第8章生物膜法

第8章生物膜法生物膜的根本概念生物膜法是属于好气生物处理方法。生物膜是依靠附着于固体外表滤料的介质上而生长繁殖的微生物净化有机物的好氧处理方法，具有以下特点：〔1〕附着于固体介质外表上的微生物对水量，水质的变化有较强的适应性。〔2〕固体介质有利于微生物形成稳定的生态体系，栖息微生物的种类较多，处理效率高。〔3〕降解产物污泥量少。〔4〕管理方便。缺点：〔1〕滤料外表积小，BOD容积负荷小。〔2〕附着于固体外表的微生物量较难控制，操作伸缩性差。〔3〕靠自然通风供氧，不如活性污泥供氧充足，容易产生厌氧。生物膜法有三种形式：〔1〕润湿型生物滤池、生物滤塔、生物转盘〔2〕浸没型接触氧化、滤料浸没在滤池中〔3〕流动床型生物活性炭、砂粒介质悬浮流动于池内根本原理借助于挂膜介质，当有机废水流过介质外表时，微生物在其外表生长繁殖，形成生物膜。膜的外表溶有较多的溶解氧，形成好氧层，膜的内层溶解氧较少，易形成厌氧层，整个膜处于增长、脱落和更新的生态系统。微生物的生长代谢将污水中的有机物作营养，从而使污染物得到降解。正常生物膜厚2〜3mm。生物滤池生物滤池由滤料、池壁、池底排水系统、上部布水系统组成。8.3.1构造1、滤料的要求〔1〕比外表要大〔2〕孔率高〔3〕质材强度高〔4〕稳定〔5〕价廉2、池壁的功能构筑物主体，起支撑作用。3、池底通风系统、排泥系统、支承渗水结构4、布水系统旋转布水器8.3.2负荷1、水力负荷单位面积滤池或单位体积滤料每天所能处理的废水量，一般由洒水强度和BOD负荷确定。水力外表负荷心/族穂池*水力体积负荷和"滤料•严知滤料层高®2、B0D负荷单位时间供应单位体积滤料的BOD量N=BOD^gl^f滤料城市污水极限值1化號腮池）・出分低负荷〔0.15〜0.3〕和高负荷〔0.8〜1.2〕生物滤池3、责物负荷单位滤料每天所能承受毒物的量坯弋毒物/腮料）上生物滤池的净化效率E=&_隔xlOQ%So――原水月°6浓度 Se――二次沉淀池出水浓度以上1、2、3可作为综合衡量生物滤池工作性能的三个重要指标，它们之间的关系：F l-EH1—E生物滤池的类型与运行系统1、生物滤池的类型〔1〕普通生物滤池水力负荷U肿用■也；BOD负荷°U0%冷•枝〔2〕高负荷生物滤池水力负荷10~孔肿曲■找；BOD负荷0—1恣屛・〔3〕超负荷生物滤池塔式生物滤池'水丈I负荷訓〜200™3jh2・dP130S3.1f ,BOD负荷可高达：〜?険・®2、生物滤池的运行系统〔1〕单级直流系统适用于低负荷〔门I单级回流系统，运用串除、并联(3Dr可组合咸二级或多级运行系统⑴」 P1318.3.4回流优点：〔1〕增大水力负荷，促进生物膜的更新代谢。形成良性循环的生态系统；〔2〕废水得到稀释，降低基质浓度，防止堵塞；〔3〕有利于连续接种促进生物膜生长；〔4〕提高DO，防止滤池滋生蚊蝇；〔5〕水量大可使用旋转布水器。缺点：〔1〕缩短废水在池中停留时间；〔2〕洒水量增大，降低生物膜吸附有机物的速度；3〕回流水中积累难降解物质；4〕降低水温。回流物料衡算〔单级回流比r〕So 入流废水浓度，Se 出流废水浓度Q 废水量，rQ 回流量，丫 混合水BOD浓度強二1空 2Ssr=Sa-3SQ,r=1■翌75根据城市污水处理运行经历， 3 ，代入物料平衡式可得： 2強色二10（兰二沔假设去除率为90%，那么屆血，r=lxlO-1.5=3.5所以2 ，即回流比为3.5。