污水的生物处理—生物膜法

1、第五章第五章 污水的生物处理污水的生物处理生物膜生物膜法法5.1 概述概述生物膜法与活性污泥法平行发展的一种污水处理技术生物膜法与活性污泥法平行发展的一种污水处理技术方法实质：微生物附着在滤料或某些载体上，并在其上形成膜方法实质：微生物附着在滤料或某些载体上，并在其上形成膜状生物污泥状生物污泥-生物膜生物膜 生物膜法的历史及发展生物膜法的历史及发展：古老又在不断发展中的处理技术，古老又在不断发展中的处理技术，1865年德国科学家发现生物过滤作用；年德国科学家发现生物过滤作用；1893年英国将污水喷洒在粗滤年英国将污水喷洒在粗滤料上，作为膜生物反应器的生物滤池问世；料上，作为膜生物反应器的生物滤

2、池问世；20世纪世纪2030年代建年代建造了许多生物膜反应器；造了许多生物膜反应器；4050年代生物滤池逐渐被活性污泥取年代生物滤池逐渐被活性污泥取代的趋势；代的趋势；70年代新的反应器以独特的优势受关注。年代新的反应器以独特的优势受关注。生物膜法的类型及主要技术现状生物膜法的类型及主要技术现状；固定床、流动床固定床、流动床生物转盘：用于硝化、反硝化的研究取得进展生物转盘：用于硝化、反硝化的研究取得进展生物接触氧化：生物接触氧化：1971年日本首创，进年日本首创，进20年得到广泛应用年得到广泛应用生物流化床：生物流化床：70年代初期在美国和日本得到研究与应用年代初期在美国和日本得到研究与应用微

3、孔膜生物反应器：近几年人们关注的革新的生物膜反应器微孔膜生物反应器：近几年人们关注的革新的生物膜反应器复合式生物膜反应器：序批式膜生物反应器复合式生物膜反应器：序批式膜生物反应器5.1.1 生物膜的构造与净化机理1、构造（3）生物膜成熟标志）生物膜成熟标志真正生态系组成及对有机物的真正生态系组成及对有机物的降降 解功能都达到了平衡状态解功能都达到了平衡状态 （4）生物膜生长阶段）生物膜生长阶段潜伏期、生长期潜伏期、生长期（5）形成的厌氧、耗氧层）形成的厌氧、耗氧层2、净化有机物机理、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）生物膜表面积大，能大量吸附水中有机物 （2）有机物降

4、解是在生物膜表层）有机物降解是在生物膜表层0.1-2mm的好氧生物的好氧生物膜内进行膜内进行 （3）多种物质的传递过程：）多种物质的传递过程： 空气空气 流动水层流动水层附着水层附着水层生物膜生物膜微生物呼吸微生物呼吸污染物污染物由流动水层由流动水层附着水层附着水层生物膜生物膜生物降解生物降解H2O附着水层附着水层流动水层流动水层 CO2 、H2S、NH3水层水层溢入空气中溢入空气中微生物代谢产物微生物代谢产物（2）生物膜特性）生物膜特性高度亲水的物质，同时也是微生物高度高度亲水的物质，同时也是微生物高度 密集的物质密集的物质 （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

5、层增厚时，代谢产物高于好氧层 （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。5.1.2 生物膜处理法的主要特征1、微生物相方面的特征 （1）微生物的多样化 生物相生物膜上生物的种类，数量及其生活状态的概括。细菌、真菌|微型动物|滤池蝇具有抑制生物膜的过速增长的功能线虫 具有较好生物膜，促进其脱落的功能 （2）生物的食物链长 生物膜上的食物链要长于活性污泥污泥量少于活性污泥系统（3）能够存活世代时间长的微生物 SRT与HRT无关（Nitrosomonas :0.21 d-1）(Nitrobacter, :1.12 d-1) （4）分段运行与优势菌种 分多段

