环境生物工程3

2020/5/30,环境生物工程课件,1,二、生物膜法,主要内容,典型生物膜处理工艺,2,工艺计算,3,1,概述,2020/5/30,环境生物工程课件,2,生物膜法定义生物膜法,又称为固定膜法,是通过废水同固着于载体（如滤料）表面的微生膜接触，生物膜吸附和氧化废水中的有机物并同废水进行物质交换，从而使废水得到净化的过程。生物膜法与活性污泥法的异同共同特点：活性污泥法均属于好氧生物处理技术，均是在有氧的条件下，利用好氧微生物来氧化分解废水中溶解性的和胶体状的有机污染物；不同之处：微生物在处理构筑物中的生存方式不同活性污泥法：曝气池中微生物以絮状体形式，悬浮于曝气池混合液中不断生长繁殖（悬浮生长）生物膜法：反应器中微生物附着在载体的表面上形成一种生物膜，当废水流经其表面时，生物膜、水和空气相互接触，发生生物化学反应（附着生长），是土壤自净过程的人工化和强化；,概述,、生物膜法概述,2020/5/30,环境生物工程课件,3,基本原理：,1、生物膜的形成与脱落,生物膜形成的必要条件：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；在接触氧化工艺中称为填料；在好氧生物流化床中称为载体；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；作为接种的微生物。,生物膜的形成过程：生物膜的形成及其生长是实现污水有效处理的前提，生物膜的形成过程经历了产生、成熟、脱落及更新；,2020/5/30,环境生物工程课件,4,生物膜结构和有机物降解的示意图,产生：当含有营养物质于接种污泥的污水均匀地淋洒在介质表面时，一部分废水被吸附于滤料四周，成为滤料的附着水层(薄膜)。滤料间隙中的空气可溶入水层作为溶解氧。由于条件适宜，附着于水层中的微生物可吸附污水中的有机物，通过迅速分解有机物而大量繁殖。此外，滤料表面也可吸附胶体物质和截留悬浮物质，逐渐在介质表面形成黏液状的、含有较多微生物的膜，即生物膜，此过程也叫挂膜。成熟：随着微生物的不断繁殖增长，生物膜的厚度会不断增加，形成由好氧微生物和兼性微生物组成的好氧层（1-2mm)。而后随着膜厚度的继续增加，营养物质和溶解氧的供应条件变差，微生物生长受到限制，从而在好氧层内形成了由厌氧微生物和兼性微生物组成的厌氧层，厌氧层是在生物膜达到一定厚度才出现的。当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达到了平衡和稳定，标志着生物膜已经成熟。生物膜从开始形成到成熟，一般需要30天左右(城市污水，20C)。右图为生物膜及其外围结构示意图，从外至内的顺序为污水流动水层附着水层生物膜（分为好氧层和厌氧层）滤料,2020/5/30,环境生物工程课件,5,生物膜的脱落与更新：脱落：膜成熟以后，由于继续生长而不断加厚，当厌氧层厚度增加到一定程度时，厌氧层的微生物得不到营养而进入内源呼吸期，厌氧分解产生大量H2S、氨气等对生物活动有抑制作用，使生物膜老化、死亡、脱落。造成生物膜脱落的原因内因厌氧菌营养耗尽而死亡，其附着力降低，很快脱落;气态代谢产物不断逸出，破坏了好氧层生态的稳定，使二者失去了平衡，生物膜老化;气态代谢产物不断逸出,减弱了生物膜在填料上的附着能力外因水流的冲刷作用，加大水量，则冲刷力增大生物膜的更新：老化膜脱落，新生生物膜又会生长起来；新生生物膜的净化功能较强，从而保持生物膜的活性。,2020/5/30,环境生物工程课件,6,在处理过程中，生物膜总是不断地进行如下循环,2、生物膜的结构好氧层：12mm，承担降解有机物的主要任务厌氧层一般认为，生物膜厚度为23mm时较为理想。太厚会影响通风，甚至造成堵塞。,2020/5/30,环境生物工程课件,7,细菌：包括好氧菌、厌氧菌和兼性菌，由于微生物以附着的状态存在，泥龄长，使得生物膜中既有世代时间短，比增长速率大的微生物，又有世代时间长、比增长速率小的微生物，如硝化菌。真菌及藻类丝状菌也可以大量生长，无污泥膨胀之虞；藻类众多；微型动物：原生动物：捕食细菌，净化废水的指示性生物；后生动物：线虫及其幼虫、轮虫等，有软化生物膜、促使生物膜脱落、保持生物膜活性的作用。滤池蝇：一种昆虫，其产卵、幼虫、成蛹、成虫过程全部在池内进行，以生物膜和有机物为食，抑制膜的过速生长，保持好氧状态。,3、生物膜中微生物的组成,细菌（好氧、厌氧、兼性）,真菌,藻类,原生动物,后生动物,一些肉眼可见的蠕虫、昆虫的幼虫,2020/5/30,环境生物工程课件,8,4、净化有机物机理,（1）生物膜表面积大，能大量吸附水中有机物；（2）有机物降解是在生物膜表层0.1-2mm的好氧生物膜内进行；（3）生物膜中主要发生三种物质的传递过程：空气、污染物及微生物代谢产物:,（4）厌氧层与好氧层的关系厌氧层不厚时，与好氧层平衡，稳定；厌氧层增厚时，代谢产物高于好氧层，平衡被破坏。（5）理想生物膜法的状况减缓老化，避免厌氧层过分生长，加快好氧层更新，不使膜集中脱落。