废水的生物化学处理生物膜法

废水的生物化学处理生物膜法第1页/共101页1、什么是“生物膜”？是附着生长在固体状材料表面的由多种微生物形成的膜状生物聚集体；固体状材料：

滤料——生物滤池；

填料——生物接触氧化池；

转盘——生物转盘；

载体——生物流化床第2页/共101页生物膜结构示意图滤料或填料或载体生物膜空气附着水层流动水层CO2O2O2O2BOD5BOD5H2ONH3BOD5CH4、H2S、NH3生物膜的性质：①高度亲水，存在着附着水层；厌氧膜好氧膜········································②微生物高度密集：各种细菌以及微型动物，形成了有机污染物——细菌——原(后)生动物的食物链。厌氧膜的出现：①生物膜厚度不断增加，氧气不能透入的内部深处将转变为厌氧状态；②成熟的生物膜由厌氧膜和好氧膜组成；③好氧膜是有机物降解的主要场所，一般厚度为2mm。第3页/共101页生物膜的形成前提条件：

载体——填料或称滤料；

营养物质——有机物、N、P及其它，由污水提供；接种微生物——由污水自行提供，或接种；

形成过程：含有营养物质和接种微生物的污水在填料表面流动，经过一定时间后，污水中的微生物会在填料表面附着增殖和生长，形成一层薄的生物膜。生物膜的成熟：在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都达到了平衡和稳定。成熟所需时间：在20C下处理城市污水时，生物膜从开始形成到成熟，一般需要30天左右第4页/共101页1893年英国Salford创建了第一个具有喷嘴布水装置的生物滤池。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。生物膜法的主要优点是对水质、水量变化的适应性较强。生物膜法的共同特点是微生物附着在介质“滤料”表面上，形成生物膜，污水同生物膜接触后，溶解的有机污染物被微生物吸附转化为H2O、CO2、NH3和微生物细胞物质，污水得到净化，所需氧气一般来自大气。2、生物膜法第5页/共101页生物膜法的主要设施生物接触氧化池生物流化床间歇生物滤池普通（单层）生物滤池塔式（多层）生物滤池生物转盘生物滤池第6页/共101页二、生物滤池第7页/共101页1、生物滤池工艺第8页/共101页建设中的生物滤池第9页/共101页第10页/共101页第11页/共101页第12页/共101页2、典型的生物滤池的构造

滤床布水设备排水系统第13页/共101页

滤床由滤料组成。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：(1)能为微生物附着提供大量的面积；(2)使污水以液膜状态流过生物膜；(3)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；(4)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；(5)有一定的机械强度；(6)价格低廉。

滤料粒径并非越小越好，会造成堵塞，影响通风。早期主要以拳状碎石为滤料，其直径在3～8cm左右，空隙率在45％～50％左右，比表面积（可附着面积）在65～100m2/m3之间。1）滤床第14页/共101页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％第15页/共101页

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。第16页/共101页第17页/共101页滤床高度同滤料的密度有密切关系

塑料滤料每立方米质量仅为100kg左右，孔隙率高达93％～95％，滤床高度不但可以提高，而且可以采用双层或多层构造。

国外一般采用双层滤床，高7m左右；国内常采用多层的“塔式”结构，高度在10m以上。

滤床四周一般设池壁，池壁起围护滤料、减少污水的飞溅的作用。常用砖、石或混凝土块砌筑。石质拳状滤料组成的滤床高度一般在1～2.5m之间。一方面是由于孔隙率低，滤床过高会影响通风；另一方面由于太重,过高会影响排水系统和滤池基础结构。第18页/共101页2）布水设备设置目的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

回转式布水器的中央是一根空心的立柱，底端与设在池底下面的进水管衔接。其所需水头在0.6～1.5m左右。

固定式布水系统是由虹吸装置、馈水池、布水管道和喷嘴组成。这类布水系统需要较大的水头，约在2m左右。移动式（常用回转式）布水器第19页/共101页第20页/共101页第21页/共101页第22页/共101页脉冲式生物滤池配水系统第23页/共101页3）排水系统作用收集滤床流出的污水与生物膜保证通风支撑滤料第24页/共101页池底排水系统的组成池底排水假底集水沟排水假底是用特制砌块或栅板铺成，滤料堆在假底上面。假底空隙率不小于滤池面积5％～8％，高于池底0.4～0.6m。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1％～2％。集水沟要有充分的高度，并在任何时候不会漫流，确保空气能在水面上畅通无阻，使滤池中空隙充满空气。第25页/共101页第26页/共101页第27页/共101页第28页/共101页

低负荷生物滤池又称普通生物滤池。优点：处理效果好，BOD5的去除率可达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，灰蝇很多，影响环境卫生。3、生物滤池工艺特点第29页/共101页交替式二级生物滤池法的流程

交替式二级生物滤池法比并联流程负荷率可提高两三倍。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。第30页/共101页回流式二级生物滤池法的流程第31页/共101页运行经验表明，在处理城市污水时，回流式生物滤池的处理效率大致如下：

