第17章生物膜法d0aae6820740be1e640e9a29

•了解曝气生物滤池的一般结构和工艺特点；•熟悉生物转盘和生物流化床特点、工艺流程及其计算；•掌握高负荷生物滤池和塔式生物滤池的特点、结构和工艺设计；•掌握生物接触氧化池的概念和设计计算。第十七章生物膜法教学目的与要求重点：生物膜法的基本概念与流程、生物接触氧化法、生物流化床。难点：生物接触氧化法。第十七章生物膜法17.1概述17.2生物滤池17.3生物转盘17.4生物接触氧化法17.5生物流化床17.6其它生物膜法工艺17.7复合式、联合式生物膜处理工艺17.8生物膜法的运行管理生物膜法内涵：定义：附着在构筑物挂膜介质上，并在其上生长和繁殖，由细胞内向外伸展的胞外多聚物使微生物细胞形成纤维状的缠结结构,生物膜法又称固定膜法•与活性污泥法并列的一类废水好氧生物处理技术；•是土壤自净过程的人工化和强化；•与活性污泥法一样，生物膜法主要去除废水中溶解性的和胶体状的有机污染物，同时对废水中的氨氮还具有一定的硝化能力；17.1概述实质是使细菌类微生物和原生动物、后生动物类的微型动物附着在滤料或某些载体上，并在其上形成膜状生物污泥-----生物膜生物膜法的历史及发展：1865年德国科学家发现生物过滤作用；1893年英国将污水喷洒在粗滤料上，作为膜生物反应器的生物滤池问世；20世纪20—30年代建造了许多生物膜反应器；40—50年代生物滤池逐渐被活性污泥取代的趋势；70年代新的反应器以独特的优势受关注。活性污泥法中的微生物是呈悬浮状态的，属于悬浮生长体系；而生物膜法中的生物呈附着膜状，属于附着生长系统或固定膜工艺17.1.1生物膜及其形成过程•生物膜的形成（1）生物膜的形成必须具有以下几个前提条件：①起支撑作用、供微生物附着生长的载体物质：在生物滤池中称为滤料；在接触氧化工艺中成为填料；在好氧生物流化床中成为载体；②供微生物生长所需的营养物质，即废水中的有机物、N、P以及其它营养物质；③作为接种的微生物。(2)生物膜的形成：含有营养物质和接种微生物的污水在填料的表面流动，一定时间后，微生物会附着在填料表面而增殖和生长，形成一层薄的生物膜。(3)生物膜的成熟：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。生物膜从开始形成到成熟，一般需要30天左右(城市污水，20C)•生物膜的性质：①高度亲水，存在着附着水层；②微生物高度密集：各种细菌以及微型动物，这些微生物起着主要去除废水中的有机污染物的作用，形成了有机污染物——细菌——原生动物(后生动物)的食物链。生物膜的更新与脱落厌氧膜的出现：①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成熟的生物膜一般都由厌氧膜和好氧膜组成；③好氧膜是有机物降解的主要场所，一般厚度为2mm。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气态产物的不断逸出，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17.1.2生物膜的构造及净化机理1）构造好氧层：2mm土厚，有机物的降解主要在此厌氧层：2）有机物降解过程空气中氧溶解于流动水层中；污水中有机物由流动水层传递到附着水层，再进入生物膜；微生物代谢有机物。生物膜的结构生物膜结构示意图17.1.3生物膜的微生物相•细菌•真菌•藻类•原生动物•后生动物17.1.4生物膜法工艺的基本流程原废水处理水二沉池生物膜反应器初沉池回流污泥污泥17.1.5生物膜反应器•生物滤池•生物转盘•生物接触氧化法•生物流化床•微孔膜生物反应器•移动床生物膜反应器•复合式、联合式生物膜反应器1）微生物种类多样化：①相对安静稳定环境；②SRT相对较长；③丝状菌也可以大量生长，无污泥膨胀问题；④线虫类、轮虫类等微型动物出现的频率较高；⑤藻类、甚至昆虫类也会出现；⑥生物膜上的生物：类型广泛、种属繁多、食物链长且复杂。