水质工程学上wqe2-chapter14-2

1、生物膜法第14章14.0 概述原14.1 生物膜法的基本概念理14.2 生物膜的增长及动力学14.3 生物滤池生物转盘14.4工艺及 应 用生物接触氧化法14.5生物流化床14.6其他新型生物膜反应器和联合处理工艺14.7生物膜法的运行管理14.8No. 1生物膜的增长及动力学14.2潜伏期或适应期对数增长期或动力学增长期线形增长期生物膜的增长过程减速增长期生物膜稳定期脱落期生物膜的比增长速率生物膜理论中的几个重要参数底物比去除速率No. 2量对数增殖期减衰增殖期内源呼吸期微生物增殖曲线cd氧利用速率曲线S(BOD)降解曲线baXO时间活性污泥微生物增殖曲线及其和有机底物降解、氧利用速率的关系

2、（间歇培养、底物一次性投加）活性污泥微生物的增长活性污泥微生物增殖分为以下四个阶段（期）:适应期 亦称延迟期或调整期。本期是微生物培养的最初阶段，是微生物细胞内各种酶系统对新培养基环境的适应过程。对数增殖期 又称增殖旺盛期。出现本期的环境条件是F/M比值很高，有机底物非常充分，营养物质不是微生物增殖的控制因素，微生物以最高速率摄取有机底物，也以最高速率增殖和合成新细胞。由上图可见，微生物（活性污泥）的增殖速率与时间呈直线关系，为一常数值，其值即为直线的此，对数增殖期又称为“等速增殖期”斜率。据减衰增殖期又称稳定期和平衡期。随着有机底物浓度不断下降，微生物的不断增殖，F/M比值继续下降，营养物质

3、逐步成为微生物增殖的控制 素，此时微生物的增殖过渡到减衰增殖期。在此期间 ，微生物的增殖速率和有机底物的降解速率已大为降低，并与残存的有机底物浓度有关，呈一级反应。又称衰亡期。污水中有机底物持续内源呼吸期下降，达到近乎耗尽的程度，F/M比值随之降至很低的程度。微生物由于得不到充足的营养物而开始大量地利用自身体内储存的物质或衰亡菌体，进行内源代谢以维持生命活动，微生物 进入内源呼吸期。生物膜的增长过程参（1） 数（2）（3）（4）（5）在大量试验事实基础上，法国Capdeville教授等人于90年代初对生物膜的增长过程进行了详细划分，认为生物膜整个增长过程由如下六个阶段组成。如图：MbSfMaM

4、 曲线：生物膜总量b的变化过程；永久性/M O2暂时性/MbbSF曲线：底物浓度变化过程；时间生物膜增长期线形Ma曲线：活性生物量的变化过程；减速稳定指数潜伏期Ma动态阶段Ma稳定阶段O2曲线：氧的利用率。暂时性/Ma永久性/MaNo. 6潜伏期或适应期对数期或动力学增长期线形增长期减速增长期生物稳定期脱落期No. 7潜伏期或适应期这一阶段是微生物在经历不可逆附着过程后，开始逐渐适应生存环境，并在载体表面逐渐形成小的、分散的微生物菌落。这些初始菌落首先在载体表面不规则处形成。这一阶段的持续时间取决于进水底物浓度以及载体表面特性。在实际生物膜反应器启动时，要控制这一阶段是很困难的。No. 8生物

5、膜的增长过程参（1） 数（2）（3）（4）（5）在大量试验事实基础上，法国Capdeville教授等人于90年代初对生物膜的增长过程进行了详细划分，认为生物膜整个增长过程由如下六个阶段组成。如图：MbSfMaM 曲线：生物膜总量b的变化过程；永久性/M O2暂时性/MbbSF曲线：底物浓度变化过程；时间生物膜增长期线形Ma曲线：活性生物量的变化过程；减速稳定指数潜伏期Ma动态阶段Ma稳定阶段O2曲线：氧的利用率。暂时性/Ma永久性/MaNo. 9对数期或动力学增长期在适应期形成的分散菌落开始迅速增长，逐渐覆盖载体表面。在此阶段由于有机物、溶解氧及其它营养物的供给超过了消耗的需要，附着微生物以最

6、大速度在载体表面生长。一般在动力学增长期末，生物膜厚可达几十个微米。在动力学增长期，通常可观察到如下现象：生物膜多聚糖及蛋白质产率增加；底物浓度迅速降低，即有机污染物降解速率很高；大量的溶解氧被消耗，在此阶段后期，供氧水平往往成为底物进一步去除的限制性因素；生物膜量显著增加，在显微镜下观察到的生物膜主要由细菌等活性微生物组成。No. 10生物膜的增长过程参（1） 数（2）（3）（4）（5）在大量试验事实基础上，法国Capdeville教授等人于90年代初对生物膜的增长过程进行了详细划分，认为生物膜整个增长过程由如下六个阶段组成。如图：MbSfMaM 曲线：生物膜总量b的变化过程；永久性/M O

