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第五章生物膜法概述;生物膜法的主要形式;生物膜的培养和驯化;生物膜法的运行管理。第一节概述废水长期流过固体滤料表面时,微生物细胞就能在水环境中的任何适宜的载体表面牢固地附着,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,便被称之为生物膜。生物膜实质是粘附在滤料表面上的一层微生物群体,是一层充满微生物的粘膜。膜中微生物的生长繁殖必须依靠有机营养物和氧的供应。第一节概述生物膜法:亦称为生物过滤法,和活性污泥法一样,属于好氧生物处理方法。它实质是使细菌和真菌类的微生物、原生动物和后生动物类的微型动物附着在填料或某些载体上生长繁育,并在其表面形成膜状生物污泥-----生物膜,污水与生物膜接触后,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。第一节概述生物膜法从本质上看与污水土地处理过程相似,是污水灌溉和土地处理的人工模拟和强化。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。第一节概述一、生物膜法的净化机理:生物膜的形成;生物膜的构造与净化机理;第一节概述(一)、生物膜的形成及特点1.挂膜2.好氧层和厌氧层3.生物膜的脱落和厚度生物膜是由细菌、真菌、藻类、原生动物、后生动物以及一些肉眼可见的蠕虫、昆虫的幼虫组成。与活性污泥法的生物相比:增加了藻类、寡毛类、后生动物、昆虫类等生物,而真菌、肉足虫、纤毛虫、轮虫、线虫的数量都大大增多。因此生物膜上的食物链要长于活性污泥。第一节概述(二)、生物膜中的物质迁移第一节概述生物膜的更新脱落:一般认为,生物膜厚度介于2~3mm时较为理想;在处理过程中,生物膜总是在不断地增长、更新和脱落的。造成生物膜不断脱落的原因:水力冲刷、膜增厚造成重量的增大、原生动物使生物膜松动、厌氧层和介质的黏结力较弱等。第一节概述生物膜法基本流程第一节概述二、生物膜法的主要特点:与活性污泥法相比,生物膜法的主要特点包括以下几方面:1)适应冲击负荷变化能力强;2)反应器内微生物浓度高;3)剩余污泥产量低;4)同时存在硝化和反硝化过程;5)操作管理简单,运行费用较低;6)调整运行的灵活性较差;7)有机物去率较低。第一节概述三、生物膜法的主要影响因素:1.温度:最佳温度范围:10℃~35℃。2.pH:在6.5~8.5之间较为适宜。3.水力负荷:4.溶解氧:一般以4mg/L左右为宜,不低于2mg/L。第一节概述5.填料类型及特征:生物载体对处理效果的影响主要反映在载体的表面性质上,包括载体的比表面积大小、表面亲水性及表面电荷、表面粗糙度、载体的密度、堆积密度、孔隙率、强度等6.生物膜量及活性:7.有毒物质:应严加控制。8.营养物质:比例为BOD5:N:P=100:5:1。第二节生物膜法的主要形式一、生物膜法的分类:生物膜法的类型:(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)浸没型生物膜法生物膜载体完全浸没在水中,通过鼓风曝气供氧。如载体固定,称为接触氧化法;如载体流化则称为生物流化床生物膜法润壁型生物膜法浸没型生物膜法生物滤池生物转盘接触氧化法生物流化床第二节生物膜法的主要形式第二节生物膜法的主要形式二、生物滤池1、以土壤自净原理为根据,在污水灌溉的实践基础上发展起来2、需要有预处理及二沉池3、早期生物滤池(普通生物滤池)水力负荷低1-4m³/m².d;BOD负荷0.1-0.4kg/m³.d第二节生物膜法的主要形式普通生物滤池的外观第二节生物膜法的主要形式地埋式普通生物滤池第二节生物膜法的主要形式普通生物滤池的构造:池体;填料;布水装置;排水系统。