生物膜法处理工艺运行管理.

国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库生物膜工艺运行与管理潘琼副教授知识点水处理运行与管理国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库主要内容生物膜是使细菌和真菌类的微生物、原生动物和后生动物等微型动物附着在填料或某些载体上生长繁育，并在其上形成膜生物污泥。本知识点主要掌握生物膜工艺流程、生物膜的形成。典型生物膜法工艺，生物滤池、生物转盘以及生物接触氧化池的运行管理。生物膜工艺运行与管理国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库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左右好氧层的特征一、生物膜法主要形式和特点生物膜工艺运行与管理国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库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•状态良好的生物膜是细菌、真菌、藻类、原生动物和后生动物及固体杂质等构成的生态系统。生物膜工艺运行与管理国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库生物膜由好氧和厌氧两层组成，有机物的降解主要是在好氧层内进行。流动水层中的氧和有机物，通过附着水层传送给生物膜，氧供微生物用于呼吸；有机物通过细菌的代谢活动而被降解。这样就使污水在其流动过程中逐步得到净化。微生物的代谢产物如H20等则进入流动水层，并随其排走，而C02及厌氧层分解产物如H2S、NH3以及CH4等气态代谢产物则从水层逸出进入空气中。二、生物膜法微生物特点1、生物膜的形成生物膜工艺运行与管理国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库生物膜的形成生物膜工艺运行与管理国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库•生物膜厚度介于2-3mm时较为理想。当生物膜太厚，内部厌氧层的厚度就会增加，厌氧产物也逐渐增多，这些产物向外侧溢出，必然要透过好氧层，使好氧层的生态系统的稳定状态遭到破坏，并减弱生物膜在介质上的固着力，处于这种状态的生物膜即为老化生物膜，老化生物膜净化功能较差，而且易于脱落。•生物膜脱落的原因：水力冲刷、膜增厚造成重量的增大，原生动物使生物膜松动、厌氧层和介质的粘结力较弱等。其中以水力冲刷最为重要。•从处理要求看，生物膜的更新脱落是完全必要的。2、生物膜的脱落生物膜工艺运行与管理国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库•3、生物膜法的主要影响因素•（1）填料类型及特征•主要影响在于载体的表面性质，包括载体的比表面积的大小，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。•填料表面的粗糙度有利于细菌在其表面附着、固定。•小粒径填料之间的相互摩擦小，比表面积大，因而更容易生成生物膜。生物膜工艺运行与管理国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库•（2）生物膜量与活性•各种生物膜法的适宜的生物膜厚度应控制在159nm以下。随生物膜厚度增大，膜内传质阻力增加，单位生物膜量的膜活性下降，膜内层由兼性层转入厌氧状态，导致膜的大量脱落（超过600nm即发生脱落），或填料上出现积泥，或出现填料堵塞现象，从而影响生物池的出水水质。•（3）温度•与活性污泥法相同，不过更易受气温的影响。一般适宜的温度为10～35℃。生物膜工艺运行与管理国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库•（4）营养物质•营养物质是能为微生物所氧化、分解、利用的那些物质，主要包括有机物、氮、磷、硫等以及微量元素。好氧生物处理中主要营养物质比例：BOD5：N：P=100：5：1。•（5）有毒物质•工业废水中存在的重金属离子、酚、氰等化学物质，对微生物具有抑制和杀害作用，主要表现在细胞的正常结构遭到破坏以及菌体内的酶变质，而失去活性。CompanyLogo生物膜工艺运行与管理国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库4、生物膜法的基本工艺流程初沉池生物膜反应器进水回流排泥出水二沉池排泥生物膜工艺运行与管理国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库•生物过滤的基本流程与活性污泥法相似，由初次沉淀-生物滤池-二次沉淀等三部分组成。•在生物过滤中，为了防止滤层堵塞，需设置初次沉淀池，预先去除废水中的悬浮物。•二次沉淀池用以分离脱落的生物膜。•由于生物膜的含水率比活性污泥小，因此，污泥沉淀速度较大，二次沉淀池容积较小。生物膜工艺运行与管理国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库•由于生物固着生长，不需要回流接种，因此．在一般生物过滤中无二次沉淀池污泥回流。但是，为了稀释原废水和保证对滤料层的冲刷。一般生物滤池（尤其是高负荷滤池及塔式生物滤池）常采用出水回流。生物膜工艺运行与管理国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库•5、典型生物膜法工艺•生物膜分类•充填式•浸没式•生物滤池•生物转盘生物流化床•生物接触氧化生物膜工艺运行与管理国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库•充填式生物膜法的填料（载体）不被污水淹没，自然通风或强制通风供氧，污水流过填料表面或盘片旋转浸过污水，如生物滤池和生物转盘等。•浸没式生物膜法的填料完全浸没与水中，一般采用鼓风曝气供氧，如接触氧化和生物流化床等。•5、典型生物膜法工艺生物膜工艺运行与管理国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库6、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。生物膜工艺运行与管理国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库生物膜法的运行管理•生物滤池负荷过高，使生物膜增长过多过厚，内部厌氧层随之增厚｡可发生硫酸盐还原，污泥发黑发臭，使微生物活性降低，大块黏厚的生物膜脱落，并使填料局部堵塞，造成布水不匀，不堵的部位流量及负荷偏高，出水水质下降｡•解决办法一般有以下三种：加大回流水量，借助水力冲脱过厚的生物膜；两级滤池串联、交替进水；低频加水，使布水器转速减慢｡