4.2生物膜.ppt

生物膜法污水处理设备,生物膜 使多种细菌和菌类一类的微生物和原生动物、后生动物一类的微型动物吸附在滤料或某些载体上生长繁育，并在其上形成的膜状生物污泥。,生物膜的构造,生长过程： 初步形成 成熟（厌氧膜出现） 生物膜的更新与脱落,微生物组成的生态系统、对有机物的降解功能达到了平衡和稳定。 成熟所需时间：20C 30d,生物膜结构示意图,厌氧膜的出现： 生物膜厚度不断增加，氧气不能进入的内部深处将转变为厌氧状态； 成熟的生物膜由厌氧膜和好氧膜组成； 好氧膜是有机物降解的主要场所，一般厚度为2mm。,生物膜的更新与脱落,厌氧膜的加厚： 厌氧代谢产物增多，代谢产物向外溢出的过程势必通过好氧层，使好氧层的生态系统的稳定状态被破坏； 厌氧代谢产物增多，产生的气体会减弱生物膜的附着能力； 生物膜的更新： 老化膜脱落，新生膜会重新生长； 新生膜具有更强的净化功能。,生物膜处理污水的过程,滤料 或填料 或载体,生物膜结构示意图,氧的传递： 空气流动水层附着水层好氧层 污染物的传递： 流动水层附着水层好氧层 代谢产物的传递： 液态或固态的代谢产物通过附着水层进入流动水层后，随水排走；CO2、CH4等气态代谢产物则从水层中逸出，进入空气。,生物膜处理污水的过程,生物膜法,定义： 生物膜法是指使废水流过生长在固定载体上的 生物膜，利用生物氧化作用和各相间的物质交 换，降解废水中的有机污染物的生化处理方法。 又称固定膜法，也称生物过滤法。 处理对象： 废水中溶解性和胶体状的有机污染物及氮、磷等； 生活污水或城市废水；以及工业废水。,生物膜法的类型,生物膜法的类型： （1）润壁型生物膜法 废水和空气沿固定的或转动的接触介质表面的生物膜流过，如生物滤池和生物转盘等； （2）浸没型生物膜法 生物膜载体完全浸没在水中，通过鼓风曝气供氧。如载体固定，称为接触氧化法；如载体流化则称为生物流化床。,生物膜法的主要特征,微生物方面的特征 微生物种类多样化； 生物膜上微生物的食物链较长； 能够存活世代时间较长的微生物 (2)工艺运行特征 适应性强（对水质、水量等的变化）； 污泥沉降性能良好，易于分离； 能够处理低浓度污水； 易于维护运行，运行费用少。,生物膜法与活性污泥法的比较,相同点： 都属于好氧微生物处理过程，微生物氧化分解有机污染物的过程都需要充足的氧气。 不同点： 活性污泥处理法起氧化分解作用的是活性污泥，活性污泥呈悬浮态，需要不断的进行搅拌、充氧；生物膜处理法起氧化分解作用的是生物膜，生物膜必须附着在滤料或某些载体上。,生物滤池,概念： 是以土壤自净原理为依据，在污水灌溉的实践基础上经较原始的间歇砂滤池和接触滤池发展起来的人工生物处理设备。 类型：（按负荷） 低负荷生物滤池（普通生物滤池）； 高负荷生物滤池； 塔式生物滤池。,生物滤池的工艺流程,普通生物滤池,构造： 池体 滤料 布水装置 排水系统,1、池体 池体形式： 方形或矩形 池壁形式：带有孔洞或不带孔洞 超高要求：池壁高于滤料0.5m0.9m。 其它考虑：防冻、采暖、防蝇等,2、滤料是生物膜赖以生长的基础 选择滤料的依据： 质地坚硬，耐腐蚀，抗冰冻。 具有较大的比表面积大； 具有较大的空隙率； 适于生物膜形成与粘附，且应该既不被微生物分解，又不抑制微生物的生长； 就地取材，便于加工、运输。,单位容积滤料所具有的表面积,单位容积滤料中空隙占总体积的百分比,滤料： 多采用实心的拳状滤料, 总的厚度为1.52.0m。 工作层：厚度为1.31.8m，滤料粒径为2540mm； 承托层：厚度为0.2m，滤料粒径为70100mm。,3、布水装置 作用：向滤料表面均匀地布洒废水； 要求：可以适应水量的变化；不易堵塞， 易于清通，不受风、雪等影响 。 固定式布水装置,固定式布水装置,布水装置的特点,固定式布水装置运行方便，易于管理和受气候的影响较小，间断布水，布水不均匀，配水的水头较高（配水面高0.92.1m），目前应用较少。,4、排水系统 处于滤床的底部 作用：收集和排出出水，并保证良好的通风； 组成：由渗水装置、集水沟和排水渠组成； 渗水装置：用于支撑滤料，其排水孔的总面积应 不小于滤池表面积的20%； 渗水装置下底与池底之间的净空高度一般不小于 0.4mm以上，以利通风，一般在出水区的四周池壁均匀 布置进风孔。