1.生物相方面的特征17.1.6生物膜法的特征与发展趋势表1生物膜和活性污泥中出现的微生物在类型、种属和数量的比较微生物种类活性污泥生物膜法微生物种类活性污泥法生物膜法细菌++++++++轮虫++++真菌+++++线虫+++藻类-++寡毛虫-++鞭毛虫+++++其它后生动物-+肉足虫+++++昆虫类-++纤毛虫++++++++2）生物膜上微生物的食物链较长①动物性营养者所占比例较大，微型动物的存活率较高；②食物链长；③污泥产量少于活性污泥系统(仅为1/4左右)。3）能够存活世代时间较长的微生物有利于硝化作用的进行。4）分段运行与优占种属生物膜处理法一般多分段处理，在正常运行条件下，每段都繁衍着与进入本段污水水质相适应的微生物，并形成优占种属，这种现象非常有利于微生物新陈代谢功能的充分发挥和对有机污染物的降解。(1)对水质、水量变动又较强的适应性；(2)剩余污泥的沉降性能良好，易于固液分离；(3)能够处理低浓度污水；使BOD5=20~30mg的污水降至5~10mg/l；(4)易于维护运行，运行费用少。2.处理工艺方面的特征构造：池体、滤料、布水装置、排水系统17.2生物滤池17.2.1普通生物滤池又名滴滤池，是第一代的生物滤池。1.普通生物滤池的构造与特征（1）池体生物滤池的池体多为圆形、方形或矩形；池壁可有孔洞或不带孔洞的两种形式，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；池壁一般要求高于滤料表面0.5~0.9m。（2）滤料主要特性：①大的表面积，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有足够大的孔隙率，使脱落的生物膜能随水流到池底，同时保证良好的通风；④适合于生物膜的形成与粘附，且应该既不被微生物分解，又不抑制微生物的生长；⑤有较好的机械强度，不易变形和破碎。(a)波纹状(b)管状（c）蜂窝状环状滤料比表面积在98-340m2/m3之间，空隙率为93%～95%波纹板状滤料比表面积在81～195m2/m3之间，空隙率为93%一95%（3）布水装置作用：将废水均匀地喷洒在滤料上。普通生物滤池多采用固定式布水装置；主要由投配池、布水管道和喷嘴等所组成。投配池设于滤池的一端或两座滤池的中间，在投配池内设置虹吸装置。布水管道敷设在滤池滤料表面下0.5～0.8m，在其上装有均匀排列、伸出滤料表面0.15～0.20m的竖管，在竖管顶端安装喷嘴。优点：运行方便，宜于管理和受气候影响较小，缺点：需要的水头较大，约20m。喷水周期一般为5～8min，小型污水处理厂不应大于15min。4）排水系统排水系统处于滤床的底部，其作用是收集、排出处理后的废水和保证良好的通风；一般由渗水装置、汇水沟和总排水沟所组成；渗水装置用于支撑滤料，其排水孔隙的总面积应不小于滤池表面积的20%；渗水装置与池底之间的距离一般应在0.4m以上，以利通风，一般在出水区的四周池壁均匀布置进风孔。普通生物滤池的流程系统污水预处理（格栅、沉淀池、初沉池等）生物滤池→二沉池排放0SSaSe优缺点•优点：处理效果好，BOD5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，易于堵塞，影响环境卫生。2.普通生物滤池的设计与计算滤料容积：按负荷率计算BOD负荷率（gBOD/m³.d）水力负荷率(m³/m³滤料.d)滤料选定、容积与滤池结构的工艺设计，布水装置系统的计算与设计1.设计内容：工作层填料的粒径为2540mm，厚度为1.31.8m；承托层填料的粒径为70100mm，厚度为0.2m。正常气温条件处理城市废水时，表面水力负荷为13m3/m2.d，BOD5容积负荷为0.150.30kgBOD5/m3.d，BOD5的去除率一般为8595%；池壁四周通风口的面积不应小于滤池表面积的1%；滤池数不应小于2座。2.