第十講好氧生物膜法生物轉(zhuǎn)盤

第十講好氧生物膜法生物轉(zhuǎn)盤第1頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二發(fā)展概況1900年，生物轉(zhuǎn)盤的初始概念已在德國提出；1930年首次完成了用鐵皮做介質(zhì)的轉(zhuǎn)盤試驗；世界上第一套有價值的生產(chǎn)設(shè)施是1930年以后在德國建成的,它的應(yīng)用則延遲到20世紀(jì)50年代塑料工業(yè)興起之后，并取得了實質(zhì)性進(jìn)展；到1979年，德國和歐洲其它國家已有2000座投入運行，1981年日本安裝了1323座。70年代美國安裝了600套。到目前，全世界使用和安裝的不下于4000多套；國內(nèi)從1972年開始，如北京市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院等40多個單位也開展了應(yīng)用實驗研究。第2頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二一、基本概念

厭氧膜好氧膜轉(zhuǎn)盤載體液膜廢水處于半靜止?fàn)顟B(tài)，而微生物則在轉(zhuǎn)動的盤面上；轉(zhuǎn)盤40%的面積浸沒在廢水中，盤面低速轉(zhuǎn)動；盤面上生物膜的厚度與廢水濃度、性質(zhì)及轉(zhuǎn)速有關(guān)，一般0.1~0.5mm。第3頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二轉(zhuǎn)盤工作簡圖第4頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二生物轉(zhuǎn)盤的特征：運行能耗較低；生物量多，凈化率高，適應(yīng)性強，出水水質(zhì)較好；生物膜上生物的食物鏈長，污泥產(chǎn)量少，為活性污泥法的1/2左右；維護(hù)管理簡單，功能穩(wěn)定可靠，無噪音，無灰蠅；受氣候影響較大，頂部需要覆蓋，有時需要保暖；占地面積較大，建設(shè)投資較高。第5頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二二、生物轉(zhuǎn)盤的組成盤片接觸反應(yīng)槽轉(zhuǎn)軸與驅(qū)動裝置等?！獭痰?頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二生物轉(zhuǎn)盤的構(gòu)成與系統(tǒng)組成轉(zhuǎn)速一般為18m/min；有一軸一段、一軸多段、以及多軸多段等形式；廢水的流動方式，有軸直角流與軸平行流。第7頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二1、盤片：①盤片的形狀：

外形：圓形、多角形及圓筒形；盤面：平板、凹凸板、波形板、蜂窩板、網(wǎng)狀板等。②盤片的厚度與材質(zhì)：

要求質(zhì)輕、薄、強度高，耐腐蝕等；一般厚度為0.5~1.0cm；常用材料有聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯及玻璃鋼等。③轉(zhuǎn)盤的直徑：2.0、2.5、3.0、3.5m。④盤片間距：一般為30mm，高密度型則為10~15mm。第8頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二2、接觸反應(yīng)槽：①鋼板或鋼筋混凝土制成，橫斷面呈半圓形或梯形；②槽內(nèi)水位一般達(dá)到轉(zhuǎn)盤直徑的40%，超高為20~30cm；③轉(zhuǎn)盤外緣與槽壁之間的間距一般為20~40cm。第9頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二三、生物轉(zhuǎn)盤的工藝流程與組合1、生物轉(zhuǎn)盤為主體的工藝流程①以去除BOD為主要目的的工藝流程沉砂池沉淀池生物轉(zhuǎn)盤二沉池出水廢水第10頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二1、生物轉(zhuǎn)盤為主體的工藝流程

②以深度處理（去除BOD、硝化、除磷、脫氮）為目的初沉池生物轉(zhuǎn)盤(BOD去除)生物轉(zhuǎn)盤(硝化)二沉池生物轉(zhuǎn)盤(缺氧脫氮)生物轉(zhuǎn)盤(再曝氣)終沉池廢水出水絮凝劑(除磷)甲醇第11頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二2、生物轉(zhuǎn)盤與其它工藝的組合流程生物轉(zhuǎn)盤初沉池出水(1)廢水(2)廢水初沉池生物轉(zhuǎn)盤曝氣池二沉池出水活性污泥回流(3)廢水初沉池生物轉(zhuǎn)盤二沉池出水活性污泥回流曝氣池(4)廢水初沉池生物轉(zhuǎn)盤二沉池出水活性污泥回流曝氣池第12頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二3、其它形式的生物轉(zhuǎn)盤

