第十三章-生物膜法.ppt

1、13 生物膜法,1. 微生物物的形态 好氧生物处理法分类： 1. 活性污泥法: 微生物悬浮生长型 2. 生物膜法：微生物附着生长型，微生物固着生长在载体的表面形成生物膜。 2. 构筑物：生物膜反应器。 按照废水与生物接触形式的不同，有：生物滤池、生物转盘、生物接触氧化池、曝气生物滤池、生物流化床； 3. 载体：填料或滤料。塑料滤料：密度小、比表面积大、孔隙率大、强度高；纤维。 4. 生物膜法：好氧法、厌氧法（厌氧滤池/UASB）,13 生物膜法,13-1 基本原理 13-2 生物滤池 13-3 生物转盘 13-4 生物接触氧化法 13-5 生物膜法的进展,13-1 基本原理,一. 生物膜: 附

2、着生长在滤料上充满微生物的立体网状结构，具有较强的吸附和生物降解性能。（图13-1 生物膜的基本结构） 结 构：好氧层(0.51mm):好氧和兼性微生物，其中异养微生物位于上层，自养微生物底层；厌氧层：厌氧分解；附着水层；流动水层 组 成：细菌（好氧、厌氧、兼性）为主、真菌（包括丝状菌）、藻类、原生动物、后生动物、蠕虫、昆虫的幼虫；上层为低级食物链，下层为高级食物链。 作用：吸附、氧化分解； 生物分层：随着水流方向，微生物从低级到高级分布，种类逐渐逐渐增多，个体数量减少；上层厚，下层厚度减小； 载体：填料或滤料、介质 生物膜培养：挂膜，过程为几天至几十天 生物膜生长速度的影响因素：有机负荷、水

3、力负荷（滤率） 生物膜脱落：老化；昆虫活动；水力冲刷。,图13-1 生物膜的基本结构,净化有机物的过程（图13-1） 有机物的扩散、氧的扩散（传质）； 有机物的吸附；有机物的氧化分解(好氧分解)； 好氧代谢产物扩散； 厌氧层的厌氧代谢(厌氧分解) ； 厌氧代谢的产物如有机酸的扩散； 生物膜的生长和脱落,活性污泥和生物膜的比较,相同点： 1. 主要利用好氧微生物吸附、氧化降解有机物； 2. 微生物以细菌为主； 3. 微生物中原生动物和后生动物的存在说明系统运行正常，能改善出水水质； 不同点: 1. 丝状菌的大量繁殖使生物膜具有立体结构，能疏松生物膜，有利于提高污染物的去除效果；而在活性污泥中则会

4、对系统构成威胁， 2. 生物膜中原生动物和后生动物比活性污泥数量多，种类更丰富； 且分层聚居，在水流的下层出现。,二、影响生物膜法污水处理效果的主要因素,进水底物的组分和浓度及其变化规律 营养物质 有机负荷和水力负荷 有机负荷：kgBOD5/m3(滤料)d 水力负荷(滤率)： m3(污水) /m2(滤料)d 有机负荷受到滤床性质的影响，即受到滤料性能的影响； 高的有机负荷，需要高的水力负荷； 在高负荷生物滤池中，提高滤率是改善生物滤池堵塞的常用措施；（表13-1） DO 生物膜量：厚度和密度与进水有机物浓度影响； pH 温度 有毒物质,表13-1 几种生物膜法工艺的负荷,三、生物膜法污水处理工

5、艺特征,与传统活性污泥法相比较，生物膜法的特点：抗冲击负荷、剩余污泥量少、操作方便；适合中小型污水处理厂采用。 微生物特征： 微生物种类丰富、量多、食物链长； 微生物中存在世代时间较长的菌种，有利于不同功能的优势菌群分段运行； 处理工艺特征： 对水质、水量的变化有较强的适应性； 可用于低浓度污水的处理； 剩余污泥量少； 运行管理方便：无污泥回流、无需调节反应器内污泥浓度、无丝状菌膨胀的危险； 需预处理：设初沉等为了去除原水中悬浮物以免堵塞滤料；水质均化。 需设二沉池截留脱落的生物膜,四、生物膜法反应动力学介绍,13-2 生物滤池,一、概述 生物滤池是生物膜法的传统工艺。 分 类 负荷不同： 低