,2020/5/30,环境生物工程课件,9,生物膜处理工艺的特点,a、参与净化反应微生物多样化；生物膜内不仅存在世代时间短、比增殖速度大的微生物，世代时间长、比增殖速度小的微生物，如硝化菌等也可大量存在，可实现脱氮的目的。此外，丝状菌，藻类众多，线虫、纤毛虫、轮虫以及昆虫等也都较广泛地存在。b、食物链长，污泥产率低；生物膜的生物中动物性营养所占比例较大，能栖息高营养水平的生物，其在捕食性纤毛虫，线虫之上还栖息有寡毛类和昆虫，因而污泥少，仅为生物膜法的3/4。c、能够存活世代较长的微生物；在生物膜法中，C与污水的停留时间无关，因此硝化细菌等可以增殖（特别是在冬季低温）。d、可分段运行，形成优势微生物种群，提高降解能力。,微生物学特性,2020/5/30,环境生物工程课件,10,在处理工艺方面的特征,2020/5/30,环境生物工程课件,11,生物膜法的主要影响因素：,2020/5/30,环境生物工程课件,12,水力负荷(q)：定义：对于生物滤池是指在保证所要处理的污水达到要求水质的前提下，每平方米滤池表面每天所能接受污水的量，以m3/m2.d表示（1）水力负荷对生物膜法处理效果的影响HRTV/(A.q),q愈小，污水与生物膜接触时间愈长，处理效果好。而且q与容积负荷Lv之间存在如下关系：q=LvH/S0,载体表面结构和性质：影响填料载体性质的因素有比表面积大小、表面亲水性、表面电荷、表面粗糙度、载体的密度、孔隙率、强度等等。如细菌属亲水性，且表面通常带负电，载体表面呈正电位越高、亲水性越强，细菌越易附着在载体上形成生物膜。生物膜量及其活性：生物膜厚度反映了生物量的大小。但生物活性并非总是与生物量成正相关性。好氧膜内成正相关，而厌氧膜内，当厌氧膜在一定范围内，膜的生物降解活性与生物膜厚度无关，膜厚的过度增加，会造成脱落的生物膜过多，堵塞载体空隙。因此，对生物膜反应器，不应单纯追求增加反应器的生物量，而应保证反应器内生物膜的正常脱落更新而不发生载体间隙被堵塞的现象。,（2）水力负荷对生物膜厚度和传质的影响q，对生物膜厚度的控制及传质有利，但q应控制在一定的限度内，避免过高的q产生过强的冲刷力，造成生物膜的流失，影响反应器的稳定性，应根据所选择的生物膜法工艺，选择适宜的q值.,2020/5/30,环境生物工程课件,13,生物膜法分类,生物膜法设备类型很多，按生物膜与废水接融方式及介质种类的不同分：,润壁型生物膜法：废水和空气沿固定的填料或转动的盘片表面流过，与其上生长的生物膜接触，典型设备有生物滤池和生物转盘；浸没型生物膜法：生物膜载体固定在曝气池内,完全浸没在水中,通过鼓风曝气供氧，如生物接触氧化法、曝气生物滤池；流动床型生物膜法：使附着有生物膜的活性炭,砂等小粒径接触介质悬浮流动于曝气中池，处于流化状态，如生物流化床。,目前所采用的生物膜法多数是好氧装置，少数是厌氧形式，如厌氧滤池和厌氧流化床等。本节主要讨论好氧生物膜法。,2020/5/30,环境生物工程课件,14,2、典型生物膜处理工艺,（4）生物转盘,（2）生物接触氧化池,（5）生物流化床,（1）生物滤池,（3）曝气生物滤池,2020/5/30,环境生物工程课件,15,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.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。,生物滤池的工作原理：,（1）生物滤池,生物滤池构造：由滤床（池体、滤料）、布水装置、排水系统组成,2020/5/30,环境生物工程课件,16,滤料,滤料是微生物生长栖息的场所，理想的滤料应具备下述特性：,能为微生物附着提供大量的表面积；,使污水以液膜状态流过生物膜；,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。,2020/5/30,环境生物工程课件,17,作用：向滤料表面均匀地布水。类型：固定式和旋转式结构：不同类型布水装置有所不同；,排水系统,布水装置,2020/5/30,环境生物工程课件,18,渗水装置,排水渠,集水沟,是用特制砌块或栅板铺成，滤料堆在渗水装置上面。渗水装置空隙率不小于滤池总面积的20，高于池底0.40.6m。,池底除支撑滤料外，还要排泄滤床上的来水，池底中心轴线上设有集水沟，两侧底面向集水沟倾斜，池底和集水沟的坡度约12。集水沟要有充分的高度，并在任何时候不会满流，确保空气能在水面上畅通无阻，使滤池中空隙充满空气。,2020/5/30,环境生物工程课件,19,生物滤池的进展（或分类）,60年代后出现了塑料滤料，可以增加水力负荷，改善气液传质.,早期滤料为石头，砖块、陶料等比重大、荷载重的滤料，床层不易较高，负荷较低且其掛膜后易堵塞,而且随着滤料的轻质化，滤料可以高架，滤池由原来1-2.5m发展到现在10m高，可进一步提高滤池的水力负荷.,活性污泥与生物膜法相结合，而且集生物氧化与过滤截留为一体，可省去二沉池，与生物接触氧化接近属浸没式,2020/5/30,环境生物工程课件,20,进水经初沉池去除部分悬浮物后进入生物滤池。