,优点： 处理效果良好，BOD5的去除率可以达到95； 运行稳定，易于管理。 缺点： 占地面积大、不适合处理量大的污水； 滤料易于堵塞； 喷嘴喷洒污水，散发恶臭气味； 产生滤池蝇，恶化环境卫生。,普通生物滤池的优缺点,高负荷生物滤池,构造特点： 池体：一般采用圆形 滤料： 粒状滤料：一般为石质，滤料层高度一般为2.0m。 工作层：厚度1.8m，滤料粒径为4070mm； 承托层：厚度0.2m，滤料粒径为70100mm。 塑料滤料：滤床高度可达4m；一般为聚氯乙烯、聚 苯乙烯、聚丙烯等，形状有波纹板状、 列管状和蜂窝状等。 布水系统：多采用旋转式布水装置。,基本结构：,高负荷生物滤池,高负荷生物滤池的滤料,高负荷生物滤池的滤料,旋转布水器的优点是布水比较均匀，淋水周期短，水力冲刷作用强；缺点时喷水孔易堵，低温时要采用防冻措施，仅适用于圆形池。,布水装置的特点,高效生物滤池的特征： 大幅的提高了滤池的负荷，其BOD容积负荷高于普通生物滤池的68倍，水力负荷高达10倍。 进入高负荷生物滤池的BOD5值必须低于200mg/L，否则必须要用处理水回流加以稀释。,高负荷生物滤池的流程系统,有利于生物膜的接种，促进生物膜的更新； 有利于改善初沉池的沉淀效果。,可避免加大初次沉淀池的容积，生物污泥由二次沉淀池回流初次沉淀池，以提高初次沉淀池的沉淀效果。,既提高了初沉池的沉淀效果，又加大了滤池的水力表面负荷。,设中间沉淀池的目的是减轻二段滤池的负荷。,二级串联工作的生物滤池的特点： 优点： 滤池深度可适当减小，通风条件好，两次撒水充 氧，出水水质较好。 缺点： 增加了提升泵，加大了占地面积，增加了能耗。,塔式生物滤池,构造特点： 滤池总高度为824m，直径13.5m呈塔状；在平面上塔式生物滤池多呈圆形。 由塔身、滤料、布水系统和通风及排水装置组成。 （1）塔身主要作用：围挡滤料 塔的高度在一定程度上影响塔滤对污水的处理效果， （2）滤料:轻质滤料环氧树脂固化的玻璃布蜂窝滤料 （3）布水装置：大中型滤塔旋转布水器； 小型滤塔固定式喷嘴布水系统。 （4）通风：自然通风； 机械通风。,工艺特征： (1)高负荷： 容积负荷为1.03.0kgBOD5/m3d； 表面水力负荷为80200m3/m2d； BOD5的去除率一般为6585%； (2)滤层内部的分层： 能承受较高的有机污染物的冲击负荷；,缺点： (1)当进水BOD浓度较高时，生物膜生长迅速，易引起滤料堵塞；所以进水BOD浓度应控制在200mg/L以下，否则必须采用处理后的水回流稀释措施； (2)基建投资大，BOD去除率低，只适合小型污水处理厂或小量污水的处理。,曝气生物滤池,集生物降解、固液分离于一体的污水处理设备,特征： （1）气液在滤料间隙充分接触，由于气、液、固三相接触， 氧的转移率高，动力消耗低； （2）具有截留污水中悬浮物与脱落的生物污泥的功能，因此 无需设置沉淀池，占地面积小； （3）以3-5mm的小颗粒作为滤料，比表面积大，微生物附着 能力强； （4）池内能够保持大量的生物量，再由于截留作用，污水处 理效果良好； （5）勿需污泥回流，也无污泥膨胀的顾虑，如反冲洗全部自 动化，维护管理也会非常方便。,影响生物滤池功能的主要因素,1、滤床的比表面积和孔隙率 2、滤床的高度 3、有机负荷与水力负荷 4、供氧,1、滤床的比表面积和孔隙率,滤料比表面积愈大，生物膜的表面积也愈大，生物膜的量就愈多，净化功能就愈强； 孔隙率大，则滤床不易堵塞，通风效果好，可为生物膜的好氧代谢提供足够的氧； 滤床的比表面积和孔隙率愈大，扩大了传质的界面，促进了水流的紊动，有利于提高净化功能。,2、滤床的高度,滤床的不同高度，生物膜量、微生物种类、去除有机物的速度等方面都是不同的； 有机物的去除效果随滤床深度的增加而提高，但去除速率却随深度的增加而降低。,3、有机负荷与水力负荷,BOD5容积负荷： 指在保证出水达标排放的前提下，每m3滤料在1d内所能接受的BOD5的量，单位为gBOD5/（m3滤料 d）。 