《水污染控制技術(shù)》課件-第09周 二級(jí)處理-生物膜法-概述

二級(jí)處理Secondaryprocessing二級(jí)處理生物膜法是依靠固著于固體介質(zhì)表面的微生物來凈化有機(jī)物的，因而這種方法亦稱為生物過濾法。

生物膜法是與活性污泥法并列的一類廢水好氧生物處理技術(shù)；是土壤自凈過程的人工化和強(qiáng)化；與活性污泥法一樣，生物膜法主要去除廢水中溶解性的和膠體狀的有機(jī)污染物，同時(shí)對(duì)廢水中的氨氮還具有一定的硝化能力。二級(jí)處理生物膜法的類型：（1）潤(rùn)壁型生物膜法廢水和空氣沿固定的或轉(zhuǎn)動(dòng)的接觸介質(zhì)表面的生物膜流過，如生物濾池和生物轉(zhuǎn)盤等；（2）浸沒型生物膜法生物膜載體完全浸沒在水中，通過鼓風(fēng)曝氣供氧。如載體固定，稱為接觸氧化法；如載體流化則稱為生物流化床生物膜法潤(rùn)壁型生物膜法浸沒型生物膜法生物濾池生物轉(zhuǎn)盤接觸氧化法生物流化床二級(jí)處理生物膜法的主要設(shè)施生物接觸氧化池生物流化床間歇生物濾池普通（單層）生物濾池塔式（多層）生物濾池生物轉(zhuǎn)盤生物濾池二級(jí)處理二級(jí)處理1、生物膜的形成

生物膜的形成必須具有以下幾個(gè)前提條件：①起支撐作用、供微生物附著生長(zhǎng)的載體物質(zhì)：在生物濾池中稱為濾料；在接觸氧化工藝中稱為填料；在好氧生物流化床中稱為載體；②供微生物生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，即廢水中的有機(jī)物、N、P以及其它營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)；③作為接種的微生物。二級(jí)處理(1)生物膜的形成：

含有營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和接種微生物的污水在填料的表面流動(dòng)，一定時(shí)間后，微生物會(huì)附著在填料表面而增殖和生長(zhǎng)，形成一層薄的生物膜。(2)生物膜的成熟：在生物膜上由細(xì)菌及其它各種微生物組成的生態(tài)系統(tǒng)以及生物膜對(duì)有機(jī)物的降解功能都達(dá)到了平衡和穩(wěn)定。生物膜從開始形成到成熟，一般需要30天左右(城市污水，20

C)。二級(jí)處理(3)生物膜的更新與脫落厭氧膜的出現(xiàn)：①生物膜厚度不斷增加，氧氣不能透入的內(nèi)部深處將轉(zhuǎn)變?yōu)閰捬鯛顟B(tài)；②成熟的生物膜一般都由厭氧膜和好氧膜組成；③好氧膜是有機(jī)物降解的主要場(chǎng)所，一般厚度為2mm。厭氧膜的加厚：①厭氧的代謝產(chǎn)物增多，導(dǎo)致厭氧膜與好氧膜之間的平衡被破壞；②氣態(tài)產(chǎn)物的不斷逸出，減弱了生物膜在填料上的附著能力；③成為老化生物膜，其凈化功能較差，且易于脫落。生物膜的更新：①老化膜脫落，新生生物膜又會(huì)生長(zhǎng)起來；②新生生物膜的凈化功能較強(qiáng)。生物濾池生物濾池法的流程二級(jí)處理二級(jí)處理二級(jí)處理二級(jí)處理建設(shè)中的生物濾池二級(jí)處理二級(jí)處理二級(jí)處理二級(jí)處理二級(jí)處理典型的生物濾池的構(gòu)造

濾床布水設(shè)備排水系統(tǒng)二級(jí)處理

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：(1)能為微生物附著提供大量的面積；(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)不被微生物分解,也不抑制微生物的生長(zhǎng)，有較好的化學(xué)性能；(5)有一定的機(jī)械強(qiáng)度；(6)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。

濾床二級(jí)處理兩種常見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％二級(jí)處理

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。二級(jí)處理二級(jí)處理設(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)備二級(jí)處理二級(jí)處理二級(jí)處理二級(jí)處理脈沖式生物濾池配水系統(tǒng)二級(jí)處理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)二級(jí)處理池底排水系統(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水，池底中心軸線上設(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，確保空氣能在水面上暢通無阻，使濾池中空隙充滿空氣。二級(jí)處理二級(jí)處理二級(jí)處理二級(jí)處理

