生物处理技术在给水处理中的应用

生物处理技术在给水处理中的应用主讲人：钟悦升主要内容1给水生物处理技术的介绍2给水生物处理技术的工艺3我国给水生物处理应用现状给水生物处理的背景随着生产力的持续开展,水体受到污染,使给水处理时效果不佳。水质恶化,以及对水质要求的不断提高,使得给水处理难度不断增加。生物处理方法在常规物理化学处理工艺前增设生物处理装置或构筑物,去吸收利用水源水中污染物质，既改善了水的混凝沉淀性能，又减少了水中“三致〞物前体物的量,改善出水质量;还减少了细菌在配水管网中重新滋生的可能。给水生物处理技术的介绍生物处理的对象和目的给水生物处理的主要对象是水中的有机物(包括藻类及其代谢产物),通常用总有机碳(TOC)表示。它干扰水处理的正常运行,具体有这几个表现给水生物处理技术的介绍有机物影响表现一：影响干扰常规处理工艺如糖酸和藻的代谢产物糖醛酸能与常用的铝、铁盐混凝剂作用生成配位络合物,阻碍水中胶体颗粒的脱稳,使絮凝效果下降进而影响沉淀,且这种络合物是电中性胶体,它能穿透滤池，影响滤后水水质，使得混凝剂和消毒剂的用量高,也使残留在水中的金属离子(铝或铁离子)浓度升高,长期饮用高铝离子浓度的水,对人脑部的生长发育有不良影响。给水生物处理技术的介绍有机物影响表现二：与氯作用生成消毒副产物对受污染的水的处理需增加消毒剂的用量,如采用预加氯,中间加氯,折点加氯。水中的局部有机物,如酞基化合物、1.3—酮(以及1.3—双氢芳香物质),经卤化反响生成三卤甲烷;腐殖酸和富里酸也能与氯作用生成三氯甲烷。三卤甲烷及其系列卤烃是确认的致癌物质。给水生物处理技术的介绍有机物影响表现三：导致管网中微生物滋生繁殖残留在饮水中的有机物,会导致配水管网中的微生物滋生和繁殖,加快管道的腐蚀,使水产生臭味和色度。给水生物处理技术的介绍给水生物处理的目的是去除这些有机物。借助于异养菌的作用,把有机物变为异养菌的营养物质用于细胞合成或作为异养菌新陈代谢过程中的能量来源,从而到达去除有机物的目的。给水生物处理技术的介绍生物膜处理污染水示意图给水生物处理技术的介绍生物膜处理污染水示意图给水生物处理工艺的局限性1.生物处理运行效果受到诸多因素的影响，特别是源水水质、水温、水量的变化，操作管理水平上下都直接影响处理效果。2.与常规的处理工艺相比，生物处理方法需要较长的成熟期。3.生物处理对健康可能会产生不良影响。给水生物处理技术的工艺给水生物处理主要包括以下三个方面1、强化传统处理的生物作用2、污染源水的生物预处理3、给水深度处理给水生物处理技术的工艺生物强化过滤生物强化过滤是一种将传统的过滤技术与微生物技术合二为一的新型过滤工艺，具有同时去除水中微量有机物、氨氮等物质的功能。生物强化过滤的主要工艺形式可以是原有的滤池，也可以是生物活性滤池。给水生物处理技术的工艺生物强化过滤进水中的污染物与滤池滤料接触产生的物化和生化作用，可使水中的氨氮、亚硝酸盐氮和有机物得到有效去除。滤池滤料通常为活性炭、无烟煤、陶粒、石英砂等，其中石英砂与活性炭、石英砂与无烟煤组合形成双层滤料滤池的形式较多。该工艺称为生物强化活性滤池(BEAF)。生物预处理源水的生物预处理工艺指在常规净水工艺前采用生物处理方法将水中的局部污染物去除的过程。生物预处理可使常规处理更好地发挥作用，减轻常规处理及深度处理负担，改善和提高给水水质。