（1）空氣驅(qū)動的生物轉(zhuǎn)盤第13頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二3、其它形式的生物轉(zhuǎn)盤

（2）與沉淀池合建的生物轉(zhuǎn)盤

第14頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二3、其它形式的生物轉(zhuǎn)盤

（3）

與曝氣池合建的生物轉(zhuǎn)盤第15頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二四、工藝選擇和評價1、處理目標(biāo)可用于去除生物可降解有機物，以及將氨氮和有機氮轉(zhuǎn)化成硝酸鹽氮。其五天生物需氧量和總懸浮固體值很容易降到30mg/L以下，在某些情況下甚至可以更低。轉(zhuǎn)盤在過高的有機負(fù)荷下，只能達(dá)到對有機物的部分去除。碳氧化和氮硝化的合并處理，也可以在一個轉(zhuǎn)盤系統(tǒng)中完成。異養(yǎng)和自養(yǎng)細(xì)菌在生物膜好氧區(qū)內(nèi)存在空間競爭，一般在鏈的第一級中有機物濃度較高，異養(yǎng)菌占優(yōu)勢，可去除大部分有機物，在后面的級中，自養(yǎng)菌為優(yōu)勢菌種，進(jìn)行氨氮的轉(zhuǎn)化。用于單獨硝化，對于含有相對較高的氨氮濃度和較低的有機物濃度，劃分單獨硝化的臨界點是，進(jìn)水溶解性BOD5濃度小于15mg/L.用于反硝化，轉(zhuǎn)盤單元整個浸沒在水中，并加蓋以隔絕空氣。

