水污染控制工程生物膜法

1、第九章、生物膜法第九章、生物膜法第一节、概述第一节、概述第二节、生物滤池第二节、生物滤池第三节、生物转盘第三节、生物转盘第四节、其它生物膜法第四节、其它生物膜法1第一节、概述第一节、概述n活性污泥法活性污泥法：微生物在曝气池内以活性：微生物在曝气池内以活性污泥的形式呈污泥的形式呈悬浮悬浮状态状态n生物膜法生物膜法：微生物：微生物附着生长附着生长在填料或载在填料或载体上，形成膜状的活性污泥体上，形成膜状的活性污泥n共同点：共同点：n有氧有氧n好氧微生物好氧微生物2项目项目生物膜法生物膜法活性污泥法活性污泥法基建费基建费低低较低较低运行费运行费低低较高较高气候的影响气候的影响较大较大较小较小技术控

2、制技术控制较易控制较易控制要求较高要求较高灰蝇和臭味灰蝇和臭味蝇多、味大蝇多、味大无无最后出水最后出水负荷低时负荷低时,硝化程度硝化程度较高较高,但悬浮物较高但悬浮物较高悬浮物较少悬浮物较少,但硝但硝化程度不高化程度不高剩余污泥量剩余污泥量少少大大泡沫问题泡沫问题很少很少较多较多生物膜法与活性污泥法的比较生物膜法与活性污泥法的比较3生物膜反应器进水排泥排泥出水回流生物膜法的基本流程生物膜法的基本流程与活性污泥法基本与活性污泥法基本流程有何不同？流程有何不同？4生物膜法的基本分类生物膜法的基本分类n润壁型生物膜法润壁型生物膜法n废水和空气沿固定的或转动的接触介质废水和空气沿固定的或转动的接触介质

3、表面的生物膜流过，表面的生物膜流过，e.g.生物滤池和生物生物滤池和生物转盘等转盘等 n浸没型生物膜法浸没型生物膜法n接触滤料固定在曝气池内，完全浸没在接触滤料固定在曝气池内，完全浸没在水中，采用鼓风曝气，水中，采用鼓风曝气，e.g.生物接触氧化生物接触氧化 n流动床型生物膜法流动床型生物膜法n使附着有生物膜的活性炭、砂等小粒径使附着有生物膜的活性炭、砂等小粒径接触介质悬浮流动于曝气池中，接触介质悬浮流动于曝气池中，e.g.生物生物流化床流化床5液相中悬浮微生物液相中悬浮微生物微生物向载体表面运送微生物向载体表面运送固定微生物增长、形成生物膜固定微生物增长、形成生物膜不可逆附着不可逆附着可逆附

4、着可逆附着生物膜的形成生物膜的形成6滤料滤料好氧层好氧层(1-2 mm)厌氧层厌氧层空气空气附着水层附着水层流动水层流动水层生物膜生物膜BOD5O2CO2NH3, H2S, CH4吸附吸附脱落脱落生长周期生长周期生物膜的构造及净化水原理生物膜的构造及净化水原理7生物膜法的生物相特征生物膜法的生物相特征参与净化反应参与净化反应微生物多样化微生物多样化生物的生物的食物链长食物链长-产生的污泥量少产生的污泥量少能够能够存活世代时间较长存活世代时间较长的微生物的微生物分段运行与优占种属分段运行与优占种属每段都繁衍与进入本段污水水质相适应的微每段都繁衍与进入本段污水水质相适应的微生物，并形成优势菌属生物

5、，并形成优势菌属 - 非常有利于微生非常有利于微生物新陈代谢功能的充分发挥和有机污染物的物新陈代谢功能的充分发挥和有机污染物的降解。降解。8生物膜和活性污泥上出现的微生物生物膜和活性污泥上出现的微生物在类型、种属和数量上的比较在类型、种属和数量上的比较 微生物微生物 种类种类 活性污活性污泥法泥法 生物膜生物膜法法 细菌细菌 +真菌真菌 + + + +藻类藻类 一一+ +鞭毛虫鞭毛虫 + + + + 肉足虫肉足虫 + + + +纤毛虫缘纤毛虫缘毛虫毛虫 + + + + + + +纤毛虫吸纤毛虫吸管虫管虫 +微生物微生物 种类种类 活性污活性污泥法泥法 生物膜生物膜法法 其他纤毛其他纤毛虫虫 +