6、负荷生物滤池：滤料为碎石、卵石、炉渣、焦炭； 高负荷生物滤池：采用处理水回流； 塔式生物滤池：采用性能改善的滤料；营养物、氧气和微生物三者充分接触、水流紊动剧烈、通风条件好； 布水方式不同： 回转式布水；（图13-3 a） 固定喷嘴式布水；（图13-3 b）,二、,(图13-4) 1. 滤床及池体 （1）滤料： 主要参数：比表面积A、孔隙率P、密度、机械强度、生物化学稳定性(不能被微生物分解、不能抑制微生物生长)； 早期滤料：碎石、卵石、焦炭、炉渣等颗粒滤料；d为38cm（拳状）；孔隙率为45%50%;比表面积为65100m2/m3; 材料：塑料、玻璃钢、树脂；形状：波纹状、蜂窝管、环状、空心

7、浮球、多孔颗粒。图13-5 环状 图13-6波纹状 滤料高度：石质拳状滤料12.5m高；塔式滤池高10m; （2）池壁：砖石、钢筋混凝土；高度高出滤池表面0.40.5m；,蜂窝斜管和蜂窝斜板,浮球填料,陶粒滤料,立体弹性填料,聚丙烯半软性填料,2. 布水系统：要求布水均匀； 有固定式喷嘴布水系统（现基本不用）和旋转式布水器(图13-3 a)； 布水中心管，布水横管；布水横管的一侧开于小孔，小孔直径1015mm；间距不等，愈近池心间距愈大，保证单位面积的滤池面积接受的水量相等；,3. 排水系统：渗水装置、集水沟、排水渠；收集并排出污水和生物膜，保证滤池通风，支承滤料；,几种滤料主要参数的比较,三

8、、生物滤池法的工艺流程初沉池生物滤池二沉池,a. 普通生物滤池(低负荷生物滤池、滴滤池) 水力负荷q低：15m3(m2滤料d) -1 有机物滤料负荷qF低： 100300mgBOD5(m3滤料d) -1 BOD5去除率高：8590；出水水质好,BOD5 2030mgL-1; 采用拳状颗粒滤料，d38cm；工作H1.21.8m； 承脱层颗粒h0.2m； 滤料的总H1.52.0m2.5m； 布水系统：固定式喷嘴布水系统； 有机物发生吸附、氧化、硝化作用：出水有DO和硝酸盐；二沉池的污泥稳定、颜色深； 生物膜周期性脱落：主要由于膜老化和昆虫活动；,b. 有回流的高负荷生物滤池(图13-10),水力负

9、荷q高：940m3(m2滤料d) -1 有机负荷高：0.51.5gBOD5(m3滤料d) -1，在1.1左右 BOD5去除率：8090；出水BOD5 30mgL-1; 卵石或石英石滤料；H24m； 布水系统：旋转式布水系统； 出水无DO和硝酸盐；二沉池的污泥稳定性差，泥量大； 生物膜经常性地脱落：主要由于水力冲刷 为保证高负荷、出水水质好，采用回流的运行方式(一般回流后的进水BOD5200g L-1;) 二级生物滤池：提高处理效率； 两个高负荷生物滤池串连(图13-10c、d) ，第二级池中有硝酸盐和DO； 交替式二级生物滤池(图13-9),高负荷生物滤池的两种回流方式 (图13-10a，b)

10、,图13-9 交替式生物滤池流程,生物滤池,二沉池,初沉池,生物滤池,二沉池,c. 塔式生物滤池(图13-11),流 程： 单级进水（图13-3a） 二级进水（图13-3b） 直径R为13.5m；高度H为824m；R/H=68； 进水BOD5 500mgL-1; 填料要求密度低、装填的填料分层，每层2m； BOD去除率降低，常用于有机废水的预处理，以大幅度去除有机物；,三种生物滤池的性能比较,三、影响生物滤池的因素,1. 滤床高度H 位置不同，微生物种群不同； E在一定调节下，与H正相关，但在H超过一定值时，不经济；,2. 负荷：集中反映生物滤池工作性能的参数。 （1）水力负荷： 表征生物滤池