初沉池主要起预处理的作用，防止较多的悬浮物进入生物滤池造成堵塞。废水中的有机物与生物膜中的微生物接触，经微生物氧化分解得以去除。脱落的生物膜与经处理后的废水一道进入二沉池，经二沉池的澄清作用使出水澄清，沉淀下的腐化污泥与初沉污泥一起进行浓缩处理。（需要有预处理和二沉池）普通生物滤池不需回流，而高负荷和塔式生物滤池都需要回流，从而在增大有机负荷的同时增大水力负荷，促进膜的更新，从而提高处理效率与活性污泥工艺的流程不同的是，在生物滤池中常采用出水回流，而不常采用污泥回流，因此从二沉池排出的污泥全部作为剩余污泥进入污泥处理流程进行进一步的处理。,基本工艺流程,2020/5/30,环境生物工程课件,21,A.池体,平面上呈现方形或矩形，池壁用砖石筑造，一般高出填料表面0.50.9m，高1.52m。,B.填料,多采用空心的拳状填料，如碎石、卵石、炉渣、焦炭等；一般分工作层和承托层两层填充，总厚度约1.52.0m。工作层厚1.31.8m，粒径介于2540mm，承托层厚0.2m，填料介于70100mm；同一层滤料要尽量均匀，以提高孔隙率；一般当滤料的孔隙率在45%左右时，滤料的比表面积约为65100m2/m3；滤料粒径并非越小越好，会造成堵塞。,主要结构特征及参数,（a）普通生物滤池,这种滤料比表面积较大，且较粗糙，易挂膜，孔隙率一般,利于供氧与传质，且易就地取材，但材料比重大，荷载重，工作层不易过厚（过高将影响排水系统和滤池基础的结构），负荷较低，在相同去除效率条件下，占地大；且低负荷下，水力冲刷作用较弱，生物膜主要靠自然脱落，更新慢，易堵塞，易形成厌氧层。,2020/5/30,环境生物工程课件,22,C.布水,采用固定喷嘴布水系统，由投配池，布水管道和喷嘴等几部分组成。投配池内设虹吸装置以便间歇供水,目的使空气在滤料排水后间歇进入滤池，间歇充氧,生物膜再生)。运行方便，但水头较大，污水流入投配池是连续的，但布水是间歇的，喷水周期短-58min；,普通生物滤池布水示意图,主要结构特征及参数,2020/5/30,环境生物工程课件,23,普通生物滤池特点优点处理效果好，BOD的去除率可大于90;采用自然通风进行供氧，动力消耗低；剩余污泥量小；运行稳定，便于管理。缺点：进水水力负荷低，占地面积大，不适合处理量大的污水；填料易堵塞；产生滤池蝇，喷嘴产生臭味等，恶化环境。设计参数滤池内空气流速受气候影响，因为滤池的通风主要依靠池内外的温差进行，关系为：v=0.075T0.15（V单位m/min）处理城市污水时，正常气温条件下，表面水力负荷13m3/m2.d，BOD5容积负荷0.150.3kg/m3.d,2020/5/30,环境生物工程课件,24,普通生物滤池设计计算,2020/5/30,环境生物工程课件,25,普通生物滤池设计计算,2020/5/30,环境生物工程课件,26,普通生物滤池设计计算,2020/5/30,环境生物工程课件,27,（b）高负荷生物滤池为解决与改善普通生物滤池的缺点,有利之处：生物膜不是自然脱落，主要靠水力冲刷，更新快，不易堵塞，污泥易腐化；膜比较薄，活性好，氧化能力强，无硝化过程；通风好，保证供氧。池体较小，占地面积也较少；较适合于浓度和流量变化较大的废水处理。,运行特征：高负荷生物滤池的高负荷率是通过限制进水BOD5(200mg/L)或运行上采取处理水回流等技术措施而达到目的。回流：是高负荷池的主要运转特征，具有以下功能和效果：可以均化与稳定进水水质、加大水力负荷，回流比R常采用0.53，但有时也高达5-6倍)提高了滤池的负荷率，因此微生物代谢速度加快，生物膜增长速度较快；同时水力负荷的提高，对滤池的冲刷力加大，使过厚和老化的生物膜加快脱落，加速生物膜更新，不仅减少了滤池的堵塞，同时也抑制了厌氧层发育，使生物膜经常保持高的活性；可抑制滤池蝇的过度滋长，减轻臭味。,2020/5/30,环境生物工程课件,28,（b）高负荷生物滤池为解决与改善普通生物滤池的缺点,有利之处：生物膜不是自然脱落，主要靠水力冲刷，更新快，不易堵塞，污泥易腐化；膜比较薄，活性好，氧化能力强，无硝化过程；通风好，保证供氧。池体较小，占地面积也较少；较适合于浓度和流量变化较大的废水处理。,运行特征：高负荷生物滤池的高负荷率是通过限制进水BOD5(200mg/L)或运行上采取处理水回流等技术措施而达到目的。回流：是高负荷池的主要运转特征，具有以下功能和效果：可以均化与稳定进水水质、加大水力负荷，回流比R常采用0.53，但有时也高达5-6倍)提高了滤池的负荷率，因此微生物代谢速度加快，生物膜增长速度较快；同时水力负荷的提高，对滤池的冲刷力加大，使过厚和老化的生物膜加快脱落，加速生物膜更新，不仅减少了滤池的堵塞，同时也抑制了厌氧层发育，使生物膜经常保持高的活性；可抑制滤池蝇的过度滋长，减轻臭味。,2020/5/30,环境生物工程课件,29,工艺流程常用的回流方式有以下几种：,一段法：部分污泥回流，无剩余污泥排放。,工艺1：滤池出水直接回流滤池，二次沉淀池向初沉池回流生物污泥，有利于膜的接种，促进膜的更新。