7、2暂时性/MbbSF曲线：底物浓度变化过程；时间生物膜增长期线形Ma曲线：活性生物量的变化过程；减速稳定指数潜伏期Ma动态阶段Ma稳定阶段O2曲线：氧的利用率。暂时性/Ma永久性/MaNo. 11线形增长期许多学者将生物膜的生物量按照生物活性划分为两类则生物膜总量为：式中 Mb生物膜总量，质量面积-1。No. 12Mb= MaMi非活性生物量（Mi）代表在底物降解过程中不再起任何作用的部分，这些非活性生物量主要集中在菌落内部。活性生物量（Ma），主要是降解进水底物，它处于新生菌落及已经存在菌落的表面和边缘部分；这一阶段的重要特点是：出水底物浓度不随生物量的积累而显著变化；其耗氧速率保持不变；在

8、载体表面形成了完整的生物膜三维结构。生物膜的增长过程参（1） 数（2）（3）（4）（5）在大量试验事实基础上，法国Capdeville教授等人于90年代初对生物膜的增长过程进行了详细划分，认为生物膜整个增长过程由如下六个阶段组成。如图：MbSfMaM 曲线：生物膜总量b的变化过程；永久性/M O2暂时性/MbbSF曲线：底物浓度变化过程；时间生物膜增长期线形Ma曲线：活性生物量的变化过程；减速稳定指数潜伏期Ma动态阶段Ma稳定阶段O2曲线：氧的利用率。暂时性/Ma永久性/MaNo. 13大量实验表明，在生物膜动力学增长期末，活性生物量已经达到最大值（Ma）max，与此对应，生物膜反应器应在液相

9、达到稳态。而生物膜线性阶段的生物膜总量的积累主要源于非活性物质。此时生物膜内活性生物量所占比例很小，且随生物膜总量的增长呈下降趋势。一般非活性物质在生物膜内的积累因生物膜菌种特性及环境条件不同而变化。导致非活性物质在生物膜积累的主要原因可剩余有效载体表面饱和No. 14随着生物膜中细菌密度的增长，禁锢作用变得较为明显或抑制性产物的积累，使部分活性生物量受到抑制或丧失了其生理活性减速增长期由于生存环境质量的改变以及水力学作用，这一段内生物膜增长速率逐渐放慢。减速增长期是生物膜在某一质量和膜厚上达到稳定的过渡期。在减速增长期，生物膜对水力学剪切作用极为敏感，水力剪切作用限制了新细胞在生物膜内的进一

10、步积累，生物膜增长开始与水力剪切作用形成动态平衡。尤其在高溶解氧生物膜反应器中，生物膜结构疏松，这时水力剪切作用更为敏感。No. 15减速增长期在实际生物膜反应器运行中，经常可以观察到在减速增长期内，出水中悬浮物浓度明显增高，这一部分附加悬浮物正是由于生物膜在水力剪切作用下脱落所造成。在减速增长期末，生物膜质量及厚度都趋于稳定值，此时生物膜系统自身运行接近稳定。No. 16生物膜的增长过程参（1） 数（2）（3）（4）（5）在大量试验事实基础上，法国Capdeville教授等人于90年代初对生物膜的增长过程进行了详细划分，认为生物膜整个增长过程由如下六个阶段组成。如图：MbSfMaM 曲线：生

11、物膜总量b的变化过程；永久性/M O2暂时性/MbbSF曲线：底物浓度变化过程；时间生物膜增长期线形Ma曲线：活性生物量的变化过程；减速稳定指数潜伏期Ma动态阶段Ma稳定阶段O2曲线：氧的利用率。暂时性/Ma永久性/MaNo. 17生物稳定期这一阶段的主要特点是生物膜新生细胞与由于各种物理力所造成的生物膜损失达到平衡。在此阶段，生物膜相及液相均已达到稳定状态。通常生物膜稳定期的长短，与运行条件诸如底物供给浓度、剪切力等密切相关。在实际生物膜反应器运行中， 生物膜稳定期的维持一直认为是过程稳定性的必要保证，而在三相流化床等生物膜反应器中，在高底物浓度、高剪切力作用情况下，这一阶段存在时间很短，甚

12、至不出现。No. 18生物膜的增长过程参（1） 数（2）（3）（4）（5）在大量试验事实基础上，法国Capdeville教授等人于90年代初对生物膜的增长过程进行了详细划分，认为生物膜整个增长过程由如下六个阶段组成。如图：MbSfMaM 曲线：生物膜总量b的变化过程；永久性/M O2暂时性/MbbSF曲线：底物浓度变化过程；时间生物膜增长期线形Ma曲线：活性生物量的变化过程；减速稳定指数潜伏期Ma动态阶段Ma稳定阶段O2曲线：氧的利用率。暂时性/Ma永久性/MaNo. 19脱落期生物膜脱落是一种随机现象。随着生物膜的成熟，部分生物膜发生脱落。影响因素实际中若进水中含有抑制或毒性物质，导致附加的