给水生物处理技术的工艺生物预处理污染源水生物预处理主要有以下几种工艺：曝气生物滤池、生物接触氧化法，生物流化床，生物沸石反响器，生物塔滤和生物转盘等。在水源地附近，通过堤岸、沙丘等渗透的土地处理系统也能够实现一定的处理效果。给水生物处理技术的工艺曝气生物滤池〔BAF〕又名:淹没式曝气生物滤池工作原理：滤池中填充生长着生物膜的滤料，滤池内部曝气，水流经过时，利用生物膜氧化降解有机物，同时利用生物膜的絮凝作用和滤料的粒径截留悬浮物。运行一定时间后，因水头损失的增加，需要对滤池进行反冲洗。给水生物处理技术的工艺曝气生物滤池〔BAF〕结构分为缓冲配水区、承托层及滤料层、出水区；滤池池为圆形、方形、矩形。给水生物处理技术的工艺曝气生物滤池〔BAF〕结构承托层及滤料层：滤料3-5mm，比外表积大，微生物吸着能力强陶粒、焦炭等〕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。给水生物处理技术的工艺曝气生物滤池构造曝气生物滤池〔BAF〕分类〔1〕下向流BAF〔BIOCARBONE〕ＢＩＯＣＡＲＢＯＮＥ工艺属早期曝气生物滤池，其缺点是负荷不够高，且大量被截留的ＳＳ集中在滤池上端几十厘米处，此处水头损失占了整个滤池水头损失的绝大局部。同时纳污能力不强，容易堵塞，运行周期短。给水生物处理技术的工艺按水流方向上向流：BIOSTYR、BIOFOR下向流：BIOCARBONE曝气生物滤池〔BAF〕分类〔2〕上向流BAF①BIOFOR具有氧化降解、生物絮凝吸附、截留悬浮物的功能，集生物作用与固液别离作用于一身，不需后设二沉池。曝气装置设于整个滤料下面滤料在过滤时呈压实状态。气水同向流〔上向流〕，并以较高的滤速过滤采用气水联合反冲洗，主要依赖气体的擦洗作用，反冲洗时滤料根本不膨胀。反冲污泥最终回流入初沉池。给水生物处理技术的工艺曝气生物滤池〔BAF〕分类BIOFOR特点：同向流，反冲洗方向与水流方向相同；滤池内不会出现负水头及沟流现象；截留在底部的SS可在气泡上升过程中被带入滤池中上部，加大纳污率，延长运行周期。给水生物处理技术的工艺曝气生物滤池〔BAF〕分类②BIOSTYR将脱氮功能引入曝气生物滤池〔曝气头抬高，下面形成缺氧区〕特点：重力流反冲洗无需反冲泵，节省动力；滤头布置在顶部，与处理水接触不易堵，便于更换；反硝化、硝化脱氮。效果：上向流〔BIOFOR、BIOSTYR〕优于下向流；给水生物处理技术的工艺曝气生物滤池〔BAF〕主要设计参数水力负荷微污染水的水力负荷为2-4m3(m2/h)有机负荷微污染水的有机负荷0.1-0.5kgBOD(m3·d)硝化负荷滤料层高度不宜小于2m滤料粒径2-5mm，常用有陶粒、沸石、沙子、焦炭等气水比G/W在(0.5-1.2)/1给水生物处理技术的工艺生物接触氧化工艺(BCO)生物接触氧化法：1971年开始于日本，应用领域十分广泛，是一种介于活性污泥法与生物滤池之间生物膜法处理工艺，兼有两者优点；又称为淹没式生物滤池、接触曝气法。给水生物处理技术的工艺生物接触氧化工艺(BCO)特征〔1〕采用多种形式填料，微生物丰富，可生长氧化能力强的丝状菌，可生长硝化菌；〔2〕可起到类似“过滤〞的作用；〔3〕生物膜活性高，处理效率高，可承受较高负荷；〔4〕抗冲击负荷，间歇运行仍能保持良好的处理效果；无需污泥回流，无污泥膨胀；污泥生成量少，污泥易沉淀。