生物滤池的一个主要优点是运行简单，因此，适用于小城镇和边远地区。单级滤池法当滤池负荷率在1.7kg（BOD5）/(m3·d)(滤料)以下时，出水的BOD5约为滤池进水的BOD5的1/3。二级滤池法二沉池的出水的BOD5为二级池进水BOD5的1/2；如果一级滤池的进水不经沉淀直接流向二级滤池，则一级滤池出水的BOD5为进水BOD5的1/2。第32页/共101页4、影响生物滤池性能的主要因素这些过程的发生和发展决定了生物滤池净化污水的性能。影响这些过程的主要因素有：滤池高度负荷率回流供氧

生物滤池中有机物的降解过程

同时发生着多过程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有机物的好氧和厌氧代谢过程第33页/共101页滤床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,种属较低级,以细菌为主,生物膜量较多,有机物去除速率较高。

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。

滤床的上层和下层相比,生物膜量、微生物种类和去除有机物的速率均不相同。

滤床中的这一递变现象，类似污染河流在自净过程中的生物递变。

当滤床各层的进水水质互不相同时,各层生物膜的微生物就不相同,处理污水的功能也随之不同。滤床第34页/共101页影响生物滤池性能的主要因素——滤池高度第35页/共101页有机负荷率：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

。

由于生物滤池的作用是去除污水中有机物或特定污染物，因此，它的负荷率通常以有机物或特定污染物质为准较合理。

有机负荷率：以BOD5为准，kg（BOD5或特定污染物质）/（m3·d）。

水力负荷率：以流量为准，m3(水)/m3(滤料)

·d。第36页/共101页影响生物滤池性能的主要因素——负荷率

在低负荷条件下，随着滤率的提高，污水中有机物的传质速率加快，生物膜量增多，滤床特别是它的表面很容易堵塞。

在高负荷条件下，随着滤率的提高，污水在生物滤床中停留的时间缩短，出水水质将相应下降。第37页/共101页第38页/共101页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。第39页/共101页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；当水温较低，滤池内的温度低于水温时（夏季），池内气流向下流动；当水温较高，池内温度高于气温时（冬季），气流向上流动；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。影响生物滤池通风的主要因素是滤床自然拔风和风速。自然拔风的推动力是池内温度与气温之差以及滤池的高度。第40页/共101页5、滤池类型的选择

低负荷生物滤池现在已经基本上不常用，仅在污水量小、地区比较偏僻、石料不贵的场合尚有可能使用。大多采用高负荷生物滤池两种类型回流式塔式（多层式）

滤池类型的选择，只有通过方案的比较，才能得出合理的结论。占地面积，基建费用和运行费用的比较，常起关键作用。

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流程的选择确定流程时要解决的问题是否设初次沉淀池采用几级滤池是否采用回流，回流方式和回流比的确定

当废水含悬浮物较多，采用拳状滤料时,须有初次沉淀池,以避免生物滤池阻塞。处理城市污水时,一般都设置初次沉淀池。

下述三种情况应考虑用二次沉淀池出水回流：入流有机物浓度较高，可能引起供氧不足时；水量很小，无法维持水力负荷率在最小经验值以下时；污水中某种污染物在高浓度时，可能抑制微生物生长的情况下。第42页/共101页生物滤池正式运行之后，有一个“挂膜”阶段，即培养生物膜的阶段。在这个始运行阶段，洁净的无膜滤床逐渐长了生物膜，处理效率和出水水质不断提高，终于进入正常运行状态。当温度适宜时，始运行阶段历时约一周。处理含有毒物质的工业废水时，生物滤池的运行要按设计确定的方案进行，一般说来，这种有毒物质正是生物滤池的处理对象，而能分解氧化这种有毒物质的微生物常存在于一般环境中，无需从外界引入；但是，在一般环境中，它们在微生物群体中并不占优势，或对这种有毒物质还不太适应，因此，在滤池正常运行前，要有一个让它们适应新环境、繁殖壮大的始运行阶段，称为“驯化－挂膜”阶段。驯化－挂膜方式：一种方式是从其他工厂废水站或城市废水厂取来活性污泥或生物膜碎屑,进行驯化，挂膜。另一种方式是用生活污水、城市污水、河水或回流出水代替部分工业废水进行运行，运行过程中把二次沉淀池中的污泥不断回流到滤池的进水中。生物滤池的运行及其经验第43页/共101页三、生物转盘第44页/共101页生物转盘的工艺流程第45页/共101页生物转盘的工作特点

（1）不需曝气和回流，运行时动力消耗和费用低；（2）运行管理简单，技术要求不高；（3）工作稳定，适应能力强；（4）适应不同浓度、不同水质的污水；（5）剩余污泥量少，易于沉淀脱水；（6）没有滤池蝇、恶臭、堵塞、泡沫、噪音等问题；（7）可多层立体布置；（8）一般需加开孔防护罩保护、保温。1.单轴单级式2.单轴多级式3.多轴多级式生物转盘的布置方式