6、 + + +轮虫轮虫 + + +线虫线虫 + +寡毛类寡毛类 一一+ +其他后生其他后生动物动物 一一+昆虫类昆虫类 一一+ +9生物膜法的工艺特征生物膜法的工艺特征n抗冲击负荷能力强，对水质、水量变动有较强的抗冲击负荷能力强，对水质、水量变动有较强的适应性。适应性。n微生物量多，处理能力大、净化功能强。微生物量多，处理能力大、净化功能强。n污泥沉降性能好，易于固液分离。污泥沉降性能好，易于固液分离。n能够处理低浓度的废水。能够处理低浓度的废水。n运行简单、节能，易于维护管理，运行简单、节能，易于维护管理， 动力费用低。动力费用低。n产生的污泥量少。产生的污泥量少。n在低水温条件下，也能保持一

7、定得净化功能在低水温条件下，也能保持一定得净化功能n具有硝化与脱氮功能具有硝化与脱氮功能10生物膜法的不足生物膜法的不足n需要较多的填料和支撑结构需要较多的填料和支撑结构，在不少情况下基建，在不少情况下基建投资超过活性污泥法；投资超过活性污泥法；n 出水常常携带较大的脱落的生物膜片出水常常携带较大的脱落的生物膜片，大量非活，大量非活性细小悬浮物分散在水中使处理水的澄清度降低；性细小悬浮物分散在水中使处理水的澄清度降低；n 活性生物量较难控制活性生物量较难控制，在运行方面灵活性差；，在运行方面灵活性差；n 载体材料的比表面积小，载体材料的比表面积小，BOD容积负荷有限容积负荷有限；n 采用自然通

8、风供氧，在生物膜内层往往采用自然通风供氧，在生物膜内层往往形成厌氧形成厌氧层层，从而缩小了具有净化功能的有效容积。，从而缩小了具有净化功能的有效容积。 11第二节、生物滤池第二节、生物滤池n普通生物滤池普通生物滤池n高负荷生物滤池高负荷生物滤池n塔式生物滤池塔式生物滤池n影响生物滤池性能的主要因素影响生物滤池性能的主要因素12池体构造池体构造(砖石砖石/钢筋钢筋混凝土混凝土)通风孔通风孔0.5 0.9 md: 25 100 mm h: 1.3 1.8 md: 50 70 mm h: 0.2 m普通生物滤池（低负荷生物滤池）普通生物滤池（低负荷生物滤池）13普通生物滤池普通生物滤池 滤料滤料n理

9、想的滤料特性理想的滤料特性：n表面积大表面积大：便于微生物附着；：便于微生物附着；n空隙率高空隙率高：保证通风（即保证氧的供给）、便：保证通风（即保证氧的供给）、便于脱落的生物膜随水流出滤池；于脱落的生物膜随水流出滤池；n化学性质稳定化学性质稳定：对微生物的增殖无危害作用不：对微生物的增殖无危害作用不被微生物分解，也不抑制微生物生长被微生物分解，也不抑制微生物生长 ；n机械强度高机械强度高；n价格低廉，取材方便价格低廉，取材方便。14波纹板状滤料波纹板状滤料环状滤料环状滤料滤料滤料 (cond)n早期：碎石、卵石、炉渣、焦炭等早期：碎石、卵石、炉渣、焦炭等n重，孔隙率低重，孔隙率低n新型：多采

10、用塑料滤料新型：多采用塑料滤料n轻，强度高，比表面积大，孔隙率高轻，强度高，比表面积大，孔隙率高1516普通生物滤池普通生物滤池 布水装置布水装置n固定式布水装置固定式布水装置n旋转式布水装置旋转式布水装置n目的：目的：将废水均匀地喷洒在滤料上将废水均匀地喷洒在滤料上17布水装置布水装置 固定式固定式 管理方便，受气候管理方便，受气候影响小影响小 布水不够均匀，不布水不够均匀，不能连续冲刷生物膜，能连续冲刷生物膜，需要的水头较大需要的水头较大1819普通生物滤池普通生物滤池 排水系统排水系统n目的目的n收集和排出处理后废水，保证通风，支持滤料收集和排出处理后废水，保证通风，支持滤料n包括：包括

11、：n渗水装置，集水沟，排水沟渗水装置，集水沟，排水沟20穿孔混凝土板穿孔混凝土板砖砌的渗水装置砖砌的渗水装置滤砖滤砖半圆形开有孔槽的陶土管半圆形开有孔槽的陶土管排水系统排水系统 (cond)21普通生物滤池优点普通生物滤池优点n处理效果较好处理效果较好nBODBOD去除率：可达去除率：可达95%95%以上以上n出水出水BOD5: BOD5: 可降到可降到25mg/L25mg/L以下以下n运行稳定，节约能源运行稳定，节约能源n操作方便，易维护管理操作方便，易维护管理22普通生物滤池缺点普通生物滤池缺点n占地面积大：占地面积大：n仅适合仅适合1000m1000m3 3/d/d以下小型污水处理厂以下

