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第五章水的好氧生物处理 水的生物处理技术是对自然界已存在的微生物代谢水中有机物的生理机能进行人工强化 创造有利于微生物生长繁殖的良好环境 使水中有机污染物得以降解去除的水处理技术 生物处理的目的是利用微生物的作用来去除污水中的有机物和植物性营养物 以及通过生物絮凝去除胶体颗粒 广泛应用于城市污水 90 以上 和各种工业有机废水处理 授课内容 第一节好氧生物处理的基本原理第二节活性污泥法第三节生物膜法 教学目标 1 理解好氧生物处理的基本原理及影响好氧生物处理的因素 2 掌握活性污泥的性能指标 活性污泥的增长规律和曝气方法 3 熟悉活性污泥法降解有机物的过程 4 了解曝气池的构造 主要运行方式与几种新型活性污泥法 5 理解生物膜法的作用机理 6 熟悉生物膜法的类型 7 掌握生物膜法的工艺流程和运行管理 教学重点 1 好氧生物处理的基本原理及影响好氧生物处理的因素 2 活性污泥的性能指标 活性污泥的增长规律和曝气方法 3 生物膜法的作用机理 4 生物膜法的工艺流程和运行管理 第一节好氧生物处理的基本原理 1 微生物的新陈代谢 新陈代谢 微生物不断从外界环境中摄取营养物质 通过生物酶催化的复杂生化反应 在体内不断进行物质转化和交换的过程 分解代谢 分解复杂营养物质 降解高能化合物 获得能量 合成代谢 通过一系列的生化反应 将营养物质转化为复杂的细胞成分 一 基本概念 2 微生物的生长规律 微生物的生长规律一般是以生长曲线来反映 按微生物生长速率 其生长可分为四个生长期 好氧生物处理是在有游离氧 分子氧 存在的条件下 好氧微生物降解有机物 使其稳定 无害化的处理方法 好氧生物处理的反应速度较快 所需的反应时间较短 故处理构筑物容积较小 且处理过程中散发的臭气较少 所以 目前对中 低浓度的有机废水 或者说BOD5浓度小于500mg L的有机废水 基本上采用好氧生物处理法 3 污水的好氧生物处理 二 好氧生物处理的基本反应1 氧化与合成反应 2 内源呼吸反应微生物对自身的细胞物质进行氧化分解 并提供能量即内源呼吸 内源呼吸反应式如下 三 影响好氧生物处理的因素 1 营养物质好氧生物处理中对碳 氮 磷三种元素的营养比例要求一般为BOD N P 100 5 1 2 温度微生物按其生长温度的不同 可分为低温微生物 中温微生物和高温微生物 好氧生物处理一般在15 40 内运行 温度低于10 或高于40 都会使微生物代谢活动降低或蛋白质变性以及酶系统被破坏 从而使去除BOD的效率大为降低 因此废水生物处理中进水温度一般控制在20 30 3 pH废水生物处理中 保持微生物的最适pH范围十分重要 当反应器中pH偏离此范围时 对微生物的生长造成不良影响 反应器不能正常运转 好氧生物处理中 系统在中心环境运行最佳 一般在pH值6 5 9范围内最好 4 溶解氧好氧微生物的正常生长与水中溶解氧含量有密切关系 在好氧生物反应器中 溶解氧一般为2 4mg L 5 有毒物质主要指重金属及其化合物 酚 氰等物质 微生物对有毒物质的承受力有一定的浓度范围 最好通过实验确定 第二节活性污泥法 1 什么是活性污泥 由具有活性的微生物 微生物自身氧化的残留物 吸附在活性污泥上不能为生物所降解的有机物和无机物组成 有一定活力的 具有良好的净化污水功能的絮绒状污泥 一 基本原理 一组活性污泥图片 2 活性污泥的性质 曝气池 曝气池出水堰 曝气池混合液配水进入二沉池 3 活性污泥组成活性污泥M Ma Me Mi Mii1 Ma 具有代谢功能的活性微生物群体好氧细菌 异养型原核细菌 真菌 放线菌 酵母菌原生动物后生动物2 Me 微生物自身氧化的残留物3 Mi 活性污泥吸附的污水中不能降解的惰性有机物有机物 75 85 4 Mii 活性污泥吸附污水中的无机物无机物 由原污水带入的 15 25 活性污泥微生物的分类 Ma 1 细菌 1 异养型原核细菌 107 108个 mL 动胶杆菌属假单胞菌属 