第二节 生物膜法

1、一、生物膜法一、生物膜法1. 生物膜生物膜l 参与代谢的微生物附着在参与代谢的微生物附着在滤料滤料或某些或某些载体载体上，并在其上，并在其上形成膜状生物污泥上形成膜状生物污泥生物膜生物膜l 生物膜法是与活性污泥法平行发展的一种污水处理技生物膜法是与活性污泥法平行发展的一种污水处理技术，是一种古老的、又在不断发展中的污水生物处理术，是一种古老的、又在不断发展中的污水生物处理技术；技术； 生物膜法技术特点：生物膜法技术特点：（1）微生物多样化；）微生物多样化；（2）存在世代时间较长的微生物；）存在世代时间较长的微生物；（3）抗冲击负荷性强；）抗冲击负荷性强；（4）污泥量少且具有良好的沉降性能；）污

2、泥量少且具有良好的沉降性能；（5）维护方便、运行费用低）维护方便、运行费用低2. 2. 生物膜法的基本流程生物膜法的基本流程 初沉池初沉池除去大部分的悬浮固体，防止生物膜堵塞除去大部分的悬浮固体，防止生物膜堵塞 二沉池二沉池去除脱落的生物膜，提高出水水质；去除脱落的生物膜，提高出水水质； 图图3-7 生物膜法的基本流程生物膜法的基本流程3. 3. 生物膜的形成与脱落生物膜的形成与脱落（1）挂膜）挂膜 当污水均匀地淋洒在介质表面时，一部分废水被吸附当污水均匀地淋洒在介质表面时，一部分废水被吸附于滤料四周，成为滤料的附着水层（薄膜）。滤料间于滤料四周，成为滤料的附着水层（薄膜）。滤料间隙中的空气可

3、溶入水层作为溶解氧。由于条件适宜，隙中的空气可溶入水层作为溶解氧。由于条件适宜，附着于水层中的微生物可吸附污水中的有机物，通过附着于水层中的微生物可吸附污水中的有机物，通过迅速分解有机物而大量繁殖。此外，滤料表面也可吸迅速分解有机物而大量繁殖。此外，滤料表面也可吸附胶体物质和截留悬浮物质，逐渐在介质表面形成黏附胶体物质和截留悬浮物质，逐渐在介质表面形成黏液状的、含有较多微生物的膜，称为液状的、含有较多微生物的膜，称为生物膜生物膜，这个过，这个过程叫程叫挂膜挂膜。 微生物不断生长繁殖，生物膜厚度不断增加，在结构微生物不断生长繁殖，生物膜厚度不断增加，在结构上形成了上形成了好氧层好氧层（1-2 m

4、m），达到一定厚度时再形），达到一定厚度时再形成成厌氧层厌氧层； 生物膜及其外围结构由外向内依次为：生物膜及其外围结构由外向内依次为： 污水污水 流动水层流动水层 附着水层附着水层 生物膜生物膜 （分为好氧层和厌氧层）（分为好氧层和厌氧层） 滤料滤料图图3-8 3-8 生物膜及其外围结构示意图生物膜及其外围结构示意图（2）生物膜的脱落）生物膜的脱落 当厌氧层厚度增加到一定程度时，厌氧层微生物得不当厌氧层厚度增加到一定程度时，厌氧层微生物得不到营养而进入到营养而进入内源呼吸期内源呼吸期，厌氧分解产生大量的硫化，厌氧分解产生大量的硫化氢、氨气、有机酸等代谢产物，从而减弱生物膜在惰氢、氨气、有机酸等

5、代谢产物，从而减弱生物膜在惰性载体上的附着力，随外部水流剪切力的作用脱落。性载体上的附着力，随外部水流剪切力的作用脱落。 一般认为生物膜厚度为一般认为生物膜厚度为2-3 mm较为理想，太厚会影较为理想，太厚会影响通风，甚至造成堵塞响通风，甚至造成堵塞。厌氧层一旦产生会使处理水。厌氧层一旦产生会使处理水质下降，生物膜的更新脱落是完全必要的；质下降，生物膜的更新脱落是完全必要的；3 生物膜净化废水的原理生物膜净化废水的原理4. 4. 生物膜中的物质迁移生物膜中的物质迁移 有机物降解在生物膜表层有机物降解在生物膜表层0.1-2 mm的好氧生物膜内进的好氧生物膜内进行，主要发生行，主要发生3种物质的迁