12、小型污水处理厂n滤料易堵塞；滤料易堵塞；n易产生灰蝇，卫生条件差；易产生灰蝇，卫生条件差；n喷洒污水，散发臭味。喷洒污水，散发臭味。23普通生物滤池普通生物滤池 设计计算设计计算n 主要设计参数主要设计参数n 工作层填料工作层填料：n粒径：粒径：25 50mm 厚度：厚度：1.3 1.8mn承托层填料承托层填料n粒径：粒径：50 70mm， 厚度：厚度：0.2mn 池壁四周通风口的面积池壁四周通风口的面积n不小于滤池表面积的不小于滤池表面积的1%n 滤池数滤池数n不小于不小于2座座24NQSV0V: 滤料体积，滤料体积，m3 S0: 滤料进水有机物质量浓度滤料进水有机物质量浓度(以以BOD5计

13、计), mg/LQ: 进入滤池的废水设计流量，进入滤池的废水设计流量，m3/dN: 有机负荷，有机负荷， g(BOD5)(m3(滤料滤料)d)-11. 计算滤料体积：计算滤料体积：设计计算设计计算 按负荷法按负荷法25普通生物滤池普通生物滤池BOD负荷负荷年平均气温年平均气温 CBOD负荷负荷g(BOD5)(m3(滤料滤料)d)-13 61006 1017010200(处理对象以生活污水为主体的城市污水)262. 计算滤池的平面面积：计算滤池的平面面积：HVA A: 滤池的平面面积，滤池的平面面积，m2 H：滤池的滤料厚度，即滤池的有效深度，：滤池的滤料厚度，即滤池的有效深度，m设计计算设计计

14、算 按负荷法按负荷法(cond)273. 利用水力负荷进行校核：利用水力负荷进行校核：AQq q: 水力表面负荷水力表面负荷, m3 (m2(滤池滤池)d)-1设计计算设计计算 按负荷法按负荷法(cond)对于曾经进行小型试验的废水，应比较计算所得对于曾经进行小型试验的废水，应比较计算所得q和试验期间用的和试验期间用的q: q = q: 设计可行设计可行 q q: 适当减小滤料厚度，以防止水力负荷太大适当减小滤料厚度，以防止水力负荷太大 q q: 适当加大滤料厚度，或采用回流和两级滤池，以满适当加大滤料厚度，或采用回流和两级滤池，以满足必需的水力负荷。足必需的水力负荷。28生活污水生物滤池的负

15、荷生活污水生物滤池的负荷(滤料为碎石滤料为碎石)生物滤池类型生物滤池类型水力负荷水力负荷/m3(m2d)-1BOD负荷负荷/g(BOD5)(m3d)-1处理效率处理效率/%普通生物滤池普通生物滤池1 3150 30085 95高负荷生物滤池高负荷生物滤池10 30800 120075 90塔式生物滤池塔式生物滤池80 2001000 300065 8529kSdtdSkteeSS0S0: 进入生物滤池的有机物质量浓度，进入生物滤池的有机物质量浓度，mg/L Se: 滤池出水的有机物质量浓度滤池出水的有机物质量浓度, mg/Lk: 有机物降解反应常数，有机物降解反应常数，d-1t: 废水与滤料的

16、平均接触时间，废水与滤料的平均接触时间，d1. 有机物的反应速度：有机物的反应速度：设计计算设计计算 按按有机物降解动力学有机物降解动力学302. 接触时间：接触时间：nqcHt H: 生物滤池的滤料厚度，生物滤池的滤料厚度，m q: 生物滤池水力负荷生物滤池水力负荷, m3/(m2 d)c, n: 常数，是滤料和比表面积的函数常数，是滤料和比表面积的函数nqkcHeeSS/0设计计算设计计算 按有机物降解动力学按有机物降解动力学 (cond)kteeSS031高负荷生物滤池高负荷生物滤池构造构造3233 滤料：卵石或石英石（滤料：卵石或石英石（d: 40 100 mm) 布水系统：多采用连续

17、工作的旋转式布水器。布水系统：多采用连续工作的旋转式布水器。 布水较均匀，淋水周期短，水力冲刷作用强。布水较均匀，淋水周期短，水力冲刷作用强。 仅适用于圆形滤池，喷水孔易堵塞，滤池直径大时设仅适用于圆形滤池，喷水孔易堵塞，滤池直径大时设计制造困难，低温时要采用防冻措施。计制造困难，低温时要采用防冻措施。高负荷生物滤池高负荷生物滤池 构造构造(cond)34正在运行的旋转布水器正在运行的旋转布水器旋转布水器的转轴旋转布水器的转轴35高负荷滤池高负荷滤池 -特征与典型工艺流程特征与典型工艺流程n进水进水BOD5 ： 400 mg/L)；n水量很小，无法维持水力负荷在最小经验值以上时；水量很小，无法

