污水处理生物膜法

1、生生 物物 膜膜 法法 # 一、生物膜法的概述一、生物膜法的概述 污水的生物膜处理法是与活性污泥法并列的一种污 水好氧生物处理技术。这种处理法的实质是使细菌和真 菌类的微生物、原生动物和后生动物一类的微型动物附 着在填料或某些载体上生长繁育，并在其上形成膜状生 物污泥生物膜。污水中的有机污染物作为营养物 质，被生物膜上的微生物所摄取，污水得到净化，微生 物自身也得到增殖。 # （一）生物膜法的净化机理（一）生物膜法的净化机理 生物膜发的净化机理主要有： 生物膜的形成 生物膜的构造与净化机理 生物膜的更新脱落 # 生物膜的形成 在生物膜处理系统中，填充着数量相当多的 挂膜（填料或载体），当污水与

2、挂膜介质流动接触， 接种的或原存在于污水中的微生物就会在介质表面 中生长。经过一段时间后，介质表面将会为一种膜 状污泥生物膜所覆盖，即称为生物膜。 # 生物膜的构造与净化机理 生物膜由好氧层和厌氧层两层组成。好氧层 的厚度一般为2mm左右，有机物的降解主要是在 好氧层内进行。 # 生物膜的更新脱落 生物膜厚度介于23mm，老化生物膜进化功 能较差易于脱落。在处理过程中，生物膜总是在 不断地增长、更新、脱落的。 生物膜不断脱落的 原因：有水力冲刷、由于膜增厚，造成重量的增 大、原生动物是生物膜松动、厌氧层和介质的黏 接力较弱等。生物膜的更新和脱落是完全必要的。 # 生物膜净化污水示意图 3.生物

3、膜去除有机物过程 # a、附着水层内的有机物大多已被氧化，其浓度比滤池进水 的有机物浓度低的多。 b、由于浓度差的作用，有机物会从污水中转移到附着水层 中去，进而被生物膜所吸附。同时，空气中的氧在溶入污 水后，进入生物膜，在此条件下，微生物对有机物进行氧 化分解和同化合成。 c、微生物的代谢产物通过附着水层进入流动水层，并随其 排走，CO2及厌氧层分解产物从水层逸出进入空气中。循 环往复，使污水得到净化。 # （二）（二） 生物膜法的主要特点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： 适应冲击负荷变化能力强 反应器内微生物浓度高 剩余污泥产量低 同时存在硝化和反硝

4、化过程，操作管理简单，费用较低 调整运行的灵活性较差 有机物去除率较低 # 适应冲击负荷变化能力强 微生物主要固着于填料的表面，微生物量 比活性污泥法要高得多，因此对污水水质水量 的变化一起的冲积负荷适应能力较强。适用于 高浓度难降解的工业废水。生物膜反应器可以 处理BOD5低于5060mg/L的进水。 # 反应器内微生物浓度高 单位容积反应器内的微生物量可以高达活性污泥 法的520 倍，不会出现污泥膨胀现象。 剩余污泥产量低 生物膜中食物链较长，剩余污泥产量低，一般比 活性污泥处理系统少1/4左右。 # 同时存在硝化和反硝化过程： 操作管理简单,费用较低,生物膜反应器适合 世代时间长的硝化细

5、菌生长，而且其中固着生长 的微生物使硝化菌和反硝化菌各有其适合生长的 环境。因而，生物膜反应器内部，也会同时存在 硝化和反硝化过程。 生物滤池、转盘等生物膜法采用自然通风功 能，装置不会出现泡沫，管理简单，运行费用较 低，操作稳定性较好。 # 缺点 生物膜法和活性污泥法相比，除了镜检法以外， 对生物膜中微生物的数量、活性等指标的监测方 法较少，生物膜出现问题以后，不容易被发现调 整运行的灵活性较差。 生物膜法和普通活性污泥法相比，CODcr （BOD5）去除率较低。 # （三）生物膜法的主要影响因素（三）生物膜法的主要影响因素 温度 pH 水力负荷 溶解氧 填料类型及特征 生物膜量及活性 有毒

