废水好氧生物处理工艺-——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第五节好氧生物流化床第一节生物膜法的基本原理什么是“生物膜”？什么是“生物膜法”？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——生物接触氧化工艺；转盘——生物转盘；载体——生物流化床1、生物膜的形成前提条件：载体——填料或称滤料；营养物质——有机物、N、P及其它，由污水提供；接种微生物——由污水自行提供，或接种；形成过程：含有营养物质和接种微生物的污水在填料表面流动，经过一定时间后，污水中的微生物会在填料表面附着增殖和生长，形成一层薄的生物膜。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。成熟所需时间：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。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。3、生物膜的更新与脱落厌氧膜的加厚：①生物膜处于老化状态，净化功能变弱，易于脱落。②厌氧代谢产物增多，减弱生物膜的附着能力；③破坏厌氧膜与好氧膜之间的平衡；生物膜的更新：①老化膜脱落，新生膜会重新生长；②新生膜具有更强的净化功能。FISH及微电极技术在生物膜研究中的应用(1)FISH及微电极技术在生物膜研究中的应用(2)微电极原理示意图什么是“生物膜法”？定义：以生物膜作为去除废水中的污染物主体的工艺，通称为生物膜法工艺；又称固定膜法，是与活性污泥法并列的一类废水好氧生物处理技术；起源：土壤自净过程的人工化和强化；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；等1、生物膜法的运行原则：减缓生物膜的老化进程；控制厌氧膜的厚度；加快好氧膜的更新；控制使生物膜不集中脱落。2、生物膜法的主要特点（1）微生物方面的特征1)、微生物种类多样化；2)、生物膜上微生物的食物链较长；3)、能够存活世代时间较长的微生物(2)工艺运行特征1)、适应性强（对水质、水量等的变化）；2)、剩余污泥的沉降性能良好，易于分离；3)、能够处理低浓度污水——原因？；4)、易于维护运行，运行费用少。第二节生物滤池工艺一、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；1893年，英国，1900年开始应用；普通生物滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池、曝气生物滤池等。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，与生物膜充分接触，其中的有机污染物被微生物吸附并降解。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二、生物滤池的构造滤床：池体滤料布水装置排水系统二、生物滤池的构造1、池体池体形式：方形或矩形——上世纪30、40年代以前多是；多边形或圆形——旋转布水器的出现；池壁形式：带有孔洞或不带孔洞超高要求：池壁高于滤料0.5m。其它考虑：防冻、采暖、防蝇等二、生物滤池的构造2、滤料滤料是生物膜赖以生长的基础，其特点有：比表面积大，有利于微生物的附着；能使废水以液膜状均匀分布于其表面；孔隙率大，使脱落的生物膜能随水流到池底，同时保证通风良好；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；有较好的机械强度，不易变形和破碎。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2540mm，承托层：滤料粒径为70100mm；同层滤料尽量均匀，以保证孔隙率；滤料粒径越小，比表面积越大，处理能力可以提高；但滤料粒径过小，孔隙率降低，易堵塞；一般，滤料孔隙率为45%左右时，其比表面积约为65100m2/m3。高负荷生物滤池的滤料：滤料粒径较大，一般为40100mm，工作层：4070mm，承托层：70100mm，孔隙率较高，可防堵塞和提高通风能力；卵石、石英砂、花岗岩等；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。特点：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。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9920~22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；比表面积为100220m2/m3，孔隙率一般大于94%。3、布水装置作用是将废水均匀地布洒在滤料上；主要有两种：固定式布水装置、旋转式布水装置；普通生物滤池多采用固定式布水装置：4、排水系统处于滤床的底部，作用：收集和排出出水，并保证良好的通风；由渗水顶板、集水沟和排水渠组成；渗水顶板用于支撑滤料，其排水孔的总面积应不小于滤池表面积的20%；渗水顶板下底与池底之间的净空高度一般应在0.6m以上，以利通风，一般在出水区的四周池壁均匀布置进风孔。三、影响生物滤池功能的主要因素1、滤床的比表面积和孔隙率2、滤床的高度3、有机负荷与水力负荷4、回流比5、供氧1、滤床的比表面积和孔隙率滤料表面积愈大，生物膜的表面积也愈大，生物膜的量就愈多，净化功能就愈强；孔隙率大，则滤床不易堵塞，通风效果好，可为生物膜的好氧代谢提供足够的氧；滤床的比表面积和孔隙率愈大，扩大了传质的界面，促进了水流的紊动，有利于提高净化功能。