好氧生物膜处理工艺ppt课件

1、 3.1 3.1基本理论与基本概念基本理论与基本概念 一一 生物膜法的基本概念生物膜法的基本概念1 1、生物膜、生物膜 微生物附着在滤料或某些载体上，并在其上形成膜微生物附着在滤料或某些载体上，并在其上形成膜状状 生物污泥生物污泥-生物膜生物膜2 2、生物膜法的历史及发展、生物膜法的历史及发展 18651865年德国科学家发现生物过滤作用；年德国科学家发现生物过滤作用； 18931893年英国将污水喷洒在粗滤料上，作为膜生物反应器年英国将污水喷洒在粗滤料上，作为膜生物反应器的生物滤池问世；的生物滤池问世； 2020世纪世纪20203030年代建造了许多生物膜反应器；年代建造了许多生物膜反应器；

2、 40405050年代生物滤池逐渐被活性污泥取代的趋势；年代生物滤池逐渐被活性污泥取代的趋势； 7070年代新的反应器以独特的优势受关注。年代新的反应器以独特的优势受关注。第第3 3章章 好氧生物膜处理工艺好氧生物膜处理工艺1 3 3、生物膜法的类型及主要技术现状、生物膜法的类型及主要技术现状 固定床、流动床固定床、流动床 1 1）生物转盘）生物转盘：用于硝化、反硝化的研究取得进展：用于硝化、反硝化的研究取得进展 2 2）生物接触氧化）生物接触氧化：19711971年日本首创，进年日本首创，进2020年得到年得到广泛应用广泛应用 3 3）生物流化床）生物流化床：7070年代初期在美国和日本得到

3、研年代初期在美国和日本得到研究与应用究与应用 4 4）微孔膜生物反应器）微孔膜生物反应器：近几年人们关注的革新的：近几年人们关注的革新的生物膜反应器生物膜反应器 5 5）复合式生物膜反应器）复合式生物膜反应器：序批式膜生物反应器：序批式膜生物反应器2生物膜法的主要设施生物接触氧化池生物流化床间歇生物滤池普通（单层）生物滤池塔式（多层）生物滤池生物转盘生物滤池3二 生物膜的净化机理1 1、构造、构造生物滤池滤料上生物膜的构造（剖面图）生物滤池滤料上生物膜的构造（剖面图）4（3 3）生物膜成熟标志）生物膜成熟标志真正生态系组成及对有真正生态系组成及对有机物的降解功能都达到了平衡状态机物的降解功能都

4、达到了平衡状态 （4 4）生物膜生长阶段）生物膜生长阶段潜伏期、生长期潜伏期、生长期（5 5）形成的厌氧、好氧层）形成的厌氧、好氧层2 2、净化有机物机理、净化有机物机理 （1 1）生物膜表面积大，能大量吸附水中有机物）生物膜表面积大，能大量吸附水中有机物 （2 2）有机物降解是在生物膜表层）有机物降解是在生物膜表层0.1-2mm0.1-2mm的好氧的好氧生物膜内进行生物膜内进行（2 2）生物膜特性）生物膜特性高度亲水的物质，同时也是高度亲水的物质，同时也是微生物高度密集的物质微生物高度密集的物质5 （4 4）厌氧层与好氧层的关系）厌氧层与好氧层的关系 厌氧层不厚时，与好氧层平衡，稳定 厌氧层

5、增厚时，代谢产物高于好氧层 （5 5）理想生物膜法的状况）理想生物膜法的状况减缓老化，避免厌氧层过分生长，加快好氧层更新，不使膜集中脱落。 （3 3）多种物质的传递过程）多种物质的传递过程 空气 流动水层附着水层生物膜微生物呼吸污染物由流动水层附着水层生物膜生物降解H2O附着水层流动水层 CO2 、H2S、NH3水层溢入空气中微生物代谢产物微生物代谢产物63.2 3.2 生物滤池生物滤池 生物滤池是在污水灌溉的实践基础上发展生物滤池是在污水灌溉的实践基础上发展起来的人工生物处理法；首先于起来的人工生物处理法；首先于18931893年在英国年在英国试验成功，从试验成功，从19001900年开始应