在含糖类 烃类污水中占优势 产碱杆菌属 在含蛋白质多的污水中占优势 黄杆菌属大肠埃希式杆菌 2 特征 结合成菌胶团的絮凝体状团粒2 真菌 微小的腐生或寄生丝状菌3 原生动物 鞭毛虫 纤毛虫等 通过辨认原生物的种类 能够判断处理水质的优劣 它是一种指示性生物 原生物摄食水中的游离细菌 是细菌的首次捕食者 4 后生动物 主要是轮虫 它在活性污泥中的不经常出现 轮虫的出现是水性稳定的标志 后生动物是细菌的第二捕食者 表示活性污泥数量的指标 混合液悬浮固体浓度 MLSS 混合液挥发性悬浮固体浓度 MLVSS 表示有机物含量 MLNVSS 灼烧残量 表示无机物含量 MLVSS 一般范围为55 75 NVSS 一般范围为25 45 4 活性污泥的评价指标 污泥沉降比 SV 取混合液至1000mL或100mL量筒 静止沉淀30min后 度量沉淀活性污泥的体积 以占混合液体积的比例 表示污泥沉降比 对于城市污水的活性污泥介于15 30 之间 污泥体积指数 SVI SV不能确切表示污泥沉降性能 故人们想起用单位干泥形成湿泥时的体积来表示污泥沉降性能 简称污泥指数 单位为mL g SVl一般在50 150之间 活性污泥的沉降浓缩性能评价指标 例题 测得曝气池出口处混合液中活性污泥浓度为2500mg L 1L混合液经30min沉淀后的污泥体积为300ml 则该曝气池混合液的污泥沉降比和污泥指数是多少 也称为微生物细胞平均停留时间 MCRT 或污泥滞留时间 SRT 即每日新增长的活性污泥在曝气池的平均停留时间 也就是曝气池内的活性污泥全部更新一次所用的时间 在工程上 就是指曝气池内活性污泥的总量与每日排出的污泥量的比值 单位为d 污泥龄 C是活性污泥系统设计与运行管理的重要参数 反映了活性污泥吸附有机物以后进行稳定氧化的时间长短 普通活性污泥法的泥龄一般采用5 15d 污泥龄 C 5 活性污泥法的基本流程 活性污泥法特征1 曝气池是一个生物化学反应器2 曝气池内混合是一个三相混合系统 液相 固相 气相 混合 污水 活性污泥 空气3 传质过程 气象中O2 液相中的溶解氧DO 进入微生物体内 固相 液相中的有机物 被微生物 固相 所吸收降解 降解产物返回空气相 CO2 和液相 H2O 4 物质转化过程 有机物降解 活性污泥增长 6 活性污泥法的净化过程 活性污泥在曝气过程中 对有机物的降解 去除 过程可分为 吸附阶段 稳定阶段 由于活性污泥具有巨大的表面积 而表面上含有多糖类的黏性物质 导致污水中的有机物转移到活性污泥上去 主要是转移到活性污泥上的有机物为微生物所利用 混凝阶段 活性污泥颗粒和游离微生物等固形物相互凝聚成大颗粒絮体 7 活性污泥的增长规律 活性污泥的增长规律实质上就是活性污泥微生物的增殖规律 活性污泥的增长过程可分为对数增长期 减速增长期和内源呼吸期三个阶段 控制活性污泥增长的决定因素是废水中可降解的有机物量 F 和微生物的量 M 之间的比值 即F M值 构成活性污泥法的三个要素 一是引起吸附和氧化分解作用的微生物 也就是活性污泥 二是废水中的有机物 它是处理对象 也是微生物的食料 三是溶解氧 没有充足的溶解氧 好氧微生物既不能生存 也不能发挥氧化分解作用 二 曝气设备和曝气池的构造 一 气体传递原理 双膜理论的基点是认为在气液界面存在着二层膜 即气膜和液膜 这一物理现象 这两层薄膜使气体分子从一相进入另一相时受到了阻力 当气体分子从气相向液相传递时 若气体的溶解度低 则阻力主要来自液膜 在废水生物处理系统中 氧的传递速率可用下式表示 式中 dc dt 单位体积清水中氧的转移速率 氧进入水的速率 Cs 清水中氧的饱和溶解度 C 清水中氧的实际溶解度 KLa 液相总传质系数 dC dt Kla Cs C 上式中的 Cs C 称为氧的不足量 或称为溶解氧的饱和差 饱和差是氧不断溶解至水中的推动力 饱和差越大 氧的转移速率越大 影响氧转移的因素 污水水质 KLa值受污水水质的影响 将会降低 故把用于清水测出的值用于污水 要采用修正系数 