水污染控制工程：第8章 生物膜法

1、 第8章 污水好氧生物處理 生物膜法水污染控制技術(shù)南京師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院內(nèi) 容7.1 生物膜法概述7.2 生物濾池7.3 生物轉(zhuǎn)盤7.4 生物接觸氧化7.5 生物膜法的進(jìn)展（生物流化床、 曝氣生物濾池、膜生物反應(yīng)器）7.1 概 述生物膜法分為以下三類： 1）潤(rùn)壁型生物膜法廢水和空氣沿固定的或轉(zhuǎn)動(dòng)的接觸介質(zhì)表面的生物膜流過(guò)，如生物濾池和生物轉(zhuǎn)盤等； 2）浸沒(méi)型生物膜法接觸濾料固定在曝氣池內(nèi)，完全浸沒(méi)在水中，采用鼓風(fēng)曝氣，如生物接觸氧化； 3）流動(dòng)床型生物膜法使附著有生物膜的活性炭、砂等小粒徑接觸介質(zhì)懸浮流動(dòng)于曝氣池中，如生物流化床。生物膜的結(jié)構(gòu)及凈化機(jī)理 生物膜是指以附著在惰性載體表面生長(zhǎng)的

2、，以微生物為主，包含微生物及其產(chǎn)生的胞外多聚物和吸附在微生物表面的無(wú)機(jī)及有機(jī)物等組成，并具有較強(qiáng)的吸附和生物降解性能的結(jié)構(gòu)。 構(gòu)造：生物膜(好氧層兼氧層厭氧層)附著水層(高親水性)。組成：生物膜一般由細(xì)菌、真菌、原生動(dòng)物、后生動(dòng)物、藻類以及蠕蟲、昆蟲幼蟲組成。具體生物以菌膠團(tuán)為主、輔以球衣菌、藻類等，含有大量固著型纖毛蟲（鐘蟲、等枝蟲、獨(dú)縮蟲等）和游泳型纖毛蟲（楯纖蟲、豆形蟲、斜管蟲等），它們起到了污染物凈化和清除池內(nèi)生物（防堵塞）作用。污染物：分層降解。供氧：借助流動(dòng)水層厚薄變化以及氣水逆向流動(dòng)，向生物膜表面供氧。傳質(zhì)與降解：有機(jī)物降解主要是在好氧層進(jìn)行，部分難降解有機(jī)物經(jīng)兼氧層和厭氧層分解

3、，分解后產(chǎn)生的H2S，NH3等以及代謝產(chǎn)物由內(nèi)向外傳遞而進(jìn)入空氣中，好氧層形成的NO3 N、NO2N經(jīng)厭氧層發(fā)生反硝化，產(chǎn)生的N2也向外而散入大氣中。生物膜更新：經(jīng)水力沖刷，使膜表面不斷更新（DO及污染物），維持生物活性（老化膜固著不緊）。生物膜法污水處理特征1）微生物相方面的特征： a、參與凈化反應(yīng)微生物多樣化。與活性污泥法相比，膜法具有更好的生物多樣性，生物膜固著在載體上時(shí)間長(zhǎng)或生物平均停留時(shí)間（泥齡）長(zhǎng)，其除細(xì)菌廣泛存在外，世代時(shí)間長(zhǎng)、比增殖速度小的微生物，如硝化菌等也大量存在，此外，絲狀菌，藻類眾多，線蟲、纖毛蟲、輪蟲以及昆蟲等也都較廣泛地存在。b、食物鏈長(zhǎng)，污泥產(chǎn)率低。生物膜的生物中

4、動(dòng)物性營(yíng)養(yǎng)所占比例較大，能棲息高營(yíng)養(yǎng)水平的生物，其在捕食性纖毛蟲，線蟲之上還棲息有寡毛類和昆蟲，因而污泥少。c、能夠存活世代較長(zhǎng)的微生物，在生物膜法中，c與污水的停留時(shí)間無(wú)關(guān)，因此硝化細(xì)菌等可以增值（特別是在冬季低溫）。d、可分段運(yùn)行，形成優(yōu)勢(shì)微生物種群，提高降解能力。生物膜法污水處理特征2）工藝方面的特征：a、對(duì)水質(zhì)水量變動(dòng)有較強(qiáng)適應(yīng)性順?biāo)鞣较蛐纬闪宋⑸鷳B(tài)系統(tǒng)。b、污泥沉降性能好，宜于固液分離。膜法污泥的生物組分中動(dòng)物所占比重較大，含水率相對(duì)低，且剝落泥塊體積較大，故沉降性能好，宜固液分離。但若厭養(yǎng)層過(guò)厚，剝落污泥中有輕散顆粒，影響出水水質(zhì)。c、能處理低濃度污水。生物膜能處理活性污泥法不能