6、移；种物质的迁移；图图3-9 3-9 生物膜中各种物质的迁移途径生物膜中各种物质的迁移途径5. 5. 生物膜的载体（填料）生物膜的载体（填料） 填料应具备以下特性：填料应具备以下特性：（1）易硫化，但不宜流失；）易硫化，但不宜流失；（2）易成膜，但无毒害作用；）易成膜，但无毒害作用；（3）能提供大的比表面积，以增加生物附着量；）能提供大的比表面积，以增加生物附着量；（4）价格低廉，容易取材；）价格低廉，容易取材； 选择填料时应从以下方面考虑：选择填料时应从以下方面考虑：（1）足够的机械强度，以抵抗强烈的水流剪切力；）足够的机械强度，以抵抗强烈的水流剪切力；（2）优良的稳定性，包括生物稳定性、化

7、学稳定性、）优良的稳定性，包括生物稳定性、化学稳定性、 热力学稳定性；热力学稳定性；（3）合适的亲疏水性及良好的表面带电特性；）合适的亲疏水性及良好的表面带电特性；（4）不应有毒性或对生物活性有抑制作用；）不应有毒性或对生物活性有抑制作用；（5）具备良好的物理性状；）具备良好的物理性状；（6）就地取材，价格合理；）就地取材，价格合理；表表3-1 3-1 无机填料和有机填料的比较无机填料和有机填料的比较图图3-10 3-10 各种材质及性状的滤料（填料）各种材质及性状的滤料（填料）6. 6. 生物膜法的工艺分类生物膜法的工艺分类 按生物膜在水中存在的状态可以分为三类：按生物膜在水中存在的状态可以

8、分为三类：（1）润壁型生物膜法）润壁型生物膜法废水和空气沿固定或转动接废水和空气沿固定或转动接触介质表面的生物膜流过，如触介质表面的生物膜流过，如生物转盘生物转盘、生物滤池生物滤池；（2）浸没型生物膜法）浸没型生物膜法滤料固定在曝气池内，完全滤料固定在曝气池内，完全浸没在水中，采用鼓风曝气，如浸没在水中，采用鼓风曝气，如接触氧化法接触氧化法；（3）流动床型生物膜法）流动床型生物膜法使附着有生物膜的活性炭、使附着有生物膜的活性炭、沙等小粒径接触介质悬浮流动于曝气池中，如沙等小粒径接触介质悬浮流动于曝气池中，如生物流生物流化床化床； 二二 生物滤池法（生物滤池法（bio-filter proces

9、s） 是以土壤自净作用原理为依据，在废水灌溉的基础上是以土壤自净作用原理为依据，在废水灌溉的基础上发展起来；发展起来； 1893年，英国将废水往粗大滤料上喷洒进行净化试验年，英国将废水往粗大滤料上喷洒进行净化试验取得了成功；取得了成功； 1900年，这种净化废水的方法得到公认，命名为年，这种净化废水的方法得到公认，命名为生物生物过滤法过滤法，构筑物被称为，构筑物被称为生物滤池生物滤池，并迅速在欧洲和北，并迅速在欧洲和北美得到广泛应用；美得到广泛应用； 普通生物滤池：普通生物滤池：水力负荷水力负荷1-4 m3/(m3滤料滤料 d)，BOD5容容积负荷积负荷0.1-0.4 kg/ /(m3滤料滤料

10、 d)； 高负荷生物滤池：高负荷生物滤池：水力负荷水力负荷5-40 m3/(m3滤料滤料 d)，BOD5容积负荷容积负荷0.5-2.5 kg/ /(m3滤料滤料 d)； 20世纪世纪50年代，德国化学工程师苏尔兹利用化工行业年代，德国化学工程师苏尔兹利用化工行业气体洗涤塔的原理，创造了塔式生物滤池；气体洗涤塔的原理，创造了塔式生物滤池； 塔式生物滤池：塔式生物滤池：水力负荷水力负荷80-200 m3/(m3滤料滤料 d)，BOD5容积负荷容积负荷1-2 kg/ /(m3滤料滤料 d)；1.1.生物滤池结构生物滤池结构 由滤床、布水装置和排水系统三部分组成。n池壁池壁n滤料滤料n布水系统布水系统