低負(fù)荷生物濾池又稱普通生物濾池。優(yōu)點(diǎn)：處理效果好，BOD5的去除率可達(dá)90％以上，出水BOD5可下降到25mg/L以下，硝酸鹽含量在10mg/L左右，出水水質(zhì)穩(wěn)定。缺點(diǎn)：占地面積大，灰蠅很多，影響環(huán)境衛(wèi)生。生物濾池法的流程二級(jí)處理交替式二級(jí)生物濾池法的流程

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。

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，而原來的二級(jí)生物濾池則改作一級(jí)生物濾池。二級(jí)處理二級(jí)處理國(guó)外的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，在處理城市污水時(shí)，回流式生物濾池的處理效率大致如下：

生物濾池的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行簡(jiǎn)單，因此，適用于小城鎮(zhèn)和邊遠(yuǎn)地區(qū)。單級(jí)濾池法當(dāng)濾池負(fù)荷率在1.7kg（BOD5）/(m3·d)(濾料)以下時(shí)，出水的BOD5約為濾池進(jìn)水的BOD5的1/3。二級(jí)濾池法二沉池的出水的BOD5為二級(jí)池進(jìn)水BOD5的1/2；如果一級(jí)濾池的進(jìn)水不經(jīng)沉淀直接流向二級(jí)濾池，則一級(jí)濾池出水的BOD5為進(jìn)水BOD5的1/2。二級(jí)處理小于或等于某處理效率的污水廠占所有污水廠的比例/%(活性污泥法)二級(jí)處理小于或等于某處理效率的污水廠占所有污水廠的比例/%(生物濾池)二級(jí)處理生物濾池的工作情況生物濾池機(jī)理

污水通過布水設(shè)備連續(xù)地、均勻地噴灑到濾床表面上，在重力作用下，污水以水滴的形式向下滲瀝，或以波狀薄膜的形式向下滲流。最后，污水到達(dá)排水系統(tǒng)，流出濾池。污水流過濾床時(shí)，有一部分污水、污染物和細(xì)菌附著在濾料表面上，微生物便在濾料表面大量繁殖，不久，形成一層充滿微生物的黏膜，稱為生物膜。這個(gè)起始階段稱為掛膜，是生物濾池的成熟期。(2)掛膜二級(jí)處理所謂掛膜，是指微生物在基質(zhì)表面生長(zhǎng)并逐漸穩(wěn)定起來的狀態(tài)。要實(shí)現(xiàn)掛膜，首先你應(yīng)該分析你的原水，是不是濃度很高的有特殊成分的污水，如果是，應(yīng)該把這種污水和普通生活污水按照一定比例混合，使用到你的生物膜反應(yīng)器中，作為啟動(dòng)污水。反應(yīng)器污泥接種后，生物膜應(yīng)該在這種混合污水中完全接觸足夠長(zhǎng)的時(shí)間（比如24-48）小時(shí)，然后按照你設(shè)定的反應(yīng)器運(yùn)行條件正常進(jìn)水出水，并且逐漸增大你的目標(biāo)污水在混合污水中的比例。至少應(yīng)該監(jiān)測(cè)MLSS濃度和進(jìn)出水COD濃度。大約20-30天后，如果你的基質(zhì)表面生成了薄薄的一層微生物，即說明掛膜成功。二級(jí)處理掛膜二級(jí)處理掛膜二級(jí)處理掛膜二級(jí)處理掛膜二級(jí)處理污水流過成熟濾床時(shí)，污水中的有機(jī)污染物被生物膜中的微生物吸附、降解，從而得到凈化。生物膜表層生長(zhǎng)的是好氧和兼性微生物，其厚度約2mm。在這里，有機(jī)污染物經(jīng)微生物好氧代謝而降解，終點(diǎn)產(chǎn)物是H2O、CO2、NH3等。由于氧在生物膜表層已耗盡,生物膜內(nèi)層的微生物處于厭氧狀態(tài)。在這里,進(jìn)行的是有機(jī)物的厭氧代謝,終點(diǎn)產(chǎn)物是有機(jī)酸,乙醇、醛和H2S等。由于微生物的不斷繁殖，生物膜不斷加厚，超過一定厚度后，吸附有機(jī)物在傳遞到生物膜內(nèi)層的微生物以前，已被代謝掉。此時(shí)，內(nèi)層微生物因得不到充分的營(yíng)養(yǎng)而進(jìn)入內(nèi)源代謝，失去其黏附在濾料上的性質(zhì)，脫落下來隨水流出濾池，濾料表面再重新長(zhǎng)出新的生物膜。生物濾池的工作情況生物濾池機(jī)理二級(jí)處理有機(jī)物轉(zhuǎn)化深度生物膜脫落原因真菌藻類原生動(dòng)物后生動(dòng)物一些肉眼可見的蠕蟲、昆蟲的幼蟲細(xì)菌（好氧、厭氧、兼性）低負(fù)荷濾池：原因復(fù)雜，昆蟲及其幼蟲的活動(dòng)促使生物膜脫落。生物膜的組成高負(fù)荷濾池：水力沖刷使生物膜不斷脫落，生物膜厚度與濾率大小有關(guān)。低負(fù)荷濾池：有機(jī)物被深度轉(zhuǎn)化，出水中硝酸鹽含量較高，殘膜呈深棕色，類似腐殖質(zhì)，沉淀性能較好。高負(fù)荷濾池：只有在負(fù)荷率較低時(shí)，出水才含有較低的硝酸鹽，殘膜易腐化。二級(jí)處理影響生物濾池性能的主要因素這些過程的發(fā)生和發(fā)展決定了生物濾池凈化污水的性能。影響這些過程的主要因素有：濾池高度負(fù)荷率回流供氧

