水污染控制 課件版 第十三章

第十三章生物膜法第一節(jié)基本原理第二節(jié)生物濾池第三節(jié)生物轉(zhuǎn)盤(pán)第四節(jié)生物接觸氧化法第五節(jié)生物膜法進(jìn)展第一節(jié)基本原理一、生物膜的結(jié)構(gòu)及凈化機(jī)理（一）、生物膜的形成及結(jié)構(gòu)生物濾池濾料上生物膜的基本結(jié)構(gòu)（二）、生物膜的組成細(xì)菌與真菌原生動(dòng)物與后生動(dòng)物濾池蠅藻類(lèi)（三）、生物膜法的凈化過(guò)程生物膜法去除污水中污染物是一個(gè)吸附、穩(wěn)定的復(fù)雜過(guò)程，包括污染物在液相中的紊流擴(kuò)散、污染物在膜中的擴(kuò)散速率、氧向生物膜內(nèi)部的擴(kuò)散和吸附、有機(jī)物的氧化分解和微生物的新陳代謝等過(guò)程。二、影響生物膜法污水處理效果的主要因素

進(jìn)水底物的組分和濃度營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)有機(jī)負(fù)荷和水力負(fù)荷溶解氧生物膜量

pH

溫度有毒物質(zhì)三、生物膜法污水處理特征

（一）、微生物方面的特征微生物種類(lèi)豐富，生物的食物鏈長(zhǎng)存活世代時(shí)間較長(zhǎng)的微生物，有利于不同功能的優(yōu)勢(shì)菌群分段運(yùn)行（二）、處理工藝方面的特征對(duì)水質(zhì)、水量變動(dòng)有較強(qiáng)的適應(yīng)性適合低濃度污水的處理剩余污泥產(chǎn)量少運(yùn)行管理方便四、生物膜法反應(yīng)動(dòng)力學(xué)介紹

（一）、微生物在載體上附著的一般過(guò)程微生物向載體表面的運(yùn)送主動(dòng)運(yùn)送被動(dòng)運(yùn)送可逆附著過(guò)程不可逆附著過(guò)程附著微生物的增長(zhǎng)（二）、生物膜反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的幾個(gè)重要參數(shù)生物膜的比增長(zhǎng)率（μ）式中：μ

—微生物比增長(zhǎng)率，T-1；

X—微生物濃度，ML-3。生物膜的最大比增長(zhǎng)率（μmax）積分后得式中：Mb

—生物膜總量，

Ma—活性生物量；

Mi—非活性物質(zhì)生物膜平均比增長(zhǎng)率式中：Mbs—生物膜穩(wěn)態(tài)時(shí)所對(duì)應(yīng)的生物量，ML-2；

Mb0—初始生物膜量，ML-2

。底物比去除速率（qobs）式中：qobs—底物比去除速率，T-1；

Q—進(jìn)水流量，L3T-1；

S0—進(jìn)水底物濃度，ML-3；

S—出水底物濃度，ML-3；

A0—載體表面積，L2。表觀生物膜產(chǎn)率系數(shù)（Yobs）式中：Yobs—表觀生物膜產(chǎn)率系數(shù)，MM-1；

V0—生物膜反應(yīng)器有效體積，L3。

對(duì)處于穩(wěn)態(tài)的生物膜，有Mb=Mbs及S=Se，則：

可由表示生物膜密度（ρ

）式中：Th—生物膜厚。第二節(jié)生物濾池

1893年英國(guó)Corbett在Salford創(chuàng)建了第一個(gè)具有噴嘴布水裝置的生物濾池。生物膜法是對(duì)污水土地的模擬和強(qiáng)化。生物膜法主要用于從污水中去除溶解性有機(jī)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(diǎn)是對(duì)水質(zhì)、水量變化適應(yīng)性較強(qiáng)。生物膜法的共同特點(diǎn)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(jī)污染物被微生物吸附轉(zhuǎn)化為H2O、CO2、NH3和微生物細(xì)胞物質(zhì)，污水得到凈化，所需氧氣一般來(lái)自大氣。一、生物濾池概述

典型的生物濾池的構(gòu)造濾床及池體布水設(shè)備排水系統(tǒng)二、生物濾池的構(gòu)造

濾床及池體濾床由濾料組成。濾料是微生物生長(zhǎng)棲息的場(chǎng)所理想的濾料應(yīng)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(guò)生物膜；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；不被微生物分解,也不抑制微生物生長(zhǎng)，有較好的化學(xué)性能；有一定的機(jī)械強(qiáng)度；價(jià)格低廉。濾料粒徑并非越小越好，會(huì)造成堵塞，影響通風(fēng)。早期主要以拳狀碎石為濾料，其直徑在3-8cm左右，空隙率在45%-50％左右，比表面積（可附著面積）在65-100m2/m3之間。兩種常見(jiàn)的塑料濾料濾料比表面積在98－340m2/m3之間，孔隙率為93％－95％濾料比表面積在81－195m2/m3之間，孔隙率為93％－95％國(guó)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。濾床高度同濾料的密度有密切關(guān)系石質(zhì)拳狀濾料組成的濾床高度一般在1－2.5m之間。一方面是由于孔隙率低，濾床過(guò)高會(huì)影響通風(fēng)；另一方面由于太重,過(guò)高會(huì)影響排水系統(tǒng)和濾池基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。塑料濾料每立方米質(zhì)量?jī)H為100kg左右，孔隙率高達(dá)