5、處理的低濃度污水和微污染的原水，使B0D5降至5-10mg/L。d、易于維護(hù)管理、節(jié)能。無(wú)污泥回系統(tǒng)，甚至無(wú)曝氣系統(tǒng)，節(jié)能并易運(yùn)行管理。生物膜法與活性污泥法相比：活性污泥法系人工強(qiáng)化生物處理系統(tǒng)，生物量大，處理能力強(qiáng)，而膜法更趨于自然凈化原理?；钚晕勰喾槿斯?qiáng)化三相傳質(zhì)，膜法趨向濃度差擴(kuò)散傳質(zhì)，傳質(zhì)效果較活性污泥差，處理效率較活性污泥差。適于工業(yè)廢水處理站和小規(guī)模生活污理廠。微生物在載體上附著的一般過(guò)程微生物在載體表面附著的步驟7.2 生物濾池 生物濾池于1889年在勞倫斯實(shí)驗(yàn)廠首先開始研究，1910年后期在美國(guó)開始了大規(guī)模的應(yīng)用，20世紀(jì)70年代逐步被好氧法代替，隨著新型濾料的不斷誕生，生

6、物濾池又得到了的改進(jìn)，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。一、生物濾池的構(gòu)造 生物濾池由濾床、布水裝置和排水系統(tǒng)三部分組成。池壁濾料布水系統(tǒng)排水系統(tǒng)1、濾 床 濾床由濾料組成。濾料是微生物生長(zhǎng)棲息的場(chǎng)所，理想的濾料應(yīng)具備下述特性： 單位體積濾料的表面積要大； 能為微生物附著提供 大量的表面積： 使污水以液膜狀態(tài)流過(guò)生物膜； 有足夠的空隙率，保證通風(fēng)（即保證氧的供給）和使 脫落的生物膜能隨水流出濾池； 物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，對(duì)微生物的增殖無(wú)危害作用不被 微生物分解，也不抑制微生物生長(zhǎng) ； 有一定機(jī)械強(qiáng)度； 價(jià)格低廉。濾 料(a) 波紋狀(b) 管狀(c) 蜂窩狀2、布水設(shè)備布水設(shè)備有固定式和可動(dòng)式兩種。 固定式布水裝

7、置由虹吸裝置、饋水池、布水管道和噴嘴組成，噴水是間隙的，所以布水不均勻，配水的水頭要高，配水池也較高（配水面高0.92.1m），故目前應(yīng)用較少。 可動(dòng)式布水器組成及重要參數(shù)：水豎管和可旋轉(zhuǎn)的布水橫管組成，橫管可以是多根，布水小孔的直徑1015mm，布水橫管距濾料表面的高度0.150.25m，噴水旋轉(zhuǎn)所需的水頭0.61.5m，布水器在水壓反推動(dòng)力下旋轉(zhuǎn)。 旋轉(zhuǎn)布水器的特點(diǎn)：布水比較均勻，淋水周期短，水力沖刷作用強(qiáng)；缺點(diǎn)時(shí)噴水孔易堵，低溫時(shí)要采用防凍措施，僅適用于圓形池。旋轉(zhuǎn)布水器3、排水系統(tǒng) 排水系統(tǒng)的作用：收集濾床流出的污水與生物膜；保證通風(fēng)；支撐濾料 。 排水系統(tǒng)組成：池子底面及開設(shè)于其上的

8、溝渠。 重要參數(shù)：池子底面坡度(0.010.03) ；排水溝坡度0.0050.02。排水總渠坡度0.0030.005。 重要提示：要保證不積淤流速(通常采用0.6ms)， 排水渠穿過(guò)池壁的地方，應(yīng)設(shè)排水和通風(fēng)孔洞，通風(fēng)面積應(yīng)不小于過(guò)水?dāng)嗝?。排水口可設(shè)于池壁的一側(cè)或數(shù)側(cè)，但通風(fēng)口必須均勻分布于池壁的兩對(duì)邊或四周。二、生物濾池的工作機(jī)理 污水通過(guò)布水設(shè)備連續(xù)地、均勻地噴灑到濾床表面上，在重力作用下，污水以水滴的形式向下滲瀝，或以波狀薄膜的形式向下滲流。最后，污水到達(dá)排水系統(tǒng)，流出濾池。 污水流過(guò)濾床時(shí)，有一部分污水、污染物和細(xì)菌附著在濾料表面上，微生物便在濾料表面大量繁殖，不久，形成一層充滿微生物

