2019最新62生物膜法水处理设备物理

第六章水的生化处理设备的选用与维护第二节污水的好氧生物处理——生物膜法学习要求1、了解生物膜法的机理，处理工艺特征。2、掌握各种生物膜法处理设备的结构、特点，处理工艺流程。学习内容1、生物膜法概述2、生物滤池3、生物转盘4、生物接触氧化5、生物流化床一、生物膜法概述生物膜法和活性污泥法一样，都是利用微生物来去除废水中有机物的方法，两者是平行发展起来的污水好氧处理工艺。生物膜法和活性污泥法的区别活性污泥法中的微生物在曝气池内以活性污泥的形式呈悬浮状态，属于悬浮生长系统；生物膜法中的微生物附着生长在填料或载体上，形成膜状的活性污泥，属于附着生长系统或固定膜工艺。生物膜法是土壤自净的人工强化。最早人们利用污水浇灌农田，发现了土壤渗滤作用对污水中有机物有净化作用。活性污泥法是水体自净的人工强化。生物膜法的实质是使细菌和菌类一类的微生物和原生动物、后生动物一类的微型动物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。污水与生物膜接触，污水中的有机污染物作为营养物质，为生物膜上的微生物所摄取，微生物自身得到繁衍增殖，同时污水得到净化。净化机理概述1、生物膜的形成及其净化过程生物膜法处理污水就是使污水与生物膜接触，进行固、液相的物质交换，利用膜内微生物对有机物进行降解，使污水得到净化，同时生物膜内的微生物不断生长与繁殖。因此，生物膜废水处理技术的关键是形成性能良好的生物膜，而生物膜的形成及其生长是实现废水有效处理的前提。当废水中含有足够数量的有机营养物、微量元素及溶解氧时，微生物在作为载体的填料表面生长繁殖。微生物可以在其自身通过代谢途径产生的胶质粘膜内活动，使微生物的数量不断增长，并使其从载体表面向外伸展。好氧层的形成由于微生物的不断繁殖增长，生物膜的厚度不断增加，当膜厚增到一定程度后，在氧不能透入的膜内侧深部即转变为厌氧状态。厌氧层的形成由好氧微生物和兼性微生物组成，由于吸收营养和溶解氧比较容易，微生物生长繁殖迅速，其厚度一般为2mm左右。好氧层的特征内部和载体接触的部分，由于营养物质和溶解氧的不足，微生物的生长繁殖受到限制，好氧微生物难以存活，兼性微生物转为厌氧代谢方式，而某些厌氧微生物却恢复了活性，厌氧层在生物膜达到一定厚度时才出现。厌氧层的特征液相中悬浮微生物微生物向载体表面运送固定微生物增长、形成生物膜不可逆附着可逆附着生物膜的再生厌氧膜的加厚：①厌氧的代谢产物增多，导致厌氧膜与好氧膜之间的平衡被破坏；②气态不断逸出，减弱了生物膜在填料上的附着能力；③成为老化生物膜，其净化功能较差，且易于脱落。生物膜的更新：①老化膜脱落，新生生物膜又会生长起来；②新生生物膜的净化功能较强。产物的生物膜法的运行原则：①减缓生物膜的老化进程；②控制厌氧膜的厚度；③加快好氧膜的更新；④尽量控制使生物膜不集中脱落。生物膜成熟的标志生物膜沿水流方向分布，在其上由细菌及各种微生物组成的生态系统及其对有机物的降解功能都达到了平衡和稳定的状态。从开始形成到成熟，生物膜要经历潜伏和生长两个阶段，一般的城市污水，在20℃左右的条件下大致需要30d的时间。2、生物膜的载体为生物膜提供附着生长固定表面的材料称为填料（或载体），在生物膜法的发展和性能特征方面填料有着重要的影响。生产中最早采用的生物膜法构筑物是以碎石为填料的滴滤池。碎石能够为微生物附着生长的表面积小，因而滴滤池的负荷不可能很大，使其占地面积较大，加之废水以喷洒方式在滴滤池表面布水，卫生状况也不好。所以生物膜法一直未被重视。由于塑料工业的发展以及塑料填料引入生物膜处理系统，有力地推动了生物膜法的进一步发展。废水生物处理中所使用的载体材料有无机和有机两大类无机类载体无机类载体主要有沙子、碳酸盐类、各种玻璃材料、沸石类、陶瓷类、碳纤维、矿渣、活性炭等。无机类载体普遍具有机械强度高，化学性质相对稳定的特点，可提供较大的比表面积。主要不足是密度较大，使其在悬浮生物膜反应器中的应用受到限制。