生物膜工艺运行与管理国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库•建设中的生物滤池三、生物滤池的运行管理生物膜工艺运行与管理国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库1、生物滤池的构造生物膜工艺运行与管理国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库典型的生物滤池的构造滤料布水设备排水系统自然通风,不设曝气系统.池体生物膜工艺运行与管理国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库几种常见滤料比表面积在98～340m2/m3，孔隙率为93％～95％比表面积在81～195m2/m3，孔隙率为93％～95％比表面积65～100m2/m3，孔隙率45％～50％生物膜工艺运行与管理国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库生物膜工艺运行与管理国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库•1、质坚、高强、耐腐蚀、抗冰冻；•2、较高的比表面积。填料表面应是宜于生物膜固着，也应宜于使污水均匀流动。•3、较大的空隙率•4、就地取材，便于加工、运输。•5、填料在充填前应加以仔细刷分、洗净，各层中的填料及其直径应均匀一致，以保证具有较高的空隙率，不合格者不得超过5%。滤料的要求生物膜工艺运行与管理国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库•普通生物滤池呈方形或矩形。•池壁具有围护填料的作用，应当能够承受填料压力，用砖石构筑。为力防止风力对池表面均匀布水的影响，池壁一般应高出填料表面0.5-0.9m。•池体的底部为池底，支撑填料和排除处理后的污水。池体生物膜工艺运行与管理国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库为了使污水能均匀地分布在整个滤床表面上生物滤池的布水设备分为两类固定式喷嘴布水系统移动式（常用回转式）布水器布水设备生物膜工艺运行与管理国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库生物膜工艺运行与管理国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库生物膜工艺运行与管理国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库生物膜工艺运行与管理国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库作用收集污水与生物膜保证通风支撑滤料组成排水假底池底集水沟排水系统生物膜工艺运行与管理国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库2、生物滤池的分类生物滤池分类普通生物滤池高负荷生物滤池塔式生物滤池生物膜工艺运行与管理国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库优点：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。1、普通生物滤池第一代工艺滤料粒径较小(25～70mm)，滤料层高度通常只有2～3m左右，多不采用回流措施；①普通生物滤池的构造；由池体、填料、布水装置和排水系统等四部分组成。②普通生物滤池的适用范围与优缺点。普通生物滤池一般适用于处理污水量不高于1000m3的小城镇污水或有机性工业废水。生物膜工艺运行与管理国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库2、高负荷生物滤池处理水回流：（1）可以均化与稳定进水水质；（2）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，使生物膜保持较高的活性；（3）抑制滤池蝇的过度滋长，减轻臭味。第二代工艺通过限制进水BOD5和采取处理水回流等技术措施，大幅度地提高了滤池的负荷率；生物膜工艺运行与管理国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库3、塔式生物滤池特点：（1）内部形成较强的拔风状态，通风良好，污水、空气、滤料接触充分，充氧效果良好，传质速度快；（2）高负荷率，水力负荷为高负荷生物滤池2－10倍，生物膜活性高，净化效率也较高；（3）滤层内部的分层，能够承受较高的有机污染物的冲击负荷。第三代工艺高度达20m之多，常采用回流措施。采用塑料滤料。生物膜工艺运行与管理国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库生物膜工艺运行与管理国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库填料层WL反冲洗用空气管曝气用空气管反冲洗水进水管处理水排水管承托层中间排水管反冲洗水排放管溢流槽原污水流入图18-7曝气生物滤池构造示意图4、曝气生物滤池集生物氧化和截留悬浮固体于一体，并节省了后续二次沉淀池。生物膜工艺运行与管理国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库曝气生物滤池具有的特征•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；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，如反冲洗全部自动化，则维护管理也非常方便。曝气生物滤池可以处理生活污水、含高浓度COD的工业废水，也可以用于污水深度处理(硝化、脱氮)｡•在生物曝气滤池中，进水中被去除的悬浮物有一些不能被降解｡•曝气生物滤池中氧的利用率是活性污泥法的2倍以上，这是由于填料具有均匀细小、弯弯曲曲而又互不连通的孔洞，气泡的滞留时间比较长｡生物膜工艺运行与管理国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库生物转盘是1954年在德国建立第一座生物转盘污水厂。生物转盘技术具有一系列优点，在国际范围内的到广泛应用，是一种净化效果好、能源消耗低的生物处理技术。四、生物转盘的运行管理生物膜工艺运行与管理国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库1、生物转盘的构造生物膜工艺运行与管理国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库2、工作原理去除废水中有机物的机理和生物滤池基本相同。废水处于半静止