93％-95％，濾床高度不但可以提高，而且可以采用雙層或多層構(gòu)造。國(guó)外一般采用雙層濾床，高7m左右；國(guó)內(nèi)常采用多層的“塔式”結(jié)構(gòu)，高度在10m以上。濾床四周一般設(shè)池壁，池壁起圍護(hù)濾料、減少污水的飛濺的作用。常用磚、石或混凝土塊砌筑。設(shè)置目的為了使污水能均勻地分布在整個(gè)濾床表面上生物濾池的布水設(shè)備分為兩類(lèi)固定式噴嘴布水系統(tǒng)回轉(zhuǎn)式布水器的中央是一根空心的立柱，底端與設(shè)在池底下面的進(jìn)水管銜接。其所需水頭在0.6～1.5m左右。固定式布水系統(tǒng)是由虹吸裝置、饋水池、布水管道和噴嘴組成。這類(lèi)布水系統(tǒng)需要較大的水頭，約在2m左右。移動(dòng)式（常用回轉(zhuǎn)式）布水器布水設(shè)備脈沖式生物濾池配水系統(tǒng)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)池底排水系統(tǒng)的組成池底排水假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面積5％-8％，高于池底0.4-0.6m。池底除支撐濾料外，還要排泄濾床上的來(lái)水，池底中心軸線(xiàn)上設(shè)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1％-2％。集水溝要有充分的高度，并在任何時(shí)候不會(huì)漫流，確?？諝饽茉谒嫔蠒惩o(wú)阻，使濾池中空隙充滿(mǎn)空氣。三、生物濾池法的工藝流程

1生物濾池法的基本流程運(yùn)行時(shí)，濾池是串聯(lián)工作的，污水經(jīng)初步沉淀后進(jìn)入一級(jí)生物濾池，出水經(jīng)相應(yīng)的中間沉淀池去除殘膜后用泵送入二級(jí)生物濾池，二級(jí)生物濾池的出水經(jīng)過(guò)沉淀后排出污水廠。工作一段時(shí)間后，一級(jí)生物濾池因表面生物膜累積，即將出現(xiàn)堵塞，改作二級(jí)生物濾池，而原來(lái)二級(jí)生物濾池則改作一級(jí)生物濾池。交替式二級(jí)生物濾池法比并聯(lián)流程負(fù)荷率可提高兩三倍。

2高負(fù)荷生物濾池交替式二級(jí)生物濾池法流程回流式二級(jí)生物濾池法的流程R1QR2QQQR1QR2QQQQR

3塔式生物濾池這些過(guò)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(guò)程的主要因素有：濾池高度負(fù)荷回流供氧生物濾池中有機(jī)物的降解過(guò)程

同時(shí)發(fā)生著多過(guò)程有機(jī)物在污水和生物膜中的傳質(zhì)過(guò)程氧在污水和生物膜中的傳質(zhì)過(guò)程生物膜的生長(zhǎng)和脫落等過(guò)程有機(jī)物的好氧和厭氧代謝過(guò)程

