南開大學(xué)的排水工程課件-污水的生物處理-生物膜法

污水的生物處理---生物膜法歡迎來到南開大學(xué)排水工程課程的生物膜法講座。本課程將深入探討這種先進(jìn)的污水處理技術(shù)，揭示其工作原理、優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用。生物膜法概述定義生物膜法是利用微生物群落形成的生物膜進(jìn)行污水處理的技術(shù)。原理微生物附著在載體表面，形成生物膜，降解污水中的有機(jī)物。應(yīng)用廣泛應(yīng)用于市政、工業(yè)和農(nóng)業(yè)廢水處理領(lǐng)域。生物膜法的定義科學(xué)定義生物膜法是一種利用固定化微生物群落進(jìn)行污水處理的生物技術(shù)。微生物以生物膜形式附著在固體載體表面。工程應(yīng)用在實(shí)際應(yīng)用中，生物膜法通過設(shè)計(jì)特定反應(yīng)器，提供適宜環(huán)境，促進(jìn)生物膜形成和污染物降解。生物膜法的特點(diǎn)高效降解生物膜具有較高的微生物密度，能夠高效降解有機(jī)污染物?？箾_擊能力強(qiáng)生物膜對(duì)水質(zhì)和水量變化的適應(yīng)性強(qiáng)，具有良好的抗沖擊能力。能耗低與傳統(tǒng)活性污泥法相比，生物膜法能耗更低，運(yùn)行成本更低。生物膜法的優(yōu)勢(shì)1高效處理處理效率高，出水水質(zhì)好2占地面積小設(shè)備緊湊，適合空間有限場所3運(yùn)行穩(wěn)定抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，運(yùn)行更穩(wěn)定4節(jié)能環(huán)保能耗低，污泥產(chǎn)量少生物膜法的主要形式生物濾池利用石塊或塑料填料作為載體，污水自上而下流過，微生物在填料表面形成生物膜。旋轉(zhuǎn)生物接觸器圓盤狀載體部分浸沒在污水中旋轉(zhuǎn)，微生物在圓盤表面形成生物膜。生物流化床利用懸浮載體，通過氣液混合使載體流化，微生物在載體表面形成生物膜?；钚晕勰喾?進(jìn)水污水進(jìn)入曝氣池，與活性污泥混合。2曝氣提供氧氣，促進(jìn)微生物生長和有機(jī)物降解。3沉淀污泥與處理后的水分離。4回流部分污泥回流至曝氣池，維持微生物濃度。生物膜反應(yīng)器進(jìn)水污水進(jìn)入反應(yīng)器，與生物膜接觸。生物降解生物膜上的微生物降解污染物。氣液接觸提供氧氣，促進(jìn)生物膜生長和污染物降解。出水處理后的水從反應(yīng)器流出。生物膜反應(yīng)器的構(gòu)造反應(yīng)器主體提供微生物生長和反應(yīng)的空間。載體為微生物提供附著表面，形成生物膜。曝氣系統(tǒng)提供氧氣和攪拌作用。進(jìn)出水系統(tǒng)控制污水的進(jìn)出。生物膜反應(yīng)器的工作過程1生物膜形成微生物在載體表面附著，形成生物膜。2污染物吸附污水中的污染物被生物膜吸附。3生物降解生物膜中的微生物降解吸附的污染物。4新陳代謝生物膜不斷更新，脫落的部分形成污泥。生物膜反應(yīng)器的特點(diǎn)高效性生物膜具有高密度微生物群落，處理效率高。穩(wěn)定性生物膜對(duì)環(huán)境變化的適應(yīng)能力強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定。低能耗與傳統(tǒng)活性污泥法相比，能耗更低。低污泥產(chǎn)量生物膜法產(chǎn)生的剩余污泥量較少。生物膜反應(yīng)器的優(yōu)勢(shì)處理效率高生物膜中微生物密度高，單位體積處理能力強(qiáng)?？箾_擊能力強(qiáng)生物膜對(duì)水質(zhì)水量變化的適應(yīng)性好，運(yùn)行更穩(wěn)定。占地面積小設(shè)備緊湊，適合場地受限的情況。生物膜反應(yīng)器的應(yīng)用領(lǐng)域市政污水處理用于城市生活污水的處理，特別適合小型社區(qū)。工業(yè)廢水處理適用于食品、造紙、制藥等行業(yè)的高濃度有機(jī)廢水處理。農(nóng)業(yè)廢水處理處理養(yǎng)殖場、農(nóng)產(chǎn)品加工等產(chǎn)生的廢水。生物膜的形成機(jī)理1初始吸附微生物細(xì)胞初步附著在載體表面。2不可逆吸附微生物分泌胞外聚合物，牢固附著。3微菌落形成微生物繁殖，形成小型菌落。4生物膜成熟菌落擴(kuò)大，形成成熟的生物膜結(jié)構(gòu)。生物膜的結(jié)構(gòu)特征1表層新鮮活性微生物層，代謝活躍2中層成熟微生物層，穩(wěn)定降解污染物3底層衰老微生物層，代謝活性較低4基底載體表面，提供附著基礎(chǔ)生物膜的物質(zhì)傳遞外部傳質(zhì)污染物從液相傳遞到生物膜表面。內(nèi)部擴(kuò)散污染物在生物膜內(nèi)部擴(kuò)散。生物降解微生物將污染物轉(zhuǎn)化為簡單物質(zhì)。產(chǎn)物擴(kuò)散代謝產(chǎn)物從生物膜內(nèi)部向外擴(kuò)散。生物膜的菌種組成細(xì)菌主要負(fù)責(zé)有機(jī)物降解，包括好氧細(xì)菌、厭氧細(xì)菌和兼性厭氧細(xì)菌。真菌參與難降解有機(jī)物的分解，增強(qiáng)生物膜的穩(wěn)定性。原生動(dòng)物捕食細(xì)菌，調(diào)節(jié)微生物群落平衡，提高出水水質(zhì)。藻類在生物膜表層進(jìn)行光合作用，提供氧氣。生物膜的培養(yǎng)條件溫度一般保持在20-35℃，適合微生物生長。pH值通?？