水污染控制工程1-5(27)

1第十三章生物膜法第二节生物滤池第三节生物转盘第四节生物接触氧化法第五节生物流化床第一节基本原理21.什么是“生物膜”？2.什么是“生物膜法”？附着生长在惰性载体表面的由多种微生物形成的膜状生物聚集体。以生物膜作为去除废水的污染物主体的工艺，通称为生物膜法工艺；又称为固定膜法，是与活性污泥法并列的一类好氧生物处理技术。31893年英国Corbett在Salford创建了第一个具有喷嘴布水装置的生物滤池。生物膜法主要用于从污水中去除溶解性有机污染物，是一种被广泛采用的生物处理方法。生物膜法的主要优点是对水质、水量变化的适应性较强。生物膜法的共同特点是微生物附着在介质“滤料”表面上，形成生物膜，污水同生物膜接触后，溶解的有机污染物被微生物吸附转化为H2O、CO2、NH3和微生物细胞物质，污水得到净化，所需氧气一般来自大气。如果说活性污泥法是对水体自净的模拟和强化，生物膜法则是对污水土地法的模拟和强化。4生物膜的形成生物膜的机理污水通过布水设备连续地、均匀地喷洒到滤床表面上，在重力作用下，污水以水滴的形式向下渗沥，或以波状薄膜的形式向下渗流。最后，污水到达排水系统，流出滤池。污水流过滤床时，有一部分污水、污染物和细菌附着在滤料表面上，微生物便在滤料表面大量繁殖，不久，形成一层充满微生物的黏膜，称为生物膜。这个起始阶段称为挂膜，是生物滤池的成熟期。挂膜56生物滤池中有机物的降解过程同时发生着多过程有机物在污水和生物膜中的传质过程氧在污水和生物膜中的传质过程生物膜的生长和脱落等过程有机物的好氧和厌氧代谢过程7真菌藻类原生动物后生动物一些肉眼可见的蠕虫、昆虫的幼虫（滤池蝇）细菌（好氧、厌氧、兼性）生物膜的组成1.细菌与真菌：细菌对有机物分解起主要作用，真菌和丝状菌能降解难降解有机物，提高污染物的去除效果。2.原生动物与后生动物：栖息在生物膜的好氧表层内。原生动物能吞食游离细菌改善出水水质。原生动物与后生动物都能作为指示生物检测出水效果。3.滤池蝇：以微生物及生物膜为食料，抑制生物膜过度生长、是生物膜疏松脱落保持活性，防止滤床堵塞。但其成虫飞散在滤池周围，对环境有不良影响。4.藻类：仅出现于生物膜表层，对污水净化作用不大。8影响生物膜法的主要因素1.进水底物的组分和浓度：生物膜法具有较强的抗冲击负荷能力。2.营养物质：BOD5:N:P=100:5:1。3.有机负荷及水力负荷：kgBOD5/[m3(滤床)·d]，m3(污水）/[m2(滤床)·d]，又称滤率m/d4.溶解氧：供氧不足导致生物膜恶化变质。5.生物膜量：生物膜厚度与密度。生物膜密度是指单位体积湿生物膜被烘干后的质量。6.pH:生物膜反应器具有较强的耐冲击负荷，一般在6~8，某些利用霉菌和酵母菌的生物膜工艺除外。7.温度：40℃以上生物膜将坏死脱落，5℃以下失去生物活性。8.有毒物质：生物膜具有较强的驯化和适应能力。9生物膜法的主要设施10第十三章生物膜法第二节生物滤池第三节生物转盘第四节生物接触氧化法第五节生物流化床第一节基本原理11第二节生物滤池12生物滤池与活性污泥法的比较实际上生物膜法中的生物滤池法早于活性污泥法，是在污水灌溉的基础上发展起来的；活性污泥法的发明之初是以生物滤池的替代工艺出现的；但生物滤池至今仍有大量应用,主要用于中小规模污水处理。项目生物膜法活性污泥法基建费低较低运行费低较高气候的影响较大较小技术控制较易控制要求较高灰蝇和臭味蝇多、味大无最后出水负荷低时,硝化程度较高,但悬浮物较高悬浮物较少,但硝化程度不高剩余污泥量少大泡沫问题很少较多表1生物膜法与活性污泥法的比较13生物滤池的基本原理污水长时间以滴状喷洒在滤料层的表面，在污水流经的表面上就会形成生物膜，待生物膜成熟后，栖息在生物膜上的微生物即摄取流经污水中的有机物作为营养，从而使污水得到净化。14建设中的生物滤池生物滤池的基本结构15生物滤池的基本结构16生物滤池的基本结构17典型的生物滤池的构造滤床布水设备排水系统18滤床由滤料组成。