13、生物膜脱落生物膜与载体表面间相互作用生物膜内微生物自身氧化内部厌氧层过厚某些物理作用，诸如作用于生物膜上的重力及剪切力等变化也可引起膜的脱落生物膜反应器运行在此阶段具有如下特点：出水悬浮物浓度增高，直接影响出水水质；底物降解过程受到影响，其结果是使底物去除率降低。从实际运行角度来说，生物膜反应器应避免生物膜在运行过程中同时大量脱落。No. 20生物膜的增长过程参（1） 数（2）（3）（4）（5）在大量试验事实基础上，法国Capdeville教授等人于90年代初对生物膜的增长过程进行了详细划分，认为生物膜整个增长过程由如下六个阶段组成。如图：MbSfMaM 曲线：生物膜总量b的变化过程；永久性/

14、M O2暂时性/MbbSF曲线：底物浓度变化过程；时间生物膜增长期线形Ma曲线：活性生物量的变化过程；减速稳定指数潜伏期Ma动态阶段Ma稳定阶段O2曲线：氧的利用率。暂时性/Ma永久性/MaNo. 21根据上面对生物膜增长规律的分析，从底物去除的角度来看，我们可以得到以下几点重要结论：在动力学增长末期，活性生物量达到其最大值，此时在生物膜反应器中液相达到稳定状态，此时生物膜较薄，一般不超过50微米；在生物膜稳定期末，生物膜相达到其稳定状态，此时生物膜可达到数百微米。No. 22生物膜理论中的几个重要参数1.生物膜的比增长速率微生物比增长速率（）是描述生物膜增长繁殖特性的最常用参数之一，它反映了

15、微生物增长的活性。微生物比增长速率的定义为：式中X微生物浓度，质量体积-1；微生物比增长速率，时间-1。No. 23m = dXdtXX从理论上讲，当获得微生物增长曲线（X-t）后，可通过任一点的导数及对应的X值计算出微生物增长过程中t时刻对应的比增长速率（如图）。dXt1/dtXt1dXt1/dt=t1Xt1t0t1No. 24目前，生物膜比增长速率主要有两类：一是动力学增长阶段的比增长速率，亦称生物膜最大比增长速率，二是整个生物膜过程的平均比增长速率。生物膜最大比增长速率（0）生物膜在动力学增长期遵循如下规律：积分后得:生物膜平均比增长速率一般根据下式计算：-1Mbs生物膜稳态时对应生物膜

16、量，质量面积 ；-1Mbo初始生物膜量，质量面积 。生物膜平均比增长速率反映了生物膜表观增长特性。由于生物膜成长过程中往往伴随着非活性物质的积累，因此从严格生物学意义上说，并不能真实反映生物膜群体的增长特性。No. 25Mbs - Mbom = tMbs生物膜平均比增长速率()ln Mb= m0t + CdMb= m M dt0b2.底物比去除速率 (q0bs)在实际过程中，底物比去除速率反映了生物膜群体的活性， 底物的去除速率越高，说明生物膜生化反应活性越高。q0bsQ S0 S A0底物比去除速率，时间-1；进水流量，体积时间-1；进水底物浓度，质量体积-1；出水底物浓度，质量体积-1；载

17、体表面积，面积No. 26q= Q(S0- S)obsA M0b生物滤池14.31、生物滤池的概念2、普通生物滤池3、高负荷生物滤池4、塔式生物滤池5、曝气生物滤池No. 27生物滤池是生物膜反应器的最初形式，已有百余年的发展史。1900年以后，1893年在英国试行将污水喷洒在粗滤料上进行净 化 试验，取得良好的处理效果。这种工艺得到公认，命名为生物过滤法， 处理构筑物则称为生物滤 池，开始用于污水处理实 践，并迅速地在欧洲一些国家得到应用。但早期出现的生物滤池水力负荷和BOD负荷都很低， 虽净化效果好，但占地面积大，而且易于堵塞，后来人们采取处理水回流的措施，提高了水力负荷和有机负荷，从而成

18、为高负荷生物滤池。由于填料的革新、工艺运行的改善，生物滤池已由低负荷向高负荷发展，现有的主要类型为普通低负荷生物滤池与高负荷生物滤池、塔式生物滤池以及曝气生物滤池等。1951年原德国化学工程师舒尔兹根据气体洗涤塔原理创立了塔式生物滤池，通风畅行，净化功能良好，也使占地大的问题进一步得到解决。No. 28生物滤池的发展沿革在生物滤池中，污水通过布水器均匀的分布在滤池表面，在重力生物滤池的工作原理作用下，以滴状喷洒下落，另一部分则以薄膜的形式渗流过滤料，成为流动水层，一部分被吸附于滤料表面，成为呈薄膜状的附着水层污水流过滤床时， 滤料截留了污水中的悬浮物，同时把污水中的胶体和溶解性物质吸附在自己的