11、n排水系统排水系统滤床由滤料组成。滤料是微生物生长栖息的场滤床由滤料组成。滤料是微生物生长栖息的场所，滤料层高度一般为所，滤料层高度一般为1.5-2 m，常采用，常采用双层双层，上层，上层为工作层，一般为工作层，一般1.3-1.8 m，滤料直径为，滤料直径为30-50 mm；下层为承托层，高下层为承托层，高0.2 m，滤料直径，滤料直径60-100 mm； 池壁一般高出滤料表面池壁一般高出滤料表面0.5-0.9 m，防止风力影响，防止风力影响池表面的均匀布水。池表面的均匀布水。理想的滤料应具备下述特性理想的滤料应具备下述特性： 单位体积滤料的表面积要大；单位体积滤料的表面积要大； 能为微生物附

12、着提能为微生物附着提供大量的表面积：供大量的表面积： 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； 有足够的空隙率，保证通风（即保证氧的供给）有足够的空隙率，保证通风（即保证氧的供给）和使脱落的生物膜能随水流出滤池；和使脱落的生物膜能随水流出滤池；物理化学性质稳定，对微生物的增殖无危害作用物理化学性质稳定，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不被微生物分解，也不抑制微生物生长 ； 有一定机械强度；有一定机械强度； 价格低廉。价格低廉。早期主要以拳状早期主要以拳状碎石碎石为滤料，此外，为滤料，此外，碎钢渣碎钢渣、焦炭焦炭等等也可作为滤料，其粒径在也可作为滤料，其

13、粒径在3 38 8cmcm左右，空隙左右，空隙率在率在45%45%一一50%50%左右，比表面积（可附着面积）在左右，比表面积（可附着面积）在6565100 100 m m2 2/ m/ m3 3之间。之间。 从理论上，这类滤料粒径愈小，滤床的可附着从理论上，这类滤料粒径愈小，滤床的可附着面积愈大，则生物膜的面积将愈大，滤床的工作能面积愈大，则生物膜的面积将愈大，滤床的工作能力也愈大。力也愈大。但粒径愈小，孔隙就愈小，滤床愈易被但粒径愈小，孔隙就愈小，滤床愈易被生物膜堵塞，滤床的通风也愈差，生物膜堵塞，滤床的通风也愈差，可见滤料的粒径可见滤料的粒径不宜太小。经验表明在常用粒径范围内，粒径略大不

14、宜太小。经验表明在常用粒径范围内，粒径略大或略小些，对滤池的工作没有明显的影响。或略小些，对滤池的工作没有明显的影响。 60 60年代中期塑料工业发展起来以后，年代中期塑料工业发展起来以后，塑料滤料塑料滤料开始被广泛采用。开始被广泛采用。国内目前采用的国内目前采用的玻璃钢蜂窝状块状滤料玻璃钢蜂窝状块状滤料，孔心，孔心间距在间距在2020mmmm左右，孔隙率左右，孔隙率95%95%左右，比表面积在左右，比表面积在200 200 m m2 2/ m/ m3 3左右。左右。v布水设备有布水设备有固定式固定式和和可动式可动式两种。两种。 v固定式布水装置固定式布水装置由虹吸装置、馈水池、布水管由虹吸装

15、置、馈水池、布水管道和喷嘴组成，喷水是道和喷嘴组成，喷水是间隙间隙的，的，所以布水不所以布水不均匀，配水的水头要高，配水池也较高（配水面均匀，配水的水头要高，配水池也较高（配水面高高0.92.1m），），故目前故目前应用较少应用较少。 可动式布水器可动式布水器组成及重要参数组成及重要参数：水竖管水竖管和可和可旋转的旋转的布水横管布水横管组成，横管可以是多根，布水小孔的组成，横管可以是多根，布水小孔的直径直径1015mm，布水横管距滤料表面的高度布水横管距滤料表面的高度0.150.25m，喷水旋转所需的水头喷水旋转所需的水头0.61.5m，布水器在布水器在水压反推动力下旋转。水压反推动力下旋转。