设计参数：3.设计公式：设计内容计算公式参数意义及取值滤料总体积(V)V=QS/LvBODV滤料总体积，m3Q进水平均流量，m3/dS进水BOD5浓度，mg/lLvBOD容积负荷，一般取0.150.3kgBOD/m3.d滤床有效面积(F)F=V/HF滤床的有效面积，m2H滤料高度，1.52.0m表面水力负荷校核(q)q=Q/Fq表面水力负荷，应为13m3/m2.d。17.2.2高负荷生物滤池1.特征（1）大幅度地提高了滤池的负荷率；（2）高负荷生物滤池的高负荷率是通过限制进水BOD5和运行上采取处理水回流等技术措施而达到目的；（3）处理水回流可以均化与稳定进水水质、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；抑制滤池蝇的过度滋长，减轻臭味。与普通生物滤池的不同之处主要有：（1）在平面上多呈圆形，使用连续工作的旋转布水器。•旋转布水器有2根或4根布水横管，横管中轴距滤池池面0.15～0.25m，污水以一定的压力（约为0.25~1.0m）流入位于池中央处的固定竖管，再流入横管。在横管的同一侧开有直径为10~15mm的小孔，孔间距从池中心最大向池边逐渐减小，以保证均匀布水。污水从孔口喷出，产生反作用力，从而推动横管按与喷水方向相反的方向旋转，保证了向滤池的连续布水。旋转布水器的特点：布水比较均匀，淋水周期短，水力冲刷作用强；缺点时喷水孔易堵，低温时要采用防冻措施，仅适用于圆形池。（2）滤料粒径增大，多采用40~100mm，以提高滤料的空隙率；滤料层亦由底部的承托层（无机滤料：厚0.2m，粒径70~100mm）和其上部的工作层（无机滤料：厚1.8m，粒径40~70mm）两层充填而成，总厚度2.0m，采用自然通风；也可采用由聚氯乙烯、聚苯乙烯等材料制成的呈波纹板状、列管状和蜂窝状等人工滤料，这类滤料质轻、高强、耐蚀，每m3滤料重量约43kg左右，比表面积可达200m2／m3，空隙率可高达95％，滤料层的厚度可增加到2~4m，这时一般采取人工通风措施。1）单池系统2.流程系统2）二段处理系统两级串联交替式两级串联1）设计内容：3.工艺设计与计算滤池池体的工艺计算使用广泛的是负荷率法，按日平均污水量计算，进水BOD5必须低于200mg/l，常用的负荷率有：BOD---容积负荷率：一般小于1200gBOD5/m³.dBOD---面积负荷率：一般取1100--2200gBOD5/m2.d2）滤池运行技术参数的计算其中：n——回流稀释倍数S0——原污水的BOD值1.Sa和n值的计算Sa=a×Se其中：Sa——稀释后进入滤池的BOD5值Se——滤池处理后的出水(mg/l)a——系数，按滤层高度和污水冬季平均温度及年平均气温查表选取Sa－SeSo－San3）滤料滤池计算设计内容计算公式参数意义及取值滤料高度(H)以碎石为滤料时，H=0.92.0m用塑料滤料时，H=24m滤料总体积(V)V=QS/NvQ废水量，m3/dV=Q(n+1)Sa/NvS未经回流稀释时的BOD5浓度，mg/lNv容积负荷，一般不大于1.2kgBOD/m3.dSa——稀释后进入滤池的BOD5值滤池面积(F)F=V/HNA—面积负荷率，NA的值1100-2000g/m².dF=Q(n+1)Sa/NANq的值10-30m3/M².dF=Q(n+1)/Nq直径(D)n滤池个数回流比(R)R=Fq/Q-1q表面水力负荷，通常在1030m3/m2.d之间nπ4FDnqHKieeCCeCiC高负荷单级生物滤池的出水水质与滤池高度以及水力负荷之间存在如下的关系：式中：——出水BOD5浓度，mg/l；——进水浓度；mg/l；H——滤池高度，m；q——水力负荷，m3/m2.d;K——常数，min-1；n——常数。出水水质与滤池高度和水力负荷之间的关系需氧量与供氧量的计算式中：a——每公斤BOD完全降解所需要的氧量（kg）BODr——去除的BOD的量b——单位重量活性生物膜的需氧量p——每m³滤料上的活性生