生物濾池中有機(jī)物的降解過程

同時(shí)發(fā)生著多過程有機(jī)物在污水和生物膜中的傳質(zhì)過程氧在污水和生物膜中的傳質(zhì)過程生物膜的生長(zhǎng)和脫落等過程有機(jī)物的好氧和厭氧代謝過程二級(jí)處理濾床影響生物濾池性能的主要因素——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，類似污染河流在自凈過程中的生物遞變。

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。濾床二級(jí)處理影響生物濾池性能的主要因素——濾池高度二級(jí)處理有機(jī)負(fù)荷率：以BOD5為準(zhǔn)，kg（BOD5或特定污染物質(zhì)）/m3·d。影響生物濾池性能的主要因素——負(fù)荷率生物濾池的負(fù)荷率有三種表達(dá)形式：

表面水力負(fù)荷率：m3（水）/（m2·d），又稱平均濾率，m/d

。

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。

有機(jī)負(fù)荷率：以BOD5為準(zhǔn)，kg（BOD5或特定污染物質(zhì)）/（m3·d）。

水力負(fù)荷率：以流量為準(zhǔn)，m3(水)/m3(濾料)

·d。二級(jí)處理影響生物濾池性能的主要因素——負(fù)荷率

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。二級(jí)處理二級(jí)處理影響生物濾池性能的主要因素——回流

回流——利用污水廠的出水或生物濾池出水稀釋進(jìn)水的做法稱回流，回流水量與進(jìn)水量之比叫回流比。回流對(duì)生物濾池性能的影響：

（1）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；

（2）提高濾率有利于防止產(chǎn)生灰蠅和減少惡臭；

（3）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；

（4）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。二級(jí)處理影響生物濾池性能的主要因素——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)不能滿足時(shí)，應(yīng)考慮強(qiáng)制通風(fēng)。生物濾池中，微生物所需的氧一般直接來自大氣，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。生物轉(zhuǎn)盤生物轉(zhuǎn)盤的流程生物轉(zhuǎn)盤/details?uuid=ff808081-25d960c3-0125-d960eff3-33a4&objectId=oid:ff808081-25d960c3-0125-d960eff3-33a5生物轉(zhuǎn)盤生物轉(zhuǎn)盤生物轉(zhuǎn)盤生物轉(zhuǎn)盤凈化原理廢水處于半靜止?fàn)顟B(tài)，而微生物則在轉(zhuǎn)動(dòng)的盤面上；轉(zhuǎn)盤40%的面積浸沒在廢水中，盤面低速轉(zhuǎn)動(dòng)；盤片不斷旋轉(zhuǎn)，則生物膜可不斷從廢水中吸附有機(jī)物，從大氣中吸收氧氣；生物膜內(nèi)部進(jìn)行厭氧分解，老化后脫落。

生物轉(zhuǎn)盤生物轉(zhuǎn)盤的工作特點(diǎn)

（1）不需曝氣和回流，運(yùn)行時(shí)動(dòng)力消耗和費(fèi)用低；（2）運(yùn)行管理簡(jiǎn)單，技術(shù)要求不高；（3）工作穩(wěn)定，適應(yīng)能力強(qiáng)；（4）適應(yīng)不同濃度、不同水質(zhì)的污水；（5）剩余污泥量少，易于沉淀脫水；（6）沒有濾池蠅、惡臭、堵塞、泡沫、噪音等問題；（7）可多層立體布置；（8）一般需加開孔防護(hù)罩保護(hù)、保溫。1.單軸單級(jí)式2.單軸多級(jí)式3.多軸多級(jí)式生物轉(zhuǎn)盤的布置方式