2、滤床的高度滤床的不同高度，生物膜量、微生物种类、去除有机物的速度等方面都是不同的；滤床上层，废水中的有机物浓度高，营养物质丰富，微生物繁殖速度快，生物膜量多且主要以细菌为主，有机污染物的去除速度高；随着滤床深度的增加，废水中的有机物量减少，生物膜量也减少，微生物从低级趋向高级，有机物去除速度降低；有机物的去除效果随滤床深度的增加而提高，但去除速率却随深度的增加而降低。滤床高度与处理效率之间的关系离滤床表面的深度(m)污染物的去除率（%）生物膜量(kg/m3)丙烯晴异丙醇SCNCOD(156mg/l)(35.4mg/l)(18.0mg/l)(955mg/l)282.6316603.0599.26010661.18.599.37024730.81299.49146790.73、有机负荷与水力负荷有机负荷——kgBOD5/m3.d；水力负荷：1）水力表面负荷——m3/m2.d，或m/d；——滤速；2）水力容积负荷——m3/m3.d有机负荷高，生物膜增长快，需要较高的水力负荷，一般是通过出水回流来解决。4、出水回流对于高负荷生物滤池和塔式生物滤池，常采用出水回流。出水回流的优点：滤池可得到连续投配的废水，运行稳定；可冲刷去除老化生物膜，降低膜厚，并抑制滤池蝇孳生；均衡滤池负荷，提高滤池的效率；可稀释和降低有毒有害物质的浓度和进水有机物浓度。5、供氧一般是自然通风；影响滤池自然通风的主要因素：①池内温度与气温之差；②滤池高度；③滤料孔隙率及风力等；④滤池堵塞也会影响通风。四、工艺类型普通生物滤池高负荷生物滤池塔式生物滤池1、高负荷生物滤池1、高负荷生物滤池（1）基本概念：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，表面水力负荷为1030m3/m2.d，BOD5容积负荷不大于1.2kgBOD5/m3.d，单级滤池的BOD5的去除率一般为7585%；两级串联时，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%；1、高负荷生物滤池（2）工艺流程——单级高负荷生物滤池初沉池生物滤池二沉池出水回流出水进水剩余污泥A、初沉池生物滤池二沉池出水回流出水进水剩余污泥B、1、高负荷生物滤池（2）工艺流程——单级高负荷生物滤池沉淀池生物滤池出水回流出水进水剩余污泥C、1、高负荷生物滤池（2）工艺流程——两级串联的高负荷生物滤池1、高负荷生物滤池（2）工艺流程——交替运行的高负荷生物滤池1、高负荷生物滤池(3)出水水质与滤池高度和水力负荷的关系式中：Ce——出水BOD5浓度，mg/l；Ci——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。nqHKieeCC2、塔式生物滤池2、塔式生物滤池（1）基本参数：①常用塑料滤料，滤池总高度为812m，甚至更高；每层滤料的厚度不应大于2.5m，径高比为1:68；②容积负荷为1.03.0kgBOD5/m3.d，表面水力负荷为80200m3/m2.d，BOD5的去除率一般为6585%；③通风形式：自然通风时，塔滤通风口的面积不应小于横截面的7.510%；机械通风时，风机容量一般按气水比为100150：1来设计；3、三种生物滤池的比较表面负荷(m3/m2.d)0.93.7936(包括回流)1697(不包括回流)BOD5负荷(kg/m3.d)0.110.370.371.0≥4.8高度(m)1.83.00.92.4812或更高回流比无14很大滤料多用碎石等多用塑料滤料塑料滤料比表面积(m2/m3)4365436582115孔隙率(%)456045609395灰蝇多很少很少生物膜脱落情况间歇连续连续运行要求简单需要一定技术需要一定技术投配时间的间歇不超过5min一般连续投配连续投配剩余污泥黑色、高度氧化棕色、未充分氧化棕色、未充分氧化出水水质高度硝化,BOD5≤20mg/l未充分硝化,BOD5≥30mg/l未充分硝化,BOD5≥30mg/l普通生物滤池高负荷生物滤池塔式生物滤池BOD5去除率(%)859575856585五、生物滤池的设计计算滤床容积布水系统排水系统六、生物滤池的运行与管理1、生物滤池的挂膜阶段——培养与驯化2、生物滤池的日常运行与管理①日常水质检测；②能量消耗统计；③机电设备养护与维修六、生物滤池的运行与管理3、常见问题及对策①滤池积水；②臭味；③灰蝇；④表面结冰；⑤蜗牛、苔藓；⑥旋转布水器；⑦生物膜异常脱落；等。七、生物滤池与活性污泥法的比较项目活性污泥法运行费较高技术控制要求较高出水水质悬浮物较少,硝化程度不高生物膜法基建费低较低低气候的影响较大较小较易控制灰蝇和臭味蝇多、味大无负荷低时,硝化程度较高,但悬浮物较高剩余污泥量少大泡沫问题很少较多第三节生物转盘工艺生物膜法的一种在生物滤池的基础上发展起来的一、基本概念厌氧膜好氧膜转盘载体液膜废水处于半静止状态，而微生物则在转动的盘面上；转盘40%的面积浸没在废水中，盘面低速转动；盘面上生物膜的厚度与废水浓度、性质及转速有关，一般0.1~0.5mm。生物转盘的特征：运行能耗较低；生物量多，净化率高，适应性强，出水水质较好；生物膜上生物的食物链长，污泥产量少，为活性污泥法的1/2左右；维护管理简单，功能稳定可靠，无噪音，无灰蝇；受气候影响较大，顶部需要覆盖，有时需要保暖；占地面积较大，建设投资较高。二、生物转盘的组成盘片接触反应槽转轴与驱动装置等。√√生物转盘的构