4影響生物濾池性能的主要因素

濾床濾池高度濾床上層,污水中有機(jī)物濃度較高,微生物繁殖速率高,種屬較低級(jí),以細(xì)菌為主,生物膜量較多,有機(jī)物去除速率較高。隨著濾床深度增加,微生物從低級(jí)趨向高級(jí)，種類(lèi)逐漸增多，生物膜量從多到少。濾床的上層和下層相比,生物膜量、微生物種類(lèi)和去除有機(jī)物的速率均不相同。濾床中的這一遞變現(xiàn)象，類(lèi)似污染河流在自?xún)暨^(guò)程中的生物遞變。當(dāng)濾床各層的進(jìn)水水質(zhì)互不相同時(shí),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濾床負(fù)荷生物濾池的負(fù)荷有兩種表達(dá)形式由于生物濾池的作用是去除污水中有機(jī)物或特定污染物，因此，它的負(fù)荷率通常以有機(jī)物或特定污染物質(zhì)為準(zhǔn)較合理。水力負(fù)荷：以流量為準(zhǔn)，m3/m2·d。有機(jī)負(fù)荷：以BOD5為準(zhǔn)，kg(BOD5或特定污染物質(zhì))/(m3·d)在低負(fù)荷條件下，隨著濾率的提高，污水中有機(jī)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(fù)荷條件下，隨著濾率的提高，污水在生物濾床中停留的時(shí)間縮短，出水水質(zhì)將相應(yīng)下降?；亓骰亓鳌梦鬯畯S的出水或生物濾池出水稀釋進(jìn)水的做法稱(chēng)回流，回流水量與進(jìn)水量之比叫回流比?；亓鲗?duì)生物濾池性能的影響回流可提高生物濾池的濾率，它是使生物濾池負(fù)荷率由低變高的方法之一；提高濾率有利于防止產(chǎn)生灰蠅和減少惡臭；當(dāng)進(jìn)水缺氧、腐化、缺少營(yíng)養(yǎng)元素或含有有害物質(zhì)時(shí)，回流可改善進(jìn)水的腐化狀況、提供營(yíng)養(yǎng)元素和降低毒物質(zhì)濃度；進(jìn)水的質(zhì)和量有波動(dòng)時(shí)，回流有調(diào)節(jié)和穩(wěn)定進(jìn)水的作用。供氧溫度差越大，通風(fēng)條件越好；當(dāng)水溫較低，濾池內(nèi)的溫度低于水溫時(shí)（夏季），池內(nèi)氣流向下流動(dòng)；當(dāng)水溫較高，池內(nèi)溫度高于氣溫時(shí)（冬季），氣流向上流動(dòng)；若池內(nèi)外無(wú)溫度差，則停止通風(fēng)；正常運(yùn)行的生物濾池，自然通風(fēng)可以提供生物降解所需的氧量，自然通風(fēng)不能滿(mǎn)足時(shí)，應(yīng)考慮強(qiáng)制通風(fēng)。生物濾池中，微生物所需氧一般直接來(lái)自大氣，靠自然通風(fēng)供給影響生物濾池通風(fēng)的主要因素是濾床自然拔風(fēng)和風(fēng)速。自然拔風(fēng)的推動(dòng)力是池內(nèi)溫度與氣溫之差以及濾池的高度。污水流過(guò)濾池時(shí)，污染物濃度的下降率，即單位濾床高度（h）去除的污染物的量（以濃度S計(jì)）與該污染物的濃度成正比，即四、濾床高度的動(dòng)力學(xué)計(jì)算方法

積分，得1計(jì)算公式式中：—污染物濃度(以COD、BOD5或某特定指標(biāo))下降率；

S0—濾池進(jìn)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(guān)，布水方式（如均勻程度、進(jìn)水周期等）也對(duì)其有影響。式中：Q—濾池進(jìn)水流量，m3/dA—濾床的面積，m2K’—系數(shù)，與進(jìn)水水質(zhì)、濾率有關(guān)m—與進(jìn)水水質(zhì)有關(guān)的系數(shù)n—與濾池特性、濾率有關(guān)的系數(shù)K可用下式求得：上式可直接用于無(wú)回流濾池的計(jì)算，令S=Se，h=h0，解得濾池深度h0：將代入得當(dāng)采用回流濾池時(shí)，應(yīng)考慮回流的影響，按圖建立物料衡算式式中：Si－濾池入流污水的污染物濃度，mg/L(Q+QR)S0QSiQRSeQSe考慮回流的影響，濾池進(jìn)水流量為(1+R)Q，令S=Se，h=h0將代入得生化反應(yīng)速率受溫度影響，可以用下式校正：進(jìn)行生物濾池設(shè)計(jì)，應(yīng)先確定K'

、m和n三個(gè)常數(shù)，通常是通過(guò)生物濾池模型試驗(yàn)用圖解法求得。2系數(shù)的確定(1）求這是一直線(xiàn)方程，可以通過(guò)測(cè)定不同的池深h的S/S0，繪制ln(S/S0)和h關(guān)系曲線(xiàn)，其斜率絕對(duì)值就是，參看右圖。對(duì)取對(duì)數(shù)得：S/S0⑵求n

由于|斜率|＝，兩邊取對(duì)數(shù)，得：以lg|斜率|與lg(Q/A)作圖，其斜率為n。⑶求m

同上。以lg|斜率|與lgS0作圖，其斜率為m。lg|斜率|=lgK’S0m+nlg(Q/A)⑷求K’