滤料是微生物生长栖息的场所，理想的滤料应具备下述特性：(1)能为微生物附着提供大量的面积；(2)使污水以液膜状态流过生物膜；(3)有足够的空隙率，保证通风（即保证氧的供给）和使脱落的生物膜能随水流出滤池；(4)不被微生物分解,也不抑制微生物的生长，有较好的化学性能；(5)有一定的机械强度；(6)价格低廉。滤料粒径并非越小越好，会造成堵塞，影响通风。早期主要以拳状碎石为滤料，其直径在3～8cm左右，空隙率在45％～50％左右，比表面积（可附着面积）在65～100m2/m3之间。滤床19两种常见的塑料滤料滤料比表面积在98～340m2/m3之间，孔隙率为93％～95％滤料比表面积在81～195m2/m3之间，孔隙率为93％～95％2021国内目前采用的玻璃钢蜂窝状块状滤料，孔心间距在20mm左右，孔隙率95％左右，比表面积在200m2/m3左右。2223滤床高度同滤料的密度有密切关系塑料滤料每立方米质量仅为100kg左右，孔隙率高达93％～95％，滤床高度不但可以提高，而且可以采用双层或多层构造。国外一般采用双层滤床，高7m左右；国内常采用多层的“塔式”结构，高度在10m以上。石质拳状滤料组成的滤床高度一般在1～2.5m之间。一方面是由于孔隙率低，滤床过高会影响通风；另一方面由于太重,过高会影响排水系统和滤池基础结构。24布水设备设置目的为了使污水能均匀地分布在整个滤床表面上生物滤池的布水设备分为两类固定式喷嘴布水系统回转式布水器的中央是一根空心的立柱，底端与设在池底下面的进水管衔接。其所需水头在0.6～1.5m左右。固定式布水系统是由虹吸装置、馈水池、布水管道和喷嘴组成。这类布水系统需要较大的水头，约在2m左右。移动式（常用回转式）布水器2526旋转布水系统27282930脉冲式生物滤池配水系统31排水系统作用收集滤床流出的污水与生物膜保证通风支撑滤料32池底排水系统的组成池底排水假底集水沟排水假底是用特制砌块或栅板铺成，滤料堆在假底上面。假底空隙率不小于滤池面积5％～8％，高于池底0.4～0.6m。池底除支撑滤料外，还要排泄滤床上的来水，池底中心轴线上设有集水沟，两侧底面向集水沟倾斜，池底和集水沟的坡度约1％～2％。集水沟要有充分的高度，并在任何时候不会漫流，确保空气能在水面上畅通无阻，使滤池中空隙充满空气。3334生物滤池法的流程35又称低负荷生物滤池优点：处理效果好，BOD5的去除率可达90％以上，出水BOD5可下降到25mg/L以下，硝酸盐含量在10mg/L左右，出水水质稳定。缺点：占地面积大，灰蝇很多，影响环境卫生。普通生物滤池36交替式二级生物滤池法的流程交替式二级生物滤池法比并联流程负荷率可提高两三倍。运行时，滤池是串联工作的，污水经初步沉淀后进入一级生物滤池，出水经相应的中间沉淀池去除残膜后用泵送入二级生物滤池，二级生物滤池的出水经过沉淀后排出污水厂。工作一段时间后，一级生物滤池因表面生物膜累积，即将出现堵塞，改作二级生物滤池，而原来的二级生物滤池则改作一级生物滤池。高负荷生物滤池37回流式二级生物滤池法的流程高负荷生物滤池38高负荷生物滤池高负荷生物滤池中，处理水回流的效应：（1）均化与稳定进水水质；（2）加大水力负荷，及时地冲刷过厚和老化的生物膜，加速生物膜更新，抑制厌氧层发育，使生物膜经常保持较高的活性；（3）抑制滤池蝇的过渡滋长；（4）减轻散发的臭味。39国外的运行经验表明，在处理城市污水时，回流式生物滤池的处理效率大致如下：生物滤池的一个主要优点是运行简单，因此，适用于小城镇和边远地区。单级滤池法当滤池负荷率在1.7kg（BOD5）/(m3·d)(滤料)以下时，出水的BOD5约为滤池进水的BOD5的1/3。二级滤池法如果一级滤池的进水不经沉淀直接流向二级滤池，则一级滤池出水的BOD5为进水BOD5的1/2；二沉池的出水的BOD5为二级池进水BOD5的1/2。；40塔式生物滤池的流程从普通生物滤池发展而来，具有负荷高、生物相分层明显、滤床不易堵塞、占地小等特点。