9、的黏膜，稱為生物膜。這個(gè)起始階段稱為掛膜，是生物濾池的成熟期。掛 膜污水流過(guò)成熟濾床時(shí)，污水中的有機(jī)污染物被生物膜中的微生物吸附、降解，從而得到凈化。生物膜表層生長(zhǎng)的是好氧和兼性微生物，其厚度約2mm。在這里，有機(jī)污染物經(jīng)微生物好氧代謝而降解，終點(diǎn)產(chǎn)物是H2O、CO2、NH3等。由于氧在生物膜表層已耗盡, 生物膜內(nèi)層的微生物處于厭氧狀態(tài)。在這里, 進(jìn)行的是有機(jī)物的厭氧代謝, 終點(diǎn)產(chǎn)物是有機(jī)酸, 乙醇、醛和H2S等。由于微生物的不斷繁殖，生物膜不斷加厚，超過(guò)一定厚度后，吸附有機(jī)物在傳遞到生物膜內(nèi)層的微生物以前，已被代謝掉。此時(shí)，內(nèi)層微生物因得不到充分的營(yíng)養(yǎng)而進(jìn)入內(nèi)源代謝，失去其黏附在濾料上的性質(zhì)

10、，脫落下來(lái)隨水流出濾池，濾料表面再重新長(zhǎng)出新的生物膜。 二、生物濾池的工作機(jī)理 有機(jī)物轉(zhuǎn)化深度生物膜脫落原因真菌藻類原生動(dòng)物后生動(dòng)物一些肉眼可見的蠕蟲、昆蟲的幼蟲細(xì)菌（好氧、厭氧、兼性）低負(fù)荷濾池：原因復(fù)雜，昆蟲及其幼蟲的活動(dòng)促使生物膜脫落。生物膜的組成高負(fù)荷濾池：水力沖刷使生物膜不斷脫落，生物膜厚度與濾率大小有關(guān)。低負(fù)荷濾池：有機(jī)物被深度轉(zhuǎn)化，出水中硝酸鹽含量較高，殘膜呈深棕色，類似腐殖質(zhì)，沉淀性能較好。高負(fù)荷濾池：只有在負(fù)荷率較低時(shí)，出水才含有較低的硝酸鹽，殘膜易腐化。三、影響生物濾池性能的主要因素 這些過(guò)程的發(fā)生和發(fā)展決定了生物濾池凈化污水的性能。影響這些過(guò)程的主要因素有： 濾池高度負(fù)

11、荷 率回 流供 氧 生物濾池中有機(jī)物的降解過(guò)程 同時(shí)發(fā)生著多過(guò)程有機(jī)物在污水和生物膜中的傳質(zhì)過(guò)程氧在污水和生物膜中的傳質(zhì)過(guò)程生物膜的生長(zhǎng)和脫落等過(guò)程有機(jī)物的好氧和厭氧代謝過(guò)程濾 床影響生物濾池性能的主要因素濾池高度 濾床上層,污水中有機(jī)物濃度較高,微生物繁殖速率高,種屬較低級(jí),以細(xì)菌為主,生物膜量較多,有機(jī)物去除速率較高。 隨著濾床深度增加,微生物從低級(jí)趨向高級(jí)，種類逐漸增多,生物膜量從多到少。 濾床的上層和下層相比, 生物膜量、微生物種類和去除有機(jī)物的速率均不相同。 濾床中的這一遞變現(xiàn)象，類似污染河流在自凈過(guò)程中的生物遞變。 當(dāng)濾床各層的進(jìn)水水質(zhì)互不相同時(shí),各層生物膜的微生物就不相同,處理污

12、水的功能也隨之不同。濾 床四、生物濾池的工藝類型及典型應(yīng)用 生物濾池分為普通生物濾池、高負(fù)荷生物濾池和超負(fù)荷生物濾池（塔式生物濾池）。（一）普通生物濾池(低負(fù)荷濾池) 1主要結(jié)構(gòu)參數(shù)：（1）濾料一般為天然濾料：碎石、爐渣、 卵石等（2）濾料高度1.31.8m 濾料直徑 d= 2570mm 承托厚度 0.2m，濾料總高1.52.0米（3）布水：采用固定式噴嘴布水系統(tǒng) 2工藝設(shè)計(jì)參數(shù)： 水力負(fù)荷q= 1 3（m3/m2d）; 有機(jī)負(fù)荷Fw =0.1 0.25kgBOD/ m3d; BOD去除率 8095%; 出水BOD25mg/L, NO-310mg/L缺點(diǎn)：（1）占地面積大，僅適合1000m3/

