水处理工程技术第四章生物膜处理系统的主要运行方式

任务八生物膜处理系统的主要运行方式生物膜法的分类充填式生物膜：填料不被污水淹没，污水流过填料表面或盘片旋转时才浸过污水，如生物滤池和生物转盘等。通风方式为自然通风或强制通风供氧。浸没式生物膜：填料完全浸没于水中，一般采用鼓风曝气供氧，如接触氧化等。一、生物滤池生物滤池净水原理含有污染物的废水从长有丰富生物膜的滤料的空隙间流过，与生物膜中的微生物充分接触，其中的有机污染物被微生物吸附并进一步降解，使得废水得以净化。滤池前设初沉池：去除悬浮物，避免堵塞滤料滤池后设二沉池：截留脱落的生物膜，保证出水水质（一）普通生物滤池（一）普通生物滤池：第一代生物滤池普通生物滤池是生物滤池的早期类型，即第一代生物滤池。1.普通生物滤池的构造池体（滤床）滤料布水装置排水系统1、普通生物滤池的构造池体：多呈方形和矩形，池底的作用是支撑滤料和排出处理后的污水。滤料：表面积大，有利于微生物附着；孔隙率大，使污水以液膜状态流过生物膜；质坚耐腐，不易变形，抗冻耐用。布水装置：使污水均匀地喷洒在滤床表面。能适应水量变化，不易堵塞、易于清通。排水系统：支撑滤料、排出污水、保证通风。（一）普通生物滤池（一）普通生物滤池（一）普通生物滤池2、普通生物滤池的设计与计算滤料的选定滤料容积的计算：按负荷率进行计算。一是BOD-容积负荷率；二是水力负荷率（1m2滤池表面在1d内能接受的污水水量），m3/（m2滤料表面·d）。布水装置的计算和设计（一）普通生物滤池3、普通生物滤池的适用范围和主要特点适用范围：普通生物滤池一般仅适用于处理污水量不高于1000m3的小城镇污水或有机工业废水。优点：BOD5的去除效率高，一般可达95%以上；工艺运行稳定，易于管理和节约能源。缺点：负荷率低，占地面积大，不适用于处理水量较大的污水；滤料易于堵塞，当预处理不够充分，含悬浮物较高的污水进入滤池或生物膜同时脱落，都有可能堵塞滤池；易滋生滤池蝇，恶化环境卫生；喷嘴喷洒污水，散发臭味。正是因为普通生物滤池具有以上缺点，它的应用受到限制，近年来已很少新建了，有日渐被淘汰的趋势。（一）普通生物滤池生物滤池工艺介绍（二）高负荷生物滤池：第二代生物滤池1.高负荷生物滤池的特征1）工艺特征高负荷生物滤池是在解决与改善普通生物滤池在净化功能和运行中存在问题的基础上而开发的工艺。大幅度提高了滤池的负荷率，容积负荷率高于普通生物滤池6~8倍，水力负荷率则高达10倍。高负荷率:通过限制进水BOD5值和在运行上采取处理水回流等技术而达到的。处理水回流：可以均化与稳定进水水质、降低冲刷过厚和老化的生物膜，从而使生物膜迅速更新并经常保持较高的活性，抑制滤池蝇的过度滋生，减轻散发的臭味。（二）高负荷生物滤池回流污水量（QR）与污水水量（Q）的比值称为回流比，R计算公式为：回流比R常采用0.5~3.0，但有时也高达5~6倍。采取处理水回流措施后，进入高负荷生物滤池的污水总量QT和经回流水稀释后的污水有机物浓度Sa分别计算如下：式中：S0——原污水的有机物（BOD或COD）浓度，mg/L；Se——滤池处理水的有机物（BOD或COD）浓度，mg/L；Sa——滤池进水的有机物（BOD或COD）浓度，mg/L，若以BOD5计，一般不应高于200mg/L。