19、表面，有机物被微生物利用以生长繁殖，逐渐形成了生物膜。滤料生物膜成熟后，栖息在生物膜上的微生物即摄取污水中的有机物作为营养，对污水中的有机物进行吸附氧化作用，因而污水在通过生物滤池时能得到净化。No. 291、生物滤池的概念产生有机酸、氨和硫化氢等厌氧分解产物，这些中间产物有的很不稳定，有的还带有嗅味，从而影响出水的水质。靠近滤料的一层生物膜因得不到充足氧的供应而使厌氧生物发展起来，形成厌氧层当生物膜较厚、污水中有机物浓度较大时，空气中的氧将很快被表层的生物膜所消耗生物膜越厚，滤料间的孔隙越小，滤池的通风情况就越差，空气中的氧就越不容易进入生物膜。有时生物膜的增长甚至会造成滤池的堵塞，使滤池的

20、工作完全停顿下来。No. 30影响生物滤池性能的主要因素生物滤池中同时发生着：有机物在污水和生物膜中的传质过程；有机物的好氧和厌氧代谢过程；氧在污水和生物膜中的传质过程生物膜的生长和脱落过程。影响这些过程的主要因素为：No. 31回流负荷供氧滤池高度滤池高度人们早就发现，滤床的上层和下层相比，生物膜量、微生物种类和去除有机物的速率均不相同。滤层，污水中有机物浓度较高，微生物繁殖速率高，种属较低级，以细菌为主，生物膜量较多，有机物去除速率较高。随着滤床深度增加，微生物从低级趋向高级，种类逐渐增多，生物膜量从多到少。滤床中的这一递变现象，类似污染河流在自净过程中的生物递变。No. 32负荷生物滤池

21、的负荷是一个集中反映生物滤池工作性能的参数，同滤床的高度一样，负荷直接影响生物滤池的工作，主要有水力负荷和有机负荷两种。No. 33有机负荷即指单位时间供给单位体积滤料的有机物量，单位为kg(BOD5)/m (滤料)d。由于一定的滤3料具有一定的比表面积，滤料体积可间接表示生物膜面积和生物数量，所以有机负荷实质上表征了F/M值。有机负荷不能超过生物膜的分解能力，否则出水水质将相应有所下降。水力负荷即单位面积的滤池或单位体积滤料每日处理的废水量， 单位为m3（废水）/m2(滤池)d或m3(废水)/m3(滤池)d，表征滤池的接触时间和水流的冲刷能力。水力负荷太大则流量大，接触时间短，净化效果差；水

22、力负荷太小则滤料不能得到完全利用，冲刷作用小。回流回流多用于高负荷生物滤池的运行系统，对其性能有明显的影响。No. 34缺点缩短了废水在滤池中的停留时间；降低入流污水的有机物浓度，降低传质和有机物的去除率；冬天使池中水温降低；增加能耗，增大运行费用。优增大水力负荷，促进生物膜的脱落，防止滤池堵塞及孳生蚊蝇；可稀释污水，降低其有机负荷，并借以均化、稳点一般高；水水中某认定为进下水述水情质况；时考虑出水回流：进水有机物浓度较量很可小向，生无物法滤维池持连水续力接负种荷，在促最进小生经物验膜值的以生上长时；废种有增机加污进染水物的在溶高解浓氧度，时改有善可进能水抑的制腐微化生状物态生。长。供氧向生物

23、滤池供给充足的氧是保证生物膜正常工作的必要条件，也有利于排除代谢产物。No. 35供氧条件与有机负荷密切相关。但当入流污水有机物浓度较高时，供氧条件就可能成为影响生物滤池工作的主要因素，为保证生物滤池的正常工作，可采用回流的方法，降低滤池进水有机物浓度，或采用机械通风，以保证滤池供氧充足，正常运行。在生物滤池中，微生物所需的氧一般来自大气，靠自然通风供给，影响滤池自然通风的主要因素是自然拔风和风力自然拔风的推动力是池内外的气温差以及滤池高度。温差愈大，滤池内的气流推动力越大，通风量也就愈大。配水配水干管及支管虹吸滤料排水渗水装置通气道普通生物滤池示意图普通生物滤池负荷低，水力负荷只有14m3/

24、m2(滤池)d，BOD负荷也仅为0.10.4kg/m3(滤池)d。No. 36又名滴滤池（Trickling filter），是生物滤池早期出现的类型， 即第一物滤池。2、普通生物滤池（1）.构造特征池体配水配水干管及支管虹吸滤料排水渗水装置池壁多由砖石筑造，具有围护滤料的作用，应能够承受滤料压力。一些池壁上由许多孔洞，用以促进滤层的内部通风。通气道池底的作用是支撑滤料和排除处理后的出水。池底底部四周设通风 口，其总面积不小于滤池表面积的1%。No. 37在平面上多是方形、矩形或圆形。布水装置的主要任务是向滤池表面均匀地撒布污水。还应：适应水量的变化；不易堵塞和易于清通以及不受风、雪影响等特征

