡的方法緩沖高峰負荷的影響。（2）生物轉盤的應用規(guī)模受到每個轉盤軸的尺寸限制。（3）對廢水需要優(yōu)足夠的預處理。如碎布、塑料片和纖維材料等，如果有一定的數(shù)量，均可堵賽轉盤介質。第18頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二4、典型應用生物轉盤目前主要應用在城市廢水的二級處理，也用于城市廢水的硝化處理。處理規(guī)模一般在4×104m3/d以下。也用于中低濃度的工業(yè)廢水和含硫化氫濃度較低的工業(yè)廢水處理中。日本除用于城市廢水處理和工業(yè)廢水處理外，還用于給水處理廠受污染源水源水的預處理，即去除源水中的有機污染和氨氮。第19頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二五、運行影響因素1、有機負荷生物轉盤有機負荷相當于生物濾池的表面有機負荷（SOL）；生物易降解有機物的去除速率通常隨SOL的增加而增加，但其增加的速率是逐漸下降的。這樣的結果是隨SOL的增加而有機物去除百分比反而下降。轉盤的有機負荷承受能力受單個軸的供氧能力所限。供氧能力受限出現(xiàn)在單軸的SOL值32g總BOD5/(m2.d)，其相應的溶解性BOD5是12－20g/(m2.d)，而相當于溶解性可降解COD是20－35g/(m2.d).SOL一旦超過該值，將會造成有害生物體貝式硫細菌屬（Beggiatoa)的過分生長。在轉盤系統(tǒng)中有機負荷將影響硝化反應。一旦水中溶解性有機物降到COD20mg/L(BOD515mg/L)以下時，硝化細菌對生物膜內的空間將進行有效競爭。第20頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二SOL決定什么時候發(fā)生硝化反應。SOL影響碳氧化和氮硝化合并處理過程中，影響氨氮的硝化速率已獲得可靠的經驗公式：fNH=1.43-0.1λs(4.3<λs<14.3)fNH:在伴隨有碳氧化同時發(fā)生的情況下氨氮硝化的區(qū)間系數(shù)，其變化范圍為0－1。該方程式表明，當SOL≥14.3g可降解COD/(m2.d)時沒有硝化反應發(fā)生，當SOL≤14.3g可降解COD/(m2.d)時，不受限制的硝化反應將發(fā)生COD/硝化。在這兩個數(shù)之間,異養(yǎng)菌和自養(yǎng)菌之間將發(fā)生明顯的競爭，其結果是降低了氨氮的硝化速率。第21頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二無明顯碳氧化情況下，在一級內氨氮濃度濃度對氨氮氧化速率的影響第22頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二2、水力負荷轉盤系統(tǒng)的總水力負荷（THL），是基于介質表面積的，與其存在反比的關系(F/Ast)。轉盤系統(tǒng)的運行歷來與THL相關。轉盤制造商研發(fā)并介紹了在生活污水處理中，出水水質作為THL的函數(shù)的運行曲線。利用制造商提供的資料可定性地了解生產規(guī)模轉盤的運行情況。然而，必須注意的是，某些制造商所提供的負荷能力等運行參數(shù)，可能是過于樂觀，因此，在采用時要留有適當?shù)挠嗟亍５?3頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二在城市廢水處理中轉盤水力負荷與溶解性BOD5關系第24頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二3、分級轉盤的分級可改進其整體運行情況。第一級的SOL值高于整個系統(tǒng)的SOL值。即使整體的SOL值升高了，由于工藝出水水質取決于最后一級SOL，只要最后一級SOL值是足夠低的，仍可產生很好的出水水質。在碳氧化和氮硝化的合并處理中，分級是特別有效的。在鏈的上游部分分級，產生一個很高的SOL值，結果有機物被高速地去除，降低了后面級中的SOL值，使得硝化細菌可在鏈的后面的幾個級中穩(wěn)定地生長。分級也有不利之處，它會影響生物膜對有機污染物的去除能力。在碳氧化和氮硝化的合并處理的轉盤中，第一級生物膜主要生長了異養(yǎng)菌，較高的有機物通量使它非?；钴S。在后面的級數(shù)中，硝化細菌逐漸增加，盡管硝化能力被強化，但有機物去除能力卻被減弱了。第25頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二4、溫度溫度對轉盤系統(tǒng)運行的影響，與其它附著型生物處理工藝相似。由于反應速率主要是受基質擴算的影響，在一個很大的范圍內，水溫的影響是很小的。盡管在較低的溫度下，其去除速率要降低，但在15℃以上可以忽略不記。對于溫度的影響，目前有兩種表示方式。第26頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二圖的方式－轉盤內水溫對所需介質面積的影響第27頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二運用圖確定轉盤介質表面積的說明首先根據(jù)水質水量直接確定在溫度高于13℃時所需的轉盤介質表面積。然后根據(jù)實際運行溫度，在圖中選取一個對應于實際運行溫度大于1的系數(shù)，將所確定的介質面積通過乘以系數(shù)加以擴大，以求得運行溫度下的轉盤介質面積。第28頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二表的表示方式首先確定預期的生物膜界面通量，不考慮溫度的影響。然后在表內確定預期溫度下的一個小于1的相關系數(shù)。