13、d以下小型污水處理廠；（2）濾料易堵塞；（3）易產(chǎn)生灰蠅，衛(wèi)生條件差；（4）噴灑污水，散發(fā)臭味。3.主要優(yōu)缺點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：（1）處理效果較好（2）運(yùn)行穩(wěn)定，節(jié)約能源（3）操作方便，易維護(hù)管理（二）高負(fù)荷生物濾池、回流式生物濾池、 塔式濾池（第二代工藝）1.結(jié)構(gòu)特征：（同普通濾池）2.結(jié)構(gòu)參數(shù)： 工作層高1.8m 濾料粒徑40100mm 承托層0.2m 粒徑70100mm 通風(fēng)方式為： 自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)。 布水裝置： 多采用旋轉(zhuǎn)布水器3.工藝特征 ： 有較高的水力負(fù)荷（一般為1030 m3/m2d）和有機(jī)負(fù)荷（0.8 1.2 kg BOD/ m3d ）,較普通生物濾池提高數(shù)倍； 池子體積小，占地

14、面積省； 抑制了灰蠅生長(zhǎng)，改善了衛(wèi)生條件； BOD5去除率一般為7590%； 缺點(diǎn)：進(jìn)水BOD5應(yīng)200mg/L ， 出水BOD530mg/L。 生物濾池單級(jí)運(yùn)行圖圖 (a)為單級(jí)直流系統(tǒng)，多用于低負(fù)荷生物濾池 圖 (b)、(c)、(d)均為單級(jí)回流系統(tǒng)，多用于高負(fù)荷生物濾池。 圖 (b)的處理水回流至生物濾池前，用以加強(qiáng)表面負(fù)荷，又不加大初沉池的容積，但二次沉淀池要適當(dāng)大些。 圖 (c)是生物濾池出水直接回流到生物濾池前，可加大表面負(fù)菏，又利用生物接種，促進(jìn)生物膜更新，這個(gè)系統(tǒng)的兩個(gè)沉淀池都比較小。 圖 (d)是不設(shè)二次沉淀池，濾池出水回流到初沉池前，加強(qiáng)初沉池生物絮凝作用，促進(jìn)沉淀效果。生

15、物濾池多級(jí)運(yùn)行圖理論依據(jù)：據(jù)實(shí)驗(yàn)和分析多級(jí)運(yùn)行系統(tǒng)，第一級(jí)生物濾池 處理效率達(dá)70%，第二級(jí)處理效率可達(dá)20%， 第三、四級(jí)的處理效率很低，在5%左右。 應(yīng)用：一般取兩級(jí)。圖 (a)、(b)均為二級(jí)直流系統(tǒng)。 二級(jí)串聯(lián)工作的生物濾池的優(yōu)點(diǎn)是：濾層深度可適當(dāng)減小， 通風(fēng)條件好，兩次灑水充氧，出水水質(zhì)較好些。 缺點(diǎn)：增加了提升泵，加大了占地面積。一般第一級(jí)生物 濾池采用粒徑較大的濾料，后一級(jí)采用粒徑較小的 濾料。圖 (c)和(d)是二級(jí)回流系統(tǒng)。 二級(jí)交替運(yùn)行圖 二級(jí)交流運(yùn)行系統(tǒng)的每一生物濾池可交替作為一級(jí)和二級(jí)使用，循環(huán)往復(fù)，負(fù)荷率比一般二級(jí)系統(tǒng)提高23倍。7.3 生物轉(zhuǎn)盤一、生物轉(zhuǎn)盤的構(gòu)造和凈

