生物膜法与工艺

1、生物膜法，重点介绍生物膜法、生物接触氧化法和生物流化床的基本概念和过程。难点：生物接触氧化法。概述生物膜法是与活性污泥法并行发展的污水处理技术；其实质是使细菌微生物、原生动物和后生动物附着在过滤材料或某些载体上，并在其上形成膜状生物污泥生物膜法的历史和发展：德国科学家在1865年发现了生物过滤的用途；1893年，污水被喷洒在英国的粗滤料上，成为膜生物反应器的生物过滤器。许多生物膜反应器建于20世纪30年代。在20世纪40年代和50年代，生物滤池逐渐被活性污泥所取代；20世纪70年代，新反应堆以其独特的优势吸引了人们的注意力。活性污泥法中的微生物处于悬浮状态，属于悬浮生长系统。生物膜法中的生物附

2、着在膜上，属于附着生长系统或固定膜过程，生物膜法的基本过程，14.1生物膜法的基本概念，14.1.1生物膜的形成和净化过程，生物膜结构：污水流经滤料，污水和附着在有机物上的细菌分解形成生物膜并逐渐成熟。结构：由外向内，为污水、流水层、附着水层、生物膜(分为好氧层和厌氧层)和滤料。生物膜法通过生物膜处理水，因此生物膜废水处理的关键是生物膜的质量，生物膜的形成和生长是废水有效处理的前提。生物膜特性高亲水性物质：在不断更新污水的条件下，总有一种微生物浓度高的物质附着在水层上：这些微生物和微型动物生长在膜的表面和一定深度内，形成有机污染物的食物链细菌原生动物(后生动物)。生物膜成熟标志着真正的生态系统

3、组成和有机物的降解功能已经达到平衡状态，是生物膜生长阶段的潜伏期和生长期。通常需要大约20到30天。4.厌氧层与好氧层的关系。厌氧层和好氧层之间的生态平衡。5.理想的生物膜工艺可以减缓老化，避免厌氧层的过度生长，加速好氧层的更新，防止膜脱落。生物膜的形成当污水均匀地淋洒在介质表面，在供氧充足的情况下，介质表面的微生物吸附污水中的有机物，迅速降解有机物，并逐渐在介质表面形成一层有许多微生物的粘膜，称为生物膜。随着微生物的不断繁殖和生长，生物膜的厚度不断增加，生物膜表面容易吸收养分和溶解氧，微生物生长繁殖迅速，形成由好氧和兼性微生物组成的好氧层(12毫米)。由于营养物质和溶解氧的供应条件差，微生物

4、的生长和繁殖受到限制，需氧微生物难以存活，厌氧微生物恢复其活性，形成由厌氧微生物和兼性微生物组成的厌氧层。厌氧层只有在生物膜达到一定厚度时才会出现，并且随着生物膜的增厚和延伸而变得更厚，但有机物主要出现在好氧层。生物膜中的物质迁移：由于生物膜的吸附，在其表面有一层薄的水层，称为附着水层。附着水层中的大部分有机物已被氧化，其浓度远低于过滤器进水中的浓度。由于浓度的差异，有机物会从污水中转移到附着的水层，然后被生物膜吸附。空气中的氧气也会进入生物膜。在这些条件下，微生物氧化、分解和同化有机物，产生的二氧化碳和其他代谢物部分溶解在附着的水层中，部分溶解在空气中，从而净化污水。由于生物膜厚度的增加，其

5、深层因缺氧而发生厌氧分解，并积累硫化氢、氨和有机酸等代谢物。它会削弱生物膜在惰性载体上的固定，处于这种状态的生物膜是一种惰性载体然而，当供氧充足时，好氧膜的更新速度加快，生物膜不会剧烈脱落。14.1.2生物膜载体和填料为生物膜附着、生长和固定提供了材料。它可以分为无机填料和有机填料。1.目前常用的无机载体包括沙子、碳酸盐、各种玻璃材料、沸石、陶瓷材料、碳纤维、矿渣、活性炭、金属等。无机载体具有机械强度高、化学性质稳定、比表面积大的优点。缺点是由于其密度高，不适合流化，限制了其在悬浮生物膜反应器工艺中的应用。通常，微生物以附着的形式固定在载体表面，形成生物膜。在特殊情况下，一些微生物以封装和附着

6、的形式被固定。有机载体有机载体是生物膜技术发展中应用最广泛的主要载体材料。这种载体主要包括聚氯乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、各种树脂、塑料、软或半软纤维等。其比表面积和孔隙率都很大，大大增加了有机负荷，不易堵塞。它在生产实践中得到广泛应用。由于便于沉淀和分离，它提高了活性污泥处理厂的性能。各种有机材料载体的比较。选择过滤材料时应考虑以下几个方面：1 .足够的机械强度来抵抗水流的强大剪切力；2.优异的稳定性、生物稳定性、化学稳定性和热力学稳定性。3.疏水性和良好的表面带电特性。微生物通常带负电荷，而载体带正电荷，这很容易结合。4.有毒或抑制性的。5.良好的物理性能。6.当地材料，价格合理。生物