此外初沉池的沉淀效果由于生物污泥的注入而有所提高。工艺2：污泥回流初沉池，有助于提高初沉池的沉淀效果；处理水回流滤池前，可避免加大初沉池的容积，且好的回流水质有助于稀释的效果、冲刷效果。（较工艺1比，二沉池负荷略重）。工艺3：污泥与二沉池出水同步回流初沉池，可以提高初沉池沉淀效果，也加大滤池的水力负荷。加大了初沉池的负荷是本系统的弊端。工艺4：不设二沉池,含有生物膜的滤池出水直接回流到初沉池,可提高初沉池的沉淀效果,同时使其兼行二沉池作用.具有吸附再生工艺特点,但出水水质差,初沉池水力负荷大.工艺5：滤池出水与污泥均回流到初沉池，起到提高滤池水力负荷和提高初沉池沉淀效果，但初沉池水力负荷大。,2020/5/30,环境生物工程课件,30,两段法二级高负荷生物滤池流程：,当进水浓度较高或对处理要求较高时，可以考虑两段（级）生物滤池处理系统。主要目的：提高出水水质，通常出水BOD5200mg/l),出水要求较高（BOD5q,则考虑降低滤池高度，反之，则提高滤池高度,2020/5/30,环境生物工程课件,50,塔式生物滤池的计算与设计,例题：某城镇居民5000人，排水量标准100L/(人d)，冬季水温12C，每人每日产生的BODu值以40g计，生活污水拟用塔滤处理，处理水的BODu按35mg/L考虑。,每日产生的污水量,每日产生的BODu,选定BODu允许负荷，按处理水BODu为35mg/L的要求和冬季水温为12度的条件，查图得到BODu允许容积负荷率为1800g/m3d,(1)确定设计计算参数,(2)确定塔滤的各项尺寸,容积,滤池高度,查表按进水BODu为400考虑，将塔高近似按14m考虑,滤池表面积,滤池表面积,塔滤高：径为14:2.25=6.22:1符合设计要求，计算成立。,2020/5/30,环境生物工程课件,51,(2)生物接触氧化池,原理：生物接触氧化处理技术的实质之一是在池内充填填料，已经充氧的污水浸没全部填料，并以一定的流速流经填料，即是浸没式生物膜法。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的另一项技术实质是采用与曝气池相同的曝气方法，向微生物提供所需要的氧，并起到搅拌与混合作用。这样，这种技术又相当于在曝气池内充填供微生物栖息的填料，因此，又称为“接触曝气法”；生物接触氧化池内既存在悬浮态的活性污泥，又存在固着生长的生物膜，净化污水主要依靠载体上的生物膜；据上所述，生物接触氧化是一种介于活性污泥法与生物滤池两者之间的生物处理技术，兼具两者的优点，也可以说是具有活性污泥法特点的生物膜法。与曝气生物滤池不同之处是所使用填料不同，曝气生物滤池可称之为一种特殊的生物接触氧化法，是采用颗粒填料。,2020/5/30,环境生物工程课件,52,基本工艺流程,生物接触氧化处理技术的工艺流程，一般可分为：段处理流程、二段处理流程和多段处理流程。,接触氧化池的流态为完全混合式，微生物处于对数增殖期后期或减速增殖期，生物膜生长较快,有机物降解效率较高一段式接触氧化池有时布水或曝气不均匀，在局部地区存在死角，影响处理效果。,类似AB法，高负荷、低负荷串联；而且每座氧化池流态属于完全混合式，但窜联在一起具有推流式特点多段法在工业废水处理中常用,2020/5/30,环境生物工程课件,53,接触氧化池是由池体、填料及支架、曝气装置、进出水装置以及排泥管道等部件所组成。,构造,2020/5/30,环境生物工程课件,54,接触氧化池的池体在平面上多呈圆形、矩形或方形，用钢板焊接制成或用钢筋混凝土浇灌砌成。各部位的尺寸为：池内填料高度为3.03.5m；底部布气层高为0.60.7m；顶部稳定水层0.50.6m，总高度约为4.55.0m。,池体,填料,填料是接触氧化处理工艺的关键部位，它直接影响处理效果，同时，它的费用在接触氧化系统的建设费用中占的比重较大，所以选定适宜的填料是具有经济和技术意义的。对填料要求：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。填料可分为悬挂式填料、悬浮式填料和固形块状填料三种类型。,悬挂式填料：悬挂式填料有四个品种，分别为半软性填料、组合填料、软性填料和弹性立体填料。悬浮式填料：常用的有空心柱状、空心球状、外形呈笼架、内装丝形或条形编织物、以及海绵块状的软性悬浮式填料。固形块状填料：固形块状填料主要有蜂窝直管形块状填料和立体波纹块状填料两种。或可分为：硬性填料（由玻璃钢或塑料制成的波状板片组成蜂窝状软性填料（即是纤维填料，如下页所示）半软性填料（即是以硬性塑料为支架，上缚软性填料，又称复合纤维填料）,2020/5/30,环境生物工程课件,55,悬挂式网状纤维填料,栓接绳纤维束中心绳,化学纤维编结成束状，成绳状连接使用时制作成框状,2020/5/30,环境生物工程课件,56,2020/5/30,环境生物工程课件,57,2020/5/30,环境生物工程课件,58,新型的三维立体网状填料,挂膜后的网状填料,新型的纤维网状填料,新型的纤维网状填料,2020/5/30,环境生物工程课件,59,曝气装置：多采用穿孔管曝气，设在填料床下部或一侧。