6、用于废水处理中；年开始应用于废水处理中；主要有以下几种形式：普通生物滤池、高负荷主要有以下几种形式：普通生物滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池、活性生物滤池等。生物滤池、塔式生物滤池、活性生物滤池等。一、生物滤池的基本原理一、生物滤池的基本原理71 1、基本结构、基本结构82 2、工艺流程、工艺流程91)1)传统式低负荷生物滤池传统式低负荷生物滤池 由滤池由滤池1 1和滤池和滤池2 2串联串联而成，一段时间污水先进而成，一段时间污水先进滤池滤池1 1再到滤池再到滤池2 2，过一段，过一段时间反过来，污水先进滤时间反过来，污水先进滤池池2 2再到滤池再到滤池1 1，这样可以，这样可以防止滤池堵塞

7、。防止滤池堵塞。交替式二级生物滤池流程交替式二级生物滤池流程初沉池初沉池生物生物滤池滤池 二沉池二沉池出水回流出水回流出水出水进水进水剩余污泥剩余污泥2)2)交替式二级生物滤池交替式二级生物滤池10114) 4) 塔式生物滤池塔式生物滤池1、构造（1）塔身：8-24m，直径1-3.5m，径高比：1：6-1：8 分层建造：每层高度小于2.5m BODu与塔高之间的关系:滤塔的高度可以根据进水浓度确定（2）滤料：玻璃纸蜂窝滤料（3）布水装置：固定式与旋转式（4）通风：自然风（0.4-0.6m的空间）机械通风（上部吸风，下部鼓风）123 3、工作原理、工作原理 含有污染物的废水从上而下从长有丰富生物

8、膜的滤料的空隙间流过，与生物膜中的微生物充分接触，其中的有机污染物被微生物吸附并进一步降解，使得废水得以净化；主要的净化功能是依靠滤料表面的生物膜对废水中有机物的吸附氧化作用。131.以土壤自净原理为根据，在污水灌溉的实践基础上发展起来限制进水BOD浓度200mg/l）回流水水量负荷提高3.0倍至40倍;BOD负荷上升至0.5-2.5kg/m.d5.塔式生物滤池径高比1：61：8，通风良好，解决占地，水量80-200m/m.dBOD负荷2-3 kg/m.d4.高负荷生物滤池，（10-40m/m.d）3.早期生物滤池（普通生物滤池）水量负荷低，(1-4m/m.d)；BOD负荷0.1-0.4kg/

9、m.d2.需要有预处理及二沉池14典型的生物滤池的构造 滤 床 布水设备排水系统二、生物滤池的组成二、生物滤池的组成 生物滤池一般主要由滤床生物滤池一般主要由滤床( (池体与滤料池体与滤料) )、布水装置和排水、布水装置和排水系统等三部分组成系统等三部分组成 15能为微生物附着提供大量的表面积。能为微生物附着提供大量的表面积。1.1.滤床：滤床：由固定的滤料组成，滤料是微生物生长栖息的场所，理想滤料应具有以下功能： 最早的滤料是碎石、废钢渣和焦碳等，60年代后出现了塑料滤料，滤池由原来1-2.5m发展到现在10m高。有一定的机械强度、价格低廉。有一定的机械强度、价格低廉。不与微生物和污水反应。

10、不与微生物和污水反应。 有足够的空隙率，保证通风供氧，并且脱落的生有足够的空隙率，保证通风供氧，并且脱落的生物膜能随水流流出滤池。物膜能随水流流出滤池。使污水以液膜状态流过生物膜。使污水以液膜状态流过生物膜。1617两种常见的塑料滤料 滤料比表面积在98340m2/m3之间，孔隙率为9395 滤料比表面积在81195m2/m3之间，孔隙率为939518 国内目前采用的玻璃钢蜂窝状块状滤料，孔心间国内目前采用的玻璃钢蜂窝状块状滤料，孔心间距在距在20mm20mm左右，孔隙率左右，孔隙率9595左右，比表面积在左右，比表面积在200m200m2 2/m/m3 3左右。左右。 1920表表 两种塑料