16、化機(jī)理二、生物轉(zhuǎn)盤的設(shè)計(jì)計(jì)算三、生物轉(zhuǎn)盤的進(jìn)展和應(yīng)用一、生物轉(zhuǎn)盤的構(gòu)造和凈化機(jī)理 生物轉(zhuǎn)盤構(gòu)造及工作示意圖生物膜廢水BODO2O2CO2CO2進(jìn)水出水轉(zhuǎn)動(dòng)抽廢水處理槽轉(zhuǎn)盤生物轉(zhuǎn)盤的流程 生物轉(zhuǎn)盤的工作特點(diǎn) （1）不需曝氣和回流，運(yùn)行時(shí)動(dòng)力消耗和費(fèi)用低； （2）運(yùn)行管理簡(jiǎn)單，技術(shù)要求不高； （3）工作穩(wěn)定，適應(yīng)能力強(qiáng)； （4）適應(yīng)不同濃度、不同水質(zhì)的污水； （5）剩余污泥量少，易于沉淀脫水； （6）沒(méi)有濾池蠅、惡臭、堵塞、泡沫、噪音等問(wèn)題； （7）可多層立體布置； （8）一般需加開孔防護(hù)罩保護(hù)、保溫。1.單軸單級(jí)式 2.單軸多級(jí)式 3.多軸多級(jí)式生物轉(zhuǎn)盤的布置方式 1954年在聯(lián)邦德國(guó)的Heil

17、bronn建成世界上第一座生物轉(zhuǎn)盤污水處理廠。生物轉(zhuǎn)盤的主要組成部分生物轉(zhuǎn)盤的構(gòu)造轉(zhuǎn)動(dòng)軸盤片廢水處理槽驅(qū)動(dòng)裝置 盤片：高強(qiáng)度、輕質(zhì)、耐腐蝕。 直徑：23m，轉(zhuǎn)速23r/min，間距2030mm。 受材料、污水與膜的接觸均勻性、外緣膜易脫落等影響，直徑不可能做大。生物轉(zhuǎn)盤的構(gòu)造 轉(zhuǎn)動(dòng)軸：具有足夠的強(qiáng)度和剛度，防止斷裂和撓曲。 直徑：50mm以上，長(zhǎng)度0.57m。 處理槽：與盤片相吻合的半圓形或多邊形，凈空相距2050mm，設(shè)排泥和放空管。 驅(qū)動(dòng)裝置： 機(jī)械驅(qū)動(dòng)裝置； 空氣驅(qū)動(dòng)裝置； 水輪驅(qū)動(dòng)裝置。 生物轉(zhuǎn)盤的主體是垂直固定在水平軸上的一組圓形盤片和一個(gè)同它配合的半圓形水槽。 微生物生長(zhǎng)并形成一層

18、生物膜附著在盤片表面，約40%50%的盤面（轉(zhuǎn)軸以下的部分）浸沒(méi)在廢水中，上半部敞露在大氣中。 工作時(shí)，廢水流過(guò)水槽，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤，生物膜和大氣與廢水輪替接觸，浸沒(méi)時(shí)吸附廢水中的有機(jī)物，敞露時(shí)吸收大氣中的氧氣。轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng),帶進(jìn)空氣,并引起水槽內(nèi)廢水紊動(dòng), 使溶解氧均勻分布。 生物膜的厚度約為0.52.0mm，隨著膜的增厚，內(nèi)層的微生物呈厭氧狀態(tài)，失去活性時(shí)使生物膜脫落，并隨同出水流至二次沉淀池。生物轉(zhuǎn)盤的布置方式 二、生物轉(zhuǎn)盤的設(shè)計(jì)計(jì)算1.轉(zhuǎn)盤總面積2.轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)盤片：平板或波紋板，材質(zhì)為聚乙烯硬質(zhì)塑料、玻璃鋼、鋁合金等，直徑D=2.0-3.6m，厚度1-5mm。盤片間距：進(jìn)水段25-35

19、mm，出水段10-20mm。盤片周邊與反應(yīng)槽內(nèi)壁的距離：0.1D，不小于150mm。轉(zhuǎn)軸中心與水面距離不小于150mm。轉(zhuǎn)盤侵濕率40-45%轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速：0.8-3.0r/min，15-18m/min三、生物轉(zhuǎn)盤的進(jìn)展和應(yīng)用1.發(fā)展：用空氣驅(qū)動(dòng)的生物轉(zhuǎn)盤、與沉淀池合建 的生物轉(zhuǎn)盤、與曝氣池合建的生物轉(zhuǎn)盤、 藻類轉(zhuǎn)盤等。2.應(yīng)用：在我國(guó)主要用于處理工業(yè)廢水。3.優(yōu)點(diǎn)：動(dòng)力消耗低、抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)、無(wú)需回 流污泥、管理運(yùn)行方便。4.缺點(diǎn)：占地面積大、散發(fā)臭氣、在寒冷地區(qū)需作 保溫處理。7.4 生物接觸氧化法一、生物接觸氧化池的構(gòu)造二、生物接觸氧化池的設(shè)計(jì)計(jì)算接觸氧化池構(gòu)造示例 生物接觸氧化法是一種浸