6、物质 营养物质 # 温度 好氧微生物的适用温度范围是1035，一般水温低于10 对生 物处理的净化效果将产生不利影响。 pH 对好氧微生物来说，pH在6.58.5之间较为适宜，微生物对pH值 的波动十分敏感。 水力负荷 A、水力负荷的大小之间关系到污水在反应器中与载体上生物膜 的接触时间。水力负荷愈小，污水与生物膜接触时间愈长，处理 效果愈好。 B、水力负荷的大小在控制生物膜厚度、改善传质方面也有一定 的作用。 # 溶解氧 如果溶解氧不足，好氧微生物由于得不到足够的氧， 正常的生长规律遭到影响，甚至破坏；好氧微生物的活 性收到影响，新陈代谢能力降低，污水中的有机物质的 氧化不能彻底进行，反应器

7、中的活性污泥或生物膜恶化 变质、发愁发黑，处理效果显著下降。溶解氧一般以 4mg/L左右为宜。溶解氧的低值，一般应维持不低于 2mg/L。 填料类型及特征 载体的表面属性包括比表面积、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。 # 生物膜量及活性 a、生物膜的厚度反映了生物膜量的大小，也影响着溶解 氧 和基质的传递； b、总厚度和活性厚度要区分，在活性厚度范围内，基质降 解速率随厚度的增加而增加。生物膜法适宜的生物膜厚度应 控制在2mm以下。（超过6mm即发生脱落） 有毒物质 工业废水存在对微生物具有抑制和杀害作用的化学物质， 如：重金属离子、酚、氰等。 营养物

8、质 营养物质是指能为微生物所氧化、分解、利用和那些物 质，应包括组成细胞的各种元素和产生能量的物质，微生物 细胞主要有碳、氢、氧、氮、磷、硫组成，另外包括钠、钙、 钾、铁、锰、铜、钴、镍、钼等。主要营养物质的比例为： BOD：N：P=100：5：1 # 二、生物膜法的主要形式 （一）生物膜法的分类（一）生物膜法的分类 根据生物膜反应器附着生长载体的状态，生物 膜反应器可以划分为固定床和流动床两大类。在固 定床中生长载体固定不动，在反应器内的行对位置 基本不变；而在流动床中附着生长载体不固定，在 反应器内处于连续流动的状态。生物滤池、生物转 盘接触氧化法是生物膜法中 应用最广泛的几种技术。 #

9、（二）生物滤池（二）生物滤池 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，经较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。 1.普通生物滤池 普通生物滤池，又名滴滤池，是生物滤池早期出现的 类型，对于普通生物滤池要掌握以下两点： 普通生物滤池的构造 普通生物滤池的适用范围与优缺点。 # 普通生物滤池由池体、填料、布水装置和配水系统等 四部分组成 其主要优点是： 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。 其主要缺点是： 占地面积大、不适于处理量大的污水； 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。 近年来有

10、日渐被淘汰的趋势 # 2.高负荷生物滤池 高负荷生物滤池的特征 首先，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68倍，水 力负荷则高达10倍。 高负荷生物滤池的流程系统 采取处理水回流措施，使高负荷生物滤池 具有多种多样的流程系统。 # 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68倍，水力负荷 则高达10倍 处理水回流效应： 均匀与稳定水水质； 加大水力负荷，及时地冲刷过厚和老化的生 物膜，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。 高负荷生物滤池的特征 # 回流水量（QR）与原污水量（Q）之比，称 为回流比 R=QR/Q #