水温对氧转移的影响是两方面的 一是T升高 水的粘滞系数降低 Kla增高 反之KLa降低 二是T升高 将会时Cs降低 这两种作用效果不能相会抵消 总的说来 水温降低有利于氧的转移 水温T 氧分压 从常用污水处理流程看曝气系统 二 曝气的作用与曝气方式 曝气作用1 好氧微生物的需氧代谢2 兼性微生物酶的好氧合成3 混合液的搅拌作用 厌氧 缺氧池另加搅拌器 曝气方式 1 鼓风曝气系统2 机械曝气装置 纵轴表面曝气机 横轴表面曝气器3 鼓风 机械曝气系统4 其他 富氧曝气 纯氧曝气 两种曝气示意图 鼓风曝气 机械曝气 三 曝气设备 曝气设备的功能 产生并维持有效的气水接触 并且在生物氧化作用不断消耗氧气的情况下 保持水中一定的溶解氧浓度 在曝气池内产生足够的混合作用和水的循环流动 维持液体的足够速度 以使水中的生物处于悬浮状 除此之外 还要求充氧装置的动力效率和氧利用率尽可能高 充氧装置容易维修 不易堵塞 出现故障时易于排除 比较各种曝气设备性能的主要指标 3 充氧能力 El 通过机械曝气装置 在单位时间内转移到清水中的氧量为kgO2 h计 1 动力效率 Ep 即每消耗1kW h动力能传递到水中的氧量 或氧传递速率 单位为kg O2 kW h 2 氧利用率 Ea 鼓风曝气系统转移到混合液中的氧量占总供氧的比例 单位为 鼓风曝气设备的性能按1 2两项指标评定 机械曝气装置1 3两项指标评定 曝气设备性能指标 曝气设备 鼓风曝气 机械曝气 空气净化器 鼓风机 空气输配管系统 扩散器 竖式曝气机 表面曝气机 卧式曝气机 1 鼓风曝气鼓风曝气是传统的曝气方法 它由空气净化器 鼓风机 空气扩散装置和风管组成 扩散管示意图 曝气头布置 曝气池 鼓风曝气 空气净化器 鼓风机 空气输配管系统 扩散器 空气净化器的目的是改善整个曝气系统的运行状态和防止扩散器阻塞 过滤器与进口消音器 过滤器压力损失监测 鼓风曝气 空气净化器 鼓风机 空气输配管系统 扩散器 鼓风机供应压缩空气 风量要满足生化反应所需的氧量和能保持混合液悬浮固体呈悬浮状态 风压要满足克服管道系统和扩散器的摩阻损耗以及扩散器上部的静水压 罗茨鼓风机 适用于中小型污水厂 噪声大 必须采取消音 隔音措施 离心式鼓风机 噪声小 效率高 适用于大中型污水厂 常用鼓风机形式 a 容积式风机 罗茨鼓风机 三叶式罗茨鼓风机外型 高速单级鼓风机曝气系统的组成 b 单级高速离心鼓风机 丹麦HV Turbo风机 英国Howden风机 常用鼓风机形式 常用鼓风机形式 美国PowerMizer多级风机 常用鼓风机形式 常用鼓风机形式 单级高速鼓风机进出口导叶片 离心鼓风机外型 多极离心风机 离心鼓风机房 鼓风曝气 空气净化器 鼓风机 扩散器 空气输配管系统 负责将空气输送到空气扩散器 要求沿程阻力损失小 曝气设备各点压力均衡 空气干管和支管流速符合设计要求 配备必要的手动阀和电动调节阀门 鼓风曝气 空气净化器 鼓风机 扩散器 扩散器的作用是将空气分散成空气泡 增大空气和混合液之间的接触界面 把空气中的氧溶解于水中 空气输配管系统 微气泡扩散器 中气泡扩散器 大气泡扩散器 水力剪切扩散器 扩散器的类型 微气泡空气扩散装置 用微孔透气材料 陶土 粗瓷 等制成的扩散板 盘 管 微气泡空气扩散装置的主要特点是产生的微小气泡直径可达1 5mm以下 气液接触面积大 氧利用率高 一般可达10 以上 缺点是气压损失较大 易堵塞 送入的空气应预先经过过滤处理 微孔曝气盘 微孔曝气管 微孔曝气管 微孔曝气设备 膜片式微孔曝气器 膜片微孔曝气器 微孔曝气设备安装 微孔曝气设备的运行状况 中气泡空气扩散装置 释放气泡直径在1 5 3mm之间 常用的是穿孔管 Wm 180型网状膜空气扩散装置 2 WM 180型网状膜空气扩散装置 1 穿孔管 单管 双管 栅状 气泡d 3mm 常用竖管 竖管直径在15 20mm之间 下端采用打扁的竖管 最不容易堵塞 构造简单 但Ea在4 6 之间 Ep在1 1 2kgO2 kW h之间 效率不高 大气泡扩散装置 水力剪切型空气扩散装置 