刂圃?.5-8.5之間，保持微生物活性。溶解氧保持2-4mg/L，滿足好氧微生物需求。營養(yǎng)物質(zhì)提供碳、氮、磷等必要元素，促進(jìn)微生物生長。生物膜的控制與管理1負(fù)荷控制調(diào)節(jié)進(jìn)水量和污染物濃度，避免生物膜過載。2溶解氧調(diào)節(jié)控制曝氣量，維持適宜的溶解氧水平。3pH值調(diào)節(jié)添加酸堿調(diào)節(jié)劑，保持pH在適宜范圍。4生物膜更新定期沖洗或更換載體，防止生物膜老化。生物膜反應(yīng)器的設(shè)計(jì)反應(yīng)器類型選擇根據(jù)處理目標(biāo)和場地條件，選擇適合的反應(yīng)器類型。載體選擇考慮比表面積、強(qiáng)度和成本，選擇合適的生物膜載體。水力負(fù)荷計(jì)算根據(jù)進(jìn)水量和反應(yīng)器體積，計(jì)算合適的水力停留時(shí)間。生物膜反應(yīng)器的工藝流程1預(yù)處理去除大顆粒物質(zhì)和懸浮物。2生物處理污水在生物膜反應(yīng)器中進(jìn)行生物降解。3沉淀分離分離處理后的水和脫落的生物膜。4消毒殺滅病原微生物，確保出水安全。生物膜反應(yīng)器的運(yùn)行管理日常監(jiān)測定期檢測水質(zhì)指標(biāo)，如COD、氨氮、總磷等。參數(shù)調(diào)整根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，如曝氣量、回流比等。設(shè)備維護(hù)定期清洗設(shè)備，更換損壞部件，確保系統(tǒng)正常運(yùn)行。生物膜反應(yīng)器的故障分析生物膜脫落可能原因：水力沖刷過大、毒性物質(zhì)沖擊。解決方法：調(diào)整水力條件，排查毒性物質(zhì)來源。出水水質(zhì)下降可能原因：負(fù)荷過高、溶解氧不足。解決方法：降低進(jìn)水負(fù)荷，增加曝氣量。堵塞可能原因：生物膜過度生長、雜質(zhì)累積。解決方法：增加反沖洗頻率，清理過濾裝置。生物膜反應(yīng)器的維護(hù)與保養(yǎng)1定期清洗清除反應(yīng)器內(nèi)壁和管道中的沉積物。2設(shè)備檢查檢查泵、閥門、曝氣裝置等關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。3生物膜觀察定期觀察生物膜生長狀況，及時(shí)調(diào)整運(yùn)行參數(shù)。4水質(zhì)監(jiān)測定期進(jìn)行進(jìn)出水水質(zhì)分析，評(píng)估處理效果。生物膜反應(yīng)器的經(jīng)濟(jì)性分析初始投資包括設(shè)備購置、安裝和調(diào)試費(fèi)用。相比傳統(tǒng)活性污泥法，初始投資較高。運(yùn)行成本能耗低，污泥產(chǎn)量少，運(yùn)行維護(hù)成本較低。長期來看更具經(jīng)濟(jì)性。處理效果出水水質(zhì)好，可以達(dá)到更高的排放標(biāo)準(zhǔn)，減少環(huán)境污染費(fèi)用。生物膜法在南開大學(xué)的應(yīng)用科研應(yīng)用用于開展生物膜處理技術(shù)的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究。教學(xué)應(yīng)用作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力。校園污水處理應(yīng)用于校園生活污水處理，實(shí)現(xiàn)污水資源化利用。南開大學(xué)生物膜法項(xiàng)目介紹項(xiàng)目目標(biāo)開發(fā)高效、低耗的新型生物膜反應(yīng)器。研究內(nèi)容包括新型載體材料、微生物群落優(yōu)化和過程控制等。應(yīng)用方向針對(duì)難降解有機(jī)物處理和氮磷去除等領(lǐng)域。合作單位與多家水處理企業(yè)和環(huán)保部門合作，推動(dòng)技術(shù)轉(zhuǎn)化。南開大學(xué)生物膜法項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)新型載體開發(fā)了具有特殊表面結(jié)構(gòu)的納米材料載體，提高生物膜附著效率。復(fù)合微生物群落構(gòu)建了高效復(fù)合微生物群落，提高污染物降解能力。智能控制系統(tǒng)開發(fā)了基于人工智能的過程控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行參數(shù)的自動(dòng)優(yōu)化。南開大學(xué)生物膜法項(xiàng)目的實(shí)踐成果99%污染物去除率新型生物膜反應(yīng)器對(duì)COD和氨氮的去除率達(dá)到99%以上。50%能耗降低與傳統(tǒng)活性污泥法相比，能耗降低50%。10+專利授權(quán)項(xiàng)目已獲得10項(xiàng)以上國家發(fā)明專利授權(quán)。南開大學(xué)生物膜法項(xiàng)目的推廣前景1技術(shù)成熟生物膜技術(shù)已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室和小規(guī)模應(yīng)用中證明可行。2市場需求環(huán)保要求日益嚴(yán)格，高效低耗的污水處理技術(shù)需求旺盛。3政策支持國家鼓勵(lì)發(fā)展環(huán)保技術(shù)，為推廣提供有利環(huán)境。4產(chǎn)業(yè)化前景預(yù)