第四章生物膜法.

第四章废水好氧生物处理工艺(2)——生物膜法第一节生物膜法的基本原理第二节生物滤池第三节生物转盘第四节生物接触氧化法定义：是与活性污泥法并列的一类废水好氧生物处理技术，其实质是使微生物群落（菌类、原生动物、后生动物等）附着在滤料或某些载体上生长繁育，并在其上形成膜状生物污泥——生物膜，污水和生物膜接触，污水中的有机物作为营养物质，为生物膜上的微生物所摄取，污水得到净化，微生物自身得到繁衍增殖的过程，称为生物膜法工艺，又称固定膜法；起源：土壤自净过程的人工强化；处理对象：废水中溶解性和胶体状的有机物及氮素污染物；生活污水或城市废水；以及个别工业废水；分类：生物滤池；生物转盘；生物接触氧化工艺；生物流化床；第一节生物膜法的基本原理什么是“生物膜”？是附着生长在固体状材料表面的由多种微生物形成的膜状生物聚集体；固体状材料：滤料——生物滤池；填料——生物接触氧化（淹没式生物滤池）工艺；转盘——生物转盘；载体——生物流化床生物膜对有机物的降解过程：1.生物膜的形成和成熟2.生物膜的工作3.生物膜的更新与脱落1、生物膜的形成和成熟形成的前提条件：载体——填料、滤料或转盘；营养物质——有机物、N、P及其它，由污水提供；微生物——由污水自行提供，或接种；生物膜形成过程：含有营养物质和接种微生物的污水在载体表面流动，经过一定时间后，污水中的微生物会在载体表面附着增殖和生长，形成一层薄的生物聚集体。生物膜成熟：其标志是在生物膜上由细菌及其它各种微生物组成的生态系统以及生物膜对有机物的降解功能都达到了平衡和稳定。所需时间：从开始形成到成熟，生物膜要经历潜伏和生长两个阶段，在20C下处理城市污水时，生物膜从开始形成到成熟，一般需要30天左右。2、生物膜工作过程及结构示意图滤料或填料或载体生物膜空气附着水层流动水层CO2O2O2O2BOD5BOD5H2ONH3BOD5CH4、H2S、NH3生物膜的性质：①高度亲水，存在着附着水层；厌氧膜好氧膜········································②微生物高度密集：各种细菌以及微型动物，形成了有机污染物——细菌——原（后）生动物的食物链。生物膜结构：①由于微生物不断增殖，生物膜厚度不断增加，氧气不能透入的内部深处将转变为厌氧状态；②成熟的生物膜由厌氧膜和好氧膜两层组成；③好氧膜是有机物降解的主要场所，一般厚度为2mm。3、生物膜的更新与脱落生物膜更新的原因：厌氧层不厚时，它与好氧层保持着一定的平衡与稳定关系，好氧层能够维持正常的净化功能，生物膜正常工作。随着厌氧膜的加厚：①内因：厌氧代谢产物增多，代谢产物向外逸出时要通过好氧层，使好氧层的稳定性遭到破坏；又因为厌氧气态代谢产物的不断逸出，减弱生物膜在滤料上的附着能力，可能将膜顶起；外因:同时由于水力的冲刷，生物膜将从滤料表面脱落，随出水流出。②生物膜处于老化状态，净化功能变弱，易于脱落。生物膜的更新：①老化膜脱落，新生物膜会经过一段时间后重新生长；②新生物膜具有更强的净化功能。4、生物膜法的主要特点（1）微生物方面的特征生物膜中的微生物与活性污泥中的大致相同，主要有细菌、真菌、藻类、原生动物和后生动物等。1)微生物种类多样化；2)生物膜上微生物的食物链较活性污泥法长；在生物膜上，动物性营养一类所占比例较大，微型动物存活率较高，捕食性的纤毛虫、轮虫类、线虫类、寡毛类和昆虫等。——污泥量少于活性污泥处理系统。3)各段具有优势菌种；多分段进行，每段都繁衍与进入本段污水水质相适应的微生物，形成优势种属，有利于有机物的降解和微生物新陈代谢的充分发挥。生物滤池上层：多数是以摄取有机物为主的异养微生物，底部是以摄取无机物为主的自养微生物。