7、膜法中使用的载体应满足以下条件：1 .它容易流动，但不容易流失；2.易于成膜，但无毒副作用；3.它可以提供大的比表面积以增加生物附着的量；4.价格低廉，材料易得。生物膜法的特点及优势：与活性污泥法相比，生物膜法具有以下优点：生物膜体积小、微生物生物量高、水力停留时间短、生物相相对稳定、抗毒抗冲击负荷能力强、处理效果好、操作方便、剩余污泥少，适用于小型污水处理厂。缺点：1 .需要更多的填料和支撑结构，资金投入高。流出物通常带有大的分离生物膜，大量无活性的细悬浮固体分散在水中，这降低了处理水的透明度。3.活性生物质难以控制，操作灵活性差。2.生物食物链较长，生物膜上的食物链比活性污泥长，比活性污泥

8、系统短。3.它能在微生物中存活很长时间。4.在具有优势菌株的区段中运行，并在区段中运行。每一段都孕育着适合该段水质的微生物。1.微生物的不同生物膜由细菌、真菌、藻类、原生动物、后生动物以及肉眼可见的蠕虫和昆虫的幼虫组成。生物膜上生物的种类、数量和生存状态概述。细菌、真菌、微型动物、滤蝇和线虫具有抑制生物膜快速生长的功能，可以形成更好的生物膜，促进生物膜脱落。与活性污泥法相比，添加了藻类、寡毛类、后生动物、昆明昆虫等生物。然而，真菌、肉足虫、纤毛虫和轮虫的含量却大大增加。微生物相的特征，处理过程的特征。对水质和水量变化的适应能力强，进水中断一段时间，对生物膜无致命影响，供水后易恢复。污泥沉降性好

9、，污泥比例大。处理低浓度废水的能力，活性污泥：不适合处理低浓度废水，如果生化需氧量长期低于50-60毫克/升，生物膜：20-30毫克/升，可降解至5-10毫克/升。14.2生物膜的生长和动力学，14.2.1生物膜的生长过程，潜伏期或适应期微生物经过不可逆的附着过程后逐渐适应生活环境，并逐渐形成小菌落，这些初始菌落首先形成于载体表面的不规则处。该阶段的持续时间取决于进水的第五浓度和载体表面的特性。当实际生物膜反应器启动时，很难控制这一阶段。生物膜的生长过程类似于悬浮微生物的生长过程，主要经历适应期、对数生长期、稳定期和衰减期。然而，根据生物膜过程的具体操作，在这四个阶段的基础上可以分为六个阶段：

10、(1)对数生长期或动态生长期的适应期形成的分散菌落开始快速生长并逐渐覆盖载体表面。生物膜厚度可达几十米。多糖和蛋白质产量增加，消耗大量溶解氧，后期氧成为限制因素。在此阶段结束时，生物膜反应器出水的底物浓度基本达到稳定值，这决定了生物膜反应器中底物的去除效率和生物膜本身的生长代谢功能。在线性生长期，生物膜在载体表面以恒定速率生长，出水基质浓度不随生物量的积累而显著变化；其有氧速率保持不变；生物膜的生物量Mb可以表达如下：该阶段总生物膜的积累主要来自非活性物质。此时生物膜活性生物量的比例很小，并且随着生物膜总量的增加呈下降趋势。原因是：剩余有效载体的表面是饱和的；明显的禁闭、有毒或抑制性物质的积聚

11、。这一阶段对底物的去除没有明显的贡献，但在流化床反应器中，这一阶段可以改变生物颗粒的体积特性。MbMaMi，MB mami，MB mami，MB mami，MB mami，MB mami，MB mami，MB mami，MB mami，MB mami，MB mami，MB mami，MB mami，MB mami，MB mami。此时，生物膜对水力剪切非常敏感。生物膜结构松散，出水悬浮物浓度明显增加。在末期，生物膜的质量和厚度趋于稳定，运行系统接近稳定。在生物膜稳定阶段，生物膜新生细胞与各种物理力造成的生物膜损失相平衡。在下一阶段，生物膜相和液相都达到稳定状态。在生物膜反应器的运行中，生物膜稳