25、。普通生物滤池的布水装置多采用固定喷嘴式布水系统。固定喷嘴式布水系统是由投配池，布水管道和喷嘴等几部分所组成.配水排水系统设于池的底部，它有两个作用：一是排除处理后的出水；二是保证滤池的通风良好。排水系统包括渗水装置、汇水沟和总排水沟以及其供通风的底部空间。No. 38配水干管及支管虹吸滤料 渗水装置排水通气道（2）.适用范围与优缺点普通生物滤池一般适用于处理每日污水量不高于1000m3的小城镇污水或有机性工业废水。易于管理、节省能源、运行稳定、剩余污泥少且易于沉降分离等。优点占地面积大、不适合处理水量大的污水；滤料易于堵塞；滤池表面生物膜积累过多，易于产生滤池蝇，恶化环境卫生；喷嘴喷洒污水，

26、散发臭味。No. 39正是因为普通生物滤池具有上述缺点，使其在推广应用上受到很大限制，近年来应用较少，有日渐被淘汰的趋势。缺点高负荷生物滤池是生物滤池的第二代工艺，它是在解决、改善普通生物滤池在净化功能和运行中存在的实际弊端的基础上而开创的。（1）.构造特征在构造上，高负荷生物滤池与普通生物滤池略有不同，主要如下：No. 40高负荷生物滤池在平面上多为圆形。如使用粒状滤料， 其粒径较大，空隙率较高。滤料层高一般为2.0m。现在，高负荷生物滤池也已广泛使用由聚氯乙烯、聚苯乙烯和聚酰胺等材料制成的呈波形板状、列管状和蜂窝状等人工滤料。3、高负荷生物滤池高负荷生物滤池多使用旋转布水器。旋转布水器有多

27、种结构形式，右图所示为其中应用较为广泛且构造简单的一种。在横管的同一侧开有一系列间距不等的孔口，中心较疏，周边较密，须经计算确定。污水从孔口喷出，产生反作用力， 从而使横管按与喷水相反的方向旋转。再流入布水横管，横管绕竖管旋转。配水短管布水横管滤料进水竖管污水以一定的压力流入位于池中央处的固定竖管No. 41（2）.工艺特征高负荷生物滤池大幅度地提高了滤池的负荷率，其BOD容积负荷率高出普通生物滤池68倍，高达0.52.5kg/m3(滤池)d；水力负荷率则高出10倍，高达540m3/m2(滤池)d。No. 42高负荷生物滤池实现高负荷率是通过限制进水的BOD5值和在运行上采取处理水回流等技术措

28、施而达到的。进入高负荷生物滤池的BOD5值必须低于200mg/L，否则用处理水回流加以稀释。回流水量(QR)与原污水量(Q)之比称为回流比(R):喷洒在滤池表面上的总水量(QT)为:总水量(Q )与原污水量(Q)T之比称为循环比（F）:No. 43F = QT= 1 + RQQT= Q + QRR = QRQ采取处理水回流措施，原污水的BOD值(或COD值)被稀释，进入滤池的污水BOD浓度根据下列关系式计算。根据得：喷洒向滤池的污水BOD值，mg/L；Sa原污水的BOD值，mg/L； 滤池处理水的BOD值，mg/L；S0SeR回流比。No. 44S=S0+ RSea1 + RSa (Q + Q

29、R ) = SOQ + QR Se4、塔式生物滤池塔式生物滤池，简称滤塔，是在50年代初开创的，属第三物滤池。（1）. 工艺特征l)高负荷率塔式生物滤池的水力负荷率可达80200m3/(m2d)，为一般高负荷生物滤池的210倍，BOD容积负荷率达10002000gBOD5/(m3d)，较高负荷生物滤池高23倍。 塔式生物滤池内的生物膜能够经常保持较好的活性。但是，生物膜生长过快，易于产生滤料的堵塞现象。2)滤层内部的分层塔滤滤层内部存在着明显的分层现象，在各层生长繁育着种属各异，但适应流至该层污水特征的微生物群集，这种情况有助于微生物的增殖、代谢等生理活动，更有助于有机污染物的降解、去除。由于

30、具有这种分层现象的特征，塔滤能够承受较高的有机污染物的冲击负荷，对此，塔滤常用于作为高浓度工业废水二级生物处理的第一级工艺，较大幅度地去除有机污染物，以保证 第二级处理技术保持良好的净化效果。5（2）. 构造特征塔式生物滤池 包括塔身、滤料、布水装置、通风系统四部分。如图 所示：1-塔身；2-滤料；3-格栅 4-检修口；5-布水器； 6-通风口；7-集水槽 31246塔式生物滤池构造示意图7（3）.适用条件与优缺点 塔式生物滤池适用于生活污水和城市污水处理，也适用于处理各种有机性的工业废水，但只适宜于少量污水的处理，一般不宜超过10000m3/d。 塔式生物滤池的优点是占地面积可大大缩小，对水