进出水装置：穿孔管进水,可设在填料床的上部或下部;出水选择堰式或穿孔管出水；,形式,按曝气装置的位置，分为分流式与直流式；按水流循环方式，又分为填料内循环与外循环式。,分流式接触氧化池：充氧与填料分置于单独的区间，使污水在充氧间与填料间循环流动。（国外多采用）分流式接触氧化池根据曝气装置的位置又可分为中心曝气型与单侧曝气型两种。,2020/5/30,环境生物工程课件,60,国外多采用分流式接触氧化池，特点：填料区水流较稳定，有利于生物膜的生长，但冲刷力不够，生物膜不易脱落。可采用表面曝气装置或鼓风曝气装置，较适用于深度处理。直流式的接触氧化池，这种接触氧化池的特点是直接在填料底部曝气，在填料上产生上向流，生物膜受到气流的冲击、搅动，加速脱落、更新，使生物膜经常保恃较高的活性，而且能够避免堵塞现象的产生。此外，上升气流不断地与填料撞击，使气泡反复切割，粒径减小，增加了气泡与污水的接触面积，提高了氧的转移率。图示所示为我国采用的直流生物接触氧化池。,2020/5/30,环境生物工程课件,61,特点,有效水深宜为35m；全池曝气时气水比宜为8:1;容积负荷:碳氧化时2.05.0kgBOD5/m3.d,碳化硝化0.22.0kgBOD5/m3.d可以设计缺氧状态用于反硝化。,设计参数,采用多种形式填料，形成气、液、固三相共存，有利于氧的转移；填料表面形成生物膜立体结构；有利于保持膜的活性，抑制厌氧膜的增殖，生成污泥量少,易沉淀；较强耐冲击负荷能力，间歇运行的条件下，能够保证良好的运行效果，对排水不均匀的企业更具有实际意义；操作简单、运行方便，易于管理，无需污泥回流，无污泥膨胀；负荷高处理时间短；具有多种净化功能，能够脱氮，可作为深度处理技术；高效的原因：,生物活性高污泥龄长；传质条件好微生物代谢多，“细菌表面的介质更新速度”，的影响，传质起决定作用；充氧效率高3kgO2/kw.h，比无填料高30%有丝状菌存在;有较高的生物膜浓度（10-20g/l），而活性污泥（2-3g/l）,2020/5/30,环境生物工程课件,62,生物接触氧化法处理染料废水,2020/5/30,环境生物工程课件,63,(3)曝气生物滤池：一种特殊的接触氧化法或曝气塔式生物滤池,工作原理：在生物反应器内装填高比表面积的颗粒填料，达到接触氧化与过滤相结合；活性污泥法与生物膜法相结合.过滤、生物吸附与生物氧化作用净化污水，滤料表面为好氧环境,内部为缺氧、厌氧的微环境，使得硝化、反硝化作用同时进行。结构：底部设置承托层，上部为填料，在承托层设置曝气用的空气管及空气扩散装置,处理水排水管间作反冲洗水管,设置在承托层内.且以35mm的小颗粒作为填料，比表面积大，微生物附着力强；无需污泥回流，无污泥膨胀，反冲洗自动化，维护管理方便。,概述,2020/5/30,环境生物工程课件,64,BAF类型及工艺组合,2.1BAF曝气生物滤池的基本类型,2020/5/30,环境生物工程课件,65,BAF类型及工艺组合,2.1BAF曝气生物滤池的基本类型,BIOCARBONEBIOCARBONE结构简图如图所示，其滤料为密度比水大的球形陶粒，结构类似于普通快滤池，经预处理的污水从滤池顶部流入，向下流出滤池，在滤池中下部进行曝气，气水处于逆流，在反应器中，有机物被微生物氧化分解，NH3N被氧化成NO3N，另外由于在生物膜内部存在厌氧/兼氧环境，在硝化的同时能实现部分反硝化。,2020/5/30,环境生物工程课件,66,在无脱氮要求的情况下，滤池底部的水可直接排出系统，一部分留作反冲洗之用。如果有脱氮要求，出水需进入下一级后置反硝化柱，同时需外加碳源。一般情况下在单个BIOCARBONE滤池中不能同时取得理想的硝化/反硝化效果。随着过滤的进行，滤料表面新产生的生物量越来越多，截留的SS不断增加，在开始阶段水头损失增加缓慢，当固体物质积累达到一定程度，在滤层上部形成表面堵塞层，阻止气泡的释放，从而导致水头损失迅速上升，很快达到极限水头损失，此时应立即进行反冲洗再生，以去除滤床内过量的生物膜及SS，恢复处理能力。反冲洗采用气水联合反冲洗。反冲洗水为经处理后的达标水，反冲水从滤池底部进入上部流出，反冲空气来自底部单独的反冲洗进气管，反冲洗时关闭底部进水和工艺空气，水气交替单独反冲，最后用水漂洗。滤层有轻微的膨胀，在气水对填料的流体冲刷和填料间相互摩擦下，老化的生物膜以及被截留的SS与填料分离，在漂洗阶段被冲出滤池，反冲洗污泥则返回预处理部分。,2020/5/30,环境生物工程课件,67,BIOSTYR工艺是法国OTV公司对其原有BIOCARBONE的一个改进，其滤料为相对密度小于1的球形有机颗粒，漂浮在水中。经预处理的污水与经硝化的滤池出水按一定回流比混合后进入滤池底部。在滤池中间进行曝气，根据反硝化程度的不同将滤池分为不同体积的好氧和缺氧部分。在缺氧区，一方面反硝化菌利用进水中的有机物作为碳源，将滤池中的NO3N转化为N2，实现反硝化。