有机类载体有机类载体是生物膜法中使用的主要载体材料。主要有PVC、PE、PS、PP、各类树脂、塑料、纤维以及明胶等，其中有机高分子类载体适用于悬浮状态完全混合反应器工艺（生物流化床、曝气生物滤池等）的微生物固定化，而塑料类载体多适用于固定床（普通生物滤池）或混合型（如流化床）工艺。选择生物膜载体的基本原则足够的机械强度，以抵抗强烈的水流剪切力的作用；优良的稳定性，主要包括生物稳定性、化学稳定性和热力学稳定性；亲疏水性及良好的表面带电特性，通常废水pH在7左右时，微生物表面带负电荷，而载体为带正电荷的材料时，有利于生物体与载体之间的结合程度；无毒性或抑制性；优越的物理性状，如载体的形态、相对密度、孔隙率和比表面积等；就地取材、价格合理。BiofilmonroughsurfaceBiofilmonsmoothsurface球形填料弹性填料组合填料蜂窝填料3、生物膜法的特征微生物相方面的特征(1)、生物膜中微生物的多样化(2)、生物的食物链长污泥产量低，是生物膜法各种工艺的共同特征。微生物种类活性污泥法生物膜法细菌++++++++真菌+++++藻类一++鞭毛虫+++++肉足虫+++++纤毛虫缘毛虫++++++++纤毛虫吸管虫++微生物种类活性污泥法生物膜法其他纤毛虫+++++轮虫++++线虫+++寡毛类一++其他后生动物一+昆虫类一++生物膜和活性污泥上出现的微生物在类型、种属和数量上的比较微生物相方面的特征(3)、能够繁殖世代时间较长的微生物(4)、分段运行与优势菌属生物膜法多分段进行，在正常运行的条件下，每段都繁衍与进入本段污水水质相适应的微生物，并形成优势菌属，这种现象非常有利于微生物新陈代谢功能的充分发挥和有机污染物的降解。处理工艺方面的特征生物膜法受污水水质、水量变化而引起的有机负荷和水力负荷波动的影响较小，即或有一段时间中断进水或工艺遭到破坏，对生物膜的净化功能也不会造成致命的影响，通水后恢复较快。(1)、耐冲击负荷，对水质、水量变动有较强的适应性(2)、微生物量多，处理能力大、净化功能强微生物的附着生长使生物膜含水率低，单位反应器容积内的生物量可高达活性污泥法的5～20倍，因而生物膜反应器具有较大的处理能力，净化功能显著提高。处理工艺方面的特征由生物膜上脱落下来的污泥，因所含动物成分较多，比重较大，而且污泥颗粒个体较大，沉降性能良好，易于固液分离。(3)、污泥沉降性能良好，易于沉降分离(4)、能够处理低浓度的污水生物膜法处理低浓度污水，能够取得较好的处理效果，运行正常时可处理进水BOD5为20～30mg/L的污水，使其出水BOD5值降至5～10mg/L.而活性污泥法却不适宜处理低浓度的污水，若原污水的BOD5值长期低于50～60mg/L，将影响活性污泥絮凝体的形成和增长，净化功能降低，处理水水质低下。生物膜反应器由于具有较高的生物量，一般不需要污泥回流，因而不需要经常调整反应器内污泥量和剩余污泥排放量，易于运行、维护与管理。另外，在活性污泥法中，因污泥膨胀问题而导致的固液分离困难和处理效果降低一直困扰着操作管理者，而生物膜反应器由于微生物附着生长，即使丝状菌大量繁殖，也不会导致污泥膨胀，相反还可以利用丝状菌较强的分解氧化能力，提高处理效果。（5）、易于运行管理、节能，无污泥膨胀问题处理工艺方面的特征生物膜法的不足（1）、需要较多的填料和支撑结构，在不少情况下基建投资超过活性污泥法；（2）、出水常常携带较大的脱落的生物膜片，大量非活性细小悬浮物分散在水中使处理水的澄清度降低；（3）、活性生物量较难控制，在运行方面灵活性差；（4）、载体材料的比表面积小，BOD容积负荷有限；（5）、采用自然通风供氧，在生物膜内层往往形成厌氧层，从而缩小了具有净化功能的有效容积。生物膜法分为以下三类：（1）、润壁型生物膜法废水和空气沿固定的或转动的接触介质表面的生物膜流过，如生物滤池和生物转盘等。（2）、浸没型生物膜法接触滤料固定在曝气池内，完全浸没在水中，采用鼓风曝气，如生物接触氧化。