11、滤料的性能两种塑料滤料的性能型式型式孔径孔径(mm)比表面积比表面积(m2/m3)孔隙率孔隙率(%)重量重量(kg/m3)立体波纹板立体波纹板30 65198 907040 85150 936050 100113 9650蜂窝式蜂窝式19201 98363825153 99262832122 9921233698 992022212.布水设备：l作用：使污水均匀地分布在整个滤床表面。l类型：回转式布水器和固定式喷嘴布水系统普通生物滤池多采用固定式布水装置；高负荷生物滤池和塔式生物滤池则常用旋转布水装置22固定式喷嘴布水系统旋转布水系统233.排水系统：l作用：收集滤床流出的处理后水和生物膜、保

12、证通风、支撑滤料。l组成：池底、排水假底、集水沟2425三、影响生物滤池功能的主要因素三、影响生物滤池功能的主要因素 1 1、滤床的比表面积和孔隙率、滤床的比表面积和孔隙率 生物膜是生物膜法的主体；生物膜是生物膜法的主体；滤料表面积愈大滤料表面积愈大，生物膜的，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；表面积也愈大，生物膜的量就愈多，净化功能就愈强；孔隙率孔隙率大大，则滤床不易堵塞，通风效果好，可为生物膜的好氧代谢提，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

13、进了水流的紊动，面，促进了水流的紊动，有利于提高净化功能有利于提高净化功能。2 2、滤床的高度、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；滤床的上层，废水中的有机物浓度的速度等方面都是不同的；滤床的上层，废水中的有机物浓度高，营养物质丰富，微生物繁殖速度快，生物膜量多且主要以高，营养物质丰富，微生物繁殖速度快，生物膜量多且主要以细菌为主，有机污染物的去除速度高；随着滤床深度的增加，细菌为主，有机污染物的去除速度高；随着滤床深度的增加，废水中的有机物量减少，生物膜量也减少，微生物从低级趋向废水中的有机物量减

14、少，生物膜量也减少，微生物从低级趋向高级，有机物去除速度降低；有机物的去除效果随滤床深度的高级，有机物去除速度降低；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。增加而提高，但去除速率却随深度的增加而降低。26 为了使BOD表面负荷在允许值之内，必须将进水和回流的出水混合使水力负荷达到这个范围pvrAQQLH.水力负荷定义为：pvA是滤池的横截面积；对圆形滤池，Apv=r2,r为滤池的半径。3 3、有机负荷与水力负荷、有机负荷与水力负荷27 第三，较大的水力剪切力使过量生物膜的脱落速率增大，进一步减小了堵塞的可能性； 第二，较大的水力负荷能增大生物膜在床层中的分布深度

15、，从而增大滤池中具有生物降解活性的总表面积，减轻堵塞趋势； 第四，较大的水力负荷可提高氧气的传质系数。 第一，提高水力负荷引起水膜厚度的增加，增加了液体的保持和停留时间，也可提高湿润的和具有生物降解活性的生物膜的表面积；提高水力负荷对改善处理效果有四个方面的作用：28haAQSLSpv0.BOD表面负荷为：pvA是滤池的横截面积；对圆形滤池，Apv=r2,r为滤池的半径。h是滤池的深度；a是滤料的比表面积.LS为27 kgBODL/1000m2.d；hAQSLVpv0.容积负荷为：29 BOD5去除率随容积负荷、回流比和去除阶段改变而变化的关系式E1为第一阶段的BOD5的去除率；2111)/(