1954年在联邦德国的Heilbronn建成世界上第一座生物转盘污水处理厂。第46页/共101页生物转盘的主要组成部分生物转盘的构造转动轴盘片废水处理槽驱动装置第47页/共101页

盘片：高强度、轻质、耐腐蚀。直径：2~3m，转速2~3r/min，间距20~30mm。受材料、污水与膜的接触均匀性、外缘膜易脱落等影响，直径不可能做大。生物转盘的构造

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。

处理槽：与盘片相吻合的半圆形或多边形，净空相距20~50mm，设排泥和放空管。

驱动装置：机械驱动装置；空气驱动装置；水轮驱动装置。第48页/共101页

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机物，敞露时吸收大气中的氧气。转盘的转动,,带进空气,,并引起水槽内废水紊动,使溶解氧均匀分布。

生物膜的厚度约为0.5~2.0mm，随着膜的增厚，内层的微生物呈厌氧状态，失去活性时使生物膜脱落，并随同出水流至二次沉淀池。第49页/共101页生物转盘的布置方式第50页/共101页四、生物接触氧化法

第51页/共101页接触氧化池构造示例第52页/共101页

生物接触氧化法是一种浸没曝气式生物滤池，是曝气池和生物滤池综合在一起的处理构筑物，兼有两者优点。生物接触氧化法的特点

生物接触氧化池的性能特征：

(1)具有较高的微生物浓度，一般可达10~20g/L；

(2)生物膜具有丰富的生物相，含有大量丝状菌，形成了稳定的生态系统，污泥产量低；

(3)具有较高的氧利用率；

(4)具有较强的耐冲击负荷能力；

(5)生物膜活性高；

(6)没有污泥膨胀的问题。

缺点：滤床易堵塞和需更换，运行费用较高。第53页/共101页生物接触氧化法的基本流程第54页/共101页接触氧化池的主要部分生物接触氧化池的构造填料要求：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。填料池底布水布气装置池底用于设置填料、布水布气装置和支撑填料的栅板和格栅。布气管可布置在池子中心、侧面和全池。第55页/共101页接触氧化池外观图第56页/共101页接触氧化池反应区的构造第57页/共101页酚醛树脂蜂窝填料常用填料的类型第58页/共101页正六角行蜂窝状斜管第59页/共101页聚乙烯蜂窝填料第60页/共101页聚乙烯蜂窝填料第61页/共101页半软性填料第62页/共101页半软性填料第63页/共101页弹性立体填料第64页/共101页软性纤维填料第65页/共101页软性、复合填料第66页/共101页组合填料第67页/共101页YHT型弹性生物的环填料第68页/共101页立体弹性填料第69页/共101页立体弹性填料第70页/共101页漂浮填料第71页/共101页SQC型丝球形悬浮填料第72页/共101页生物接触氧化法填料第73页/共101页新型的纤维网状填料第74页/共101页新型的纤维网状填料第75页/共101页第76页/共101页生物填料框架第77页/共101页框架与生物填料第78页/共101页框架与生物填料第79页/共101页新型的三维立体网状填料第80页/共101页挂膜后的网状填料第81页/共101页反应区曝气系统的布置第82页/共101页牛腿与槽钢的布置第83页/共101页曝气装置安装第84页/共101页五、生物流化床第85页/共101页流态化原理美国Ecolotrol公司1973—1975年研制成功的HyFlo生物流化床第86页/共101页床层的三种状态固定床阶段流化床阶段液体输送阶段流态化原理第87页/共101页当液体以很小的速度流经床层时，固体颗粒处于静止不动的状态，床层高度也基本维持不变，这时的床层称固定床。固定床阶段

上图中的ab段：液体通过床层的压力降△p随空塔速度v的上升而增加，呈幂函数关系，在双对数坐标图纸上呈直线。

上图中的b点：液体滤速增大到压力降△p大致等于单位面积床层重量，固体颗粒间的相对位置略有变化，床层开始膨胀，固体颗粒仍保持接触且不流态化。

第88页/共101页流化床阶段

当液体流速大于b点流速，床层不再维持于固定状态，颗粒被液体托起而呈悬浮状态，且在床层各个方向流动，在床层上部有一个水平界面，此时由颗粒所形成的床层完全处于流化态状态，这类床层称流化床。

上图中的bc段：流化层的高度h是随流速上升而增大，床层压力降△p则基本不随流速改变。

b点的流速vmin是达到流态化的起始速度，称临界流态化速度。临界速度值随颗粒的大小、密度和液体的物理性质而异。第89页/共101页流化床的类型

根据生物流化床的供氧、脱膜和床体结构的不同，好氧生物流化床主要有两种类型：两相生物流化床三相生物流化床第90页/共101页两相生物流化床