上式各系數(shù)均已知，可求出K’濾池類(lèi)型和流程選擇濾池個(gè)數(shù)和濾床尺寸的確定二次沉淀池的形式、個(gè)數(shù)和工藝尺寸的確定布水設(shè)備的計(jì)算五、生物濾池的設(shè)計(jì)計(jì)算濾池類(lèi)型的選擇低負(fù)荷生物濾池現(xiàn)在已經(jīng)基本上不常用，僅在污水量小、地區(qū)比較偏僻、石料不貴的場(chǎng)合尚有可能使用。大多采用高負(fù)荷生物濾池兩種類(lèi)型回流式塔式（多層式）濾池類(lèi)型的選擇，只有通過(guò)方案的比較，才能得出合理的結(jié)論。占地面積，基建費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用比較，常起關(guān)鍵作用。流程的選擇確定流程時(shí)要解決的問(wèn)題是否設(shè)初次沉淀池采用幾級(jí)濾池是否采用回流，回流方式和回流比的確定當(dāng)廢水含懸浮物較多，采用拳狀濾料時(shí),須有初次沉淀池,以避免生物濾池阻塞。處理城市污水時(shí),一般都設(shè)置初次沉淀池。下述三種情況應(yīng)考慮用二次沉淀池出水回流：入流有機(jī)物濃度較高，可能引起供氧不足時(shí)；水量很小，無(wú)法維持水力負(fù)荷率在最小經(jīng)驗(yàn)值以下時(shí)；污水中某種污染物在高濃度時(shí)，可能抑制微生物生長(zhǎng)的情況下。濾池個(gè)數(shù)和濾床尺寸的確定⑴濾床總體積（V）式中：V—濾床總體積，m3；

S0

—污水進(jìn)濾池前的BOD5平均值，mg/L；

Q

—污水日平均流量，m3/d，采用回流式生物濾池時(shí)，此項(xiàng)應(yīng)為Q(1+R)，回流比R可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定；

LV

—容積負(fù)荷，kgBOD5/(m3·d)。計(jì)算濾床總體積（V）時(shí)，應(yīng)注意下述問(wèn)題：計(jì)算時(shí)采用的負(fù)荷率應(yīng)與設(shè)計(jì)處理的效率相應(yīng)。通常，負(fù)荷率是影響處理效果的主要因素，兩者常相提并論。下表所示數(shù)據(jù)是城市污水一般經(jīng)驗(yàn)的概括。影響處理效果的因素很多，除負(fù)荷率之外，主要的還有污水的濃度、水質(zhì)、溫度、濾料特性和濾床的高度。對(duì)于回流濾池，則還有回流比。沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)可以援用的工業(yè)廢水，應(yīng)經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，確定其設(shè)計(jì)的負(fù)荷率。試驗(yàn)性生物濾池的濾料和濾床高度應(yīng)與設(shè)計(jì)相一致。85~9575~9065~85根據(jù)計(jì)算結(jié)合經(jīng)驗(yàn)確定。在濾床的總體積和高度確定后，濾床的總面積可以算出。當(dāng)總面積不大時(shí)，可采用2個(gè)濾池。目前生物濾池的最大直徑為60m，通常是在35m以下。最后應(yīng)該核算濾速，看它是否合理?；亓魃餅V池池深淺，濾速一般不超過(guò)30m/d，其濾率的確定與進(jìn)水BOD5有關(guān)，如下表所示。（2）濾床高度的確定

進(jìn)水BOD5/（mg·L-1）120150200濾率/(m3·

m-2·d-1)252015已知某工業(yè)廢水bCOD為700mg/L，水量為7080m3/d，選用塑料濾料，在滿(mǎn)足出水水質(zhì)要求的條件下，其最小水力負(fù)荷為24.4m3/(m2·d)，最大水力負(fù)荷為244m3/(m2·d)，試驗(yàn)得到K’=128、m=-0.45，n=-0.55。要求出水的bCOD不大于30mg/L。計(jì)算確定生物濾池的濾床高度和濾池面積。由于入流污水濃度較高，應(yīng)考慮采用二沉池出水回流。當(dāng)回流比為1時(shí)，濾池進(jìn)水bCOD=365mg/L。而回流比=2時(shí)，濾池進(jìn)水bCOD=253mg/L?；亓鞅?1時(shí)，

例:解:

要求池子的最小面積為(7080×2)/244m2=58m2，最大面積為(7080×2)/24.4m2=580m2。回流比為2時(shí)：要求池子的最小面積為(7080×3)/244m2=87m2，最大面積為(7080×3)/24.4m2=870m2。222回轉(zhuǎn)式布水器的計(jì)算計(jì)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

1.布水橫管根數(shù)與直徑布水橫管根數(shù)布水橫管的根數(shù)決定于池子和濾速的大小，n取偶數(shù)，布水水量大時(shí)用4根，一般用2根。布水橫管直徑D1：式中：Q’—每根布水橫管的最大設(shè)計(jì)流量，m3/s；

υ

—橫管進(jìn)水段流速，m/s；

Q—每個(gè)濾池處理的水量，m3/s；

n—橫管數(shù)。2.孔口數(shù)及在布水橫管上的位置假定每個(gè)出水孔口噴灑的面積基本相同，孔口數(shù)(m)的計(jì)算公式為：式中:d—孔口直徑，一般為10-15mm，孔口流速2m/s左右或更大些