给水生物处理技术的工艺生物接触氧化工艺(BCO)原理在池内充填填料，已经充氧的污水浸没全部填料，并以一定流速流经填料，在填料上布满生物膜，污水与生物膜广泛接触，在生物膜上微生物新陈代谢功能作用下，有机污染物得到去除，污水得到净化——淹没式生物滤池；采用与曝气池相同的曝气方法，向微生物提供其所需的氧，并起到搅拌与混合作用，相当于在曝气池内充填供微生物栖息的填料——接触曝气法。给水生物处理技术的工艺生物接触氧化池构造给水生物处理技术的工艺接触氧化池的主要部分填料要求：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。填料池体布水布气装置池体用于设置填料、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。生物接触氧化池构造给水生物处理技术的工艺接触氧化池构造示例生物接触氧化工艺填料给水生物处理技术的工艺酚醛树脂蜂窝填料聚乙烯蜂窝填料半软性填料弹性立体填料软性纤维填料丝球形悬浮填料生物接触氧化工艺分类可分为直流式和分流式两种分流式把水的曝气和生物降解分开在两个隔室内进行，水流经过曝气后再流入充有填料的隔室与生物膜接触，完成降解过程。由于其水流缓慢，对生物膜的冲刷力小，生物膜更新缓慢，适合低有机负荷〔微污染〕水的处理。给水生物处理技术的工艺生物接触氧化工艺分类直流式在促进膜的更新与维护膜的活性方面是一种良好的运行方式。直接在填料底部曝气，充氧，从而能在填料间产生上向流，使填料各局部均匀地附着生物膜。曝气区域生物膜受到上升气流的搅动，便于脱落更新，使其保持较高的活性，又在一定程度上克服填料的积泥现象。给水生物处理技术的工艺生物接触氧化组合工艺原水→BCO→混凝沉淀→过滤→消毒原水→BCO→混凝沉淀→过滤→活性炭吸附→UF→消毒原水→混凝沉淀→BCO→过滤→消毒原水→混凝沉淀→BCO→过滤→活性炭吸附→UF→消毒原水→臭氧→BCO→混凝沉淀→过滤→UF→消毒给水生物处理技术的工艺移动床生物膜反响器〔MBBR〕是由挪威的KMT公司、挪威科技大学及挪威工业与技术研究基金会于20世纪80年代合作开发的新工艺,该工艺集悬浮生长的活性污泥法和附着生长的生物膜法的特点于一体,吸收了传统的生物流化床和生物接触氧化法两者的优点,是一种较先进的生物处理技术。近年来,正逐步将该工艺应用于微污染原水的生物预处理。给水生物处理技术的工艺移动床生物膜反响器工艺原理通过向反响器中投加一定数量的悬浮填料,污水连续经过反响器时,比外表积较大的填料因搅拌(好氧反响器为空气搅拌)在水中自由运动,并逐渐在其外表生长出生物膜,生物膜中的异养和自养微生物利用水中的营养物质进行新陈代谢,进而到达去除水中污染物、净化水的目的。给水生物处理技术的工艺移动床生物膜反响器特点MBBR中生物膜的载体(悬浮填料)是运动的,由于水的剪切力和载体运动所产生的摩擦力,填料外表(特别是外外表的)生物膜会自然脱落,局部污泥随出水流出反响器,局部污泥仍留在反响器中,起到活性污泥的作用。因填料、水都是运动的,故气、水、固相之间的传质较好,填料上生物膜的活性较高,与普通活性污泥法和固定生物膜法相比,MBBR法的处理能力相对较强。