16、505. 01100VFWEV为滤池体积，m3；21212)/(1505. 01100VFWEEW1为第一阶段的BOD5负荷，kg/d；W2为第二阶段的BOD5负荷, kg/d ；F为1+Qr/QE2为第二阶段的BOD5的去除率；30出水BOD5浓度为25. 067. 078. 019. 15055)305. 0()()(rhvvBODvvBODKBODrrh为滤池深度，m；15. 028. 05 . 0TvKV：进水水力负荷，m3/(m2.d) ；vr为回流比，m/d其中：r为滤池半径，m；T为温度，BOD50为进水BOD5浓度，mg/l；BOD5为出水BOD5浓度，mg/l31第二，进水和

17、回流的出水混合后减轻了由于BOD负荷的波动造成的BOD冲击负荷以及相应的DO耗竭所带来的问题。第一，出水回流稀释了进水BOD，同时也增加了滤池进水中的DO浓度。从而滤池中BOD与DO的比值降低，使氧成为限制性因素的可能性减少。 出水回流的二个的作用：4 4、回流、回流32 生物滤池一般时通过自然通风来保证供生物滤池一般时通过自然通风来保证供氧的；影响生物滤池自然通风的主要因素有：氧的；影响生物滤池自然通风的主要因素有：池内温度与气温之差池内温度与气温之差; ; 滤池高度；滤池高度；滤料孔隙率及风力等滤料孔隙率及风力等; ; 滤池堵塞也会影响通风。滤池堵塞也会影响通风。5 5、供氧、供氧33表表

18、 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,但硝化但硝化程度不高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34生物转盘的流程 3.3 3.3 生物转盘（生物转盘（RBCRBC）353637生物转盘的工作特点 （1）不需曝气和回流，运行时动

19、力消耗和费用低； （2）运行管理简单，技术要求不高； （3）工作稳定，适应能力强； （4）适应不同浓度、不同水质的污水； （5）剩余污泥量少，易于沉淀脱水； （6）没有滤池蝇、恶臭、堵塞、泡沫、噪音等问题； （7）可多层立体布置； （8）一般需加开孔防护罩保护、保温。1.单轴单级式 2.单轴多级式 3.多轴多级式生物转盘的布置方式 1954年在联邦德国的Heilbronn建成世界上第一座生物转盘污水处理厂。38生物转盘的主要组成部分生物转盘的构造转动轴盘片废水处理槽驱动装置39 盘片：高强度、轻质、耐腐蚀。 直径：23m，转速23r/min，间距2030mm。 受材料、污水与膜的接触均匀性、外

20、缘膜易脱落等影响，直径不可能做大。生物转盘的构造 转动轴：具有足够的强度和刚度，防止断裂和挠曲。 直径：50mm以上，长度0.57m。 处理槽：与盘片相吻合的半圆形或多边形，净空相距2050mm，设排泥和放空管。 驱动装置： 机械驱动装置； 空气驱动装置；水轮驱动装置。40 生物转盘的主体是垂直固定在水平轴上的一组圆形盘片和一个同它配合的半圆形水槽。 微生物生长并形成一层生物膜附着在盘片表面，约40%50%的盘面（转轴以下的部分）浸没在废水中，上半部敞露在大气中。 工作时，废水流过水槽，电动机转动转盘，生物膜和大气与废水轮替接触，浸没时吸附废水中的有机物，敞露时吸收大气中的氧气。转盘的转动,带

21、进空气,并引起水槽内废水紊动, 使溶解氧均匀分布。 生物膜的厚度约为0.52.0mm，随着膜的增厚，内层的微生物呈厌氧状态，失去活性时使生物膜脱落，并随同出水流至二次沉淀池。41生物转盘的布置方式 RBC的主要部件图42生物转盘的设计 生物转盘系统大多采用生物转盘系统大多采用3 35 5级串联模式。其后设级串联模式。其后设一个二沉池，用于去除出水中的悬浮物。沉淀池的溢一个二沉池，用于去除出水中的悬浮物。沉淀池的溢流速度为流速度为161632m/d32m/d。生物转盘的总表面负荷为。生物转盘的总表面负荷为3 3 15kg15kg溶解性溶解性BODBOD5 5/(1000.d)/(1000.d)，