D2—回轉(zhuǎn)布水器直徑，mm，比濾池內(nèi)徑小200mm。第i個(gè)孔口距濾池中心的距離（ri）為：

3.布水器的轉(zhuǎn)速布水橫管可以采用鋼管或鋁管，其管底離濾床表面的距離，一般為150～250mm，以避免風(fēng)力的影響。布水器所需壓力為0.5～1.0m。也可以近似地用下式計(jì)算：濾率/（m·d-1）轉(zhuǎn)速/（r·min-1）(4根橫管)轉(zhuǎn)速/（r·min-1）(2根橫管)151220232524布水橫管的回轉(zhuǎn)速度與濾速、橫管根數(shù)有關(guān)，如下表所示。生物濾池正式運(yùn)行之后，有一個(gè)“掛膜”階段，即培養(yǎng)生物膜的階段。在這個(gè)始運(yùn)行階段，潔凈的無(wú)膜濾床逐漸長(zhǎng)了生物膜，處理效率和出水水質(zhì)不斷提高，終于進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)溫度適宜時(shí)，始運(yùn)行階段歷時(shí)約一周。處理含有毒物質(zhì)的工業(yè)廢水時(shí)，生物濾池的運(yùn)行要按設(shè)計(jì)確定的方案進(jìn)行，一般說(shuō)來(lái)，這種有毒物質(zhì)正是生物濾池的處理對(duì)象，而能分解氧化這種有毒物質(zhì)的微生物常存在于一般環(huán)境中，無(wú)需從外界引入；但是，在一般環(huán)境中，它們?cè)谖⑸锶后w中并不占優(yōu)勢(shì)，或?qū)@種有毒物質(zhì)還不太適應(yīng)，因此，在濾池正常運(yùn)行前，要有一個(gè)讓它們適應(yīng)新環(huán)境、繁殖壯大的始運(yùn)行階段，稱(chēng)為“馴化－掛膜”階段。六、生物濾池的運(yùn)行及其經(jīng)驗(yàn)馴化－掛膜方式：一種方式是從其他工廠廢水站或城市廢水廠取來(lái)活性污泥或生物膜碎屑,進(jìn)行馴化，掛膜。另一種方式是用生活污水、城市污水、河水或回流出水代替部分工業(yè)廢水進(jìn)行運(yùn)行，運(yùn)行過(guò)程中把二次沉淀池中的污泥不斷回流到濾池的進(jìn)水中。第三節(jié)生物轉(zhuǎn)盤(pán)一、概述生物轉(zhuǎn)盤(pán)的特點(diǎn)（與生物濾池相比）不會(huì)發(fā)生堵塞現(xiàn)象，凈化效果好；能耗低，管理方便；占地面積較大；有氣味產(chǎn)生，對(duì)環(huán)境有一定影響。1954年在聯(lián)邦德國(guó)的Heilbronn建成世界上第一座生物轉(zhuǎn)盤(pán)污水處理廠，在歐洲有上千座。生物轉(zhuǎn)盤(pán)的主要組成部分轉(zhuǎn)動(dòng)軸盤(pán)片廢水處理槽驅(qū)動(dòng)裝置二、生物轉(zhuǎn)盤(pán)的構(gòu)造盤(pán)片：高強(qiáng)度、輕質(zhì)、耐腐蝕。直徑：2~3m，轉(zhuǎn)速2~3r/min，間距20~30mm。受材料、污水與膜的接觸均勻性、外緣膜易脫落等影響，直徑不可能做大。轉(zhuǎn)動(dòng)軸：具有足夠的強(qiáng)度和剛度，防止斷裂和撓曲。直徑：50mm以上，長(zhǎng)度0.5-7m處理槽：與盤(pán)片相吻合的半圓形或多邊形，凈空相距20-50mm，設(shè)排泥和放空管。驅(qū)動(dòng)裝置：機(jī)械驅(qū)動(dòng)裝置；空氣驅(qū)動(dòng)裝置；水輪驅(qū)動(dòng)裝置。生物轉(zhuǎn)盤(pán)的主體是垂直固定在水平軸上的一組圓形盤(pán)片和一個(gè)同它配合的半圓形水槽。微生物生長(zhǎng)并形成一層生物膜附著在盤(pán)片表面，約40%-50%

盤(pán)面（轉(zhuǎn)軸以下部分）浸沒(méi)在廢水中，上半部敞露在大氣中。工作時(shí)，廢水流過(guò)水槽，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)，生物膜和大氣與廢水輪替接觸，浸沒(méi)時(shí)吸附水中有機(jī)物，敞露時(shí)吸收大氣中氧氣。轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)帶進(jìn)空氣,引起水槽內(nèi)水紊動(dòng),使溶解氧均勻分布生物膜厚度約為0.5-2.0mm，隨著膜增厚，內(nèi)層微生物呈厭氧狀態(tài)，失去活性時(shí)使生物膜脫落，并隨同出水流至二次沉淀池三、生物轉(zhuǎn)盤(pán)的工藝流程