18、维持水力负荷在最小经验值以上时；n废水中某种污染物在高浓度时可能抑制微生物生长。废水中某种污染物在高浓度时可能抑制微生物生长。 47影响生物滤池性能的主要因素影响生物滤池性能的主要因素 供氧供氧n影响滤池自然通风的主要因素是滤池内外的影响滤池自然通风的主要因素是滤池内外的气温差气温差（TT）以及以及滤池的高度滤池的高度。n温差愈大，滤池内的气流阻力愈小、通风量也愈大。温差愈大，滤池内的气流阻力愈小、通风量也愈大。 n滤池内的气温滤池内的气温水温，因废水温度比较稳定，故池内水温，因废水温度比较稳定，故池内气温的变化幅度也不大。气温的变化幅度也不大。n滤池外气温变化较大。滤池外气温变化较大。n生物

19、滤池的通风量随时都在变化。当池内温度大于池生物滤池的通风量随时都在变化。当池内温度大于池外温度时，池内气流由下向上流动，反之，气流由上外温度时，池内气流由下向上流动，反之，气流由上向下流动。向下流动。 48第三节、第三节、 生物转盘生物转盘 n净化原理和特点净化原理和特点n构造构造n类型类型n设计设计49生物转盘工艺流程生物转盘工艺流程50 圆盘表面生长着一层生物膜(1 4 mm) 氧化槽中：吸附氧化 氧化槽外：液膜吸收氧气 圆盘的搅动造成紊流，把大气中的氧带入氧化槽，槽内废水中溶解氧浓度相对均匀 圆盘在水中转动产生的剪切力及重力作用，使生物膜不断脱落，因此生物膜厚度大体上不变。净化原理净化原

20、理51生物转盘特征生物转盘特征n微生物浓度高微生物浓度高，MLVSS可达可达40000-60000mg/L，BOD5负荷仅为负荷仅为0.05-0.1kg(BOD5)/kg(MLSS) d，运，运行效率高，抗冲击负荷能力强行效率高，抗冲击负荷能力强n生物相分级，有利于微生物生长繁殖和有机物降解生物相分级，有利于微生物生长繁殖和有机物降解n具有硝化和反硝化功能具有硝化和反硝化功能n剩余污泥量少，污泥含水低，易于沉淀剩余污泥量少，污泥含水低，易于沉淀n废水在氧化槽内的停留时间短废水在氧化槽内的停留时间短(1 1.5 h)，处理效率高，处理效率高，BOD5去除率去除率 90%n不产生污泥膨胀、泡沫和二

21、次污染等问题，便于维护不产生污泥膨胀、泡沫和二次污染等问题，便于维护管理管理n可采用多层多级布置，占地少。可采用多层多级布置，占地少。n设备构造简单，不需要曝气和污泥回流装置，动力消设备构造简单，不需要曝气和污泥回流装置，动力消耗低。耗低。52国内部分生物转盘处理工业废水运行资料国内部分生物转盘处理工业废水运行资料53生物转盘优点生物转盘优点n无堵塞现象无堵塞现象n生物膜与废水接触均匀，盘面面积的利用率高生物膜与废水接触均匀，盘面面积的利用率高，无沟流现象，无沟流现象n 废水与生物膜接触时间较长，易于控制，可废水与生物膜接触时间较长，易于控制，可以调整转速改善接触条件和充氧能力以调整转速改善接

22、触条件和充氧能力n同一般低负荷滤池相比，占地较小，可采用多同一般低负荷滤池相比，占地较小，可采用多层布置层布置n 系统的水头损失小，能耗省。系统的水头损失小，能耗省。 54生物转盘缺点生物转盘缺点n盘材较贵，投资大盘材较贵，投资大n从造价考虑，生物转盘仅运用于小水量低浓度的废从造价考虑，生物转盘仅运用于小水量低浓度的废水处理。水处理。n无通风设备，转盘的供氧依靠盘面的生物膜接触无通风设备，转盘的供氧依靠盘面的生物膜接触大气，废水中挥发性物质将会产生污染大气，废水中挥发性物质将会产生污染n最好作为第二级生物处理装置。最好作为第二级生物处理装置。n性能受环境气温及其它因素影响较大性能受环境气温及其