11、 塔式生物滤池一般高达824m， 直径13.5m，径高比介于1：61：8 左右，呈塔状；在平面上塔式生物滤池 多呈圆形；在构造上由塔身、填料、布 水系统以及通风及排水装置所组成。 塔式生物滤池的特征 # a）塔身 围挡填料沿塔高分层建造，分层处设格栅， 每层高度不大于2.5m。 b)填料 采用轻质填料。使用比较多的是用环树氧脂固 化的玻璃布蜂窝填料。 # c)布水装置 对大中型滤塔多采用电机驱动的旋转布水 器，或用水流的反作用力驱动。对小型滤 塔则多采用固定式喷嘴布水系统，或用多 孔管和溅水筛板布水。 d)通风 一般采用自然通风，通风孔，其有效面积 不得不小于滤池面积的7.5%10%。当处 理

12、工业废水，吹脱有害气体时，可采用人 工机械通风。 # # 塔式滤池内部通风情况非常良好，污水从上 向下滴落，水流絮动强烈，污水、空气、填料 上的生物膜三者接触充分，充氧效果良好，污 染物质传质速度快，这些现象都非常有助于有 机污染物质的降解。 （a）高负荷率 塔式生物滤池的水力负荷率80200m3 （m2.d），为高负荷生物滤池的210倍， BOD-容积10002000gBOD5/(m3.d),较高负荷 生物滤池高23倍。 在工艺方面的特性 # (b)滤池内部的分层 滤塔滤层内部存在着明显的分层现象，在各 层生长繁殖着种类各异，但适应流至该层 污水特征的微生物群体，滤塔能够承受较 高的有机污染

13、物的冲击负荷，塔式生物滤 池适用于生活污水和城市污水处理，也适 用于各种各样有机性的工业废水，一般不 宜超过10000m3/d。 # 5.曝气生物滤池 它是集生物降解、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。 # 曝气生物滤池的结构与处理过程: 曝气生物滤池内底部设承托层,其上部为填料。在承托层设置曝气用 的空气管及空气扩散装置,处理水集水管兼作反冲洗水管也设置在承托 层内。 被处理的原污水,从池上部进人池体,并通过由填料组成的滤层,在填 料表面形成有由微生物栖息形成的生物膜。在污水滤过滤层的同时,由 池下部通过空气管向滤层进行曝气,空气由填料的间隙上升,与下流的 污水相向

14、接触,空气中的氧转移到污水中,向生物膜上的微生物提供充 足的溶解氧和丰富的有机物。在微生物的新陈代谢作用下,有机污染物 被降解,污水得到处理。 原污水中的悬浮物及由于生物膜脱落形成的生物污泥,被填料所截留。 滤层具有二次沉淀池的功能。当滤层内的截污量达到某种程度时,对虑 层进行反冲洗,反冲水通过反冲水排放管排出。 # 曝气生物滤池的主要特征; a.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； b.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； c.以3-5mm的小颗粒作为填料，比表面积 大，微生物附着力强； d.池内能够保持大

15、量的生物量，再由于截留 作用，污水处理效果良好； e.无需污泥回流，也无污泥膨胀之虑。 # 生物转盘是于60年代在原联邦德国所开创的一种 污水生物处理技术，初期用于生活污水处理，后来推 广到城市污水处理和有机性工业废水处理，转盘构造 和设备也日益完善。 生物转盘技术具有一系列的优点，在国际范围内 得到广泛的应用，在其构造形式、系统组成、计算理 论等各方面都得到了一定的发展。当前，生物转盘处 理技术已被公认为是一种净化效果好、能源消耗低的 生物处理技术。 我国从70年代初开始引进生物转盘技术，对其开 展了广泛的科学研究工作，不仅在生活污水和城市污 水处理方面得到应用，而且在化纤、石化、印染、制