(2)工艺运行特征1)对水质、水量等的变化适应性强，即耐冲击负荷能力强；2)剩余污泥的沉降性能良好，易于分离；由生物膜上脱落下来的生物污泥，所含动物成分较多，比重较大，污泥颗粒个体较大，沉降性能良好，宜于固液分离。3)能够处理低浓度污水；活性污泥法不宜处理低浓度的污水，当BOD5低于50~60mg/L，采用活性污泥法效果不好。浓度低将影响到活性污泥絮凝体的形成和增长，影响处理效果。生物膜法能使BOD5=20~30mg的污水降至5~10mg/l；4)易于维护运行，运行费用少。4、生物膜法的主要特点生物膜法的主要设施生物膜法的主要设施第二节生物滤池一、基本概念是在污水灌溉的实践基础上发展起来的人工生物处理法；分类：普通生物滤池；高负荷生物滤池；塔式生物滤池（第三代生物滤池）；曝气生物滤池。建设中的生物滤池1、基本结构滤料布水器承托层排水系统●基本原理：废水从上向下从滤料空隙间流过，与滤料上的生物膜充分接触，废水中的有机污染物被微生物吸附并降解，出水从排水系统排出。2、工艺流程初沉池生物滤池二沉池出水回流出水进水剩余污泥生物滤池法的流程典型生物滤池的构造滤床布水装置排水系统二、生物滤池的构造池体、滤料二、生物滤池的构造1、池体池体形式：方形或矩形——上世纪30、40年代以前：普通生物滤池；多边形或圆形——旋转布水器的出现：高负荷生物滤池；塔式生物滤池池壁形式：带有孔洞或不带孔洞有孔洞的池壁有利于滤料的内部通风，但在低温季节，易受低温的影响，使净化功能降低。超高要求：池壁高于滤料0.5m。其它考虑：防冻、采暖、防蝇等滤料是生物滤池的主体，是生物膜赖以生长的介质，它对生物滤池的净化功能有直接影响，理想的滤料应具备下述特性：(1)比表面积大，有利于微生物的附着；(2)能使废水以液膜状均匀分布于其表面；(3)孔隙率大，使脱落的生物膜能随出水流到池底，同时保证通风（即保证氧的供给）良好；(4)适于生物膜形成与粘附，且应该既不被微生物分解，又不抑制微生物的生长，有较好的化学性能；(5)有较好的机械强度，不易变形和破碎，就地取材，便于加工、运输2、滤料2.1普通生物滤池的滤料：实心拳状滤料，如碎石、卵石、炉渣等；工作层：滤料粒径为3050mm，承托层：滤料粒径为60100mm；同层滤料尽量均匀，以保证孔隙率；滤料粒径越小，比表面积（可附着面积）越大，处理能力可以提高，但滤料粒径并非越小越好，滤料粒径过小，孔隙率降低，易堵塞一般，滤料孔隙率为45%~50%时，其比表面积约为65100m2/m3。2.2高负荷生物滤池的滤料：滤料多选用塑料滤料：多用聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯等制成；形状有波纹板式、斜管式和蜂窝式等。优点：质轻、强度高、耐腐蚀、比表面积和孔隙率都较大。缺点：造价较高，初期投资较大。粒径较大，一般为40100mm，滤层厚度为2米。工作层：4070mm，承托层：70100mm，孔隙率可达95%，可防堵塞和提高通风能力；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％高负荷生物滤池的滤料：型式孔径(mm)比表面积(m2/m3)孔隙率(%)重量(kg/m3)立体波纹板3065198907040851509360501001139650蜂窝状192019836~38251539926~28321229921~2336989920~222.3塔式生物滤池的滤料：多采用质轻、比表面积大和孔隙率高的人工合成滤料；主要有环氧树脂玻璃布蜂窝、聚氯乙烯波纹板、瓷环和焦炭等。比表面积为100220m2/m3，孔隙率一般大于94%。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——塔式生物滤池。滤床四周一般设池壁，池壁起围护滤料、减少污水飞溅的作用。