倒盆式空气扩散装置固定螺旋空气扩散装置 倒盆式空气扩散装置 塑料倒盆式空气扩散装置 固定螺旋空气扩散装置 射流式空气扩散装置 水力冲击型曝气器 射流曝气器 2 机械曝气 表面曝气机 表面曝气机充氧原理曝气设备的提水和输水作用 使曝气池内液体不断循环流动 从而不断更新气液接触面 不断吸氧 2 曝气设备旋转时在周围形成水跃 并把液体抛向空中 剧烈搅动而卷进空气 3 曝气设备高速旋转时 在后侧形成负压区而吸入空气 机械曝气 表面曝气机 曝气的效率取决于 曝气机的性能曝气池的池形 这类曝气机的转动轴与水面平行 主要用于氧化沟 竖式曝气机 卧式曝气刷 竖式曝气机 1 泵型叶轮曝气器 2 K型叶轮曝气器 3 倒伞型叶轮曝气器 4 平板型叶轮曝气器 泵型叶轮曝气器 K型叶轮曝气器 倒伞型叶轮曝气器 平板型叶轮曝气器 平板形叶轮曝气器构造示意图 倒伞形机械曝气器 卧式曝气装置 曝气转刷 转刷曝气器 曝气转刷 测试中的曝气转碟 四 曝气池的类型与构造 曝气池类型 根据混合液流动形态 可分为推流式 完全混合式和推流完全混合结合式三种 根据采用曝气方法 可分为鼓风曝气池 机械曝气池以及二者联合使用的机械 鼓风曝气池 根据平面形状 可分为长方廊道形 圆形 方形以及环状跑道形等四种 根据曝气池与二沉池之间的关系 可分为合建式 即曝气沉淀池 和分建式两种 1 推流式曝气池 推流式曝气池的长宽比一般为5 10 进水方式不限 出水用溢流堰 1 平面布置 推流式曝气池的池宽和有效水深之比一般为1 2 2 横断面布置 推流式曝气池 推流式曝气池 推流式曝气池 2 完全混合曝气池 池形 根据和沉淀池的关系 圆形 方形 矩形 分建式 合建式 圆形曝气沉淀池 方形曝气沉淀池 机械曝气完全混合曝气池 推流完全混合结合式曝气池的水流介于推流式和完全混合式之间 3 推流完全混合结合式 三 活性污泥法的运行方式 传统活性污泥法渐减曝气法分步曝气法完全混合法浅层曝气法深井曝气法延时曝气法吸附再生吸附 生物降解工艺氧化沟序批式活性污泥法 SBR法 纯氧曝气法 传统活性污泥法 普通活性污泥法 传统活性污泥法的特征 1 有机物的吸附与代谢在一个曝气池中连续进行2 活性污泥经历了一个生长周期 对数增长期 减速增长期 内源呼吸期 经历了吸附与代谢二个阶段3 池首往往供氧不足 后段供氧过剩 池前段DO浓度较低 沿池长逐渐增高 优点 曝气时间长 吸附量大 去除率高90 95 污泥颗粒大 易沉降 污泥量少 剩余污泥量占不到回流的10 缺点 不适于水质变化大的水厂 长廊式供氧前段供氧不足 后段供氧过剩 所以氧利用率低 能耗较高 处理时间长 曝气4 8h 在推流式的传统曝气池中 混合液的需氧量在长度方向是逐步下降的 实际情况是 前半段氧远远不够 后半段供氧量超过需要 渐减曝气的目的就是合理地布置扩散器 使布气沿程变化 而总的空气量不变 这样可以提高处理效率 渐减曝气 渐减曝气法工艺流程 优点 有机物分配均匀 需氧量均匀 去除一定量的BOD 曝气池容积仅为普通法的一半 减少占地面积 缺点 工艺复杂 运行管理要求高 渐减曝气或多点进水管线 阀门增多 把入流的一部分从池端引入到池的中部分点进水 分步曝气 分步曝气示意图 分步曝气优点 1 有机底物浓度沿池均匀分布 负荷均衡 一定程度的缩小了供氧速率与耗氧速率之间的差距 2 污水分段注入 提高了曝气池对水质 水量冲击负荷的适应能力 完全混合法 在分步曝气的基础上 进一步大大增加进水点 同时相应增加回流污泥并使其在曝气池中迅速混合 长条形池子中也能做到完全混合状态 完全混合的概念 1 池液中各个部分的微生物种类和数量基本相同 生活环境也基本相同 2 进入曝气池的污水很快即被池内已存在的混合液稀释 均化 完全混合池从某种意义上来讲 是一个大的缓冲器和均和池 在工业污水的处理中有一定优点 因此 该工艺对冲击负荷有较强的适应能力 适用于处理工业废水 特别是高浓度的工业废水 3 池液里各个部分的需氧量比较均匀 动力消耗较低 4 该工艺较易产生污泥膨胀 其处理的水质一般不如推流式 