（二）高负荷生物滤池2）典型工艺流程初沉池：可去除SS50%~60%、BOD20%~30%，防堵塞，减小滤池负荷；回流水：Q大、冲刷滤料；二沉池：沉降脱落的污泥；回流污泥：提高初沉效率，有利于生物膜的接种。高负荷生物滤池采取处理水回流措施，使其具有多种多样的流程系统。其中（a）、（b）应用最为广泛。（二）高负荷生物滤池当原水有机物浓度较高、避免单个生物滤池的深度太大或者当处理后的污水水质要求较高时，可将两个高负荷生物滤池串联起来使用，形成二级生物滤池系统。（二）高负荷生物滤池另外，为了解决二级式系统负荷不均和前段生物膜量大、易于堵塞的问题，可以考虑用交替配水的二级高负荷生物滤池工艺流程（二）高负荷生物滤池3）构造特征高负荷生物滤池构造与普通生物滤池基本上是相同的，但其滤料粒径较大，为40~100mm，滤料层高一般为2.0m。滤料粒径和相应的层厚度为：工作层：层厚1.80m，滤料粒径40~70mm；承托层：层厚1.80m，滤料粒径70~100mm。当滤料层厚度超过2.0m时，一般应采用人工通风措施。（二）高负荷生物滤池4）高负荷生物滤池的需氧与供氧（1）生物膜污泥量：一般通过实测获得。（2）需氧量。生物滤池单位体积滤料的需氧量可按下式求定：：

污水BOD降解需氧量。

：活性生物膜需氧量。（3）供氧。生物滤池的供氧是O2在自然条件下通过池内外空气的流通而转移到污水中，进而扩散传递到生物膜内部实现的。（二）高负荷生物滤池（三）塔式生物滤池：第三代生物滤池塔式生物滤池属第三代生物滤池，是受到污水生物处理工程界重视和应用较广泛的一种滤池。1.构造与工艺特征1）构造塔式生物滤池一般高达8~24m，直径1~3.5m，径高比介于1∶(6~8)，呈塔状。主要由塔身、滤料、布水系统以及通风及排水装置所组成，在平面上多呈圆形。（三）塔式生物滤池1）构造塔身：一般用砖、钢筋混凝土或钢板等材料制成。每层设有格栅，每层高度以不大于2m为宜，以免将滤料压碎。滤料：我国较多使用环氧树脂固化的玻璃布蜂窝滤料，比表面积大、结构较均匀，有利于空气流通和均匀布水。布水系统：一般与普通生物滤池和高负荷生物滤池基本相同。通风：一般采用自然通风。（三）塔式生物滤池2）工艺特征塔式生物滤池也属一种高负荷生物滤池，如其水力负荷可达80~200m3/(m2·d)，为一般高负荷生物滤池的2~10倍，BOD-容积负荷率达1000~3000gBOD5/(m3·d)，为一般高负荷生物滤池的2~3倍。高的有机负荷使其生物膜生长迅速，高的水力负荷又使生物膜受到强烈的水力冲刷，从而使得生物膜不断地脱落与更新，并经常保持较好的活性。但生物膜如果生长过速，则易于产生滤料的堵塞现象。对此，一般将进水的BOD5控制在500mg/L以下，否则需采取处理水回流稀释措施。（三）塔式生物滤池优点因存在分层，能承受较大的有机物和有毒物质的冲击负荷。占地面积小。运行费用较低。缺点基建投资较大。BOD去除率较低，适用于处理生活污水和城市污水。只适宜于处理少量污水，一般不宜超过10000m3/d。（三）塔式生物滤池二、生物转盘好氧生物转盘是在转盘中心轴上安装一排等间距的质量轻、强度高、厚度薄、防腐蚀的圆形盘片，驱动装置带动盘片低速转动。盘片面上生长着一层生物膜，盘片与污水和空气交替接触而净化污水。二、生物转盘（一）生物转盘的构造与净化原理1.组成转盘面积的45%浸没在槽内的污水中，转轴高出水面10~25cm。