常用砖、石或混凝土块砌筑。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。3、布水系统设置目的为了使废水能均匀地布洒在整个滤床表面上生物滤池的布水装置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。高负荷生物滤池、塔式生物滤池多采用回转式布水装置固定式布水系统是由虹吸装置、投配池、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。普通生物滤池多采用固定式布水装置移动式（常用回转式）布水器投配池虹吸装置布水管道喷嘴固定式布水系统脉冲式生物滤池配水系统4、排水系统设在滤池的底部作用：收集滤床流出的污水与生物膜，并保证滤池有良好的通风和支撑滤料；组成：渗水装置、集水沟和排水渠组成；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。四、工艺类型普通生物滤池高负荷生物滤池塔式生物滤池BOD5容积负荷率：在保证处理水达到要求质量的前提下，每m3滤料在1d内能接受的BOD5量，其表示单位为kgBOD5/m3.d。水力负荷率：在保证处理水达到要求质量的前提下，每m3滤料或每m2滤池表面在1d内能接受的污水水量（m3），其表示单位为m3/（m2滤池表面）.d或m3/（m3滤料）.d。1、普通生物滤池普通生物滤池，又称滴滤池，低负荷生物滤池，第一代生物滤池①构造：池体、滤料、布水系统和排水系统②正常气温下，处理城市废水时：水力负荷率：13m3/（m2滤池.d），BOD5容积负荷率：0.1~0.25kgBOD5/m3.d，优点：处理效果好，BOD5的去除率一般为9095%；易于管理，节约能源，适用于水量不大于1000m3/d的小城镇污水或有机工业废水。缺点：占地面积大，易于堵塞，灰蝇很多，卫生条件差。（2）普通生物滤池的设计和计算设计和计算包括：滤料容积、滤池深度和平面尺寸的确定，布水系统和排水系统的设计计算。)(3mNQLVvaHVA用水力负荷校核，水力负荷应该1~3m3/m2滤池﹒d1、普通生物滤池2、高负荷生物滤池生物滤池的第二代工艺，它是在解决、改善普通生物滤池在净化功能和运行中存在的实际弊端的基础上开创的。特征：1.使负荷率比普通生物滤池提高了数倍：BOD容积负荷率高于普通生物滤池6~8倍，水力负荷率提高达10倍。因而使得池子体积大大缩小，高负荷生物滤池的高负荷率是通过限制进水BOD5值和运行上采用处理水回流等技术措施而达到的。2.池子体积较小，占地面积小，但BOD5去除率较低。3.运行灵活，可以通过调整负荷和工艺流程，得到不同的处理效率。4.负荷率提高，有机物降解不彻底，排出的生物膜容易腐化。1、高负荷生物滤池（1）基本参数：①以碎石为滤料时，滤层高度为2m；以塑料为滤料时，滤床高度可达4m；②正常气温下，处理城市废水时：水力负荷为1030m3/（m2滤池.d）；BOD5容积负荷0.8~1.2kgBOD5/（m3滤料.d），单级滤池的BOD5的去除率一般为7585%；两级串联，BOD5的去除率一般为9095%；③进水BOD5大于200mg/L时，应采取出水回流措施；④池壁四周通风口的面积不应小于滤池表面积的2%；利用二沉池的出水或生物滤池出水稀释进水的做法称处理水回流，回流水量与进水量之比叫回流比。处理水回流对生物滤池性能可以产生以下各项效应：（1）可以均化与稳定进水水质，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；（2）加大水力负荷率，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