水力负荷： 是指在保证出水达标排放的前提下，每m3滤料或每m2滤池表面在1日内所能够接受的污水水量，单位为m3/（m3滤料d）或m3/（m2滤池表面d）。 有机负荷高，生物膜增长快，需要的水力负荷就越高，一般是通过出水回流来解决。,4、供氧,一般是自然通风； 影响滤池自然通风的主要因素： 池内温度与气温之差； 池内、外温度差与空气流速之间存在下列关系： 滤池高度； 滤料孔隙率及风力等； 滤池堵塞也会影响通风。,生物滤池的运行与管理,1、生物滤池的挂膜阶段：培养与驯化 2、生物滤池的日常运行与管理 日常水质检测； 能量消耗统计； 机电设备养护与维修,3、常见问题及对策 （1）滤池积水； 原因： 滤料的粒径太小或不均匀； 由于温度的骤然变化使石质滤料破碎以致堵塞孔隙； 预处理设备运行不正常，导致滤池进水中的悬浮物量过高； 生物膜的过度剥落堵塞了滤料间的孔隙； 滤池的有机负荷过高。,预防和补救方法有： 耙松滤池表面的石质滤料； 用高压水流冲浇滤料表面； 停止在积水面积上布水器的运行，让废水流将滤料上的生物膜冲走； 向滤池进水中投配游离氯（5mg/L），历时数小时，隔周投配，投配时间可在晚间流量低时以降低氯的需要量； 停止滤池运转一时间，以便让积水滤干； 对于有水封墙和可以封隹排水渠道的滤池，可用废水淹没滤池并使其维持一天以上时间； 如以上措施仍然都无效时，就要考虑更换滤料了，这样做可能比清洗旧滤料更经济些。,（2）臭味问题； 维持所有设备（包括沉淀池和废水系统）都保持在好氧状态； 降低污泥和生物膜的累积量； 在低流量时向滤池进水短期加氯； 采用滤池回流； 清洗出现堵塞的排水系统； 清洗所有的滤池通风道； 把空气压入滤池的排水系统以加大通风量； 降低特别大的有机负荷； 在滤池上加盖并对排放气体除臭。,（3）滤池灰蝇问题； 连续地向滤池投配水； 按照与减少积水相类似方法减少过量的生物膜； 每周或每两周用废水淹没滤池一天； 冲洗滤池内部曝露的池墙表面； 向废水中加氯，维持0.5-1mg/L的余氯量； 隔4-6周投加一次杀虫剂。,（4）滤池表面结冰问题； 减少滤池废水回流次数； 调节喷嘴和反射板以使滤池布水均匀； 在滤池的风向处设挡风屏； 及时清除滤池表面所出现的冰块。 （5）蜗牛、苔藓和蟑螂； 加氯10mg/L，使滤池出水中的余氯量为0.51mg/L并维持几个小时； 用最大的回流量来冲洗滤池。,（6）旋转布水器孔口的堵塞问题； 清洗所有的孔口；提高初次沉淀池对油脂和悬浮物的去除效果；对滤池维持适当的水力负荷；按规定定期对旋转臂进行加油。 （7）生物膜异常脱落等。 这一问题通常易于在高负荷滤池或塔滤进水中断再恢复时出现，因此，应当保持进水的连续运行。,生物滤池与活性污泥法的比较,是生物膜法的一种； 是在生物滤池的基础上发展起来的，也叫作浸没式生物滤池。,生物转盘,生物转盘处理系统的工艺流程,去除生物转盘处理后的污水中所夹带的脱落生物膜,去除有机污染物,生物转盘的组成： 盘片 接触反应槽 转轴与驱动装置等。,生物转盘的结构,盘片：, 盘片的形状： 外形：圆形、多角形及圆筒形； 盘面：平板、凹凸板、波形板、蜂窝板、网状板等。 盘片的厚度与材质： 要求质轻、薄、强度高，耐腐蚀等； 一般厚度为0.51.0cm； 常用材料有聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯及玻璃钢等。 转盘的直径：2.0-3.6m (2.0、2.5、3.0、3.5m)。 盘片间距：一般为30mm，高密度型则为1015mm。,接触反应槽：,钢板或钢筋混凝土制成，横断面呈半圆形或梯形； 槽内水位一般达到转盘直径的35%，超高为2030cm； 转盘外缘与槽壁之间的间距一般不小于100mm。,转轴：,转轴是支撑盘片并带动其旋转的重要部件。 转轴一般采用实心钢轴或无缝钢管； 转轴的长度一般应控制在0.57.0m之间，直径为5080cm； 转轴与反应槽液面之间的间距一般不小于150mm。,驱动装置：,包括： 动力设备电力机械传动、空气传动、水力传动等。 减速装置 传动链条,生物转盘处理系统净化作用原理： 传动装置驱动转盘以较低的速度在接触反应槽内转动。