23、它因素影响较大n在北方设置生物转盘时，一般置于室内，并采取一在北方设置生物转盘时，一般置于室内，并采取一定的保温措施。定的保温措施。n建于室外的生物转盘都应加设雨棚，防止雨水淋洗建于室外的生物转盘都应加设雨棚，防止雨水淋洗，使生物膜脱落。，使生物膜脱落。 55生物转盘构造生物转盘构造56生物转盘构造生物转盘构造(cond)n盘片：盘片：n要求：质轻、薄、强度高，耐腐蚀，同时还应要求：质轻、薄、强度高，耐腐蚀，同时还应易于加工、价格低易于加工、价格低n直径：直径：1 4 mn厚度：厚度：0.8 10 mm，与盘片材料有关，与盘片材料有关n盘间距：盘间距：15 30 mmn转动轴：转动轴：n用于固

24、定盘片并带动其旋转的装置，一般由实用于固定盘片并带动其旋转的装置，一般由实心钢轴或无缝钢管制成。心钢轴或无缝钢管制成。n长度：长度：0.5 7 ; n直径：直径：50 80 mm57生物转盘构造生物转盘构造(cond)n驱动装置：驱动装置：n电力机械驱动、空气驱动、水力驱动电力机械驱动、空气驱动、水力驱动n氧化槽：氧化槽：n一般可以用钢板或钢筋混凝土制成，横断面呈一般可以用钢板或钢筋混凝土制成，横断面呈半圆形或梯形；半圆形或梯形；n槽内水位一般达到转盘直径的槽内水位一般达到转盘直径的40%，超高为，超高为2030cm；n转盘外缘与槽壁之间的间距一般为转盘外缘与槽壁之间的间距一般为2040cm。

25、58生物转盘的类型生物转盘的类型n电力机械驱动生物转盘电力机械驱动生物转盘n空气驱动生物转盘空气驱动生物转盘n组合式生物转盘组合式生物转盘59空气驱动式生物转盘空气驱动式生物转盘 驱动装置简单：转盘外围设空气罩，下侧设曝气管。曝气管上均匀地装有扩散器，空气从扩散器均匀地吹向空气罩，产生浮力使转盘转动。 氧化槽内废水溶解氧浓度高 相同负荷条件下，BOD去除率较高 生物膜较薄，但活性较强 操作维护管理方便60组合式生物转盘组合式生物转盘61生物转盘的设计生物转盘的设计n一般以一般以BOD负荷或水力负荷进行估算，负荷或水力负荷进行估算，以停留时间进行校核。以停留时间进行校核。n设计内容：设计内容：n

26、转盘面积和片数转盘面积和片数n废水槽有效长度和有效容积废水槽有效长度和有效容积n转盘最小转速转盘最小转速n停留时间停留时间62转盘面积：转盘面积：reMMMQS)(0Q: 进水流量，m3/d Mr: 每平方米转盘上每天所能除去的BOD量，g/(m2d)M0: 转盘上每天进水的BOD量Me:转盘上每天出水的BOD量10NQMS N1：单位面积盘片有机物负荷 N1 30 g/(m2d): Mr = 1.146N10.9043 N1 = 30 80 g/(m2d): Mr = 5.37N10.446632636. 0DSm D: 转盘直径，转盘直径，m注意：每个转盘有注意：每个转盘有两个两个表面积！

27、表面积！转盘片数：转盘片数：64废水槽有效长度和容积：废水槽有效长度和容积：废水槽的有效长度废水槽的有效长度(L): bbamL)(a: 盘片厚度，盘片厚度，mb: 两盘片净距，两盘片净距，m废水槽的有效容积废水槽的有效容积(V): LDKV2)2(: 转盘边缘到槽壁间的距离，一般取转盘边缘到槽壁间的距离，一般取10 20 mmK: 系数系数h/D = 0.1: K = 0.294h/D = 0.06: K = 0.355h: 转盘轴线和水面距离，取转盘轴线和水面距离，取10 25 mm.65min)/(19 . 036. 6rqDnvqV: 废水槽水力容积负荷废水槽水力容积负荷m3(废水废水)/(m3(槽槽)d停留时间停留时间 (t): )(24hQVt 转盘最小转速转盘最小转速 (n): 66某废水某废水BOD质量浓度为质量浓度为200 mg/L, 水量为水量为500 m3/d, 现决定用生物转盘处理，盘片面现决定用生物转盘处理，盘片面积积5000 m2, 浸水面积浸水面积40%，试求处理水的，试求处理水的BOD浓度和浓度和BOD降解率。降解率。例题例题671. 生物转盘的BOD负荷量N1：d)盘片(g(BOD)/(m025000m/d500m)110