第16頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二2、轉(zhuǎn)盤驅(qū)動方式和選用轉(zhuǎn)盤軸的轉(zhuǎn)動通常分為機械驅(qū)動、空氣驅(qū)動和日本發(fā)明的水力驅(qū)動。機械驅(qū)動系統(tǒng)含一個電機和皮帶或傳動鏈，能夠提供可靠的、恒定的轉(zhuǎn)速。它們對生物膜的集聚很敏感，當(dāng)有機負(fù)荷超載，或遭受高硫化物負(fù)荷時，轉(zhuǎn)盤的正常運行會收到影響。空氣驅(qū)動是依賴于設(shè)在整個軸的長度下的布?xì)夤芎蛧姎饪?，通過里面噴出的空氣推動轉(zhuǎn)盤。它增強了氧的傳輸，有助于剩余生物膜的去除，因而空氣驅(qū)動的轉(zhuǎn)盤對有機負(fù)荷超載和高硫化物負(fù)荷的承受能力要大于機械驅(qū)動的轉(zhuǎn)盤，但空氣驅(qū)動對于轉(zhuǎn)盤的脈動更為敏感。水力驅(qū)動方式是日本栗田工業(yè)公司開發(fā)的。在介質(zhì)的外周邊緣上焊接有塑料集水杯，廢水從介質(zhì)周邊上約1m高處滴入塑料杯中。落下的廢水可帶動3.6m直徑的轉(zhuǎn)盤盤片旋轉(zhuǎn)。第17頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二3、工藝優(yōu)缺點評價優(yōu)點：所用設(shè)備簡單，維護(hù)管理方便；其次是工藝不復(fù)雜，日常操作量少；對能耗需求相對低，只需轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)盤；另外，它在制造上已標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計施工均較方便。缺點:（1）對水質(zhì)和負(fù)荷較為敏感。高的有機負(fù)荷可引起生物膜的過分生長，使介質(zhì)和軸在結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)超重。轉(zhuǎn)盤不具有富余的處理能力去抵御沖擊負(fù)荷，會導(dǎo)致出水水質(zhì)變差。當(dāng)高峰負(fù)荷超過平均負(fù)荷的1.5倍時，則應(yīng)該在生物轉(zhuǎn)盤前設(shè)置調(diào)節(jié)池，依靠均衡的方法緩沖高峰負(fù)荷的影響。（2）生物轉(zhuǎn)盤的應(yīng)用規(guī)模受到每個轉(zhuǎn)盤軸的尺寸限制。（3）對廢水需要優(yōu)足夠的預(yù)處理。如碎布、塑料片和纖維材料等，如果有一定的數(shù)量，均可堵賽轉(zhuǎn)盤介質(zhì)。第18頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二4、典型應(yīng)用生物轉(zhuǎn)盤目前主要應(yīng)用在城市廢水的二級處理，也用于城市廢水的硝化處理。處理規(guī)模一般在4×104m3/d以下。也用于中低濃度的工業(yè)廢水和含硫化氫濃度較低的工業(yè)廢水處理中。日本除用于城市廢水處理和工業(yè)廢水處理外，還用于給水處理廠受污染源水源水的預(yù)處理，即去除源水中的有機污染和氨氮。第19頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二五、運行影響因素1、有機負(fù)荷生物轉(zhuǎn)盤有機負(fù)荷相當(dāng)于生物濾池的表面有機負(fù)荷（SOL）；生物易降解有機物的去除速率通常隨SOL的增加而增加，但其增加的速率是逐漸下降的。這樣的結(jié)果是隨SOL的增加而有機物去除百分比反而下降。轉(zhuǎn)盤的有機負(fù)荷承受能力受單個軸的供氧能力所限。供氧能力受限出現(xiàn)在單軸的SOL值32g總BOD5/(m2.d)，其相應(yīng)的溶解性BOD5是12－20g/(m2.d)，而相當(dāng)于溶解性可降解COD是20－35g/(m2.d).SOL一旦超過該值，將會造成有害生物體貝式硫細(xì)菌屬（Beggiatoa)的過分生長。在轉(zhuǎn)盤系統(tǒng)中有機負(fù)荷將影響硝化反應(yīng)。一旦水中溶解性有機物降到COD20mg/L(BOD515mg/L)以下時，硝化細(xì)菌對生物膜內(nèi)的空間將進(jìn)行有效競爭。第20頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二SOL決定什么時候發(fā)生硝化反應(yīng)。SOL影響碳氧化和氮硝化合并處理過程中，影響氨氮的硝化速率已獲得可靠的經(jīng)驗公式：fNH=1.43-0.1λs(4.3<λs<14.3)fNH:在伴隨有碳氧化同時發(fā)生的情況下氨氮硝化的區(qū)間系數(shù)，其變化范圍為0－1。該方程式表明，當(dāng)SOL≥14.3g可降解COD/(m2.d)時沒有硝化反應(yīng)發(fā)生，當(dāng)SOL≤14.3g可降解COD/(m2.d)時，不受限制的硝化反應(yīng)將發(fā)生COD/硝化。在這兩個數(shù)之間,異養(yǎng)菌和自養(yǎng)菌之間將發(fā)生明顯的競爭，其結(jié)果是降低了氨氮的硝化速率。第21頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二無明顯碳氧化情況下，在一級內(nèi)氨氮濃度濃度對氨氮氧化速率的影響第22頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二2、水力負(fù)荷轉(zhuǎn)盤系統(tǒng)的總水力負(fù)荷（THL），是基于介質(zhì)表面積的，與其存在反比的關(guān)系(F/Ast)。