16、革、造纸、煤气发生站等行业的工业废水处理领域也 得到了应用，并取得了良好的效果。 # 生物转盘设备是由盘片、转轴和驱动装 置以及接触反应槽三部分构成。 a.盘片：应具有轻质高强，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。 盘片的形状。一般为圆形平板，现在开 始采用正多角形和表面呈同心圆状波纹或 放射状波纹的盘片； 盘片的直径。一般介于2.0-3.6m之间； 1.生物转盘的组成与构造特点： # 盘片的间距。盘片的间距标准值为30mm，多级转盘， 前数级的间距为25-35mm，后数级为10-20mm； 盘片材料。平板盘片多以聚氯乙烯塑料制成，而波纹板 盘片则多

17、采用聚酯玻璃钢制成。 b.接触反应槽 不小于盘片直径的35%浸没于接触反应槽的污水中。接触 反应槽应呈与盘材外形基本吻合的半圆形，盘片边缘与 槽内面应留有不小于150mm的间距。槽底设有放空管， 槽的两侧面设有进出水设备，采用锯齿形溢流堰。 c.转轴 转轴的长度在0.5-7.0m之间，直径50-80mm之间。 d.驱动装置 包括动力设备、减速装置以及传动链条。转盘的转速以 0.8-3.0r/min，外缘的线速度以15-18m/min为宜。 # # 生物转盘构造 # a.微生物浓度高。 b.生物相分级。 c.污泥龄长。 d.耐冲击负荷。 2.工艺和维护运行方面的特点： # （四）生物接触氧化 生

18、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。在填料上布满生物膜，污 水与生物膜接触，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。因此，生物接触氧化处理技术，又 称为“淹没式生物滤池”。 # a.工艺特征： 由于曝气，在池内形成液固气三相共存体系，溶解氧充沛，适于微 生物存活繁殖。在生物膜上微生物丰富，无污泥膨胀之虑。 填料表面全为生物膜所布满，形成了生物膜的主体结构，由于丝状 菌的大量滋生，形成一个呈立体结构的密集的生物网，通过过滤 能有效的提高净化效果。 生物膜表面不断的接受曝气吹脱，这样有利于

19、保持生物膜的活性， 能接受较高的有机负荷率，处理效果较高，有利于缩小池容，减 小占地面积。 # b.运行特征： 对冲击负荷有较强的适应能力。 操作简单、运行方便、易于维护管理，无需污泥回流，不产生 污泥膨胀现象，也不产生滤池蝇。 污泥生成量少，污泥颗粒较大，易于沉淀。 c.功能特征 生物接触氧化处理技术，运行得当还能够用于脱氮。 生物接触氧化处理技术的主要缺点是：填料可能阻塞；布水、 曝气不易均匀。 # 一般可分为：一级处理流程、二级处理流程和多及 处理流程。 a.一级处理流程如下图： 生物接触氧化处理技术的工艺流程 # b.二级处理流程如下图： # 生物接触氧化池的构造 接触氧化池是由池体、

20、填料、支架及曝气 装置、进出水装置以及排泥管道等部件所组成。 # a、池体 表面上多呈圆形、矩形和方形，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， 总高度为4.55.0m。 # b、填料 在水力特性方面，比表面积大、孔隙 率高、水流通畅、阻力小、流速均一。 应当有一定的生物膜附着性。 化学与生物稳定性较强，经久耐用。 在经济方面要考虑货源、价格，要考 虑便于运输与安装。 # 接触氧化池在形式上，按曝气装置的 位置，分为分流式与直流式；按水流循环 方式，又分为填料内循环式和外循环式。 国外多采用分流式，分流式接触曝气 池，根据曝气装置的位置有可分

21、为中心曝 气型与单侧曝气型两种。 国内，一般多采用直流式接触氧化池。 # # 生物接触氧化池的设计与计算应考虑以下一些因素： 按平均日污水量计算； 池座数不少于两座，并按同时工作考虑； 填料层高度一般取3m，当采用蜂窝填料时应分层装填， 每层高一米，蜂窝内切孔径不宜小于25mm； 池中污水的溶解氧含量一般应维持在2.53.5mg/L之 间，汽水比约为1520：1； 为了保证布水、布气均匀，每池面积一般应在25m2以 内； 污水在池内的有效接触时间不小于2h； 生物接触氧化池的填料体积可按BOD容积负荷计算， 亦可按接触时间计算。 # 接触氧化法与其它生物处理方法比较,具有如下一些特点： 1.B