22、典型值为，典型值为5 5 8 8，第一，第一级的最大负荷不超过级的最大负荷不超过43kg 43kg 总总BODBOD5 5/(1000/(1000d)d)，以避免，以避免在第一级生物转盘中微生物过渡生长，出现缺氧和产在第一级生物转盘中微生物过渡生长，出现缺氧和产生臭味。生臭味。 盘片的淹没比为盘片的淹没比为25% 25% 40%40%，增大淹没比可以提，增大淹没比可以提高氧传质系数，但需消耗更多的动力。单元的边缘线高氧传质系数，但需消耗更多的动力。单元的边缘线速度一般为速度一般为20m/min20m/min。43 例：例：Q=5000m3/d，s0=250mgBODL/L，其中有一半溶解性，其

23、中有一半溶解性BODL，进行生物转盘设计。采用三级系统，第一、二级使用标准盘片，第进行生物转盘设计。采用三级系统，第一、二级使用标准盘片，第三级使用高密度盘片。第一级最大和总溶解性三级使用高密度盘片。第一级最大和总溶解性BOD负荷标准分别为负荷标准分别为66kgBODL/(1000m2.d)和和9 kgBODL/(1000m2.d)，最大边缘线速度为，最大边缘线速度为20m/min。沉淀池的平均溢流速度为。沉淀池的平均溢流速度为20m/d，确定每一级转盘需要多，确定每一级转盘需要多少轴单元、轴单元的旋转速度及沉淀池的截面积。少轴单元、轴单元的旋转速度及沉淀池的截面积。 解：解：BODL负荷负荷

24、dkgBODQSL125050002500溶解性溶解性BODL负荷负荷= BODL负荷负荷/2=dkgBODL625第一级的面积为第一级的面积为A1=1250/66=19103m2为满足总表面负荷，总面积为满足总表面负荷，总面积Atot=625/9=69 103m2每一级的面积每一级的面积A=69 103=23 103m2第一二级所需轴单元为第一二级所需轴单元为=23 103/9300=2.47，取，取2.5个轴单元个轴单元第三单元所需轴单元为第三单元所需轴单元为=23 103/14000=1.64，取，取2个轴单元个轴单元9300为标准盘片的面积，14000为高密度盘片的面积44 例：例：Q

25、=5000m3/d，s0=250mgBODL/L，其中有一半溶解性，其中有一半溶解性BODL，进行生物转盘设计。采用三级系统，第一、二级使用标准盘片，进行生物转盘设计。采用三级系统，第一、二级使用标准盘片，第三级使用高密度盘片。第一级最大和总溶解性第三级使用高密度盘片。第一级最大和总溶解性BOD负荷标准分负荷标准分别为别为66kgBODL/(1000m2.d)和和9 kgBODL/(1000m2.d)，最大边缘线速，最大边缘线速度为度为20m/min。沉淀池的平均溢流速度为。沉淀池的平均溢流速度为20m/d，确定每一级转盘，确定每一级转盘需要多少轴单元、轴单元的旋转速度及沉淀池的截面积。需要多

26、少轴单元、轴单元的旋转速度及沉淀池的截面积。对于对于20m/min的流速，的流速，3.6m直径的轴单元的旋转速度直径的轴单元的旋转速度 为为min8.1)6.3/(20r沉淀池的截面积沉淀池的截面积Asettler=5000/20=250m245（一）工艺方面（一）工艺方面 1.1.污水的流动是以水流形式流动的，不是滴流，污水的流动是以水流形式流动的，不是滴流，水力条件好；水力条件好；2.2.填料表面全被生物膜所布满，形成了生物膜填料表面全被生物膜所布满，形成了生物膜的主体结构；的主体结构；3.3.人工充氧，相对于自然充氧，氧的传递过程人工充氧，相对于自然充氧，氧的传递过程加快，净化效果好；加