完全混合法的特征 浅层曝气法 1953年派斯维尔 Pasveer 的研究 氧在10 静止水中的传递时 气泡形成和破裂瞬间的氧传递速率比气泡上升时多数倍 在水的浅层处用大量空气进行曝气 就可以获得较高的氧传递速率 浅层曝气的特点 浅层曝气与一般曝气相比 空气量增大 但风压仅为一般曝气的1 4 1 6左右 约10kPa 故电耗略有下降 浅层池适用于中小型规模的污水厂 由于布气系统进行维修上的困难 没有得到推广利用 深井曝气法 节省了用地面积 在深井中可利用空气作为动力 促使液流循环 深井曝气池内 气液紊流大 液膜更新快 促使KLa值增大 同时气液接触时间延长 溶解氧的饱和度也由深度的增加而增加 当井壁腐蚀或受损时 污水可能会通过井壁渗透 污染地下水 深井曝气特点 延时曝气的特点 曝气时间很长 达24h甚至更长 MLSS较高 达到3000 6000mg L 活性污泥在时间和空间上部分处于内源呼吸状态 剩余污泥少而稳定 无需消化 可直接排放 适用于污水量很小的场合 近年来 国内小型污水处理系统多有使用 延时曝气法 吸附再生法 这种运行方式的主要特点是使活性污泥对有机底物降解的两个过程 吸附与代谢稳定 分别在各自的容器内进行 生物吸附法 与传统活性污泥法比较 吸附再生法具有如下特征 1 污水与活性污泥在吸附池停留时间短 使吸附池容积减少 再生池接纳的是排除了剩余污泥的污泥 因此 再生池容积也较小 2 对水质 水量的冲击负荷具有较强的承受能力 且当吸附池内污泥遭受到破坏时 可由再生池内污泥予以补救 3 存在的问题是处理效果低于传统法 不宜用于处理溶解性有机物含量为主的污水 吸附 生物降解工艺 AB法 A为吸附级 B为氧化级 A级以高负荷或超高负荷运行 B级以低负荷运行 A级曝气池停留时间短 30 60min B级停留时间2 4h 该系统不设初沉池 A级曝气池是一个开放性的生物系统 A B两级各自有独立的污泥回流系统 两级的污泥互不相混 处理效果稳定 具有抗冲击负荷和pH变化的能力 吸附 生物降解工艺特征 氧化沟是延时曝气法的一种特殊形式 它的池体狭长 池深较浅 在沟槽中设有表面曝气装置 曝气装置的转动 推动沟内液体迅速流动 具有曝气和搅拌两个作用 沟中混合液流速约为0 3 0 6m s 使活性污泥呈悬浮状态 氧化沟 氧化沟流程示意图 序批式活性污泥法 SBR法 SBR工艺的基本运行模式由进水 反应 沉淀 出水和闲置五个基本过程组成 从污水流入到闲置结束构成一个周期 在每个周期里上述过程都是在一个设有曝气或搅拌装置的反应器内依次进行的 SBR工艺的操作过程 1 工艺系统组成简单 不设二沉池 曝气池兼具二沉池的功能 无污泥回流设备 2 耐冲击负荷 在一般情况下 包括工业污水处理 无需设置调节池 3 污泥沉淀性能好 SVI值较低 能有效地防止丝状菌膨胀 4 该工艺的各操作阶段及各项运行指标可通过计算机加以控制 便于自控运行 易于维护管理 SBR工艺与连续流活性污泥工艺相比的优点 1 容积利用率低 2 出水不连续 3 峰值需氧量高 4 设备利用率低 5 运行控制复杂 6 不适用于大水量 SBR工艺的缺点 纯氧代替空气 可以提高生物处理的速度 纯氧曝气池的构造见图 纯氧曝气 纯氧曝气的特点 在密闭的容器中 溶解氧的饱和度可提高 氧溶解的推动力也随着提高 氧传递速率增加了 因而处理效果好 污泥的沉淀性也好 纯氧曝气并没有改变活性污泥或微生物的性质 但使微生物充分发挥了作用 纯氧曝气的缺点是纯氧发生器容易出现故障 装置复杂 运转管理较麻烦 1 活性污泥的培养驯化 1 活性污泥的培养与驯化 2 试运行2 活性污泥处理系统运行效果的检测 1 反映处理效果的项目 进出水总的和溶解性的BOD COD 进出水总的和挥发性的SS 进出水的有毒物质 2 反映污泥情况的项目 污泥沉降比 SV MLSS MLVSS SVI 溶解氧 微生物观学察等 3 污泥营养和环境条件的项目 氮 磷 pH 水温等 3 活性污泥处理系统运行中的异常情况 1 污泥膨胀 2 污泥解体 3 污泥上浮 