20、沒(méi)曝氣式生物濾池，是曝氣池和生物濾池綜合在一起的處理構(gòu)筑物，兼有兩者優(yōu)點(diǎn)。生物接觸氧化法的特點(diǎn) 生物接觸氧化池的性能特征： (1)具有較高的微生物濃度，一般可達(dá)1020g/L； (2)生物膜具有豐富的生物相，含有大量絲狀菌，形成了穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，污泥產(chǎn)量低； (3)具有較高的氧利用率； (4)具有較強(qiáng)的耐沖擊負(fù)荷能力； (5)生物膜活性高； (6)沒(méi)有污泥膨脹的問(wèn)題。 缺點(diǎn)：濾床易堵塞和更換，運(yùn)行費(fèi)用較高。生物接觸氧化法的基本流程接觸氧化池的主要部分生物接觸氧化池的構(gòu)造填料要求：比表面積大；空隙率大；水力阻力??；強(qiáng)度大；化學(xué)和生物穩(wěn)定性好；能經(jīng)久耐用。填料池底布水布?xì)庋b置池底用于設(shè)置填料、布水

21、布?xì)庋b置和支撐填料的柵板和格柵。布?xì)夤芸刹贾迷诔刈又行摹?cè)面和全池。接觸氧化池反應(yīng)區(qū)的構(gòu)造聚乙烯蜂窩填料聚乙烯蜂窩填料半軟性填料彈性立體填料軟性纖維填料軟性、復(fù)合填料YHT型彈性生物的環(huán)填料立體彈性填料漂浮填料SQC型絲球形懸浮填料生物接觸氧化法填料新型的纖維網(wǎng)狀填料生物填料框架框架與生物填料新型的三維立體網(wǎng)狀填料掛膜后的網(wǎng)狀填料曝氣裝置安裝 生 物 接 觸 氧 化 池 的 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算1生物接觸氧化池的有效容積（即填料體積）V式中：qv平均日設(shè)計(jì)污水量，m3/d；s0 、se分別為進(jìn)水與出水的BOD5，mg/L；Nv有機(jī)容積負(fù)荷率，kg ( BOD5)/ (m3d)(城市污水可用1.01.

22、8)。2生物接觸氧化池的總面積A和座數(shù)n式中：h0填料高度，一般采用3.0m；A1每座池子的面積, m2,一般25m2。 4.有效停留時(shí)間t 5.空氣量D和空氣管道系統(tǒng)計(jì)算 式中：D01m3污水所需氣量，m3/m3 ，一般為1520 m3/ m3 。生 物 接 觸 氧 化 池 的 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算3.池深h式中：h1超高，0.50.6m； h2填料層上水深，0.40.5m； h3填料至池底的高度，0.51.5m。7.5 生物膜法的進(jìn)展一、曝氣生物濾池二、生物流化床三、其他新型生物膜法工藝一、曝氣生物濾池 曝氣生物濾池(Biological Aerated Filter，BAF)是一種發(fā)展較快的新

23、型生物處理技術(shù)，具有占地面積小，出水水質(zhì)高，投資省，運(yùn)行靈活方便，易于管理，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，不僅可以用于污水的二級(jí)和三級(jí)處理，而且還可用于微污染水源水預(yù)處理等。曝氣生物濾池技術(shù)將污水生物處理與深層過(guò)濾集于一身，充分體現(xiàn)了現(xiàn)代水處理工藝向復(fù)合、集成化發(fā)展的趨勢(shì)。曝氣生物濾池的原理 曝氣生物濾池是在生物接觸工藝的基礎(chǔ)上，以濾池中填裝的粒狀填料(如 陶粒、焦炭、石英砂等)為載體，以顆粒狀填料及其附著生長(zhǎng)的生物膜為主要處理介質(zhì)，充分發(fā)揮生物代謝作用，生物絮凝作用，物理過(guò)濾作用，膜及填料的物理吸附和截留作用，以及反應(yīng)器內(nèi)沿水流方向食物鏈的生物多級(jí)捕食作用，實(shí)現(xiàn)污染物在任一單元反應(yīng)器內(nèi)高效去除。（