（3）、流动床型生物膜法使附着流化床。有生物膜的活性炭、砂等小粒径接触介质悬浮流动于曝气池中，如生物。主要的生物膜法二、生物滤池1、概述生物滤池是以土壤自净为依据，在污水灌溉的实践基础上，经较原始的间歇砂滤池和接触滤池而发展起来的人工生物处理技术。需要有预处理及二沉池类型普通生物滤池高负荷生物滤池塔式生物滤池曝气生物滤池2、普通生物滤池（滴滤池）工艺流程生物滤池的基本原理工艺与活性污泥工艺的流程不同的是，在生物滤池中常采用出水回流，而基本不会采用污泥回流，因此从二沉池排出的污泥全部作为剩余污泥进入污泥处理流程进行进一步的处理。生物滤池的工作原理含有污染物的废水从上而下从长有丰富生物膜的滤料的空隙间流过，与生物膜中的微生物充分接触，其中的有机污染物被微生物吸附并进一步降解，使得废水得以净化；主要的净化功能是依靠滤料表面的生物膜对废水中有机物的吸附氧化作用。生物滤池的基本原理工艺（1）、构造由池体、滤料、布水装置和排水系统等四部分组成。滤料布水器承托层排水系统1)池体2)滤料①质坚②高比表面积③大孔隙率④就地取材普通生物滤池的滤料：①一般为实心拳状滤料，如碎石、卵石、炉渣等；②工作层的滤料的粒径为2540mm，承托层滤料的粒径为70100mm；③同一层滤料要尽量均匀，以提高孔隙率；④滤料的粒径愈小，比表面积就愈大，处理能力可以提高；但粒径过小，孔隙率降低，则滤料层易被生物膜堵塞；⑤一般当滤料的孔隙率在45%左右时，滤料的比表面积约为65100m2/m3。通过投配池、布水管道和喷嘴，向滤池进行脉冲间歇布水。3)布水装置目的：将废水均匀地喷洒在滤料上，同时要适应水量变化，不易堵塞和易于清洗等。普通生物滤池多采用固定喷嘴式布水装置系统。4)排水系统排水系统设于池的底部，一般由渗水装置、汇水沟和总排水沟组成。作用：①排除处理后的污水；②保证滤池良好的通风。重要参数：池子底面坡度(0.01～0.03)；排水沟坡度0.005～0.02。排水总渠坡度0.003～0.005。（2）、普通生物滤池的适用范围适用于处理每日污水量不高于1000m3的小城镇污水或有机性工业废水。（3）、普通生物滤池的优缺点优点：①处理效果好，BOD5的去除率可达95%上；②运行稳定、易于管理、节省能源。缺点：①占地面积大、不适于处理量大的污水；②滤料易于堵塞；③产生滤池蝇，恶化环境卫生；④喷嘴喷洒污水，散发臭味。3、高负荷生物滤池（1）、高负荷生物滤池特征限制进水BOD5值以及采用处理水回流。设计负荷：BOD5容积负荷率高于普通生物滤池6～8倍；水力负荷率则高达10倍。（2）、高负荷生物滤池的流程系统一般为单级系统，根据处理水质要求，可以将滤池设计成多段串联或交替配水的多段系统。（3）、高负荷生物滤池的构造特点1)高负荷生物滤池通常是圆形2)、高负荷生物滤池采用旋转布水装置优点:布水均匀;所需水头较小、易于管理。缺点:须将滤池建成圆形，占地面积较大。（4）、高负荷生物滤池的工艺特点优点：1)、负荷高，水力冲刷能力强，滤料表面所积累的生物膜量不大，不易赌塞；2)、占地面积小，卫生条件好，比较适宜于浓度和流量变化较大的废水处理。缺点：负荷大，处理程度不高。4、塔式生物滤池（1）、塔式生物滤池的特征1)、构造方面的特征塔式生物滤池一般高达8～24m，径高比介于1:6～1:8左右，呈塔状。塔身分层建造。在平面上塔式生物滤池多呈圆形。在构造上由塔身、滤料、布水系统以及通风及排水装置所组成。2)、工艺方面的特征高负荷率：塔式生物滤池的水力负荷率为一般高负荷生物滤池的2～10倍，BOD容积负荷率较高负荷生物滤池高2～3倍。通常进水的BOD5值控制在500mg/L以下。滤料内部的分层：在各层生长繁育着种属各异、但适应流至该层污水特征的微生物种群。3）、塔式生物滤池的特点：优点：占地面积可大大缩小，对水质突变的适应性强。塔身高，使通风条件好，供氧充足；缺点：容易导致滤池堵塞，所以进水的BOD5浓度应控制在500mg/L以下，否则必须用出水回