给水生物处理技术的工艺移动床生物膜反响器工艺结构给水生物处理技术的工艺MBBR工艺结构图移动床生物膜反响器工艺特点MBBR工艺兼具传统生物流化床和生物接触氧化法两者的优点,它既具有传统生物膜法耐冲击负荷、泥龄长、剩余污泥量少的特点,又具有活性污泥法的高效性和运转灵活性,具体特点如下:(1)具有良好的脱氮能力。(2)改善了生化系统的稳定性和运行性能。(3)反响器内水头损失小、不易堵塞、无需反冲洗,一般不需回流。(4)系统操作方便,维护简单。悬浮填料可以直接投加在水池中,不需任何支架及安装工程。给水生物处理技术的工艺移动床生物膜反响器工艺的悬浮填料悬浮填料是MBBR工艺的重要组成局部,其性能关系到系统的应用和处理效果。悬浮填料一般比外表积较大、耐腐蚀和耐磨性较好且质量小。与以往生物接触氧化法填料不同的是,悬浮填料能与污水频繁屡次接触,因而被称为移动的生物膜。悬浮填料多为聚乙烯、聚丙烯及其改性材料、聚氨酯泡沫体等制成,密度略小于水(0.95~0.98g/cm3)。填料一般采用圆柱形或球形的规那么形状,内部为空心网架结构,直径在10~100mm之间。有的柱体内部有十字支撑,柱的外壁带竖条状鳍翅,形似齿轮,在水中的流动性好。给水生物处理技术的工艺移动床生物膜反响器工艺悬浮填料的特点(1)比外表积大。悬浮填料通过采用内部空心的结构方式,设置多道凹槽和网架,大大增加了填料的比外表积,使填料外表附着的生物膜数量和浓度也大为增加。(2)反响形态好。悬浮填料在反响器内处于流化状态,其反响形态类似于完全混合反响器,填料与气、水接触比较充分,提高了填料上的生物膜与水中营养物质的传质作用。悬浮填料层根本没有水头损失,有利于布水、布气的均匀性。(3)氧利用率高。通过填料层分割作用以及填料不断与水流和气流的接触,可大大提高氧的利用率。由于悬浮填料上的生物总量较大,生物膜对水中的有机物和氧利用充分,因此生物反响效率大为提高。给水生物处理技术的工艺生物沸石反响器生物沸石反响器，其特征是沸石反响器沸石层下方有曝气装置。曝气供氧为好氧微生物提供生长环境，在沸石外表生长有大量的生物膜，同时因沸石吸附有大量的氨氮，从而使硝化菌成为优势菌种，硝化菌一方面硝化降解废水中氨氮，另一方面对沸石中吸附的氨氮硝化降解，使沸石生物再生，还减轻了沸石吸附负荷，可以使沸石在较长时间内保持较高的离子交换水平。再就是，由于在反响器内还存在反硝化过程，因此可以实现去除局部总氮。给水生物处理技术的工艺生物沸石反响器的沸石沸石是一种架状结构的多空穴和通道的硅铝酸盐，由于沸石有大比外表积和良好的吸附交换性能，并且还是一种极性吸附剂，可以吸附有极性的分子和细菌，对细菌有富集作用，因此沸石是一种理想的生物载体。给水生物处理技术的工艺给水深度处理工艺饮用水深度处理中的生物作用主要表现为生物活性炭的氧化和再生作用，包括单独采用活性炭处理、臭氧氧化生物活性炭联合和固定化生物活性炭处理等。臭氧活性炭处理中臭氧可以降解大分子有机物，将溶解性铁氧化为不溶性的高价氧化物，去除致病菌和病毒，提高溶解氧含量等；生物活性炭的作用是利用活性炭的吸附和微生物的氧化功能去除微量有机物污染物。给水生物处理技术的工艺生物活性炭〔BAC〕原理活性炭比外表积大，能够迅速吸附水中溶解性有机物，同时也能富集水中的微生物，被吸附吸附水中溶解性有机物为活性炭中的微生物提供营养，只要供氧充分，炭床中好氧菌在活性炭外表生长出生物膜，它具有氧化降解和生物吸附双重作用。