24、1） 分區(qū) ：緩沖配水區(qū)、承托層及濾料層、出水區(qū)（2）濾池池體 ：圓形、方形、矩形。 （3） 承托層及濾料層：濾料3-5mm，比表面積大，微生物吸 著能力強(qiáng)陶粒、焦炭等）（4）布水系統(tǒng)：配水室和濾板上的配水濾頭，或者采用管式 大阻力配水系統(tǒng) ；（5）配水室：緩沖配水區(qū)和濾板組成；（6）布?xì)庀到y(tǒng)：正常運(yùn)行曝氣和反沖洗時(shí)曝氣；（7）反沖洗系統(tǒng)：采用氣水聯(lián)合反沖洗；（8）出水系統(tǒng)：周邊出水和單側(cè)堰出水等；（9）管道和自控系統(tǒng)組成：采用PL控制系統(tǒng)。曝氣生物濾池的結(jié)構(gòu)（1）從投資費(fèi)用看，曝氣生物濾池?zé)o需二沉池，水力負(fù)荷、 容積負(fù)荷高，停留時(shí)間短，具有占地面積小，基建投資??；（2）從工藝效果上看，抗沖擊

25、荷能力強(qiáng)，適應(yīng)的溫度范圍廣， 且耐低溫；處理水質(zhì)高，可滿足回用要求; 勿需污泥回流， 無(wú)污泥膨脹；（3）從運(yùn)行上看，易掛膜，啟動(dòng)快；（4）從運(yùn)行費(fèi)用看，曝氣生物濾池氧傳輸效率高，曝氣量小， 供氧動(dòng)力消耗低，處理單位污水電耗低；（5）該工藝自動(dòng)化程度高，運(yùn)行管理方便，可以單獨(dú)建立， 也可以與其它工藝組合應(yīng)用。曝氣生物濾池的工藝特點(diǎn)（6）對(duì)進(jìn)水SS要求高，需要對(duì)SS進(jìn)行預(yù)處理的工藝；進(jìn)水濃度 不能太高，否則易堵塞；（7）水頭損失較大，加上大部分都建于地面以上，進(jìn)水提升 水頭較大；（8）反沖洗是運(yùn)行的關(guān)鍵，濾料反洗不充分，易引起結(jié)團(tuán)現(xiàn) 象，導(dǎo)致工藝運(yùn)行失效；（9）產(chǎn)泥量略大于活性污泥法，污泥穩(wěn)定性差

26、。曝氣生物濾池的工藝特點(diǎn)曝氣生物濾池的分類按水流方向分下向流BAF上向流BAF BIOCARBONE工藝屬早期曝氣生物濾池，其缺點(diǎn)是負(fù)荷不夠高，且大量被截留的SS集中在濾池上端幾十厘米處，此處水頭損失占整個(gè)濾池水頭損失的絕大部分。同時(shí)納污能力不強(qiáng)，容易堵塞，運(yùn)行周期短。下向流BAF（BIOCARBONE ） BIOFOR工藝具有氧化降解、生物絮凝吸附、截留懸浮物的功能，集生物作用與固液分離作用于一身，不需后設(shè)二沉池。 曝氣裝置設(shè)于整個(gè)濾料下面濾料在過(guò)濾時(shí)呈壓實(shí)狀態(tài)。氣水同向流（上向流），并以較高的濾速過(guò)濾采用氣水聯(lián)合反沖洗，主要依賴氣體的擦洗作用，反沖洗時(shí)濾料基本不膨脹。反沖污泥最終回流入初沉

27、池。上向流BAF（BIOFOR）運(yùn)行反洗上向流BAF運(yùn)行過(guò)程ononoffoffoff工作狀態(tài)停止上向流BAF工作狀態(tài)ononoffoffoff工作狀態(tài)停止上向流BAF工作狀態(tài)ononoffoffoff工作狀態(tài)停止上向流BAF工作狀態(tài)onononoffoff反洗狀態(tài)停止上向流BAF反洗狀態(tài)onononoffoff反洗狀態(tài)停止上向流BAF反洗狀態(tài)onononoffoff反洗狀態(tài)停止上向流BAF反洗狀態(tài)onononoffoff反洗狀態(tài)停止上向流BAF反洗狀態(tài) BIOSTYR采用了新型輕質(zhì)懸浮濾料Biostyrene（主要成分是聚苯乙烯）；并且將濾床分為兩部分，上部分為曝氣的生化反應(yīng)區(qū)，下部分為非曝