4 泡沫问题 四 活性污泥处理系统的运行管理 第三节生物膜法 生物膜法的基本原理生物滤池生物转盘生物接触氧化生物流化床 一 生物膜法基本原理 1893年 英国Corbett在Salford创建了第一个具有喷嘴布水装置的生物滤池 将污水喷洒在粗滤料上进行污水净化试验获得成功 生物膜法是对污水土地的模拟和强化 生物膜法主要用于从污水中去除溶解性有机污染物 是一种被广泛采用的生物处理方法 1 生物膜的构造及其对有机物的降解1 构造好氧层 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 3 生物膜的组成细菌 好氧 厌氧 兼性 真菌藻类原生动物后生动物肉眼可见的蠕虫 昆虫的幼虫 活性污泥法是依靠曝气池中悬浮流动着的活性污泥来分解有机物的 悬浮生长型 生物膜法着主要依靠固着于载体表面的微生物膜来净化有机物 固着生长型 与活性污泥法相比 有以下特点 生物膜对废水水质 水量的变化有较强的适应性 操作稳定性好 可处理高浓度难降解工业废水 生物膜含水率比活性污泥小 不会发生污泥膨胀 运转管理方便 生物膜上微生物相更丰富 沿水流方向微生物种群有一定分布 剩余污泥少 采用自然通风供氧 如滤池 转盘 运行费用低 装置无泡沫 但受气候影响较大 气味大 有灰蝇 活性生物量难以人为控制 因而在运行方面灵活性较差 2 生物膜法的特点 3 生物膜法的分类 二 生物滤池 1 生物滤池基本构造 构造 池体 滤料 布水装置 排水系统 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 滤料滤料是生物滤池的主体 它对生物滤池的净化功能有直接影响 其一般要求 具有较大的比表面积 能为微生物附着提供大量的面积 有足够的空隙率 保证通风 即保证氧的供给 和使脱落的生物膜能随水流出滤池 不被微生物分解 也不抑制微生物的生长 有较好的化学性能 有一定的机械强度 价格低廉 普通生物滤池的滤料 一般为实心拳状滤料 如碎石 卵石 炉渣等 滤料的粒径愈小 比表面积就愈大 处理能力可以提高 但粒径过小 孔隙率降低 则滤料层易被生物膜堵塞 一般当滤料的孔隙率在45 左右时 滤料的比表面积约为65 100m2 m3 高负荷生物滤池的滤料 滤料粒径较大 一般为40 100mm 滤料常采用卵石 石英砂 花岗岩等 一般以表面光滑的卵石为好 目前常采用塑料滤料 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 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 两种常见的塑料滤料 滤料比表面积在98 340m2 m3之间 孔隙率为93 95 滤料比表面积在81 195m2 m3之间 孔隙率为93 95 国内目前采用的玻璃钢蜂窝状块状滤料 孔心间距在20mm左右 孔隙率95 左右 比表面积在200m2 m3左右 3 布水装置布水装置的目的是将废水均匀地喷洒在滤料上 主要有两种 固定式布水装置 普通生物滤池多采用 旋转式布水装置 高负荷生物滤池和塔式生物滤池常用 脉冲式生物滤池配水系统 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 2 生物滤池工作原理 生物滤池是以土壤自净原理为依据 在污水灌溉的实践基础上 经原始的间歇砂滤池和接触滤池而发展起来的人工生物处理技术 已有百余年的发展史 污水长时间以滴状喷洒在块状滤料层的表面上 在污水流经的表面上就会形成生物膜 待生物膜成熟后 栖息在生物膜上的微生物即摄取流经污水中的有机物作为营养 从而使污水得到净化 3 生物滤池的操作系统 1 普通生物滤池1 普通生物滤池的流程污水 预处理 格栅 沉淀池 初沉池等 生物滤池 二沉池 排放 普通生物滤池优缺点 优点 1 处理效果良好 BOD的去除率可达95 以上 2 运行稳定 易于管理 节省能源 缺点 1 占地面积大 不适于处理量大的污水 2 