轉(zhuǎn)盤系統(tǒng)的運行歷來與THL相關(guān)。轉(zhuǎn)盤制造商研發(fā)并介紹了在生活污水處理中，出水水質(zhì)作為THL的函數(shù)的運行曲線。利用制造商提供的資料可定性地了解生產(chǎn)規(guī)模轉(zhuǎn)盤的運行情況。然而，必須注意的是，某些制造商所提供的負(fù)荷能力等運行參數(shù)，可能是過于樂觀，因此，在采用時要留有適當(dāng)?shù)挠嗟?。?3頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二在城市廢水處理中轉(zhuǎn)盤水力負(fù)荷與溶解性BOD5關(guān)系第24頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二3、分級轉(zhuǎn)盤的分級可改進(jìn)其整體運行情況。第一級的SOL值高于整個系統(tǒng)的SOL值。即使整體的SOL值升高了，由于工藝出水水質(zhì)取決于最后一級SOL，只要最后一級SOL值是足夠低的，仍可產(chǎn)生很好的出水水質(zhì)。在碳氧化和氮硝化的合并處理中，分級是特別有效的。在鏈的上游部分分級，產(chǎn)生一個很高的SOL值，結(jié)果有機物被高速地去除，降低了后面級中的SOL值，使得硝化細(xì)菌可在鏈的后面的幾個級中穩(wěn)定地生長。分級也有不利之處，它會影響生物膜對有機污染物的去除能力。在碳氧化和氮硝化的合并處理的轉(zhuǎn)盤中，第一級生物膜主要生長了異養(yǎng)菌，較高的有機物通量使它非常活躍。在后面的級數(shù)中，硝化細(xì)菌逐漸增加，盡管硝化能力被強化，但有機物去除能力卻被減弱了。第25頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二4、溫度溫度對轉(zhuǎn)盤系統(tǒng)運行的影響，與其它附著型生物處理工藝相似。由于反應(yīng)速率主要是受基質(zhì)擴算的影響，在一個很大的范圍內(nèi)，水溫的影響是很小的。盡管在較低的溫度下，其去除速率要降低，但在15℃以上可以忽略不記。對于溫度的影響，目前有兩種表示方式。第26頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二圖的方式－轉(zhuǎn)盤內(nèi)水溫對所需介質(zhì)面積的影響第27頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二運用圖確定轉(zhuǎn)盤介質(zhì)表面積的說明首先根據(jù)水質(zhì)水量直接確定在溫度高于13℃時所需的轉(zhuǎn)盤介質(zhì)表面積。然后根據(jù)實際運行溫度，在圖中選取一個對應(yīng)于實際運行溫度大于1的系數(shù)，將所確定的介質(zhì)面積通過乘以系數(shù)加以擴大，以求得運行溫度下的轉(zhuǎn)盤介質(zhì)面積。第28頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二表的表示方式首先確定預(yù)期的生物膜界面通量，不考慮溫度的影響。然后在表內(nèi)確定預(yù)期溫度下的一個小于1的相關(guān)系數(shù)。將預(yù)期的通量乘以折扣系數(shù)去獲得一個縮小了設(shè)計通量值，再依據(jù)它，去確定所需的轉(zhuǎn)盤介質(zhì)面積。第29頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二若干制造商推薦的水溫對反應(yīng)速率的水溫折扣系數(shù)第30頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二5、廢水特性廢水中顆粒狀、大分子和降解慢的成分，其進(jìn)入生物膜界面的通量，要比溶解狀的、小分子和易降解的成分的少。特別是顆粒狀有機物的存在，有可能減少溶解物質(zhì)進(jìn)入生物膜的通量。被捕獲在生物膜內(nèi)的顆粒有機物質(zhì)，由于其逐漸水解，釋放出溶解性物質(zhì)，會減少溶解有機物從液膜進(jìn)入生物膜的擴散。另外對轉(zhuǎn)盤系統(tǒng)運行有特殊影響的廢水組分是硫化氫。廢水中硫化氫濃度的升高，會引起貝式硫化物氧化細(xì)菌屬的增長，從而干擾生物轉(zhuǎn)盤的正常運行。第31頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二6、生物膜特性在轉(zhuǎn)盤上所形成的生物膜，其特性對轉(zhuǎn)盤運行狀況有較大影響，而運行狀況反過來又會影響生物膜自身。在鏈上各級形成的生物膜是不同的。在前級上主要去除有機物，并且形成穩(wěn)定、厚度正常、可以控制、呈灰褐色的生物膜。它主要由好氧性異養(yǎng)菌組成、其中也捕獲了顆粒狀的有機物，并生存了一些真核生物。如果有機負(fù)荷不高的話，在后面的級中，硝化細(xì)菌將生長和發(fā)展。硝化型生物膜是微紅的、褐色的，通常比異養(yǎng)性的厚度要薄。在單獨硝化系統(tǒng)中生物膜呈棕黃色或古銅色。第32頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二6、生物膜特性在某些情況下，轉(zhuǎn)盤上會形成白色黏性生物膜，很不易被水流沖刷掉，并不斷地增長，最后導(dǎo)致轉(zhuǎn)盤在結(jié)構(gòu)上超重而無法運行，使介質(zhì)直接損壞，或從軸上脫落。這種生物膜的形成主要是貝式絲狀硫細(xì)菌屬的生長導(dǎo)致，它使生物膜的附著力和抵御水力剪切的能力過強，減少了生物膜的脫落。這種生物膜是呈蒼白色。第33頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二6、生物膜特性