12、定期的维持一直被认为是工艺稳定的必要保证，但在三相流化床等生物反应器中，在高底物浓度和高剪切力的作用下，这一时期很短，甚至不会出现。在脱落阶段，随着生物膜的成熟，一些生物膜脱落。生物膜中微生物的自氧化、生物膜中过厚的厌氧层以及生物膜与载体表面的相互作用都会加速生物膜的脱落。此外，一些物理作用也会导致生物膜脱落。在此阶段，出水悬浮物浓度增加，直接影响出水水质；底物降解过程受到影响，导致底物去除率下降，运行生物膜反应器时应尽量避免大量生物膜同时脱落。以上是生物膜生长规律的分析，可以帮助我们更好的控制生物膜反应器，同时也引出生物膜法的几个重要参数。14.2.2生物膜理论中的几个重要参数，生物膜的比生

13、长率是描述生物膜生长和繁殖特性最常用的参数之一。它反映了微生物活动的增加。那么微生物比生长率的定义公式为：其中：微生物浓度-微生物比生长率。1。生物膜的最大比生长率(0)，2。生物膜的平均比生长率(，底物去除率反映了生物膜种群的活性，且底物去除率越高，生物膜的生化反应活性越高。公式中，qobs基质去除率q进水流速So进水基质浓度s出水基质浓度Ao载体表面积，14.3生物滤池，基于土壤自净原理，在污水灌溉的实践上发展起来，要求预处理，二沉池中的早期生物滤池(普通生物滤池)的水负荷较低(1-4m/d)；高负荷生物滤池，生化需氧量负荷为0.1-0.4千克/立方米/天，塔式生物滤池，有限的进水生化需氧

14、量浓度为200毫克/升)，通常由回水稀释。水负荷增加3.0倍，达到40米/天；生化需氧量负荷上升至0.5-2.5千克/米天.直径与高度之比为1: 61: 8，高度=26米，通风良好，覆盖陆地，水量为80-200米/米，日负荷为2-3公斤/米，14.3.0概述，14.3.1生物滤池的概念和工作原理，含污染物的废水自上而下生长。主要净化功能取决于废水中的有机物被滤料表面的生物膜吸附和氧化。影响生物滤池功能的主要因素如下：1 .滤床的比表面积和孔隙率越大，生物膜越多，净化功能越强；孔隙率大，滤床不易堵塞，通风效果好，能为生物膜的好氧代谢提供足够的氧气；滤床的比表面积和孔隙率越大，传质界面越大，水流越

15、湍，净化功能越好。2.滤床高度在滤床的上层，废水中有机物浓度高，微生物繁殖速度快，生物膜量大且以细菌为主，有机污染物去除速度快；在过滤器的下层，废水中有机物和生物膜的数量较少，微生物由低到高，有机物的去除率降低；有机物的去除效率随着滤床深度的增加而增加，但去除率随着滤床深度的增加而降低。有机负荷和水力负荷有机负荷：单位时间内单位体积滤料供给的有机物量，实际上代表F/M值，有机物不能超过生物膜的分解能力，否则出水水质会下降。单位为千克体重/立方米。水力负荷：每天每单位表面积或每单位体积过滤器处理的废水量。指示过滤器接触时间和水流冲刷时间。水力表面负荷的单位是m3/m2.d，或m/d；相同的过滤速

16、率；单位水力容积负荷为m3/m3d。有机负荷高，生物膜生长迅速，导致滤料堵塞，因此有必要调整水力负荷。随着水力负荷的增加，水力冲刷力增加，生物膜厚度保持不变。一般来说，这是通过水回流解决的。回流通常用于高负荷生物滤池和塔式生物滤池。它的优点是：无论原废水的流量如何波动，过滤器都能连续不断地过滤废水，工作稳定；它能冲走老化的生物膜，减少膜的厚度，抑制过滤器中苍蝇的滋生；平衡过滤器负载，提高过滤器效率；它可以稀释和降低有毒有害物质的浓度和进水有机物的浓度。5.供氧生物滤池一般通过自然通风来保证供氧；影响生物滤池自然通风的主要因素有：池内温度与空气温度之差；过滤器的高度；过滤材料的孔隙率和风力；堵塞过滤器也会影响通风。14.3.2普通生物滤池，结构，普通生物滤池，又称滴滤塔，具有较低的水力负荷和生化需氧量负荷。在平面上大多数是正方形、矩形或圆形，比过滤器高1.50.9米。在寒冷地区，有时需要考虑防冻、加热或防蝇等措施。墙：外壳填料应能承受压力，分为穿孔墙和非穿孔墙。带孔的墙体有利于滤料的内部通风，但冬季容易受低温影响；池底：支撑过滤材料并去除处理过的水。游泳池底部周围有通风口。一般来说，它是一种固体拳击过滤材料，如砾石，卵石和矿渣；工作层滤料粒径为2540毫米，支撑层滤料粒径为7010毫米；同一层过滤材料应尽可能均匀，以提高孔隙率；过滤材料的粒度越小，比表面积越大，处理能力越高。然