第13章生物膜法

第13章生物膜法目录13.1生物膜法的基本原理13.2生物滤池13.3生物转盘13.4生物接触氧化法13.5生物膜的进展生物膜法反应动力学4123生物膜结构及净化机理生物膜法污水处理特征13.1基本原理影响因素1、生物膜的形成：微生物细胞在水环境中，能在适宜的载体表面牢固附着，生长繁殖，细胞胞外多聚物使微生物形成纤维状的缠结结构，称之为生物膜。2、生物膜的构造：厌氧层、好氧层§13.1.1生物膜的结构及净化机理1.生物膜的形成及结构生物膜构造2.生物膜的组成§13.1.1生物膜的结构及净化机理组成1细菌、真菌（主要处理生物）2原生动物、后生动物（指示生物）3滤池蝇（可以抑制生物膜过度生长）4藻类生物膜对有机物的降解流动水层和附着水层①空气中的氧、BOD→附着水层→吸附水层→生物膜好氧层②厌氧层产生的NH3和水通过生物膜进入空气或水中进行物质和能量交换③当厌氧层的厚度达到一定程度后，生物膜脱落，新的生物膜重新生长。§13.1.1生物膜的结构及净化机理3.净化过程§13.1.2生物膜处理污水主要影响因素影响因素1进水底物的组分和浓度2营养物质（BOD5：N：P=100：5：1）3有机负荷及水力负荷4溶解氧5生物膜量6pH7温度8有毒物质§13.1.3生物膜法污水处理特征处理特征1微生物种类丰富，生物食物链长2存活世代时间较长的微生物，有利于不同功能的优势菌分段运行微生物方面特征处理工艺方面特征1对水质水量变动适应性较强2适合低浓度污水的处理3剩余污泥量少（沉降性好，易于固液分离）4运行管理方便，节能1、微生物向载体表面输送（主动输送、被动输送）。2、可逆附着过程3、不可逆附着过程4、附着微生物的增长，生物膜的形成1.微生物在载体上附着的一般过程§13.1.4生物膜法反应动力学§13.1.4生物膜法反应动力学液相中悬浮微生物微生物向载体表面运送可逆附着不可逆附着随着微生物增长，形成生物膜没有附着的微生物微生物在载体表面附着的步骤1、生物膜比增长速率（μ）：反映微生物增长活性（1）最大比增长速率（μmax）：动力学增长阶段比增长速率（2）平均比增长速率（μ）：反映生物膜表观增长特性2、底物比去除速率（qobs）：反映生物膜群体活性，呈正相关3、表观生物膜产率系数（Yobs）：揭示生物膜与能量代谢间相互耦合关系4、生物膜密度（ρ）：一般为生物膜的平均密度2.生物膜反应动力学重要参数§13.1.4生物膜法反应动力学滤床高度动力学计算方法4123概述生物滤池工艺流程13.2生物滤池生物滤池构造生物滤池设计计算56生物滤池的运行§13.2.1概述1、基本流程：沉砂→初沉→生物膜→二沉池→出水2、发展：1）负荷提高（低负荷）——高负荷→控制BOD200mg/l处理水回流2）塔式生物滤池（提高池高）3）应用范围扩大（工业废水）§13.2.2生物滤池构造§13.2.3生物滤池构造1.生物滤池法基本流程•1、特征（1）负荷高（水力负荷是普通的100倍）（2）限制进水BOD5（BOD5200mg/L）（3）处理水回流a、均化与稳定水质；保持较高生物膜活性（接种、增氧）；改善卫生状况b、回流比R•2、流程系统单池系统二段滤池系统（负荷不均，可采用交替配水，占地大）2.高负荷生物滤池QQRR1）池形H：8-24mD：1-3.5m1:6～1:8D塔身：围档滤料，H↑BOD进水↑2）滤料：质轻3）布水装置：旋转式4）通风：自然通风，机械通风•1、构造方面的特征3.塔式生物滤池•2、工艺特征1）负荷高：水力负荷80-200m3/m2·d，BOD负荷可达1000-2000BOD5/m3,但不易过高2）滤层内部分层3）处理量不宜大4.影响因素§13.2.4滤池高度的动力学计算方法1.计算公式2.系数的确定§13.2.5滤池设计计算§13.2.6生物滤池的运行思考题：生物滤池较易堵塞，如何解决？生物转盘设计计算4123概述生物转盘工艺流程13.3生物转盘生物转盘构造生物转盘的应用和研究进展5§13.3.1概述1、工作机理：当圆盘浸没于水中时，污水中的有机物被盘片上的生物膜吸附，当圆盘离开污水时，盘片表面形成薄薄一层水膜。