第二节生物膜法的主要形式第二节生物膜法的主要形式1、池体池壁具有围护填料的作用,应当能够承受填料压力,一般多用砖石筑造;池壁可筑成带孔洞和不带孔洞的两种形式;有孔洞的池壁有利于内部的通风,但在低温季节易受低温的影响,使净化功能下降;为了防止风力对池表面均匀布水的影响,池壁一般应当高出填料表面0.5~0.9m;池体的底部为池底,其作用是支撑填料和排除处理后的污水。第二节生物膜法的主要形式2、滤床滤床由滤料组成。滤料是挂膜介质,对生物滤池的工作效能影响极大。对滤料的基本要求是:(1)单位体积滤料的表面积要大;(2)孔隙率要高;(3)材质轻而强度高;(4)物理化学性质稳定,对微生物的增殖无危害作用;(5)价廉,取材方便。滤料形状块状板状天然块状滤料人工块状滤料木板、纸板和塑料板纤维状碎石、矿渣、碎砖、焦碳等陶瓷环软性塑料填料第二节生物膜法的主要形式滤料粒径滤料粒径越小,表面积越大,所能挂的生物膜就越多,但是会因污泥的沉积而造成堵塞,影响通风。通常采用的滤料粒径如下:普通生物滤池为25~50mm;高负荷生物滤池为50~60mm。此外,在滤池底部集水孔板以上设垫料层高20~30cm,粒径为100~150mm。塑料滤料比表面积可达100~200m2/m3,孔隙率高达80~95%,空气流通好,所以在布水均匀时可承受高负荷。(早期使用的碎石滤料,比表面积65~100m2/m3,孔隙率在45%~50%左右,其粒径在3~8cm左右)滤床高度同滤料的密度密切相关。石质滤料组成的滤床高度一般在1~2.5之间(1.1~1.4t/m3);塑料滤料(100kg/m3)滤床一般采用双层滤床,高7m左右;或采用多层的“塔式”结构,高度10m以上。第二节生物膜法的主要形式第二节生物膜法的主要形式3、布水设备设置布水设备的目的是为了使污水能均匀地分布在整个滤床表面。旋转布水器的优点是布水比较均匀,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。固定式布水装置间断布水,所以布水不均匀,配水的水头要高(配水面高0.9~2.1m),目前应用较少。第二节生物膜法的主要形式第二节生物膜法的主要形式4、排水系统池底排水系统由池底、排水假底和集水沟组成。池底排水系统的作用是(1)收集滤床流出的污水与生物膜;(2)保证通风;(3)支撑滤料。第二节生物膜法的主要形式普通生物滤池的适用范围: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。普通生物滤池的优点:处理效果良好,BOD5的去除率可达95%以上;运行稳定,易于管理,节省能源。第二节生物膜法的主要形式普通生物滤池的缺点:占地面积大,不适用于处理量大的污水;填料易于堵塞;产生滤池蝇,恶化环境卫生;喷嘴喷洒污水,散发臭味。第二节生物膜法的主要形式4、高负荷生物滤池:(1)高负荷生物滤池是在解决、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而开创的。(2)特征:大幅度地提高了滤池的负荷,其BOD容积负荷高于普通生物滤池6~8倍,水力负荷则高达10倍;高负荷生物滤池的高滤率的实施途径:限制进水BOD5值(小于200mg/L);在运行上采取处理水回流。第二节生物膜法的主要形式高负荷生物滤池基本流程第二节生物膜法的主要形式(3)回流的优点: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;减轻散发的臭味。缺点是:缩短废水在滤池中的停留时间;洒水量大,将降低生物膜吸附有机物的速度;回流水中难降解的物质会产生积累,以及冬天使池中水温降低等.第二节生物膜法的主要形式(4)有关回流的计算:1)回流比(R):回流水量(QR)与原污水量(Q)之比。即QQRR2)喷洒在滤池表面上的总水量(QT):RTQQQ第二节生物膜法的主要形式3)循环比(F):总水量(QT)与原污水量(Q)之比,即RQQFT14)进入滤池污水的BOD浓度:RRSSSea10式中:Sa——向滤池喷洒污水的BOD值,mg/L;S0——原污水的BOD值,mg/L;Se——滤池处理水的BOD值,mg/L;R——回流比。