解決貝式硫細(xì)菌過分生長的方法。①用不同的方法產(chǎn)出根源，用投加氯、過氧化氫和增加充氧，或用鐵沉淀，或改變廢水管道收集系統(tǒng)的運行條件等辦法，來降低進(jìn)水中硫化氫的濃度。②降低工藝中超負(fù)荷級的SOL值，或減少整個工藝的SOL值，或?qū)M(jìn)水負(fù)荷重新分配。③用一系列有效的物理和化學(xué)方法去除每個轉(zhuǎn)盤軸上剩余的生物質(zhì)，如用氯來氧化生物質(zhì)，用熟石灰來提高水的pH,增加空氣沖刷，改變轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)方向來改變剪切力特性，出水回流，停運行或讓若干軸干透等。④需經(jīng)常監(jiān)測個別軸上剩余生物質(zhì)的積聚情況。由于貝式硫細(xì)菌的出現(xiàn)外觀是很明顯的，可以檢查外觀。也可以在每個軸上裝配荷重測量元件，確定生物質(zhì)是否增加了。第34頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二六、工藝參數(shù)和設(shè)計計算由于轉(zhuǎn)盤情況復(fù)雜，其設(shè)計基本模式始終處于發(fā)展中，因而經(jīng)驗方法成為當(dāng)前流行的設(shè)計方法；有機物的去除設(shè)計；硝化物的去除設(shè)計；第35頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二1、可生物降解有機物的去除去除可生物降解有機物的轉(zhuǎn)盤系統(tǒng)的一般設(shè)計，包括下列步驟：選擇設(shè)計公式。主要是一些經(jīng)驗公式，在國內(nèi)外的手冊中有很大的不同；確定出水水質(zhì)目標(biāo)，考慮工藝運行的不確定性和工藝的易變性；在保證第一級SOL值低于32gBOD5/(m2.d)前提下，確定第一級的所需介質(zhì)面積，以避免貝式硫細(xì)菌屬的過分生長；選擇鏈數(shù)、每個鏈的級數(shù)以及每個級的軸數(shù)，在選用軸數(shù)時考慮轉(zhuǎn)盤制造的標(biāo)準(zhǔn)，按整軸選取。第36頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二2單獨硝化單獨硝化的設(shè)計方法與可降解碳有機物的設(shè)計方法相似。實現(xiàn)單獨硝化的前提是，溶解性可生物降解的COD濃度必須低于20mg/L,這樣才能允許高組裝密度轉(zhuǎn)盤軸在整個轉(zhuǎn)盤鏈中使用.此外，單獨硝化在運行啟動時遵循線型模式。第37頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二3、轉(zhuǎn)盤設(shè)計的一些其它考慮因素轉(zhuǎn)盤系統(tǒng)的設(shè)計除了考慮它的正常運行外，還要考慮它的不正常運行狀況。因而，運行的靈活性不需提供。需被考慮的因素或應(yīng)該提供的措施包括：對機械驅(qū)動的轉(zhuǎn)盤需附加空氣曝氣設(shè)備。附加空氣曝氣有助于控制盤上的生物膜，并且使轉(zhuǎn)盤SOL接近于氧轉(zhuǎn)移的限制時有較好的適應(yīng)性。當(dāng)進(jìn)水中含H2S濃度有可能升高時，附加曝氣尤其需要。去除剩余生物膜。方法有用空氣或水流進(jìn)行剝落，投加化學(xué)藥劑，控制旋轉(zhuǎn)速度或改變轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)方向。盡可能采用多個處理鏈，以減少維修對出水水質(zhì)的影響。多個鏈運行過程中，個別鏈脫離生產(chǎn)線進(jìn)行維修，對水質(zhì)影響不大。在所有級間設(shè)可移動擋板，以便對分級程度進(jìn)行選擇。第38頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二3、轉(zhuǎn)盤設(shè)計的一些其它考慮因素5.對每個鏈的流量要有均衡控制措施；6.選擇合適的運行模式，如階段投配。7.當(dāng)附加空氣曝氣器時，或用空氣驅(qū)動設(shè)備時，要注意對每軸的空氣流量能進(jìn)行均布。8.出水回流到第一級中，可降低進(jìn)水濃度，并且提高溶解氧，有利于氧化進(jìn)水中的H2S。9.去除H2S，可從進(jìn)水中去除（如氧化或沉淀）或減少進(jìn)水有機負(fù)荷（在上游初沉池中投加藥劑）。10.如果在某個軸上可能出現(xiàn)生物膜的過分累積，設(shè)計中要提供采用水力的機械的措施等，以