高负荷回流比参见P132，表8-2高负荷与低负荷生物滤池的比拟：BOD负荷高的滤池，有机物氧化分解程度低，因为高负荷有机物浓度高而氧化不充分，污泥量多而不稳定，出水DO低，没有或很少硝酸盐存在，因为有机物中的蛋白质只能转化至阳3，未来得与转化成硝酸盐。BOD负荷低的生物滤池，有机物浓度低，氧化分解程度高，污泥量少而稳定，出水中有较高的DO，滤池中硝化菌得到繁殖，被转化成。耗氧与供氧1、 生物膜量普通生物滤池的生物膜污泥量为4.5〜7牖朋•滤料；高负荷生物滤池的生物膜污泥量为3.3〜6.5咤朋.滤料。好氧层的厚度2mm，2mm以上为厌氧层。2、 生物膜的耗氧量〔除乩〕〔A〕％严月如+W且如—每叫滤料每天去除的加2量〔咤曲山〕曲一表示每kgBOD完全降解所需的氧量，城市污水门=1.46左右鸟一单位重量活性物膜的自身氧化需氧量系数，其值为0.18kg/kg・pf・d円--单位体积滤料上的活性生物膜量〔咤用〕3、生物滤池的供氧量普通生物滤池是靠自然通风方式供氧，曝气生物滤池〔接触氧化〕才是采取曝气方式供氧。滤池的空气阻力愈小通气量也愈大。池内温度〉池外温度，池内气流由下朝上池内温度〈池外温度，池内气流由上朝下空气流动速度u=0.075AT—0.15〔m/min〕△T--温度差〔B〕需氧量的估算氧化1kg且耗氧1kg，需氧量与空气相关，需气量计算式：g二邑聖（所需空气量/朋废水）209.9^7So一进水衣°°加浓度〔mg/L〕Se一二沉池出水"°°釦浓度〔mg/L〕r—6的容重，在标准大气压下为1.429g/L帀一生物滤池的氧利用率〔生活污水5〜8%，即并=0.05〜0.08〕209.9--空气中含氧率〔20.99%〕20.99%xlOm31Lxijxrm2例：普通生物滤池的水力面积负荷晴=血皿/,进水BOD浓度So=220mg/L，二沉池出水BOD浓度Se=20mg/L，滤池氧的利用率帀=7%，设滤池直径为10m，深度为2m，求所需要的空气量？解：〔A〕按生物滤池耗氧量公式计算由叫二qEod+pf〔1〕由条件求出吕4水力体积负荷山二如旦二"2二2了沪废水朋显.BODr=（0.22-0.02）x2.5=O.S^g/^3.d•・〔2〕求％单位体积滤料上的活性生物膜量〔陀，加'〕生物膜量需采样测定，测得滤料表层生物膜量3.2叱朋〔滤料〕；深层生物膜量.珥=（32+0稣2=岔誉淤'〔滤料〕〔3〕由耗氧量公式求得：m0^=aBQDr十右gy=1.46x0.5+0.13x2=149確/莎腮料）•仗〔4〕求得供氧量駕"020—1"了唧吸滤料）・恵〔5〕假设运行时温度为10°C，查得在此温度下每強弓空气的重量为1.25疋卽加'〔空气〕，那么每莎空气中°的重量阳=1壬乂0限1=02玩艇）。所需空气量为H=15.57/0.26=59.9^气/鬲滤料.d