一般高8~12m。41塔式生物滤池4243影响生物滤池性能的主要因素这些过程的发生和发展决定了生物滤池净化污水的性能。影响这些过程的主要因素有：滤池高度负荷率回流供氧生物滤池中有机物的降解过程同时发生着多过程有机物在污水和生物膜中的传质过程氧在污水和生物膜中的传质过程生物膜的生长和脱落等过程有机物的好氧和厌氧代谢过程44滤床影响生物滤池性能的主要因素——滤池高度滤床上层,污水中有机物浓度较高,微生物繁殖速率高,种属较低级,以细菌为主,生物膜量较多,有机物去除速率较高。随着滤床深度增加,微生物从低级趋向高级，种类逐渐增多,生物膜量从多到少。滤床的上层和下层相比,生物膜量、微生物种类和去除有机物的速率均不相同。滤床中的这一递变现象，类似污染河流在自净过程中的生物递变。当滤床各层的进水水质互不相同时,各层生物膜的微生物就不相同,处理污水的功能也随之不同。滤床45影响生物滤池性能的主要因素——滤池高度46影响生物滤池性能的主要因素——滤池高度有机物的去除效果随滤床深度的增加而提高47有机负荷率：以BOD5为准，kg（BOD5或特定污染物质）/m3·d。影响生物滤池性能的主要因素——负荷率生物滤池的负荷率有三种表达形式：表面水力负荷率：m3（水）/（m2·d），又称平均滤率，m/d。由于生物滤池的作用是去除污水中有机物或特定污染物，因此，它的负荷率通常以有机物或特定污染物质为准较合理。有机负荷率：以BOD5为准，kg（BOD5或特定污染物质）/（m3·d）。水力负荷率：以流量为准，m3(水)/m3(滤料)·d。4849影响生物滤池性能的主要因素——回流回流——利用污水厂的出水或生物滤池出水稀释进水的做法称回流，回流水量与进水量之比叫回流比。回流对生物滤池性能的影响：（1）回流可提高生物滤池的滤率，它是使生物滤池负荷率由低变高的方法之一；（2）提高滤率有利于防止产生灰蝇和减少恶臭；（3）当进水缺氧、腐化、缺少营养元素或含有有害物质时，回流可改善进水的腐化状况、提供营养元素和降低毒物质浓度；（4）进水的质和量有波动时，回流有调节和稳定进水的作用。50影响生物滤池性能的主要因素——供氧温度差越大，通风条件越好；当水温较低，滤池内的温度低于水温时（夏季），池内气流向下流动；当水温较高，池内温度高于气温时（冬季），气流向上流动；若池内外无温度差，则停止通风；正常运行的生物滤池，自然通风可以提供生物降解所需的氧量，自然通风不能满足时，应考虑强制通风。生物滤池中，微生物所需的氧一般直接来自大气，靠自然通风供给。自然通风的推动力是池内温度与气温之差、滤池的高度和滤料孔隙率。51300mg/L400mg/L500mg/L进水有机物浓度对供氧的影响高52生物滤池系统的功能设计滤池类型和流程选择滤池个数和滤床尺寸的确定二次沉淀池的形式、个数和工艺尺寸的确定布水设备的计算53滤池类型的选择低负荷生物滤池现在已经基本上不常用，仅在污水量小、地区比较偏僻、石料不贵的场合尚有可能使用。大多采用高负荷生物滤池两种类型回流式塔式（多层式）滤池类型的选择，只有通过方案的比较，才能得出合理的结论。占地面积，基建费用和运行费用的比较，常起关键作用。54流程的选择确定流程时要解决的问题是否设初次沉淀池采用几级滤池是否采用回流，回流方式和回流比的确定当废水含悬浮物较多，采用拳状滤料时,须有初次沉淀池,以避免生物滤池阻塞。处理城市污水时,一般都设置初次沉淀池。下述三种情况应考虑用二次沉淀池出水回流：入流有机物浓度较高，可能引起供氧不足时；水量很小，无法维持最小经验值以下的水力负荷率时；污水中某种污染物在高浓度时，可能抑制微生物生长的情况下。55滤池个数和滤床尺寸的确定⑴滤床总体积（V）0VSQVL式中：V——滤床总体积，m3；S0——污水进滤池前的BOD5平均值，g/L；Q——污水日平均流量，m3/d，采用回流式生物滤池时，此项应为Q(1+r)，回流比r可根据经验确定；LV——容积负荷率，kgBOD5/（m3·d）。56滤池个数和