滤料易于堵塞 当预处理不够充分 或生物膜季节性大规模脱落时 都可能使滤料堵塞 3 产生滤池蝇 散发臭味 恶化环境卫生 2 高负荷生物滤池1 高负荷生物滤池系统流程 高负荷生物滤池典型流程 2 特征 大幅度地提高了滤池的负荷率 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 塔式生物滤池的特征 在构造方面的特征塔身 H 8 24m 直径 1 3 5m 每层设置格栅 每层高 2 5m滤料 轻质滤料 一般用环氧树脂固化的玻璃布蜂窝滤料布水装置 旋转布水器 大 中型塔滤 固定喷嘴式布水器 小型滤池 3 塔式生物滤池 在工艺方面的特征a 传质速度高 b 生物相分层 能承受较强的冲击负荷 通风良好 污水 空气 生物膜三者接触非常充分 c 生物膜有较好的活性 d BOD5 60 85 较低 4 生物滤池的运行方式 交替式二级生物滤池法的流程 运行时 滤池是串联工作的 污水经初步沉淀后进入一级生物滤池 出水经相应的中间沉淀池去除残膜后用泵送入二级生物滤池 二级生物滤池的出水经过沉淀后排出污水厂 工作一段时间后 一级生物滤池因表面生物膜累积 即将出现堵塞 改作二级生物滤池 而原来的二级生物滤池则改作一级生物滤池 回流式二级生物滤池法的流程 回流式生物滤池为高负荷生物滤池 当污水浓度不太高时 应采用一级流程 当有机物浓度高时或出水要求高时 宜采用二级流程 5 影响生物滤池性能的主要因素 滤池高度 负荷率 回流 供氧 有机物在污水和生物膜中的传质过程 氧在污水和生物膜中的传质过程 生物膜的生长和脱落等过程 影响生物滤池性能的主要因素 滤池高度 滤床上层 污水中有机物浓度较高 微生物繁殖速率高 主要是繁殖速度快的细菌 生物膜厚 生物量大 有机物去除速度快 从上往下 随着滤床深度增加 微生物从低级趋向高级 种类逐渐增多 生物膜量从多到少 所以污染物的去除速度逐渐降低 有机负荷率 以BOD5为准 kg BOD5或特定污染物质 m3 d 影响生物滤池性能的主要因素 负荷率 生物滤池的负荷率有三种表达形式 表面水力负荷率 m3 水 m2 d 又称平均滤率 m d 水力负荷率 以流量为准 m3 水 m3 滤料 d 影响生物滤池性能的主要因素 回流 回流 利用污水厂的出水或生物滤池出水稀释进水的做法称回流 回流水量与进水量之比叫回流比 回流对生物滤池性能的影响 1 回流可提高生物滤池的滤率 它是使生物滤池负荷率由低变高的方法之一 2 提高滤率有利于防止产生灰蝇和减少恶臭 3 当进水缺氧 腐化 缺少营养元素或含有有害物质时 回流可改善进水的腐化状况 提供营养元素和降低毒物质浓度 4 进水的质和量有波动时 回流有调节和稳定进水的作用 影响生物滤池性能的主要因素 供氧 温度差越大 通风条件越好 若池内外无温度差 则停止通风 正常运行的生物滤池 自然通风可以提供生物降解所需的氧量 自然通风不能满足时 应考虑强制通风 生物滤池中 微生物所需的氧一般直接来自大气 靠自然通风供给 三 生物转盘 1 生物转盘基本构造 由盘片 转轴与驱动装置 接触反应槽三部分组成 盘片1 材质 要求轻质高强 耐腐不变形 取材加工方便 一般采用聚氯乙烯或聚脂玻璃钢制作 2 形状 圆形 正多角形 为波纹状盘片 此时表面积可提高一倍 直径 2 3 6m 最大 5 0m3 盘片间距 一般为30mm 多级转盘前级数为25 35mm 后级数10 20mm 生物转盘的布置 接触反应槽半圆形 盘片直径40 浸没于污水中 盘片边缘与槽内面间距 150mm 进出水采用锯齿形溢流堰 槽底设放空管 对于多级生物转盘在级与级之间设导流槽 转轴与驱动装置1 转轴 实心钢轴或无缝钢管 长L 0 5 7 0m 否则易扰曲变形 发生折断或扭断 直径d 50 80mm 2 驱动装置 电机 减速器 转动链条 轴 转速0 8 3 0r min 线速度10 20m min 不能过高或过低 2 生物转盘工作原理 盘片交替与污水和空气相接触 在盘片上产生一层滋生着大量微生物的生物膜 