〔B〕按氧化lkg*°S耗氧1kg估算〔1〕10°C时每/Q的重量标准状态下每立方米纯氧的质量1.429kg,气体的体积与质量的关系受温度影响，10C时每立方米氧的重量为〔r—10C时氧的容重〕1.429 1.429 ,…、273+£273■=rnno=1'3W273+£273273?二比—尿二沁咖）〔2〕由2曲〔2〕“⑶—0） 倉冒209.9x1.38x7% ' ‘〔3〕供应滤池单位体积滤料的空气量〔水力体积负荷为2曲（废水）朋滤料山〕务二宓心二皿咖）〔C〕讨论：〔1〕两种计算方法相比拟可知，用方法〔B〕估算的所需供气量比〔A〕要小得多，原因是〔B〕的计算方法未考虑生物滤池消化阶段与污泥分解所消耗的氧量。〔2〕由于普通生物滤池是靠自然通风供氧，而供氧的动力是对池的结构设计，借助于池内外的温度差〔AT〕，而温度是决定空气流速的关键，由经历公式：u=0.075AT—0.15(m/min)，假设池内外温差△T=4°C，那么u=0.075x4—0.15=0.15(m/min)即每平方米滤池每天通入的空气量为0.1企24^0=21&閔)加./。〔3〕经历数据，通过每立方米滤料的空气量为每平方米滤池空气量的一半，即堺沁⑹2=1啦强)曲隔料)・已。说明无论用哪一种方法计算的需氧量，用自然通风，只要池结构设计合理，当池内外温差厶T>4C时，都能满足要求。8.3.6处理效率处理效率E由进出水的BOD值So和Se的关系式计算而得，根据有机物生物降解动力学的原理，生物降解有机物各时刻的反响速度与有机物浓度〔S〕成正比：

tftt竽=-kS半=-心腔』=-k『2蛊一与滤科性疯有关的常数扫一与据料表面状态有关萍数—般取m=D.R.ntftt竽=-kS半=-心腔』=-k『2蛊一与滤科性疯有关的常数扫一与据料表面状态有关萍数—般取m=D.R.n斗（15~。俺lii—=—kt%23a31g—=-kt翼 ItlsT="TW=-kt—=W_it-—此式为生物as池基本数学模式生物滤池中微生物生长与温度有关，温度〔T〕°C对生物滤池降解率常数K的影响〔Howland〕：殆）二疋冋X1.0撐亠对生活污水，20C时，绚迎=1田皿1-8.4塔式生物滤池8.4.1构造塔式生物滤池是以加大滤层高度来提高处理能力的一种生物膜法,具有如下特点:〔1〕塔身高8〜24m，占地小，构造主要局部包括塔体，滤料、布水设备、通风装置、回流与排水系统。〔2〕滤料一般选用环氧玻璃布料制成的蜂窝结构〔或尼龙花瓣型软性滤料〕，其单位体积外表可达80〜220》，/。可排列组合成多层结构，这种蜂窝结构，空气畅通，可按气水比100〜150：1的要求选择风机。〔3〕是属于高负荷生物滤池，水力负荷高达80〜200”沁滤料：M;有机负荷可达2000〜3000g且如曲滤料Z；〔普通滤池0.8〜1.2kg*%』日〕。〔4〕高的落差，使用旋转布水器，废水淋洗的冲力使老化的生物膜脱落更新快。〔5〕塔的高度使塔内生长不同种的微生物群。运行参数P137表8-4缺点：〔1〕废水在塔内停留时间短，降解效率低。〔2〕供氧不如曝气池充足，易产生厌氧。8.4.2设计实例：塔高H=24m塔径D=3.5m处理水量Q=25加'/h〔600//d〕水在塔内停留时间t=18min滤料：聚氯乙烯或环氧树脂玻璃布板制成的蜂窝结构。1.滤料的体积uk•瞬M r>i的安全系数N容积负荷劳如刑谨科M,其值按P138图8-10确定2总面积戸=丑滤层咼度N按图3—11确定3.径高比：D:H=1:6〜1：84.