接触反应槽内充满污水。转盘交替地与空气、污水相接触。污水中的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DO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以及空气之间，除有机物与氧气外，还进行着其他物质，如CO2、NH3等的传。,废水处于半静止状态，而微生物则在转动的盘面上； 转盘40%的面积浸没在废水中，盘面低速转动； 盘面上生物膜的厚度与废水浓度、性质及转速有关，一般0.10.5mm。,吸附吸氧氧化分解,生物转盘的特征：,微生物浓度高，这是生物转盘高效率的主要原因； 生物膜上生物的食物链长，污泥产量少，为活性污泥法的1/2左右； 维护管理简单，功能稳定可靠，无噪音，无灰蝇； 生物转盘兼具完全混合与推流的特点； 运行能耗较低； 受气候影响较大，顶部需要覆盖，有时需要保暖； 占地面积较大，建设投资较高。,生物转盘的组合形式,生物转盘的布置形式可分为单轴单级、单轴多级、多轴多级三种，一般根据废水的水质、水量、净化要求以及设置转盘场地的现场条件等因素来选择。 对同一污水，如盘片面积不变，将转盘分为多级串联运行，可以提高出水水质。 城市污水多采用四级转盘来处理。,其它形式的生物转盘,1.空气驱动的生物转盘,特点： 槽内污水含有较高的溶解氧，BOD的去除率较高； 生物膜较薄，有较强的活性； 通过空气调节量改变转盘的转数，采用气量调节装置，根据槽内溶解氧的变化自动运行； 易于维修管理。,2.与其他设备组合的生物转盘,（1）与沉淀池组合的生物转盘,与平流式沉淀池（作为二沉池）组合的生物转盘,（2）与曝气池组合的生物转盘,特点： 提高原有设备的处理效果和处理能力； 占地面积小，附加设备费用低； 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； 污泥量少而且易于沉淀； 动力消耗少，活性污泥装置本身就能提供生物转盘转动的能量。,藻类生物转盘的主要特点是加大了盘间距离，增加受光面，接种筛选的藻类，在盘面上形成藻菌共生体系。在菌藻的共同作用下，使污水得到净化。,3.藻类生物转盘,又称为淹没式生物滤池或接触曝气法。 介于活性污泥法与生物滤池之间的生物膜法处理工艺。 实质： 1.池内充填填料，填料上布满生物膜，生物膜与污水 接触，去除有机污染物，净化污水。 2.采用与曝气池相同的曝气方法，向微生物提供氧， 起到搅拌混合的作用。,生物接触氧化,基本工艺流程,去除悬浮物，减轻氧化池的负荷。,完全混合型,二段处理流程,高负荷段,低负荷段,总体上看，流态属于推流态,多段处理流程,1.工艺方面： 生物膜上能够形成稳定的生态系统与食物链； 密集的生物网，污水在其中通过“过滤”，净化效果 提高； 由于进行曝气，利于生物膜活性，提高氧的利用 率，处理效率高，有利于缩小池容，减小占地面 积。,主要特征：,2.运行方面： 对冲击负荷有较强的适应能力； 操作简单、运行方便、易于维护管理，勿需污泥回 流，不产生污泥膨胀，也不产生滤池蝇； 污泥生成量少，颗粒大，易于沉淀。 3.功能方面： 具有多种净化功能，除能去除有机污染物外，还能够脱 氮，可作为深度处理技术。,生物接触氧化池的构造与组成,由池体、填料、支架、曝气系统、进出水装置及排泥管等组成,接触氧化池的基本构造图,池体的作用： 容纳水量和填料、布气布水装置等 曝气装置的作用： 充氧、充分搅动形成紊流、防止填料阻塞、促进生 物膜更新 根据曝气装置与填料的相对位置，可分： 分流式： 曝气装置与填料分开设置； 直流式： 曝气装置直接安设在填料底部。,分流式接触氧化池,填料区水流稳定，有利于生物膜生长， 但冲刷力不够，生物膜不易脱落； 可采用鼓风曝气或表面曝气装置； 较适用于深度处理。,直流式接触氧化池,曝气装置多为鼓风曝气系统； 可充分利用池容； 填料间紊流激烈，生物膜更新快，活性高，不易堵塞。,鼓风曝气直流式接触氧化池,填料是微生物的载体，其特性对接触氧化池中生物量、氧的利用率、水流条件和废水与生物膜的接触反应情况等有较大影响。 填料选择的要求： 水力特性；生