31、量水质突变的适应性强，即使是受突然变化的负荷影响后，一般也只是上层滤料的生物膜受影响，因此能较快地恢复正常工作。 其主要不足之处是在地形平坦处需要的污水抽升费用较大，并且由于池高使得运行管理也不太方便，但这些都不至于影响塔式生物滤池在实践中的应用。5、曝气生物滤池n 曝气生物滤池(Biological AeratedFilter，简称BAF)，是20世纪80年代末和90年代初在欧美兴起的一种污水生物处理技术，起初用作三级处理 ，后发展成直接用于二级处理。该工艺处理负荷高，BOD的容积负荷可以达到56kg/(m3d)。n 曝气生物滤池从单一的工艺逐渐发展成系列综合工艺。有去除SS、COD、BOD

32、以及硝化、脱氮、除磷、去除AOX（有害物质）的作用。原污水流入溢流堰反冲洗水排水管中间排水管承托层曝气用空气管处理水排水管反冲用空气管反冲洗水进水管曝气生物滤池构造示意图填料层（1）.工作原理及特征采用曝气生物滤池时为了减少污水中的悬浮物，进入生物滤床的污水要求进行充分的预处理。一般要求生物滤床进水悬浮物（SS）浓度在5060mg/L。对于用于三级处理的曝气生物滤池工艺，进水浮物浓度一般不会影响生物滤床的效率。如果把 生物滤床作为主要生物处理段，那么采用常规的初沉池处理很难保证生物滤床进水悬浮物浓度在50mg/L以下，需要采用初沉池的预处理，最好与一级强化处理相结合。n 在曝气生物滤池工艺中进

33、水水流向下，空从距滤料底部30cm处通入，空气流向上， 两者形成逆流，增大了气/水接触时间， 有利于氧的转移，发挥下层滤料表面生物膜的氧化降解作用，提高整个曝气生物滤池的储污能力，延长反冲周期。n 由于滤料粒径小，比表面积大，使池中容纳着大量微生物，从而体现出容积负高 、高、停留时间短的特点，又能保证滤池在较低的污泥负荷下运行，为进一步降解污水中的有机污染物提供了可靠的保证，进而获得优良的处理效果，保证了出水稳定。n 处理水由底部出水系统收集到出水渠， 进入集水池。当滤池运行到一定时期，随着生物量和滤料中截留杂质的增加，滤料中水头损失增大，水位上升，需对滤料进行反冲洗，反冲洗废水通过排水管回流

34、到一级处理设施曝气生物滤池具有以下特征：1) 、用粒状填料作为生物载体，如陶粒、焦炭、石英砂、活性炭等；2) 、区别于一般生物滤池及生物滤塔，在去除BOD、氨氮时需进行曝气；3) 、高水力负荷、高容积负荷、水力停留时间 短及高的生物膜活性；4) 、具有生物氧化降解和截留SS 的双重功能，生物处理单元之后不需要再设二次沉淀池；5) 、需定期进行反冲洗，清洗滤池中截留的SS，同时更新生物膜。（2）新型曝气生物滤池A：BIOCARBONE进水反冲洗出水反冲洗进水曝气管反冲洗进气管BIOCARBONEn 在滤池中下部设曝气管(一般距底部2540cm 处)进行曝气，曝气管上部起生物降解作用，下部主要起截

35、留SS及脱落的生物膜的作用。运行中，因截留了SS及生物膜的生长，水头损失逐渐增加，达到设计值后，开始反冲洗。一般采用气水联合反冲，底部设反冲洗气、水装置。BIOCARBONE属早期曝气生物滤池，其缺点是负荷仍不够高，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多数，滤池纳污率不高，容易堵塞，运行周期短。法国Degremont公司开发的BIOFOR和OTV公司开发的BIOSTYR，克服了BIOCARBONE的这些缺点。B: BIOFOR处理出水反冲洗出水填充材料垫层曝气反冲气反冲洗进水进水BIOFOR(Bio-Filtration OxygenatedRe

36、actor，简称BIOFOR)，其结构如图示。BIOFOR运行时一般采用上向流，污水从底部进入气水混合室，经长柄滤头配水后通过垫层进入滤料，在此进行BOD、COD、氨氮、SS的去除。反冲洗时，气、水同时进入气水混合室，经长柄滤头配水、气后进入滤料，反冲洗出水回流入初沉池，与原污水合并处理。BIOFOR采用上向流(气水同向流)的主要原因有：1)、同向流可促使布气、布水均匀；2)、若采用下向流，则截留的SS主要集中在料的上部。运行时间一长， 滤池内会出现负水头现象，进而引起沟流，采用上向流可免这一点；3)、采用上向流，截留在底部的SS可在气泡上 升过程中被带入滤池中上部，加大填料的纳污率，延长了反