6、运行，每段繁衍于本段水质相适应的微生物 2、处理工艺方面的特征 （1）对水质、水量变动有较强的适应性 一段时间中断进水，对生物膜也不会有致命影响，通水后易恢复（2）污泥沉淀性良好无机成分高，比重较大 厌氧层过厚时，水的澄清度下降（3）能够处理低浓度废水活性污泥：不适合处理低浓度的污水，若BOD长期低于 50-60mg/l，会影响污泥絮体的形成 。 生物膜：20-30mg/L时，能降解到5-10mg/l（4）易于维护运行，节能，动力费用低5.2 生物滤池5.2.1 概述1、以土壤自净原理为根据，在污水灌溉的实践基础上发展起来2、需要有预处理及二沉池3、早期生物滤池（普通生物滤池） 水量负荷低，（

7、1-4m/m.d）；BOD负荷0.1-0.4kg/m.d4、高负荷生物滤池限制进水BOD浓度200mg/l）回流水水量负荷提高3.0倍至40m/m.d;BOD负荷上升至0.5-2.5kg/m.d5、塔式生物滤池径高比1：61：8，H=26米，通风良好，解决占地，水量80-200m/m.dBOD负荷2-3 kg/m.d5.2.2 普通生物滤池 1、构造（1）池体池壁有孔和无孔之分 高出滤池1.5-0.9M（2）滤料 质坚，稳定性好适于生物膜附着 适于污水的流动有较高的比表面积有较大的孔隙比 就地取材（3）布水装置首要任务向滤池表面均匀布水布水装置 投配池（调节作用）优点：运行方便布水管道（间歇工

8、作）缺点：需要水头较大，2m，进水流量喷嘴：喷水周期5-8min固定喷嘴式高度及坡度 底部高度不少于0.6米 冲水装置于池底的距离 0.4米不淤流速 0.7m/s 渗水装置：与池底距离 0.4m2、设计与计算（1）滤料容积 ：按负荷率计算 BOD负荷率（gBOD/m.d） 水力负荷率 (m/m滤料.d)（2） 滤料选定、容积与滤池结构的工艺设计 布水装置系统的计算与设计3、适用范围与优缺点 （1）适用范围 水量：不高于1000m3/d的小城镇（2）优点：BOD去除率高，运行稳定，节省能源 缺点：占地面积大，易堵塞，有滤池蝇，气味问题（4）排水系统生物滤池的排水系统设于池底排除处理后的水作用；保

9、证通风、冲洗滤料1、构造 基本与普通相同，特殊之处：是用轻质、高强、耐腐蚀的滤料，滤层高一般为2.0m多使用旋转布水器2、工艺设计与计算 滤池池体的工艺计算使用广泛的是负荷率法，按日平均污水量计算，进水BOD5必须低于200 mg/l，常用的负荷率有：BOD-容积负荷率：一般小于1200gBOD5/m.dBOD-面积负荷率：一般取1100-2200gBOD5/m2.d水力负荷率：一般取3050m/m2.d Sa和n值的计算 Sa： 稀释后进入滤池的BOD5值| Se:滤池处理后的出水(mg/l ) Sa=aSe a系数，按滤层高度和污水冬季平均温度及年平均气温查 表选取 S0-Sa n= ,

10、回流稀释倍数， S0原污水的BOD值 Sa-Se 5.2.3 高负荷生物滤池（1）滤池池体的工艺计算与设计(2)旋转布水器的计算与设计确定旋转布水器直径D D=D-200mm确定旋转布水器的横管的数目及管径D”，D”=(q/4v)1/2, q为计算流量（m/s）确定旋转布水器布水器横管的出水孔口数(m)及每个孔口距池中心的距离（ri） m=1/1-(1-a/D) ,a：为最末端的两个出流孔口间的距离（约为80mm） ri=R(i/m)1/2, i：为孔口的排列顺序；R：为布水器的半径确定旋转布水器的转数（n） n=34.78106/m.d.D 确定工作水头（H） 具体公式P215，自学 H=h

11、1+h2+h3 h1：沿程阻力，m;h2:出水孔口局部阻力， m;h3：布水横管的流速恢复水头， m。（3）需氧量与供氧量的计算l需氧量 O2=aBODr+bp（kg/m3滤料） a每公斤BOD完全降解所需要的氧量（kg） BODr去除的BOD的量 b单位重量活性生物膜的需氧量 p每m滤料上的活性生物膜量（kg/m3滤料）l供氧量 氧是在自然条件下，通过池内外空气的流通转移到水中，进而通过扩散传递到生物膜内部的。3、工艺特征（1）进水BOD200mg/l） 回流比：R=QR/Q, QR回流水量 QT=Q+QR(喷洒在滤池表面的总水量) Q原污水量 F= QT/Q=1+R(循环比) Sa=(S0