盘片：直径介于2~3.6m。轻质高强、耐腐蚀、耐老化、易于挂膜、不变形等。接触反应槽：尺寸应根据转盘直径和轴长决定。转轴：支撑盘片并带动起旋转。驱动装置：包括动力设备、减速装置、传动链条等，转速一般控制在0.8~3.0r/min。二、生物转盘2.净化原理当圆盘浸没于污水中时，废水中的有机物被盘片上的生物膜吸附；当圆盘离开污水时，盘片表面形成一层薄薄的水膜，水膜从空气中吸收氧气，同时生物膜分解被吸附的有机物。圆盘每转动一圈，即进行一次吸附有机物—吸氧—氧化分解有机物的过程。圆盘不断转动，污水得到净化，同时盘片上的生物膜不断生长、增厚。老化的生物膜靠圆盘旋转时产生的剪切力脱落下来，生物膜得到更新。二、生物转盘（二）生物转盘的工艺流程根据转盘和盘片的布置形式，生物转盘可分为单轴单级式、单轴多级式和多轴多级式（单轴单级式串联布置的形式），级数多少主要取决于污水水量与水质、处理水应达到的处理程度和现场条件等因素。实践证明，处理同一种污水，如盘片面积不变，将转盘分为多级串联运行能显著提高处理水水质和水中溶解氧的含量。对于城市污水，一般多采用四级转盘进行处理。二、生物转盘处理高浓度的有机废水，可采用两级生物转盘串联的两段或多段的处理流程。从第一级到后续的各级中，原污水中有机物浓度逐渐降低，有时还可进行脱氮。二、生物转盘（三）生物转盘的特点与生物滤池相比，生物转盘有如下特点：不会发生堵塞现象，净化效果好。能耗低，管理方便。占地面积较大。有气味产生，对环境有一定影响。三、生物接触氧化法生物接触氧化法，就是在池内设置填料，已经充氧的污水淹没全部填料，并以一定的速度流经填料。填料上长满生物膜，污水与生物膜相接触，在生物膜上微生物的作用下，污水得到净化。因此，该技术又称为淹没式生物滤池。生物接触氧化，采用与曝气池相同的曝气方法，提供微生物所需的氧气，并起搅拌与混合作用，相当于在曝气池内充填供微生物栖息的填料，因此又称为接触曝气池。三、生物接触氧化法（一）生物接触氧化法的构造与布置形式1.构造池体：总高度为4.5~5.0m，填料层高度为3.0~3.5m。填料：比表面积大、孔隙率大、水力阻力小、性能稳定、经久耐用。支架曝气装置进出水装置排泥管道三、生物接触氧化法2.布置形式生物接触氧化法的形式很多，根据水流形态可分为分流式和直流式。分流式：污水充氧与生物膜的接触在不同的隔间内进行。直流式：直接从填料底部充氧，国内一般采用这种形式。三、生物接触氧化法（二）生物接触氧化法的工作原理生物接触氧化池内设置填料，填料淹没在污水中，填料上长满生物膜，污水与生物膜接触过程中，水中的有机物被微生物吸附、氧化分解和转化为新的生物膜。从填料上脱落的生物膜，随水流到二沉池后被去除，污水得到净化。空气通过设在池底的布气装置进入水流，随气泡上升时向微生物提供氧气。三、生物接触氧化法（二）生物接触氧化法的工艺特征（1）使用多种形式的填料，有利于溶解氧的转移，适于微生物存活、增殖。附着的生物膜生物丰富，除细菌和多种属的原生、后生动物外，同时还生长着氧化能力较强的球衣菌属丝状菌，无污泥膨胀之忧。（2）填料表面被生物膜布满，形成了生物膜的主体结构，由于丝状菌的大量滋生有可能形成呈立体结构的生物网，污水在其中通过，类似“过滤”作用，能够有效地提高净化效果。（3）曝气作用保持生物膜活性和高浓度生物量