生物再生理论：由于活性炭上的生物膜对吸附的污染物持续的生物降解作用，使活性炭得到生物再生给水生物处理技术的工艺生物活性炭〔BAC〕工艺特点增加水中溶解性有机物的去除效率，提高出水水质延长活性炭的再生周期，减少了运行费用具有良好的硝化作用，去除氨氮有效去除水中可生化有机物BAC的前提条件是应防止预氯化处理，否那么影响微生物在活性炭上的生长。给水生物处理技术的工艺几种生物活性炭工艺给水生物处理技术的工艺双层生物活性炭反响器1、容器，2、膨胀层，3、密实层，4、气提器，5、中心区，6、污水进水管，7、底部配水管，8、中部配水管，9、循环水管，10、净化水收集槽，11、反冲洗水收集槽，12、保护水层几种生物活性炭工艺给水生物处理技术的工艺双层生物活性炭反响器工艺示意图1、反响器，2、曝气柱，3、水泵，4、布水系统，5、集水装置，6、反冲洗出水集水槽，7、净化后出水集水槽，8、锥型收缩装置，9、密实过滤层，10、膨胀炭层生物活性炭组合工艺1、常规处理-BAC-超滤常规处理：去除大局部SS，降低BAC负荷；ABC：去除可溶性有机物、NH3-N等；超滤：去除剩余不溶性杂质，提高出水平安性。给水生物处理技术的工艺生物活性炭组合工艺2、常规处理-OBAC工艺臭氧的作用：〔1〕初步氧化分解水中有机物；〔2〕为活性炭提供DO；〔3〕氧化活性炭外表吸附的局部有机物，腾出吸附位。BAC的作用：〔1〕破坏水中剩余的O3；〔2〕吸附剩余有机物及臭氧化的副产物；〔3〕微生物降解。给水生物处理技术的工艺曝气生物滤池在我国的应用实例广州市新塘水厂广州市新塘水厂的水源呈现富营养化，主要的超标工程是氨氮和耗氧量。为确保供水水质符合《生活饮用水卫生标准》〔GB5749—2006〕，广州自来水公司决定对其进行水厂生物预处理工艺改造，研发了一种新型的高速给水曝气生物滤池工艺，并以相关工程试验为根底，进行了新塘水厂生物预处理技术改造的工程设计。我国给水生物处理应用现状曝气生物滤池在我国的应用实例广州市新塘水厂改造工程规模为70万m3／d，占地面积为3900m2，包括供水曝气生物滤池形式的生物预处理工艺构筑物〔高速给水曝气生物滤池、合建的反冲洗泵房、鼓风机房以及与之配套的配电间和控制室〕。工艺流程如下图。我国给水生物处理应用现状广州市新塘水厂净水工艺流程曝气生物滤池在我国的应用实例广州市新塘水厂运行效果如下图生物滤池出水氨氮始终在0．5mg／L以下，平均去除率84％；水厂出水CODMn小于2mg／L，生物滤池CODMn平均去除率19．7％，出厂水CODMn平均去除率46．6％，可见高速给水曝气生物滤池在提高自来水水质方面成效显著。我国给水生物处理应用现状进出水氨氮情况进出水CODMn情况生物接触氧化法在我国的应用实例深圳水库东深源水生物处理工程1998年根据工艺优化试验成果，深圳水库首先建立了世界最大的日处理400x104m3的生物接触氧化处理渠。东深源水生物处理工程处理规模到达400x104m3/d，工程投产后以气水比1.00、水力停留时间55.4~70min、穿孔管曝气方式等参数运行，污染物的去除效果良好，NH；rN进水浓度为3.0mg/L左右时去除率平均可保持70%以上。CODfc为10%~和SS、藻类、Fe、Mn等也有良好的去除效果[24]。我国给水生物处理应用现状生物接触氧化法在我国的应用实例嘉兴石白漾水厂嘉兴