11、的接触时间和冲刷能力。 水力表面负荷：滤率/m3(m2d) -1 水力体积负荷/m3(m3d) -1 （2）有机负荷/ kgBOD5(m3d) -1: 每天供给单位体积滤料的有机物量， 表征F/M值,回流的出发点 提高水力负荷（滤率），防止滤池堵塞，改善卫生状况； 保证滤池在有机负荷高的条件下能正常工作； 改善进水状况； 调节和稳定进水。 回流影响出水水质的原因 稀释进入到生物滤池中的有机物浓度，有利于提高出水水质 滤率提高后， 流动水的紊流程度增大；有利 微生物周围有机物的浓度梯度减小；不利 废水在滤池中的停留时间t减小；不利,3. 回流：在高负荷生物滤池中，多采用回流，一般要求回流后BOD

12、5200mg/L（表13-3回流滤池回流比与进水浓度之间的过关系）,4. 供氧 （1） 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。 （2）入流有机物浓度较高时，供氧可能成为限制因素：一般高负荷生物滤池保证进水COD400mgL-1。,表征生物滤池工作性能的参数,1. 有机负荷N/ kgBOD5(m3d) -1 N值高，滤池单位体积单位时间内去除的有机污染物多。 对于一定的有机污染物，所需要的滤池体积小。 2. 处理效果或出水水质 出水的有机物浓度、SS； 3. 处理效率E 如无回流，则指生物滤池的处理效率 如有回流，则指整个系统的处理效率,五、 生物滤池系统的功能设计,处理系统：

13、生物滤池、二沉池、和初沉池、回流泵 1 滤池类型 2 流程选择 流程(1)是否设置初沉池；(2) 采用几级生物滤池；(3)是否采用回流，回流方式和回流比的确定。 3 滤池个数和滤床尺寸确定 工艺设计内容：确定滤床总体积V，面积A，和高度h。 4 布水设备计算,滤池个数和滤床尺寸的确定,(1) 滤床总体积（V）,LV有机容积负荷，kgBOD5/m3d。 城镇污水生物滤池的负荷率取值表13-4 (2) 滤床高度h 的确定 (3) 校核滤率，是否合理 回流式滤池深较浅时，水力负荷要求30m/d。 表 13-5 回流式生物滤池的滤率。 【例题】,例 题,已知某城镇人口80 000人，排水量定额为100

14、 L/人d，BOD5为20 g/人d。设有一座工厂，污水量为2 000 m3/d，其BOD5为2 200 mg/L。拟混合采用回流式生物滤池进行处理，处理后出水的BOD5要求达到30 mg/L 。,生活污水与工业废水混合后BOD5浓度,【解】 （1）基本设计参数计算(设在此不考虑初沉池计算) 生活污水和工业废水总水量,由于混合后BOD5浓度较高，应考虑回流，由表13-3设回流比r=3.00，则稀释后滤池进水BOD5( )为,（2）生物滤池个数和滤床尺寸计算 生物滤池总体积： 设LV1.1 kg BOD5/m3d，则,设池深为2.5m，则滤池总面积为,若采用6个滤池，每个滤池面积,滤池直径为,（

15、3）校核,经过计算，采用6个直径23m，高2.5m的高负荷生物滤池。,六、生物滤池的运行及其经验,1. 挂膜阶段：生活污水 2. 驯化挂膜阶段：含有毒物质的工业废水 3.表13-7 几个生物滤池的技术数据,13-3 生物转盘,生物转盘（又名转盘式生物滤池）是一种生物膜法处理设备。它具有很多优点，在印染、造纸、皮革和石油化工等行业的工业废水处理中得到应用，效果较好。,与生物滤池相比，生物转盘的特点： 没有堵塞现象； 能耗低； 占地面积大； 有气味产生。,生物转盘去除废水中有机污染物的机理，与生物滤池基本相同，但构造形式与生物滤池很不相同。,圆 盘,一部分浸没在污水中；一部分敞露在空气中； 转轴中心高度高出液面150mm以上； 膜厚0.52.0mm，不断生长、繁殖、老化、脱落； 转盘材料：聚乙烯硬质塑料、玻璃钢 转盘形状：蜂窝板、波纹板 盘片直径23m，最大5m； 盘片间距2535mm（进水端）， 1020mm（出水端）； 轴长7.6m; 当系统要求盘片面积大时，可分组安装，即分级安装，串连运行；,半圆形水槽,材料：混凝土槽、钢槽 驱动装置 附有减速装置的电动机；或水轮驱动；或空气驱动 生物转盘的工艺流程 单轴单级 单轴多级 多轴多级,13-4 生物接触氧化法,又名浸没式曝气生物滤池； 是介于活泥法和生物滤池二者之间的污水生