單軸單級(jí)式單軸多級(jí)式多軸多級(jí)式生物轉(zhuǎn)盤(pán)的布置方式生物轉(zhuǎn)盤(pán)的布置方式生物轉(zhuǎn)盤(pán)的負(fù)荷與污水性質(zhì)、污水濃度、氣候條件及構(gòu)造、運(yùn)行等多種因素有關(guān)，設(shè)計(jì)時(shí)可以通過(guò)試驗(yàn)或根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值確定。設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是計(jì)算轉(zhuǎn)盤(pán)的總面積。水力負(fù)荷和有機(jī)負(fù)荷：水力負(fù)荷:m3(水)/[m3(槽)·d];m3(水)

/[m2(盤(pán)片)·d]

有機(jī)負(fù)荷:kg(

BOD5)/[m3(槽)·d];kg(

BOD5)/[m2(盤(pán)片)·d]四、生物轉(zhuǎn)盤(pán)的設(shè)計(jì)計(jì)算

1生物轉(zhuǎn)盤(pán)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法設(shè)計(jì)參數(shù)如有機(jī)負(fù)荷、水力負(fù)荷、停留時(shí)間等可通過(guò)試驗(yàn)求得。威爾遜等人用生活污水進(jìn)行了試驗(yàn)研究，建議當(dāng)采用0.5m直徑的轉(zhuǎn)盤(pán)試驗(yàn)所得參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，轉(zhuǎn)盤(pán)面積宜比計(jì)算值增加25％；當(dāng)試驗(yàn)采用的轉(zhuǎn)盤(pán)直徑為2m時(shí)，則宜增加10％的面積。無(wú)試驗(yàn)資料時(shí)，城鎮(zhèn)污水五日生化需氧量表面有機(jī)負(fù)荷，以盤(pán)片面積計(jì)，一般為0.005-0.02kgBOD5/(m2·d)，首級(jí)轉(zhuǎn)盤(pán)不宜超過(guò)0.03-0.04kgBOD5/(m2·d)。也可用經(jīng)驗(yàn)性圖表。通過(guò)試驗(yàn)求得需要的設(shè)計(jì)參數(shù)根據(jù)試驗(yàn)資料或其他方法確定設(shè)計(jì)負(fù)荷使用上圖表進(jìn)行計(jì)算時(shí)，應(yīng)按右圖進(jìn)行校正。轉(zhuǎn)盤(pán)總面積（A，單位為m2）式中：Q－處理水量，m3/d；

S0－進(jìn)水BOD5，mg/L；

LA－生物轉(zhuǎn)盤(pán)的BOD5面積負(fù)荷，g/(m2·d)；轉(zhuǎn)盤(pán)片數(shù)（m）式中：D－轉(zhuǎn)盤(pán)直徑，m。2生物轉(zhuǎn)盤(pán)的設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算污水處理槽的有效長(zhǎng)度（L）

L=m(a+b)K

式中：a－盤(pán)片凈間距，進(jìn)水端為25-35mm,出水端10-20mmb－盤(pán)片厚度，視材料強(qiáng)度確定；

m－盤(pán)片數(shù)；

K－系數(shù)，一般取1.2。污水處理槽的有效容積（V）

V=(0.294-0.335)(D+2δ)2·L

凈有效容積（V1）

V1=(0.294-0.335)(D+2δ)2·L

當(dāng)r/D=0.1時(shí)，系數(shù)取0.294；r/D=0.06時(shí)，系數(shù)取0.335。式中：r－中心軸與槽內(nèi)水面的距離，m；

δ－盤(pán)片邊緣與處理槽內(nèi)壁的間距，m，不小于150mm，一般取200-400mm。轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)速(n0，單位為r/min)