气水比：气\:水=100〜150:1生物转盘生物转盘是一种润壁型旋转式处理设备，借助于旋转浸入污水中的多组叶片形成生物膜，将废水有机污染物降解处理的过程。8.5.1构造包括转动、传动、固定三大局部。8.5.2工作过程盘面浸入废水中时，盘上的生物膜便对废水中的有机物进展吸附，当其露出水面时，空气中的氧就溶入盘界面的水层中。盘上生物膜也经历生长、增厚、老化、脱落的过程，脱落原因是水对盘面的剪切作用，脱落的生物膜转入污泥进入二沉池中。8.5.3处理特点1、 转盘上微生物量大，达现曲，折算成活性污泥混合液浓度为10000〜20000mg/L。2、 B0D负荷高达10〜20卽酬盘面显，容积负荷1.5〜3.0七卽加腮料）/，高出活性污泥1倍多。3、 由于微生物浓度高，F/M值低心0.02〜0.5左右，微生物根本处于内源呼吸，形成污泥量少。4、 耐冲击负荷适应力强，pH=4.8〜9.5，温度13〜23°C。5、 工作可靠，不易堵塞，污泥不易膨胀，氧利用率高。缺点：1、适于处理水量小的废水，占地大。2、传动、转动、盘片损耗大，检修困难。3、卫生条件差，易产生厌氧。8.5.4设计1、转盘面积Sr—每平方米盘面上每天所能去除的BOD量直品，d〕；So—原水月°6浓度；Se—二沉池出水月°6浓度；Q—处理水量〔沪山〕；N—有机负荷丿蔚・"〕2、转盘片数〔m〕，D为转盘直径；W=0636^■注舊每一个盘片翼2个表面积“3、废水池的有效长度〔L〕L=m(a+b)+ba盘片厚度b两盘片间距h—转盘轴线与水面距离，h取10〜25mm〔见右图〕5—转盘边缘到槽壁间距离，5取10〜20mm5、转盘的最小转速〔n〕仆字（0卫诂）（转简qv-容积负荷〔賦〔賦显〕线速度20m/min积40%，试求处理出水吕。。孑浓度与其降解率。解：〔1〕生物转盘BOD负荷M斗J"為；=0.02炀dOQd/盘片.d〔2〕单位面积盘片去除BOD^的量〔Sr〕..N十述g（BOD$朋・&<孔 ■出於=l.IMN罟囲•应采用=1.146x2Oop045=\72gBOD5.d〔3〕单位面积盘片上残留吕九负荷量〔Ne〕7^ =20-17.2=2気呂EODJ酬•&〔4〕处理出水月°6浓度〔Se〕Se=y（?•“■亓‘=20X㊁。"=2E（啊*L）〔5〕B0D降解率&二气S1°°怖=21)m23x100W=龍鳴其它型式生物膜法8.6.1接触氧化接触氧化法是应用生物滤池与活性污泥的优点开展起来的一种生化处理法，也就是装有曝气设备的生物滤池，或是活性污泥池中安装滤料的机械设备曝气生物滤池。P143图8-14.151、特点：〔1〕容积负荷高，耐冲击负荷能力强；〔2〕具有膜法的优点，剩余污泥量少；〔3〕具有活性污泥法的优点，辅以机械设备供氧，生物活性高，泥龄短；〔4〕能分解其它生物处理难分解的物质；〔5〕容易管理，消除污泥上浮和膨胀等弊端。缺点：〔1〕滤料间水流缓慢，水力冲刷力小；〔2〕生物膜只能自行脱落，剩余污泥不易排走，滞留在滤料之间易引起水质恶化，影响处理效果；〔3〕滤料更换，构筑物维修困难。2、工艺流程

8.6.2活性生物滤池活性生物滤池将塔式生物滤池与活性污泥曝气池组合为一体，具有处理效率高，BOD容积负荷大，不发生污泥膨胀和耐冲击负荷高等特点。二沉池5.处理水回用6.剩余污泥送处理伤

几种生化处理法