第二节生物膜法的主要形式(5)供氧生物滤池通常采用自然通风方式供氧,特殊情况下也可以采用机械通风方式供氧。池内外的温度差愈大、滤池的气流阻力愈小(亦即滤料粒径大,孔隙率大),通气量也就愈大。入流废水有机物浓度较高时,供氧条件可能成为影响生物滤池工作的主要因素。当有机物浓度COD大于400~500mg/L时,生物滤池供氧不足,生物好氧层厚度较小,故一般认为进水COD应小于400mg/L,否则宜采用回流方法降低有机物浓度以保证供氧充足。第二节生物膜法的主要形式普通生物滤池和高负荷生物滤池的比较项目名称普通生物滤池高负荷生物滤池水力负荷(m3/m2.d)BOD负荷(kg/m3.d)滤层深度(m)回流二次污泥布水周期BOD去除率(%)悬浮物去除率(%)硝化作用1~40.1~0.41.8~3.0无一般黑色,氧化良好5min以下85~9570~80完全硝化10~300.8~1.20.9~2.41:1~1:4一般褐色,氧化不充分15s以下75~8565~75负荷较低时有硝化第二节生物膜法的主要形式5、塔式生物滤池•限制进水BOD浓度(小于500mg/l)水力负荷提高2~10倍至80~200m³/m².d;BOD负荷上升至1-2kg/m³.d•径高比1:6~1:8,H=26米,通风良好,解决占地•适用于生活污水和城市污水处理,也适用于处理各种有机性的工业废水,但只适宜于小规模污水的处理,一般不宜超过10000m3/d;•在构造上由塔身、填料、布水系统以及通风及排水系统所组成。第二节生物膜法的主要形式第二节生物膜法的主要形式(1)塔身主要起围挡填料的作用;一般用砖砌筑,或者采用钢框架结构;一般分层建造,在分层处设格栅,格栅承托在塔身上,而其本身又承托着填料;每层高度不大于2.5m为宜。(2)填料宜采用轻质填料;在我国使用较多的是用环氧树脂固化的玻璃布蜂窝填料。第二节生物膜法的主要形式(3)布水装置与一般的生物滤池相同;对大、中型滤塔多采用电机驱动的旋转布水器,也可用水流的反作用力驱动;对小型滤塔多采用固定式喷嘴布水系统,也可使用多孔管和溅水筛板布水。(4)通风一般采用自然通风;在处理工业废水时,可采用机械通风。第二节生物膜法的主要形式工艺方面的特征:1)高负荷率:水力负荷可达80~200m3/(m2·d),BOD容积负荷可达1000~2000gBOD5/(m3·d)。2)滤塔滤层内部存在着明显的分层现象,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群集,更有助于微生物的增殖、代谢等生理活动,更有助于有机污染物的降解、去除。第二节生物膜法的主要形式第二节生物膜法的主要形式6、曝气生物滤池:(1)曝气生物滤池是近年来新开发的一种污水生物处理技术;集生物降解、固液分离于一体的污水处理设备,与给水处理的快滤池相类似。第二节生物膜法的主要形式(2)曝气生物滤池的主要特征:气液在填料间隙充分接触,由于气、液、固三相接触,氧的转移率高,动力消耗低;本设备自身具有截留原污水中悬浮物与脱落的生物污泥的功能,无需设沉淀池,占地面积少;以3~5mm的小颗粒作为填料,比表面积大,微生物附着力强;池内能够保持大量的生物量,再由于截留作用,污水处理效果良好;无需污泥回流,也无污泥膨胀之虑,维护管理方便。适用于处理生活污水、高浓度COD工业废水以及用于污水深度处理,如硝化、脱氮。第二节生物膜法的主要形式三、生物转盘:生物转盘是一种润壁型旋转式处理设备,以生物膜附着在一组转动着的圆盘上而得名。第二节生物膜法的主要形式1、生物转盘的组成与构造特点:生物转盘的主要组成部分盘片转动轴废水处理槽驱动装置第二节生物膜法的主要形式盘片第二节生物膜法的主要形式生物转盘的构造盘片:高强度、轻质、耐腐蚀、耐老化、易于挂膜、不变形、比表面积大、易于取材、便于加工安装等性质。直径:2-3.6m,间距:20-30mm受材料、污水与膜的接触均匀性、外缘膜易脱落等影响,直径不可能做大。转动轴:具有足够的强度
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