27、快，净化效果好；4.4.生物膜浓度高生物膜浓度高, ,有机负荷率高有机负荷率高, ,处理效率高。处理效率高。3.4 3.4 生物接触氧化生物接触氧化一一 、特征、特征 46（二）运行方面（二）运行方面1 1 抗冲击负荷能力强；抗冲击负荷能力强；2 2 操作简单，运行方便，无需污泥回流，操作简单，运行方便，无需污泥回流，不产生污泥膨胀，也不产生滤池蝇；不产生污泥膨胀，也不产生滤池蝇；3 3 污泥生成量少，颗粒较大，易于沉淀。污泥生成量少，颗粒较大，易于沉淀。471 池体 2 填料 3 配水、配气区 二 、生物接触氧化池的构造48495051三、三、 池型池型 1 底部进水、进气式（直接式） 2

28、侧部进气、上部进水式（间接式） 3 表面充氧式 4 射流曝气式52 1、一般原则 （1）一般采用有机负荷法进行设计； （2）有机负荷最好通过试验确定，一般处理城市废水时可采用1.0-1.8kgBOD5/m3.d； （3）废水在池中的水力停留时间不应小于2.0h（按填料体积计算）； （4）进水BOD5浓度过高时，应考虑出水回流；四、四、 生物接触氧化池的设计计算生物接触氧化池的设计计算532、设计计算方法 （1）生物接触氧化池的有效容积(即填料体积)V： （2）有效接触时间(t) （3）池深(H0)：H0=H+h1+h2+h3五、生物接触氧化池的运行与管理五、生物接触氧化池的运行与管理 1 启动

29、调试 2 日常运行管理54流态化原理 美国Ecolotrol公司19731975年研制成功的HyFlo生物流化床3.5 3.5 生物流化床生物流化床55 当液体以很小的速度流经床层时，固体颗粒处于静止不动的状态，床层高度也基本维持不变，这时的床层称固定床。固定床阶段 上图中的ab段：液体通过床层的压力降p随空塔速度v的上升而增加，呈幂函数关系，在双对数坐标图纸上呈直线。 上图中的b点：液体滤速增大到压力降p大致等于单位面积床层重量，固体颗粒间的相对位置略有变化，床层开始膨胀，固体颗粒仍保持接触且不流态化。 56流化床阶段 当液体流速大于b点流速，床层不再维持于固定状态，颗粒被液体托起而呈悬浮状

30、态，且在床层各个方向流动，在床层上部有一个水平界面，此时由颗粒所形成的床层完全处于流化态状态，这类床层称流化床。 上图中的bc段：流化层的高度h是随流速上升而增大，床层压力降p则基本不随流速改变。 b点的流速vmin是达到流态化的起始速度，称临界流态化速度。临界速度值随颗粒的大小、密度和液体的物理性质而异。57 生物流化床中的载体颗粒表面有一层微生物膜，因此其流化特性与普通的流化床不同。 流化床床层的膨胀程度可以用膨胀比FBE表示：流化床阶段式中：Hun、H分别为固定床层和流化床层高度。 un 为固定床的液体滞留率。%1001HunHFBE生物颗粒粒径与生物颗粒粒径与膨胀率的关系膨胀率的关系

31、在生物流化床中，相同的流速下，膨胀率随着生物膜厚度的增加而增大，如右图所示。一般FBE采用50200。 液体滞留率 表示为：ununFBEH%100H58流化床的类型 根据生物流化床的供氧、脱膜和床体结构的不同，好氧生物流化床主要有两种类型：两相生物流化床三相生物流化床 59两相生物流化床60两相生物流化床出水回流的两个目的：出水回流的两个目的：控制上向流速（控制上向流速（Q/Acs），保证），保证适当的床的流化程度，使其不适当的床的流化程度，使其不受进水流速的影响；受进水流速的影响；氧通过回流路线上的充氧设备氧通过回流路线上的充氧设备传递进入反应系统中。传递进入反应系统中。61这类流化床是在流化床体外设置充氧设备与脱膜装置，以对微生物充氧并脱除载体表面的生物膜。以纯氧为氧源时，充氧后水中溶解氧可达3040mg/L