另一方面，填料上的微生物利用进水中的溶解氧和反硝化产生的氧降解BOD，同时，一部分SS被截留在滤床内，这样便减轻了好氧段的固体负荷。经过缺氧段处理的污水然后进入好氧段，在好氧段微生物利用气泡中转移到水中的溶解氧进一步降解BOD，硝化菌将NH3N氧化为NO3N，滤床继续截留在缺氧段没有去除的SS。流出滤池的水经上部滤头排出，滤池出水分为：排出处理系统；按回流比与原水混合进行反硝化；用作反冲洗。,BIOSTYR,2020/5/30,环境生物工程课件,68,如果在BIOSTYR中，只需进行单独硝化或反硝化，只需将曝气管的位置设置在滤池底部即可。BIOSTYR中随着过滤的进行，其水头损失增长与BIOCARBONE有所不同，其水头损失增长与运行时间成正相关。当水头损失达到极限水头损失时，应及时进入反冲洗以恢复滤池处理能力，BIOSTYR中没有形成表面堵塞层，使得BIOSTYR工艺比BIOCARBONE工艺运行时间相对要长。其反冲水为贮存在滤池底部的达标排放水，自上而下进行反冲。其反冲过程基本类似于BIOCARBONE工艺。相比而言BIOSTYR工艺有如下优点：重力流反冲洗无需反冲泵，节省了动力；滤头布置在滤池顶部，预处理水接触不易堵塞，便于更换；硝化/反硝化可在同一池内完成。,2020/5/30,环境生物工程课件,69,BIOFOR,BIOFOR工艺是由Degremont公司开发的，其底部为气水混合室，之上为长柄滤头、曝气管、垫层、滤料。BIOFOR和BIOSTYR不同的是采用密度大于水的滤料，自然堆积，其余的结构、运行方式、功能等方面与BIOSTYR大同小异。,2020/5/30,环境生物工程课件,70,以上为曝气生物滤池主要的三种形式，在世界范围内都有应用，其中BIOCARBONE为早期形式，目前大多采用BIOSTYR和BIOFOR工艺。,2020/5/30,环境生物工程课件,71,2.2BAF曝气生物滤池的功能分类,曝气生物滤池根据其在污水处理过程中去除污染物或营养物质的不同，可分为：除碳型（DC曝气生物滤池）；硝化型（N曝气生物滤池）；硝化/反硝化型；反硝化型；除磷滤池等。曝气生物滤池功能的调整是通过对曝气管道位置的设置，即好氧区及厌氧区的分配，来控制硝化反应和反硝化反应的程度（也可以单独进行硝化反应或反硝化反应），从而实现其相应的功能。此外，亦可经由进水水质调控得以实现的。（如出水回流、进水投加除磷混凝剂等）,2020/5/30,环境生物工程课件,72,除碳型（DC曝气生物滤池）,适用范围：DC曝气生物滤池主要应用于处理可生化性较好的工业废水以及排放标准对氨氮等营养物质没有特殊要求的生活污水。由于DC曝气生物滤池属于生物膜法处理工艺，所以当进水有机物浓度较高，同时有机负荷较大时，其生物反应的速度很快，微生物的增殖也很快，同时老化脱落的微生物膜也较多，使滤池的反冲洗周期缩短。所以对于采用DC曝气生物滤池处理污(废)水时，建议进水CODcr1500mg/L，BOD/COD0.3。流程说明：原污水先经过预处理设施，去除水中的大颗粒悬浮物，然后进入DC曝气生物滤池，滤池依靠其内部粒状填料表面上生长的微生物膜，在污水流过滤料层并在供氧的条件下，污（废）水中的有机物在好氧菌膜的作用下得以降解。同时，滤池还将生物转化中产生的剩余污泥和进水带入的悬浮物截留在滤床上，起到生物过滤作用。其主要去除对象为污(废)水中的碳化有机物和截留污水中的悬浮物，也即去除BOD、COD、SS。,预处理,DC曝气生物滤池,进水,清水池,排水,反洗排水,反洗进水,反冲进气,风机,曝气,2020/5/30,环境生物工程课件,73,（2）硝化工艺,适用范围：N曝气生物滤池主要应用于中水处理或微污染源水处理，主要用于降解氨氮。流程说明：在该生物处理工艺中，N曝气生物滤池去除预处理中未去除的COD、BOD，同时主要发生硝化反应，将原水中NH3-N转化为NO3-N，另外，进一步起到截留污水中的SS，将水中的胶粒和微小的固体颗粒去除已达到过滤作用。在该段滤池中，供气较为充足整个滤床处于好氧状态，由于进水中的有机物浓度较低，异养微生物较少，优势生长的微生物为自养性硝化菌，将污水中的氨氮氧化成硝酸氮或亚硝酸氮。同样在该段滤池中，由于微生物的不断增殖，老化脱落的微生物膜也较多，所以间隔一定时间也需对该滤池进行反冲洗。,预处理,N曝气生物滤池,进水,清水池,排水,反洗排水,反洗进水,反冲进气,风机,曝气,2020/5/30,环境生物工程课件,74,反硝化型（DN曝气生物滤池）,反硝化型（DN）曝气生物滤池，不设曝气管道，只设有反冲洗布气管道。反硝化型（DN）曝气生物滤池整个滤床均处于厌氧状态，在厌氧条件下，NO3-N和NO2-N在硝化菌的作用下被还原为气态N2，从而实现脱氮作用；反硝化型（DN）曝气生物滤池适用对出水总N有要求的场合；,硝化/反硝化型,具有硝化和反硝化功能的BAF生物滤池，其曝气管位于滤床中的经过计算的位置，将滤床分隔为下部厌氧区和上部好氧区，它可以去除所有可降解的污染物，含碳污染物(COD和BOD)，悬浮物(SS)，氨氮和硝酸盐(即总氮)。