37、冲洗间隔时间。C：BIOSTYRBIOSTYR结构示意图BIOSTYR滤池是BAF工艺的一种，是法国OTV公司的注册工艺，由于采用了新型轻质悬浮填料Biostyrene（主要成分聚苯乙烯且密度小于1.0g/cm3）而得名。脱氮的BIOSTYR反应器的结构和原理如图14-20所示，滤池底部设有进水和排泥管，中上部填料层，厚度一般为2.53m，填料顶部装有挡板，防止悬浮填料的流失。与一般的BAF工艺不同之处是其滤头设在池子的子的上部，在上部挡板上均匀安装有出水滤头。挡板上部空间用作反冲洗的储水区，其高度根据反冲洗水头而定，该区设有回流泵用以将滤池出水泵送至配水廊道，继而回流到滤池底部实现反硝化。B

38、IOSTYR 工艺抓住BAF 的技术关键 填料，因此具有如下工艺特点：1） 采用新型密度小于水的球形有机填料，利微 生物的生长和截留SS， 促进水 气均匀混合；2） 池内微生物浓度大， 活性高，处理负荷高 ，出水水质优，运行稳定；3） 占地省，投资少；4） 工艺流程简单，运行灵活，管理方便；5） 增加了预处理日常药剂费用；6） 污泥量相对加大，污泥稳定性较差。n BIOSTYR工艺在欧美应用较普遍，而且许多工程集中在处理厂用地紧张、出水水质要求高的地方。（3） 、曝气生物滤池的主要优点及缺点n 1)、主要优点n a)占地面积小，基建投资省。曝气生物滤池之后不设二次沉淀池。曝气生物滤池水力荷、容

39、积负荷大大高于传统污水处理工艺，停留时间短(每级0.50.66)，因此所需生物处理面积和体积都很小，节约了占地和投资。n b)、出水水质高。在BIOFOR中，由于填料本身 截留及表面生物膜的生物絮凝作用，使得出水S水SS 很低，一般不超过10mg/l；因周期性的反冲洗，生物膜得以有效更新，表现为生物膜较薄(一般为10um左右)，活性很高。若采用全套BIOFOR工艺，则可除磷脱氮。c) 氧的传输效率很高，曝气量小，供氧动力消耗低。在BIOFOR中，氧的利用 效率可达20%30%， 曝气量明显低于生物处理法。d) 抗冲击负荷能力强，耐低温。国外运行经验表明，曝气生物滤池可在正常负 2323 倍的短

40、期冲击负荷下运行， 而其出水水质变化很小。此外， 根据国外的报道， 生物曝气滤池一旦挂膜成功， 可在610水温下运行，并具有良好的运行效果。n e）挂膜，启动快。根据国外的运行，气生物滤池在水温1015时，23周即可完成挂膜过程。曝气生物滤池在暂时不使用的情况下可关闭运行，此时滤料表面的生物膜并未死亡，而是以孢子的形式存在，一旦通水曝气，可在很短的时间内恢复正常。2)主要缺点a) 曝气生物滤池对进水的SS要求较高。b) 采用曝气生物滤池，水头损失较大，水的总提 升高度大。c) 采用曝气生物滤池工艺，在反冲洗操作中，时间内水力负荷较大，反冲出水直接回流入初沉池会对初沉池造成较大的冲击负荷。d)

41、因设计或运行管理不当还会造成滤料随水流失等问题。14.4生物转盘生物转盘源于原德国，第一套半生产性的生物转盘试验装置是于1954年在西德海尔布隆(Heilbronn)污水处理厂建成。原德国斯图加特工业大学勃别尔(Popel)教授和哈特曼(Hartman)教授对生物转盘技术的实用化进行了大量的试验研究和理论探讨工作，并于1964 年发表了题为生物转盘的设计、计算与性能的论文，就此奠定了生物转盘技术发展的基础。1.生物转盘的构造特征生物转盘是由盘片、接触反应槽、转轴及驱动装置所组成。盘片串联成组，中心贯以转轴，转轴两端安设在半圆型接触反应槽两端的支座上。转盘面积的40左右浸没在槽内的污水中，转轴高

42、出槽内水面1025cm。其构造如下图所示。生物转盘构造图 盘片盘片是生物转盘的主要部件，应具有轻质高强，耐腐蚀、耐老化、易于挂膜、不变形，比表面积大，易于取材、便于加工安装等性质。 接触反应槽接触反应槽的各部位尺寸和长度，应根据转盘直径和 轴长决定，盘片边缘与槽内面应留有不小于100mm的间距。槽底应考虑设有放空管，槽的两侧面设有进出水设备，多采用锯齿形溢流堰。对多级生物转盘，接触反应槽分为若干格，格与格之间设导流槽 。 转轴转轴中心与接触反应槽液面的距离一般不应小于150mm，应保证转轴在液面之上，并根据转轴直径与水头损失情况而定。转轴中心距槽内水面的距离(b) 与转盘直径(D)的比值 b