水膜从空气中吸收氧气，同时生物膜分解被吸附的有机物。这样圆盘每转一圈，即进行一次吸附—吸氧—氧化分解过程。圆盘不断转动，污水得到净化，同时盘片上的生物膜不断生长、增厚。老化的生物膜靠圆盘旋转时产生的剪切力脱落下来而更新。2、特点：①不会发生堵塞现象，净化效果好；②能耗低，管理方便；③占地面积大；④有气味产生，对环境有一定影响。§13.3.2生物转盘的构造根据转盘和盘片的布置形式可分为：•单轴单级•单轴多级•多轴多级污泥不需回流§13.3.3生物转盘法的工艺流程§13.3.4生物转盘设计计算§13.3.5生物转盘法的应用和研究进展1.生物转盘法的应用水量较小的污水处理工程完全处理、不完全处理和工业废水处理2.生物转盘法的研究进展1、空气驱动生物转盘DO↑η↑活性↑易操作维护2、与其它设备组合•1）与沉淀池组合生物转盘①与二沉池组合②与初沉池和二沉池组合•2）与曝气池组合3、藻类生物转盘藻菌共生体系生物接触氧化法设计计算4123概述生物接触氧化池工艺流程13.4生物接触氧化法生物接触氧化池构造§13.4.1生物接触氧化法的应用和研究进展§13.4.2生物接触氧化池的构造1、一级处理流程初沉池→接触氧化池→二沉池→排放（简单，易维护运行，投资低）2、二级处理流程完全混合和推流的特点一级：F/M2.1二级：F/M=0.53、多级处理流程§13.4.3生物接触氧化法工艺流程§13.4.4生物接触氧化池设计计算§13.5生物膜法的发展1.曝气生物滤池（BAF）1、概述：20世纪70年代末，80年代初起源于欧洲，90年代初得到较大发展。1）优点：①从投资看：不设二沉池，水力负荷、容积负荷高，停留时间短，布置紧凑，占地面积小，建设费用低。②从工艺效果看：生物量大，抗冲击负荷能力较强，耐低温，不发生污泥膨胀，出水水质好。③从运行看：易挂膜，启动快。④氧传输效率高，曝气量小，能耗低2）缺点：①对进水SS要求高（100mg/L,最好60mg/L）②水头损失较大③反冲洗水流入初沉池有较大冲击负荷，可能引起滤料流失。④产泥量大，污泥稳定性差。2、曝气生物滤池构造及工作原理1）构造：池体、布水系统、布气系统、承托层、滤料层、反冲洗系统2）工作原理：污水从上部进入滤池，并通过由滤料组成的滤层，在滤料表面形成有微生物栖息的生物膜。在污水滤过滤层的同时，空气从滤料处通入，并由滤料的间隙上升，与下向流的污水相向接触，空气中的氧转移到污水中，向生物膜上的微生物提供充足的溶解氧和丰富的有机物。在微生物的代谢作用下，有机物被降解。1.曝气生物滤池（BAF）3、曝气生物滤池的工艺：1）下向流（BIOCARBONE）：早期应用，负荷不高；纳污率不高，易堵塞。2）上向流：①BIOFOR：布气布水均匀；纳污率高，反冲洗间隔时间长；氧传递利用率高。②BIOSTYR：采用新型轻质滤料——（Biostyrene）；滤床分为上部的曝气反应区，下部的非曝气过滤区1.曝气生物滤池（BAF）1.曝气生物滤池（BAF）3、曝气生物滤池主要工艺设计参数：1）水力负荷、容积负荷负荷类别碳氧化硝化反硝化水力负荷/[m3•（m2•h）-1]2~102~10—容积负荷/[kgX•（m2•d）-1]3~63~61.5(10℃)2.0(20℃)2(10℃)2.0(20℃)2)滤料高度、滤料粒径3）单位面积4）反冲洗周期（一般24h）、强度（空气强度:10~15L/(m2•s)、水力强度：≤8L/(m2•s)）、时间、气水比。2.生物流化床2.生物流化床2.生物流化床2.生物流化床2.生物流化床2.生物流化床2.生物流化床1.生物流化床2.生物流化床2.生物流化床2.生物流化床2.生物流化床2.生物流化床3.其他新型生物膜工艺1、生物膜—活性污泥法联合处理工艺：活性生物滤池、生物滤池—活性污泥法串联、悬浮滤料活性污泥法2、生物脱氮除磷工艺3、生物膜反应器：微孔膜生物反应器、复合式生物反应器、移动床生物膜反应器、序批式生物膜反应器。