污水首先进入滤床下部的厌氧区，在此进行反硝化反应。即在厌氧条件下，NO3-N和NO2-N在硝化菌的作用下被还原为气态N2；然后进入上部的好氧区，在此将含碳污染物分解，将氨氮转化为硝态氮。,2020/5/30,环境生物工程课件,75,2.3BAF曝气生物滤池处理工艺流程,在采用曝气生物滤池处理工艺时，根据其处理对象的不同和要求的排放水质指标的不同，可将BAF工艺分为以下几类：除C工艺除C/硝化工艺除C/硝化/反硝化工艺除C/除P/硝化/工艺除C/除P/脱N工艺,2020/5/30,环境生物工程课件,76,2.3.1除C工艺,除C型BAF工艺主要是用于去除水体中有机污染物（COD）。为了使滤池能以较长的周期运行，减少反冲洗次数，降低能耗，运用BAF处理生活污水和工业废水时一般需对原水进行预处理。否则原水中的大量杂质和SS都将进入曝气生物滤池，这将会堵塞曝气、布水系统，给系统的运行带来不良后果。预处理段一般用沉淀或水解酸化，对工业废水还需在BAF滤池前加设调节池。如果用BAF处理饮用水的微污染，由于饮用水源中固体杂质比生活、工业污废水少得多，故可不另外考虑预处理可直接将水进入BAF滤池。,2020/5/30,环境生物工程课件,77,除C型曝气生物滤池法示意图：,2020/5/30,环境生物工程课件,78,2.3.2除C/硝化工艺,上图a为BAF最早的工艺雏形，原水经过预沉，在预沉池中投加絮凝剂，随后经过BAF滤池进一步去除COD、BOD并同时发生硝化反应将NH3N硝化为NO3N。在该工艺中由于生物膜厌氧内环境的存在对TN有一定的去除率，但TN不是控制指标，适用于对NH3N排放有要求的工艺。图a的工艺本质上和图b的工艺没有较大区别，图b的工艺更适合于固体杂质多、产泥量大的原水，经过水解可减少初级处理的产泥量，减少清泥费用。,2020/5/30,环境生物工程课件,79,2.3.3除C/硝化/反硝化工艺,如图C流程可以达到脱N的目的。原水经过水解预处理去除SS等固体杂质，进入BAF滤池，在BAF滤池中去除有机污染物，同时将NH3N氧化为NO3N，BAF滤池出水的一部分回流进入水解池，利用进水中的C源，实现反硝化。回流比R一般为100300%，该工艺是基于A/O思想开发。图d的工艺将硝化和反硝化分别在两个滤池中进行，该工艺操作方便，运行可靠。根据原水水质情况选择预沉或水解预处理，出水进入一级BAF滤池，在滤池中实现有机物的去除，同时发生硝化反应。一级BAF滤池的出水进入二级BAF滤池前必须外加碳源(甲醇、乙醇等有机物)，因为经过一级BAF滤池后的污水中的有机物一般不能满足二级BAF进行反硝化所需的碳源。外加碳源的量必须严格控制，如果外加碳源量过少，反硝化不彻底，TN排放不能达标，如果外加碳源过多，出水COD又可能超标，因此建议适当多加碳源，但必须在出水中将DO维持在24mg/L，以防出水COD超标。,2020/5/30,环境生物工程课件,80,2.3.4除C/除P/硝化/工艺,从目前的BAF运行工艺看，完全用生物除磷是很难达到排放标准的；用生物除磷就失去了生物滤池高负荷的特点，造成投资过大，因此最好用加FeC13药剂的方法除磷，而生物滤池由于耐水力冲击负荷，可使处理后的水超量回流，并在运行中投加化学药剂，将化学处理和生物处理同时应用于系统中，达到脱N除P目的，使化学药剂相对用量减少，从而降低运行费用。BAF除磷主要有两种前置除磷和后置除磷。如果进水固体杂质较少，可选用前置除磷工艺；如果进水固体杂质较多则最好选择后置除磷，除磷剂一般用FeCl3较为经济。,2020/5/30,环境生物工程课件,81,如上图所示，除C/除P/硝化/工艺与除C/硝化工艺的不同在于在混沉池中加入了化学除磷剂，可同时去除进水中的SS等杂质，只要投入除磷剂的量适当便可使出水P达标排放。但在该工艺中预处理除磷必须保证BAF生物滤池的需磷量（BOD5:N:P=100:5:1）,2020/5/30,环境生物工程课件,82,2.3.5除C/除P/脱N工艺,图e工艺适用于杂质SS浓度很高的原水进行除P脱N，如果选择R2回流方式，对BAF滤池的形式没有特别要求，如果选择R1方式进行回流，BAF滤池只能为BIOFOR或BIOSTYR滤池，将硝化/反硝化集中在滤池中进行。两种回流方式都为前置脱N，利用进水中的有机物作为反硝化碳源，既减轻了BAF滤池好氧段的负荷，又节省了运行费用。BAF滤池出水进入混沉池在混沉池中实现后置除P，可保证BAF滤池中有充足的P营养源。,2020/5/30,环境生物工程课件,83,在图f的工艺中，原水进入混沉池，在混沉池中投加适量的除磷剂，混沉出水与部分回流水混合进入反硝化滤池，利用原水中有机物作为反硝化碳源。反硝化滤池出水进入硝化滤池，将NH3N转化为NO3N，出水部分回流。该工艺流程中将硝化/反硝化分别在两个不同的滤池中进行，仍具有单池前置脱N的许多优点，同时操作比单池前置脱N稳定可靠，但是该工艺投资及占地面积相对较大。该工艺进水杂质、SS浓度不宜过大，否则混沉池的排泥将成为问题。