43、在0.050.15之间，一般取值 D0.060.1 。 驱动装置转盘的转动速度是重要的运行参数，必须选定适宜，转 速过高既有损于设备的机械强度，消耗电能，又由于在盘面产生较大的剪切力，易使生物膜过早剥离。综合考虑各项因素，转盘的转速以0.83.0 r/min，外缘的线速度以1518m/min为宜。2.生物转盘的净化机理转盘以较低的线速度在充满污水的接触反应槽内转动。转盘交替地和空气与污水相接触。在经过一段时间后，在转盘上附着一层栖息着大量微生物的生物膜。微生物的种属组成逐渐稳定，其新陈代谢功能也逐步地发挥出来，并达到稳定，污水中有机污染物为生物膜所吸附降解。转盘转动离开污水与空气接触，生物膜上

44、的固着水层从空气中吸收氧，固着水层中的氧是过饱和的， 并将其传递到生物膜和污水中，使槽内污水的溶解氧含量达到一定的浓度，甚至可能达到饱和。转盘上附着的生物膜与污水及空气之间，除有机物(BOD、COD)与O2 的传递外，还进行着其它物质，如CO2、NH3等的传递 。生物转盘净化反应过程与物质传递过程3.工艺流程与组合以下是城市污水的生物转盘系统的基本工艺流程。生物转盘消毒污水出水格栅二沉池沉砂池初沉池排泥排泥排泥排砂生物转盘处理系统基本工艺流程污泥处理 生物转盘宜于采用多级处理方式。实践证明，如盘片面积不变，将转盘分为多级串联运行，能够提高处理水水质和污水中的溶解氧含量。 生物转盘一般可分为单级

45、单轴、单轴多级和多轴多级等。级数多少主要根据污水的水质、水量、处理水应 达到的程度以及现场条件等因素决定。对城市污水多采用四级转盘进行处理。在设计时特别应注意的是第一级，首级承受高负荷，如供氧不足，可能使其形成厌氧状态。对此应采取适当的技术措施，如增加第一 级的盘片面积，加大转数等。4.生物转盘系统的工艺特征(1)微生物浓度高，特别是最初几级的生物转盘，据一些实际运行的生物转盘的测定统计，转盘上的生物膜量如折算成曝气池的MLVSS，可达4000060000mg/L，F/M比为0.050.1，这是生物转盘高效率主要原因之一。(2) 生物相分级，在每级转盘生长着适应于流入该级污水性质的生物相，这种

46、现象对微生物的生长繁育，有机污染物降解非常有利。(3) 污泥龄长，在转盘上能够增殖世代时间长的微生物， 如硝化菌等，因此，生物转盘具有硝化、反硝化的功能。(4)对BOD值达10000mg/L以上的超高浓度有机污水或10mg/L以下的超低浓度污水都可以采用生物转盘进行处理，并能够得到较好的处理效果。因此，本法是耐冲击负荷的。(5)生物膜上的微生物的食物链较长，因此，产生的污泥量较少，约为活性污泥处理系统的1/2左右，在水温为520的范围内，BOD去除率为90的条件下，去除lkgBOD的产泥量约为0.25kg。(6) 接触反应槽不需要曝气，污泥也勿需回流，因此， 动力消耗低，这是本法最突出的特征之

47、一，据有关运行单位统计， 每去除1kgBOD 的耗电量约为0.7kWh，运行费用低。(7)本法不需要经常调节生物污泥量，不存在产生污泥膨 胀的麻烦，复杂的机械设备也比较少，因此，便于维护管理。(8)设计合理、运行正常的生物转盘，不产生滤池蝇、不出现泡沫也不产生噪声，不存在发生二次污染的现象。(9) 生物转盘的流态，从一个生物转盘单元来看是完全混合型的，在转盘不断转动的条件下，接触反应槽内的污水能够得到良好的混合，但多级生物转盘又应作为推流式，因此，生物转盘的流态，应按完全混合推流来考虑。5.生物转盘处理技术的进展1)空气驱动生物转盘空气驱动生物转盘是利用空气的浮力使转 盘旋转( 见右图)。在转

48、盘的外周设空气 罩，在转盘下侧设曝气管，在管上均等地安装，空气从均匀地吹向空气罩，产生浮力使转盘转动。 特点如下：(1)槽内污水含有较高的溶解氧，在相同的负荷率条件下，BOD的去除率较高；(2)生物膜较薄，有较强的活性；(3) 通过调节空气量改变转盘的转数，采用空气量 调节装置，根据槽内溶解氧的变化自动运行；(4) 易于维修管理。2) 生物转盘与其它处理设备相组合 与沉淀池相组合的生物转盘 （如下图所示）与平流式沉淀池(作为二次沉淀池)相组合的生物转盘 与曝气池相组合的生物转盘右图所示为剖面示意图。这是提高曝气池处理效率的一种新措施。在曝气池上侧设生物转 盘，转盘用空气驱动，盘片40的面积浸没于水中。 特点如下： 1)高原有设备的处理效果，改装前BOD5去除率6070，改装后提高到90；2)提高原有设备处理能力，占地面积小，附加设备费用亦低；3) 处理效果稳定，菌体密度大，生物量高，微生物增殖迅速，活性强；4) 污泥量少而且易于沉淀；5) 动力消耗少，活性污泥装置本身能够提供生物转盘转 动的能量；