1954年在聯(lián)邦德國(guó)的Heilbronn建成世界上第一座生物轉(zhuǎn)盤污水處理廠。生物轉(zhuǎn)盤生物轉(zhuǎn)盤的主要組成部分生物轉(zhuǎn)盤的構(gòu)造轉(zhuǎn)動(dòng)軸盤片廢水處理槽驅(qū)動(dòng)裝置生物接觸氧化法接觸氧化池構(gòu)造示例生物接觸氧化法凈化原理填料上生長(zhǎng)生物膜，吸附、降解廢水中的有機(jī)物；曝氣裝置向水中提供氧氣，并起攪拌和混合作用；該法是一種介于活性污泥法和生物膜法二者之間的生物處理方法，具有二者的優(yōu)點(diǎn)。生物接觸氧化法

生物接觸氧化法是一種浸沒曝氣式生物濾池，是曝氣池和生物濾池綜合在一起的處理構(gòu)筑物，兼有兩者優(yōu)點(diǎn)。生物接觸氧化法的特點(diǎn)

生物接觸氧化池的性能特征：

(1)具有較高的微生物濃度，一般可達(dá)10~20g/L；

(2)生物膜具有豐富的生物相，含有大量絲狀菌，形成了穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，污泥產(chǎn)量低；

(3)具有較高的氧利用率；

(4)具有較強(qiáng)的耐沖擊負(fù)荷能力；

(5)生物膜活性高；

(6)沒有污泥膨脹的問題。

缺點(diǎn)：濾床易堵塞和更換，運(yùn)行費(fèi)用較高。生物接觸氧化法生物接觸氧化法的基本流程生物接觸氧化法生物接觸氧化法生物接觸氧化法接觸氧化池的主要部分生物接觸氧化池的構(gòu)造填料要求：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摹?cè)面和全池。生物接觸氧化法接觸氧化池外觀圖生物接觸氧化法接觸氧化池反應(yīng)區(qū)的構(gòu)造生物接觸氧化法酚醛樹脂蜂窩填料常用填料的類型生物接觸氧化法正六角行蜂窩狀斜管生物接觸氧化法聚乙烯蜂窩填料生物接觸氧化法聚乙烯蜂窩填料生物接觸氧化法半軟性填料生物接觸氧化法半軟性填料生物接觸氧化法彈性立體填料生物接觸氧化法軟性纖維填料生物接觸氧化法軟性、復(fù)合填料生物接觸氧化法組合填料生物接觸氧化法生物接觸氧化法YHT型彈性生物的環(huán)填料生物接觸氧化法立體彈性填料生物接觸氧化法立體彈性填料生物接觸氧化法漂浮填料生物接觸氧化法SQC型絲球形懸浮填料生物接觸氧化法生物接觸氧化法填料生物接觸氧化法新型的纖維網(wǎng)狀填料生物接觸氧化法新型的纖維網(wǎng)狀填料生物接觸氧化法生物接觸氧化法生物填料框架生物接觸氧化法框架與生物填料生物接觸氧化法框架與生物填料生物接觸氧化法新型的三維立體網(wǎng)狀填料生物接觸氧化法掛膜后的網(wǎng)狀填料生物接觸氧化法反應(yīng)區(qū)曝氣系統(tǒng)的布置生物接觸氧化法牛腿與槽鋼的布置生物接觸氧化法曝氣裝置安裝生物流化床生物流化床是70年代開發(fā)的一種新型生物膜法處理工藝；以比重大于1的細(xì)小惰性顆粒如砂、焦碳、陶粒、活性炭等為載體；廢水以較高的上升流速使載體處于流化狀態(tài)；生物固體濃度很高，傳質(zhì)效率也很高，是一種高效的生物處理構(gòu)筑物。生物流化床/details?uuid=ff808081-25d960c3-0125-d960eff3-33a4&objectId=oid:ff808081-25d960c3-0125-d960eff3-33a5生物流化床床層的三種狀態(tài)固定床階段流化床階段液體輸送階段流態(tài)化原理生物流化床流化床的類型

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型：兩相生物流化床三相生物流化床生物流化床在生物流化床外設(shè)充氧設(shè)備和脫膜設(shè)備，在床體內(nèi)只有液、固兩相；進(jìn)入反應(yīng)器之前，廢水中的DO可達(dá)8~9mg/l(以純氧為氣源時(shí)，可達(dá)30~40mg/l)。兩相生物流化床生物流化床直接向反應(yīng)器內(nèi)充氧，床體內(nèi)有氣、固、液三相共存；氣體攪動(dòng)劇烈，載體顆粒之間摩擦劇烈，可使表層的生物膜自行脫落，因此一般無需體外脫膜裝置。三相生物流化床生物流化床

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，使顆粒之間劇烈摩擦而脫落。