28、氣的過(guò)濾區(qū)，可以進(jìn)行反硝化脫氮。上向流BAF（BIOSTYR）曝氣生物濾池的主要工藝設(shè)計(jì)參數(shù)二、生物流化床 生物流化床處理技術(shù)是借助流體（液體、氣體）使表面生長(zhǎng)著微生物的固體顆粒（生物顆粒）呈流化態(tài)，同時(shí)進(jìn)行去除和降解有機(jī)污染物的生物膜法處理技術(shù)。 生物流化床是70年代開始應(yīng)用于污水處理的一種高效的生物處理工藝。流態(tài)化原理 美國(guó)Ecolotrol公司19731975年研制成功的HyFlo生物流化床床層的三種狀態(tài)固定床階段 流化床階段 液體輸送階段 流態(tài)化原理 當(dāng)液體以很小的速度流經(jīng)床層時(shí)，固體顆粒處于靜止不動(dòng)的狀態(tài)，床層高度也基本維持不變，這時(shí)的床層稱固定床。固定床階段 上圖中的ab段：液體通

29、過(guò)床層的壓力降p隨空塔速度v的上升而增加，呈冪函數(shù)關(guān)系，在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖紙上呈直線。 上圖中的b點(diǎn)：液體濾速增大到壓力降p大致等于單位面積床層重量，固體顆粒間的相對(duì)位置略有變化，床層開始膨脹，固體顆粒仍保持接觸且不流態(tài)化。 流化床階段 當(dāng)液體流速大于b點(diǎn)流速，床層不再維持于固定狀態(tài)，顆粒被液體托起而呈懸浮狀態(tài)，且在床層各個(gè)方向流動(dòng)，在床層上部有一個(gè)水平界面，此時(shí)由顆粒所形成的床層完全處于流化態(tài)狀態(tài)，這類床層稱流化床。 上圖中的bc段：流化層的高度h是隨流速上升而增大，床層壓力降p則基本不隨流速改變。 b點(diǎn)的流速vmin是達(dá)到流態(tài)化的起始速度，稱臨界流態(tài)化速度。臨界速度值隨顆粒的大小、密度和液體的

30、物理性質(zhì)而異。液體輸送階段 當(dāng)液體流速提高至超過(guò)c點(diǎn)后，床層不再保持流化，床層上部的界面消失，載體隨液體從流化床帶出，這階段稱液體輸送階段。在水處理工藝中，這種床稱“移動(dòng)床”或“流動(dòng)床”。 上圖中的c點(diǎn)的流速vmax稱顆粒帶出速度或最大流化速度。 流化床的正常操作應(yīng)控制在vmin和vmax之間。 流化床的類型 根據(jù)生物流化床的供氧、脫膜和床體結(jié)構(gòu)的不同，好氧生物流化床主要有兩種類型：兩相生物流化床三相生物流化床 兩相生物流化床這類流化床是在流化床體外設(shè)置充氧設(shè)備與脫膜裝置，以對(duì)微生物充氧并脫除載體表面的生物膜。以純氧為氧源時(shí)，充氧后水中溶解氧可達(dá)3040mg/L；以壓縮空氣為氧源時(shí)，水中溶解氧

31、一般低于9mg/L。當(dāng)一次充氧不能提供足夠的溶解氧時(shí)，可采用處理水回流循環(huán)?；亓鞅萊可以根據(jù)氧量平衡計(jì)算來(lái)確定：式中：S0、Se分別為進(jìn)水和出水BOD5濃度，mg/L；DO0、DOe 分別為進(jìn)水和出水的溶解氧濃度，mg/L； D 去除每千克BOD5所需的氧量,kg/kg, 對(duì)于城市污水，D=1.21.4 kg / kg ； Q廢水水量,m3/d。 三相生物流化床 三相流化床設(shè)備較簡(jiǎn)單，操作亦較容易，此外，能耗也較二相流化床低。 三相生物流化床是氣、液、固三相直接在流化床體內(nèi)進(jìn)行生化反應(yīng)，不另設(shè)充氧設(shè)備和脫膜設(shè)備，載體表面的生物膜依靠氣體的攪動(dòng)作用，使顆粒之間劇烈摩擦而脫落。 三相生物流化床的設(shè)計(jì)應(yīng)注意防止氣泡在床內(nèi)合并成大氣泡而影響充氧效率。充氧方式減壓釋放空氣充氧射流曝氣充氧生物流化床的試驗(yàn)研究生物流化床的優(yōu)缺點(diǎn) 生物流化床的主要優(yōu)點(diǎn)濾床具有巨大的表面積，容積負(fù)荷高，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)微生物活性強(qiáng) 傳質(zhì)效果好 生物流化床每單位體積表面積比其他生物膜大，單位床體的生物量很高（1014g/L），傳質(zhì)速度快，廢水一進(jìn)入床內(nèi)，很快被混合稀釋。 對(duì)同類廢水，在相同處理?xiàng)l件下，其生物膜的呼吸速率約為活性污泥的兩倍，