22、OD容积负荷高，污泥生物量大，相对而言处理效率较 高，而且对进水冲击负荷（水力冲击负荷及有机浓度冲击 负荷）的适应力强。 2.处理时间短。因此在处理水量相同的条件下，所需装置 的设备较小，因而占地面积小。 3.能够克服污泥膨胀问题。生物接触氧化法同其他生物膜 法一样，不存在污泥膨胀问题，对于那些用活性污泥法容 易产生膨胀的污水，生物接触氧化法特别显示出优越性。 容易在活性污泥法中产生膨胀的菌种（如球衣细菌等）， 在接触氧化法中，不仅不产生膨胀，而且能充分发挥其分 解氧化能力强的优点。 # 4.可以间歇运转。当停电或发生其它突然事故后，生物膜对间歇 运转有较强的适应力。长时间的停车，细菌为适应环

23、境的不利条 件，它和原生动物都可进入休眠状态，显示了对不利生长的环境 有较强的适应力；一旦环境条件好转，微生物又重新开始生长、 代谢。有人试验，即使停止运转一个月，再重新开始运行，生物 膜数日内即可恢复正常。 5.维护管理方便，不需要回流污泥。由于微生物是附着在填料上 形成生物膜，生物膜的剥落与增长可以自动保持平衡，所以无需 回流污泥，运转十分方便。 6.剩余污泥量少。 # 尽管生物接触氧化法具有许多优点，是一种高效的 生化处理构筑物，但也存在着一些缺点： 1.生物膜的厚度随负荷的增高而增大，负荷过高则生物 膜过厚，引起填料堵塞。故负荷不易过高，同时要有防 堵塞的冲洗措施。 2.大量产生后生动

24、物（如轮虫类）。后生动物容易造成 生物膜瞬时大块脱落，则易影响出水水质。 3.填料及支架等往往导致建设费用增加。 缺点： # 使具有代谢活性的微生物污泥在生物处理系统中的填料上 固着生长的过程称为挂膜。挂膜也就是生物膜处理系统摹 状污泥的培养和驯化过程。 挂膜阶段目的： 使微生物生长繁殖直至填料表面布满生物膜，微生物 的数量能满足污水处理的要求； 使微生物逐渐适应所处理污水的水质，即对微生物进 行驯化。 三、生物膜的培养和驯化 # 生物膜的培养驯化注意一下两点： 挂膜的方法； 培养和驯化生物膜过程中需要的注意 事项。 挂膜过程使用的方法一般有直接挂膜法 和间接挂膜法两种。生物接触氧化池和塔式

25、生物滤池可以使用直接挂膜法；而普通生物 滤池和生物转盘等设施需要使用间接挂膜法。 # a.直接挂膜法 在合适的水温、溶解氧等环境条件及合适的pH、BOD5、 C/N等水质条件下，让处理系统连接进水正常运行。对 生活污水、城市污水或混有较大比例生活污水的工业废 水可以采用直接挂膜法，一般经过710d就可以完成挂 膜过程。 b.间接挂膜法 对于不易生物降解的工业废水，可以通过预先培养和驯 化相应的活性污泥，然后再投加到生物膜处理系统中， 进行挂膜，也就是分步挂膜。 1.挂摸方法 # 1. 开始挂膜时，进水量应小于设计值，可按设计流 量的20 40启动运转。在外观可见已有生物膜生成时，流量 可提高至6080，待出水效果达到设计要求时，即可 提高流量至设计标准。 2. 在生物转盘法中，用于硝化的转盘，挂膜时间要增加 23周，并注意进水BO