12、+RSe)/(1+R)（3）匀化水质，加大水力负荷，减轻臭味，抑制滤池蝇（4）流程系统（自学） 根据回流水的回流方式，负荷，有多种形式 5.2.4 塔式生物滤池1、构造（1）塔身：8-24m，直径1-3.5m，径高比：1：6-1：8分层建造：每层高度小于2.5mBODu与塔高之间的关系:滤塔的高度可以根据进水浓度确定（2）滤料：玻璃纸蜂窝滤料（3）布水装置：固定式与旋转式（4）通风：自然风（0.4-0.6m的空间）机械通风（上部吸风，下部鼓风）2、设计与计算按BOD-容积负荷率计算可参见P219的图5-13、5-14，根据水量（400m3); 和污水在冬季的平均温度,确定允许容积负荷率。（1）

13、塔滤的滤料容积 V=SaQ/Na ，式中:Sa进水 BOD5； Q污水流量（日平均） Na容积负荷率；v滤料体积（2）滤塔面积 A=V/H, H工作高度，是由进水的BOD5值确定，查表P220 A表面面积（3）塔滤的水力负荷 q=Q/A, qm/m.d3、工艺特征（1）高负荷率:Na:10002000gBOD5/md, BOD5在500mg/l以下.（2）滤层内部的分层：微生物的优势菌种（3）能够抵御较高的冲击负荷（4）一般规模上不超过10000m3/d，（工业、生活污水均可）5.2.5 曝气生物滤池（Biological Aerated Filter即BAF）1、构造缓冲配水区、承托层及滤料

14、层、出水区；滤池池体:园形、方形和矩形；承托层及滤料层：粒状滤料、软性填料等；布水系统：配水室和滤板上的配水滤头，或者采用管式大阻力配水系统 ； 配水室：缓冲配水区和滤板组成；布气系统：正常运行曝气和反冲洗时曝气；反冲洗系统：采用气水联合反冲洗；出水系统：周边出水和单侧堰出水等；管道和自控系统组成：采用PL控制系统。20世纪80年代末在普通生物滤池基础上，借鉴给水滤池开发的污水处理新工艺。2、工艺流程与原理 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。4、影响因素（1）负荷（2）水温（3）进水SS和BOD的浓度，（4）pH值

15、6.59.5 3、工艺特征（1）三相接触，有机物容积负荷高，水力停留时间短、基建投资少、O2的转移效率高，动力消耗低（2）可截留SS，脱落的生物膜，勿需沉淀池，占地少（3）滤料3-5mm，比表面积大，微生物吸着能力强（陶粒、焦炭等（4）勿需污泥回流，无污泥膨胀（5）池内生物量大，可达8000-23000mg/l（折算成MLVSS）5、工艺设计主要参数 包括：池体、供气系统、配水系统、反冲洗系统、污泥产量等（1）BOD污泥负荷：根据水质定，0.2kg-1.4kgBOD/kgvss.d BOD容积负荷：0.120.18kgBOD/m滤料.d；（这么小？） 考虑氨氮硝化时小于2.0 kgBOD/m滤

16、料.d； 仅考虑BOD时4-6 kgBOD/m滤料.d（2）反冲洗 8l/m2.s(水) 24h,h2.1，对数增殖期 二段，F/M0.5，减速增殖期或内源呼吸期5.4.4 生物接触氧化池的计算 1、计算方法 （1）填料体积BOD容积负荷率法（Nw） 城市污水二级处理：1.2-2.0kgBOD/m.d(国外) 3.0-4.0 kgBOD/m.d(国内) （3）充氧效率高3kg O2/kw .h，比无填料高30% （2）接触时间计算方法 ds/dt=-ks t=kln(S0/Se) t：接触反应时间；k、k：比例系数；S0、Se：进、出水浓度经验公式，k=0.33S00.46 填料标准填充率为池容积的 75%，实际填充率为P% k=0.33P/75S00.46 t=0.33(P/75