同时要保证BAF池生化反应所需的P营养源。,2020/5/30,环境生物工程课件,84,在图g的工艺中，原水进入物化沉淀池，在沉淀池中投加化学除磷剂，实现除P及大部分固体杂质的去除，沉淀池出水进入BAF除C池，在BAF除C池中去除原水中有机污染物，同时截留在沉淀池中没有去除的SS，BAF除C池出水进入BAFN池进行硝化反应将NH3N转化为NO3N，经硝化的污水进入BAFDN进行反硝化，在反硝化滤池的进口处外加碳源，供反硝化之用。该工艺将除C、硝化、反硝化分别在三个滤池中进行，由于各滤池相对独立，各自的处理目的明确，因此运行稳定性和处理效果都很好。虽然池数较多，但可以将大部分的池容埋于地面以下，只要设计合理仍可做到节约用地。该工艺适用于大水量、运行稳定要求高的生活污水处理。,2020/5/30,环境生物工程课件,85,3.BAF系统组成（构造剖析）,根据污水在滤池运行中过滤方向的不同，曝气生物滤池可分为上向流和下向流滤池，除污水在滤池中的流向不同外，上向流和下向流滤池的池型结构基本相同。早期曝气生物滤池的应用形式大多都是下向流态，但随着上向流态曝气生物滤池比下向流滤池的众多优点被人们所认同，所以近年来国内外实际工程中绝大多数采用上向流曝气生物滤池结构。以下以上向流曝气生物滤池（UBAF）为例对其结构加以说明。,2020/5/30,环境生物工程课件,86,3.曝气生物滤池结构,曝气生物滤池的结构形式与普通的快滤池类似，曝气生物滤池其主体由滤池池体、滤料层、承托层、布水系统、反冲洗系统、出水系统、出水系统、管道和自控系统组成。,2020/5/30,环境生物工程课件,87,特点：无需沉淀池，占地面积小，且无需污泥回流，无污泥膨胀，；三相接触，有机物容积负荷高，水力停留时间短、基建投资少；氧传输效率高，动力消耗低；抗冲击负荷，出水水质好；既可以单独作为主体处理构筑物，又适合老厂升级改造；模块化结构，便于改扩建；进水一般需要预处理。设计参数：进水悬浮固体，不宜大于60mg/L；池体高度宜5-7m；宜用气水联合反冲洗，空气强度宜为：10-15L/s.m2，反冲洗水强度不应超过8L/s.m2容积负荷：有机物3-6kgBOD5/m3.d；硝化容积负荷0.30.8kgNH3-N/m3.d；反硝化容积负荷：0.84kgNO-3-N/m3.d,2020/5/30,环境生物工程课件,88,球状悬浮填料,BIOCARBONE采用的是石英砂粒；BIOFOR采用的是轻质陶粒；BIOSTYR采用的则是密度比水小的聚苯乙烯球形颗粒,填料颗粒填料,以聚乙烯为材料的6种填料分别是多孔球形悬浮填料、组合式环填料、阶梯环状悬浮填料、鲍尔环柱悬浮填料、半软性填料、多面空心球形悬浮填料),悬浮填料(密度小于1),2020/5/30,环境生物工程课件,89,距鞍环,其他环形塑料滤料,2020/5/30,环境生物工程课件,90,Biofor与Biostyrene均是升流式曝气生物滤池Biostyrene采用悬浮填料密度比水小，滤池上部设有挡板，防止滤料流失，反冲洗时，水流与进水方向相反，由滤池上部流向下部，由于正常过滤与反冲时水流方向相反，填料层底部的高浓度污泥不经过整个滤床，而是以最快的速度通过池底排泥管离开滤池。而Biofor采用沉没填料密度比水大，反冲洗水流方向与进水方向相同。相比之下，Biostyrene易于反冲洗，结合其具体的运行方式，就为Biostyr拥有高的处理能力、延长运行周期，减少反冲洗水量创造了条件。目前有资料表明，悬浮填料在截留SS、降解COD等方面要优于沉没填料。这两种升流式曝气生物滤池常用，其内部流态接近推流式。Biostyrene原为实现同步降解有机碳和脱氮，滤池中部曝气，上部好氧硝化后回流，下部进水与硝化液混合进行反硝化，原理是与A/O工艺相同,2020/5/30,环境生物工程课件,91,(4)生物转盘,组成和构造,2020/5/30,环境生物工程课件,92,盘片：材质要求高强度、轻质、耐腐蚀,采用聚氯乙烯或聚脂玻璃钢制作直径2-3m，转速2-3转/分，间距20-30mm，污水浓度高时取上限，以保证良好的通风；,转动轴：具有足够的强度和刚度，防止断裂和挠曲直径50mm以上,长度0.5-7m.,接触反应槽：一般可以用钢板或钢筋混凝土制成，横断面呈与盘片相吻合的半圆形或梯形；转盘外缘与槽壁之间的间距一般为2040cm，设排泥和放空管；槽内水位一般达到转盘直径的40%，超高为2030cm；,驱动装置：机械驱动装置；空气驱动装置；水轮驱动装置。,(3)生物转盘,组成和构造,盘片串联在转轴上，转轴距槽中水面10-25cm，由反应槽两端的支座支撑，靠电动机带动。,2020/5/30,环境生物工程课件,93,生物转盘的主体是垂直固定在水平轴上的一组圆形盘片和一个同它配合的半圆形水槽。,微生物生长并形成一层生物膜附着在盘片表面，约40%-50%的盘面（转轴以下的部分）浸没在废水中，上半部敞露在大气中。,工作时，废水流过水槽，电动机转动转盘，生物膜和大气与废水轮替接触，浸没时吸附废水中的有