式中：Q1－每個(gè)處理槽的設(shè)計(jì)量，m3/d；

V1－每個(gè)處理槽的容積，m3。五、生物轉(zhuǎn)盤(pán)法的應(yīng)用和研究進(jìn)展第四節(jié)生物接觸氧化法

生物接觸氧化法是一種浸沒(méi)曝氣式生物濾池，是曝氣池和生物濾池綜合在一起的處理構(gòu)筑物，它是介于活性污泥法和生物濾池二者之間的污水生物處理技術(shù)，兼有活性污泥法和生物膜法的特點(diǎn)。其優(yōu)點(diǎn)如下：由于填料的比表面積大，池內(nèi)的充氧條件良好。生物接觸氧化池內(nèi)單位容積的生物固體量高于活性污泥曝氣池及生物濾池。因此，生物接觸氧化池具有較高的容積負(fù)荷。生物接觸氧化法不需要污泥回流，不存在污泥膨脹問(wèn)題，運(yùn)行管理簡(jiǎn)便。由于生物固體量多，水流又屬完全混合型，因此生物接觸氧化池對(duì)水量的聚變有較強(qiáng)的適應(yīng)能力。生物接觸氧化池有機(jī)容積負(fù)荷較高時(shí)，其F/M保持在較低水平，污泥產(chǎn)率低。一、概述接觸氧化池構(gòu)造示意圖二、生物接觸氧化池的構(gòu)造接觸氧化池的主要部分填料要求：比表面積大；空隙率大；水力阻力??；強(qiáng)度大；化學(xué)和生物穩(wěn)定性好；能經(jīng)久耐用。填料池底布水布?xì)庋b置池底用于設(shè)置填料、布水布?xì)庋b置和支撐填料的柵板和格柵。布?xì)夤芸刹贾迷诔刈又行?、?cè)面和全池。接觸氧化池外觀圖接觸氧化池反應(yīng)區(qū)的構(gòu)造酚醛樹(shù)脂蜂窩填料常用填料的類(lèi)型正六角行蜂窩狀斜管聚乙烯蜂窩填料聚乙烯蜂窩填料半軟性填料半軟性填料彈性立體填料軟性纖維填料軟性、復(fù)合填料組合填料YHT型彈性生物的環(huán)填料立體彈性填料立體彈性填料漂浮填料SQC型絲球形懸浮填料生物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)狀填料反應(yīng)區(qū)曝氣系統(tǒng)的布置牛腿與槽鋼的布置曝氣裝置安裝生物接觸氧化法的基本流程三、生物接觸氧化法的工藝流程1．生物接觸氧化池的有效容積（即填料體積）V式中：Q—設(shè)計(jì)污水量，m3/dS

、Se—進(jìn)水與出水的

BOD5，mg/L；

Lv—有機(jī)容積負(fù)荷率，

kg

BOD5/

[m3(填料)·d]

生化需氧量容積負(fù)荷，無(wú)試驗(yàn)資料時(shí)，城鎮(zhèn)污水碳氧處理一般取2-5kgBOD5/(m3·d)，碳氧化/硝化一般取0.2-2kgBOD5/(m3·d)。2．生物接觸氧化池的總面積(A)和座數(shù)(N)式中：h0—填料高度，一般采用3.0m；

A1—每座池子的面積,

m2。四、生物接觸氧化池的設(shè)計(jì)計(jì)算3.池深（h）

h=h0+h1+h2+h3

式中：h1—超高，0.5-0.6m；

h2—填料層上水深，0.4-0.5m

h3—填料至池底的高度，0.5-1.5m。4.有效停留時(shí)間（t）

5.空氣量D和空氣管道系統(tǒng)計(jì)算

D=D0Q

式中：D0—1m3污水需氣量，m3/m3

，一般取15-20。第五節(jié)生物膜法的進(jìn)展概述曝氣生物濾池是20世紀(jì)70年代末80年代初出現(xiàn)于歐洲的一種生物膜法處理工藝。一、曝氣生物濾池曝氣生物濾池的優(yōu)點(diǎn)從投資上看，曝氣生物濾池不設(shè)二沉池，水力負(fù)荷、容積負(fù)荷遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)污水處理工藝，停留時(shí)間短，廠區(qū)布置緊湊，可以節(jié)省占地面積和建設(shè)費(fèi)用。從工藝效果上看，由于生物量大，以及濾料截留和生物膜的生物絮凝作用，抗沖擊負(fù)荷能力較強(qiáng)，耐溫低，不發(fā)生污泥膨脹，出水水質(zhì)高。從運(yùn)行上看，曝氣生物濾池易掛膜，啟動(dòng)快。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在水溫10-15℃時(shí)，2-3周可完成掛膜過(guò)程。

曝氣生物濾池中氧的傳輸效率高，曝氣量小，供氧動(dòng)力消耗低，處理單位污水電耗低。此外，自動(dòng)化程度高，運(yùn)行管理方便。曝氣生物濾池的優(yōu)缺點(diǎn)曝氣生物濾池的缺點(diǎn)曝氣生物濾池對(duì)進(jìn)水的SS要求高，需要采用對(duì)SS較高處理效果的預(yù)處理工藝。而且，進(jìn)水的濃度不能太高，否則容易引起濾料結(jié)團(tuán)、堵塞。曝氣生物濾池水頭損失較大，加上部分都建在地面以上，進(jìn)水提升水頭較大。

曝氣生物濾池的反沖洗是決定濾池運(yùn)行的關(guān)鍵因素之一，濾料沖洗不充分，可能出現(xiàn)結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，導(dǎo)致工藝運(yùn)行失敗。操作中，反沖洗出水回流入初沉池，對(duì)初沉池有較大的沖擊負(fù)荷。此外，設(shè)計(jì)或運(yùn)行管理不當(dāng)會(huì)造成濾料隨水流失等問(wèn)題。

產(chǎn)泥量略大于活性污泥法，污泥穩(wěn)定性稍差。曝氣生物濾池分為上向流式和下向流式。曝氣生物濾池的構(gòu)造及工作原理曝氣生物濾池構(gòu)造示意圖曝氣用空氣管反沖洗用空氣管處理水排水管反沖洗用進(jìn)水管曝氣管濾料層承托層中間排水管反沖洗排放管原污水流入溢流槽濾料是生物膜載體，同時(shí)兼有截留懸浮物質(zhì)的作用，直接影響鋪砌生物濾池的效能。對(duì)曝氣生物濾池濾料有以下要求：質(zhì)輕，堆積容重小，有足夠的機(jī)械強(qiáng)度；