將預期的通量乘以折扣系數(shù)去獲得一個縮小了設計通量值，再依據(jù)它，去確定所需的轉盤介質面積。第29頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二若干制造商推薦的水溫對反應速率的水溫折扣系數(shù)第30頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二5、廢水特性廢水中顆粒狀、大分子和降解慢的成分，其進入生物膜界面的通量，要比溶解狀的、小分子和易降解的成分的少。特別是顆粒狀有機物的存在，有可能減少溶解物質進入生物膜的通量。被捕獲在生物膜內的顆粒有機物質，由于其逐漸水解，釋放出溶解性物質，會減少溶解有機物從液膜進入生物膜的擴散。另外對轉盤系統(tǒng)運行有特殊影響的廢水組分是硫化氫。廢水中硫化氫濃度的升高，會引起貝式硫化物氧化細菌屬的增長，從而干擾生物轉盤的正常運行。第31頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二6、生物膜特性在轉盤上所形成的生物膜，其特性對轉盤運行狀況有較大影響，而運行狀況反過來又會影響生物膜自身。在鏈上各級形成的生物膜是不同的。在前級上主要去除有機物，并且形成穩(wěn)定、厚度正常、可以控制、呈灰褐色的生物膜。它主要由好氧性異養(yǎng)菌組成、其中也捕獲了顆粒狀的有機物，并生存了一些真核生物。如果有機負荷不高的話，在后面的級中，硝化細菌將生長和發(fā)展。硝化型生物膜是微紅的、褐色的，通常比異養(yǎng)性的厚度要薄。在單獨硝化系統(tǒng)中生物膜呈棕黃色或古銅色。第32頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二6、生物膜特性在某些情況下，轉盤上會形成白色黏性生物膜，很不易被水流沖刷掉，并不斷地增長，最后導致轉盤在結構上超重而無法運行，使介質直接損壞，或從軸上脫落。這種生物膜的形成主要是貝式絲狀硫細菌屬的生長導致，它使生物膜的附著力和抵御水力剪切的能力過強，減少了生物膜的脫落。這種生物膜是呈蒼白色。第33頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二6、生物膜特性

解決貝式硫細菌過分生長的方法。①用不同的方法產出根源，用投加氯、過氧化氫和增加充氧，或用鐵沉淀，或改變廢水管道收集系統(tǒng)的運行條件等辦法，來降低進水中硫化氫的濃度。②降低工藝中超負荷級的SOL值，或減少整個工藝的SOL值，或對進水負荷重新分配。③用一系列有效的物理和化學方法去除每個轉盤軸上剩余的生物質，如用氯來氧化生物質，用熟石灰來提高水的pH,增加空氣沖刷，改變轉盤旋轉方向來改變剪切力特性，出水回流，停運行或讓若干軸干透等。④需經常監(jiān)測個別軸上剩余生物質的積聚情況。由于貝式硫細菌的出現(xiàn)外觀是很明顯的，可以檢查外觀。也可以在每個軸上裝配荷重測量元件，確定生物質是否增加了。第34頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二六、工藝參數(shù)和設計計算由于轉盤情況復雜，其設計基本模式始終處于發(fā)展中，因而經驗方法成為當前流行的設計方法；有機物的去除設計；硝化物的去除設計；第35頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二1、可生物降解有機物的去除去除可生物降解有機物的轉盤系統(tǒng)的一般設計，包括下列步驟：選擇設計公式。主要是一些經驗公式，在國內外的手冊中有很大的不同；確定出水水質目標，考慮工藝運行的不確定性和工藝的易變性；在保證第一級SOL值低于32gBOD5/(m2.d)前提下，確定第一級的所需介質面積，以避免貝式硫細菌屬的過分生長；選擇鏈數(shù)、每個鏈的級數(shù)以及每個級的軸數(shù)，在選用軸數(shù)時考慮轉盤制造的標準，按整軸選取。第36頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二2單獨硝化單獨硝化的設計方法與可降解碳有機物的設計方法相似。實現(xiàn)單獨硝化的前提是，溶解性可生物降解的COD濃度必須低于20mg/L,這樣才能允許高組裝密度轉盤軸在整個轉盤鏈中使用.此外，單獨硝化在運行啟動時遵循線型模式。第37頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二3、轉盤設計的一些其它考慮因素轉盤系統(tǒng)的設計除了考慮它的正常運行外，還要考慮它的不正常運行狀況。因而，運行的靈活性不需提供。需被考慮的因素或應該提供的措施包括：對機械驅動的轉盤需附加空氣曝氣設備。附加空氣曝氣有助于控制盤上的生物膜，并且使轉盤SOL接近于氧轉移的限制時有較好的適應性。當進水中含H2S濃度有可能升高時，附加曝氣尤其需要。去除剩余生物膜。方法有用空氣或水流進行剝落，投加化學藥劑，控制旋轉速度或改變轉盤旋轉方向。盡可能采用多個處理鏈，以減少維修對出水水質的影響。多個鏈運行過程中，個別鏈脫離生產線進行維修，對水質影響不大。在所有級間設可移動擋板，以便對分級程度進行選擇。第38頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二3、轉盤設計的一些其它考慮因素5.對每個鏈的流量要有均衡控制措施；6.選擇合適的運行模式，如階段投配。7.當附加空氣曝氣器時，或用空氣驅動設備時，要注意對每軸的空氣流量能進行均布。8.出水回流到第一級中，可降低進水濃度，并且提高溶解氧，有利于氧化進水中的H2S。9.去除H2S，可從進水中去除（如氧化或沉淀）或減少進水有機負荷（在上游初沉池中投加藥劑）。10.如果在某個軸上可能出現(xiàn)生物膜的過分累積，設計中要提供采用水力的機械的措施等，以