当生物膜与反应槽内污水接触时 污水中有机物被生物膜所吸附降解 当生物膜与空气接触时 一方面继续降解生物膜表面吸附水层中的有机物 一方面吸附水层吸收空气中的氧使之成为溶解氧而进入生物膜中 同时也使槽内的DO达到一定浓度 而老化了的生物膜在剪切力作用下而脱落 然后进入二沉池 3 生物转盘操作系统 1 生物转盘处理系统基本工艺流程 生物转盘处理系统基本工艺流程 2 生物转盘处理系统工艺流程组合 生物转盘宜于采用多级处理方式 图所示的是生物转盘二级处理流程 4 生物转盘系统的特征 1 微生物浓度高 特别最初几级的生物转盘 所以处理效率高 2 生物相分级 在每级转盘上生长着适应于流入该级污水性质的生物相 这有利于微生物生长和有机物降解 3 污泥龄长 具有硝化 反硝化功能 4 能处理高浓度有机废水 耐冲击负荷 5 食物链长 污泥量少 为活性污泥法的1 2左右 6 能耗小 不需曝气与污泥回流 7 无污泥膨胀问题 便于维护管理 8 无池蝇 无恶臭 无泡沫 低噪声 9 占地面积较大 且北方寒冷地区 生物转盘需加罩或建在室内 增加建设投资 10 不适用于含有易挥发有毒物质工业废水的处理 以免毒气扩散 5 生物转盘的新进展 1 空气驱动的生物转盘 2 与沉淀池合建的生物转盘 3 与曝气池合建的生物转盘 与曝气池组合的生物转盘 工程实例 济南市南郊宾馆污水净化站采用的生物转盘为主体的二级生化处理工艺 近期安装二组直径为3m的转盘 其中一级为三级转盘 另一组为四级转盘 二组转盘并联运行处理流量42m3 h 1000m3 d 当污水量小于21m3 h 只用一组转盘 远期再安装一组生物转盘 远期处理流量为63m3 h 1500m3 d 工艺流程水质对比原污水水质 COD 133 2 178mg L BOD5 67 89 2mg L SS 45 92mg L 出水水质 CODcr 50mg L BOD5 10mg L SS 10mg L 浊度 10度 总大肠杆菌 3个 L 处理后出水达到CJ25 1 89 生活杂用水水质标准 作为宾馆人工湖补给水和浇灌果树 绿地及洗车等用途 生物转盘优缺点 优点 动力消耗低 抗冲击负荷能力强 无需回流污泥 管理运行方便 缺点 占地面积大 散发臭气 在寒冷的地区需作保温处理 四 生物接触氧化 1 生物接触氧化的工作原理 生物接触氧化处理技术的实质是在池内充填填料 已经充氧的污水浸没全部填料 并以一定的流速流经填料 在填料上布满生物膜 污水与生物膜广泛接触 在生物膜上微生物的新陈代谢功能的作用下 污水中有机污染物得到去除 污水得到净化 生物接触氧化处理技术是采用与曝气池相同的曝气方法 向微生物提供气所需要的氧 并起到搅拌与混合作用 2 生物接触氧化的基本构造 由池体 填料 进水装置 曝气系统组成 接触氧化池构造示例 接触氧化池外观图 接触氧化池反应区的构造 1 池体 圆形 矩形 方形 填料高3 3 5m 底部布气层高为0 6 0 7m 顶部稳定水层0 5 0 6m H总 4 5 5 0m 2 填料 填料要求 比表面积大 空隙率大 水力阻力小 强度大 化学和生物稳定性好 能经久耐用 酚醛树脂蜂窝填料 常用填料的类型 正六角行蜂窝状斜管 聚乙烯蜂窝填料 聚乙烯蜂窝填料 半软性填料 半软性填料 弹性立体填料 软性纤维填料 软性 复合填料 组合填料 YHT型弹性生物的环填料 立体弹性填料 立体弹性填料 漂浮填料 SQC型丝球形悬浮填料 生物接触氧化法填料 新型的纤维网状填料 生物填料框架 框架与生物填料 框架与生物填料 新型的三维立体网状填料 挂膜后的网状填料 3 生物接触氧化法形式 按曝气装置的位置分为 分流式和直流式 1 分流式接触氧化池 充氧与填料分置在单独的区间 使污水在充氧间与填料间循环流动 中心曝气型 单侧曝气型 分流式接触氧化池有利于微生物的生长繁殖 供氧状况良好 但水流对生物膜冲刷力小 膜更新慢 易堵塞 2 直流式生物接触氧化池 国内多采用 4 生物接触氧化操作系统 生物接触氧化处理技术的工艺流程一般分为 一段处理流程 二段处理流程和多段