比表面積大，孔隙率高，屬多孔惰性載體；

不含有害于人體健康的有害物質(zhì)，化學(xué)穩(wěn)定性良好；

水頭損失小，形狀系數(shù)好，吸附能力強(qiáng)。下向流上向流曝氣生物濾池的工藝曝氣生物濾池的工藝設(shè)計(jì)參數(shù)主要有水力負(fù)荷、容積負(fù)荷、濾料高度、濾料粒徑、單池面積、以及反沖洗周期、反沖洗強(qiáng)度、反沖洗時(shí)間和反沖洗水氣比等。曝氣生物濾池的主要工藝設(shè)計(jì)參數(shù)二、生物流化床流態(tài)化原理床層的三種狀態(tài)固定床階段流化床階段液體輸送階段當(dāng)液體以很小的速度流經(jīng)床層時(shí)，固體顆粒處于靜止不動(dòng)的狀態(tài)，床層高度也基本維持不變，這時(shí)的床層稱(chēng)固定床。固定床階段上圖中的ab段：液體通過(guò)床層的壓力降△p隨空塔速度v的上升而增加，呈冪函數(shù)關(guān)系，在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖紙上呈直線(xiàn)。上圖中的b點(diǎn)：液體濾速增大到壓力降△p大致等于單位面積床層重量，固體顆粒間的相對(duì)位置略有變化，床層開(kāi)始膨脹，固體顆粒仍保持接觸且不流態(tài)化。流化床階段當(dāng)液體流速大于b點(diǎn)流速，床層不再維持于固定狀態(tài)，顆粒被液體托起而呈懸浮狀態(tài)，且在床層各個(gè)方向流動(dòng)，在床層上部有一個(gè)水平界面，此時(shí)由顆粒所形成的床層完全處于流化態(tài)狀態(tài)，這類(lèi)床層稱(chēng)流化床上圖中的bc段：流化層的高度h是隨流速上升而增大，床層壓力降△p則基本不隨流速改變。

b點(diǎn)的流速vmin是達(dá)到流態(tài)化的起始速度，稱(chēng)臨界流態(tài)化速度。臨界速度值隨顆粒的大小、密度和液體的物理性質(zhì)而異。

生物流化床中載體顆粒表面有一層微生物膜，因此其流化特性與普通流化床不同。流化床床層膨脹程度可以用膨脹率K或膨脹比R表示：式中：V、Ve—分別為固定和流化床層體積式中：h、he—分別為固定和流化床層高度在生物流化床中，相同的流速下，膨脹率隨著生物膜厚度的增加而增大，如右圖所示。一般K采用50％-200％。生物顆粒粒徑與膨脹率的關(guān)系液體輸送階段當(dāng)液體流速提高至超過(guò)c點(diǎn)后，床層不再保持流化，床層上部的界面消失，載體隨液體從流化床帶出，這階段稱(chēng)液體輸送階段。在水處理工藝中，這種床稱(chēng)“移動(dòng)床”或“流動(dòng)床”。上圖中的c點(diǎn)的流速vmax稱(chēng)顆粒帶出速度或最大流化速度。流化床的正常操作應(yīng)控制在vmin和vmax之間。根據(jù)生物流化床的供氧、脫膜和床體結(jié)構(gòu)的不同，好氧生物流化床主要有兩種類(lèi)型：兩相生物流化床三相生物流化床生物流化床的類(lèi)型兩相生物流化床這類(lèi)流化床是在流化床體外設(shè)置充氧設(shè)備與脫膜裝置，以對(duì)微生物充氧并脫除載體表面的生物膜。以純氧為氧源時(shí)，充氧后水中溶解氧可達(dá)30-40mg/L；以壓縮空氣為氧源時(shí)，水中溶解氧一般低于9mg/L。當(dāng)一次充氧不能提供足夠的溶解氧時(shí)，可采用處理水回流循環(huán)?；亓鞅萊可以根據(jù)氧量平衡計(jì)算來(lái)確定：

(1+R)Q(DO0-DOe)=Q(S0-Se)D式中：S0、Se—分別為進(jìn)水和出水BOD5濃度，mg/L；

DO0、DOe—分別為進(jìn)水和出水的溶解氧濃度，mg/L；

D—去除單位BOD5所需的氧量，kgO2/kgBOD5。

三相生物流化床三相流化床設(shè)備較簡(jiǎn)單，操作亦較容易，此外，能耗也較二相流化床低。三相生物流化床是氣、液、固三相直接在流化床體內(nèi)進(jìn)行生化反應(yīng)，不另設(shè)充氧設(shè)備和脫膜設(shè)備，載體表面的生物膜依靠氣體的攪動(dòng)作用，使顆