16、 旋转布水器的特点旋转布水器的特点：布水比较均匀，淋水周期布水比较均匀，淋水周期短，水力冲刷作用强；缺点是喷水孔易堵，低温时要短，水力冲刷作用强；缺点是喷水孔易堵，低温时要采用防冻措施，仅适用于采用防冻措施，仅适用于圆形池圆形池。 排水系统的排水系统的作用作用：收集滤床流出的污水与生物膜；：收集滤床流出的污水与生物膜；保证通风；支撑滤料保证通风；支撑滤料 排水系统排水系统组成组成：池子底面及开设于其上的：池子底面及开设于其上的沟渠沟渠。 重要参数：池子底面坡度重要参数：池子底面坡度(0.010.03) ；排水沟坡；排水沟坡度度0.0050.02。排水总渠坡度。排水总渠坡度0.0030.005。

17、 要保证不积淤流速要保证不积淤流速(通常采用通常采用0.6 ms)， 排水渠穿排水渠穿过池壁的地方，应设排水和通风孔洞，通风面积应过池壁的地方，应设排水和通风孔洞，通风面积应不小于过水断面。排水口可设于池壁的一侧或数侧，不小于过水断面。排水口可设于池壁的一侧或数侧，但通风口必须均匀分布于池壁的两对边或四周。但通风口必须均匀分布于池壁的两对边或四周。新型的高负荷生物滤新型的高负荷生物滤池，一般高池，一般高8-24 m，直，直径径1-3.5 m； 塔式结构形式使滤池塔式结构形式使滤池内部形成较强的拔风状内部形成较强的拔风状态，自然通风良好；态，自然通风良好； 废水自上而下滴落，废水自上而下滴落，水

18、量负荷高，滤池内水水量负荷高，滤池内水流紊动强烈，废水、空流紊动强烈，废水、空气、生物膜三者的接触气、生物膜三者的接触非常充分，大大地加快非常充分，大大地加快了污染物质的传质速度；了污染物质的传质速度；生物膜生长迅速，生物膜生长迅速，活性高，但易于堵活性高，但易于堵塞，因此，一般进塞，因此，一般进水水BOD5浓度控制在浓度控制在500 mg/L以下；以下； 塔身一般沿高度分塔身一般沿高度分层建造，分层处设层建造，分层处设隔栅托承滤料；隔栅托承滤料； 宜用轻质滤料，自宜用轻质滤料，自然通风，塔底有然通风，塔底有0.4-0.6 m高度的空间，高度的空间，周围留有通风孔；周围留有通风孔； 图图3-1

19、2 3-12 塔式生物滤池构造塔式生物滤池构造表表3-2 3-2 常用的三种生物滤池比较常用的三种生物滤池比较表表3-2 3-2 常用的三种生物滤池比较（续）常用的三种生物滤池比较（续） 比较项比较项 生物膜生物膜 出水出水 BOD5去除率去除率 技术特点技术特点滤床的比表面积和孔隙率滤床的比表面积和孔隙率 滤料表面积愈大，生物膜的表面积也愈大，生物膜的量就滤料表面积愈大，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；愈多，净化功能就愈强； 孔隙率大，则滤床不易堵塞，通孔隙率大，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。风效果好，可为生物膜的好氧代谢提供足够的氧。

20、 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、去除有机物的滤床的不同高度，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。有机物的速度等方面都是不同的。有机物的去除效果随滤床深度的去除效果随滤床深度的增加而提高增加而提高，但去除速率却随深度的增加而降低但去除速率却随深度的增加而降低 。有机负荷与水力负荷有机负荷与水力负荷 普通生物滤池的有机负荷为普通生物滤池的有机负荷为0.150.150.3kgBOD/0.3kgBOD/（m m3 3.d.d），），高负荷生物滤池在高负荷生物滤池在1.1kgBOD/1.1kgBOD/（m m3 3.d.d）左右。）左右。有机负荷高，生物

21、膜增长快，需要较高的水力负荷，一般是通有机负荷高，生物膜增长快，需要较高的水力负荷，一般是通过出水回流来解决。过出水回流来解决。 供氧供氧 一般是自然通风；影响滤池自然通风的主要因素：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；滤池高度；滤料孔隙率及风力等；池内温度与气温之差；滤池高度；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。回流回流在高负荷生物滤池的运行中，多用处理水回流。优点： 增大水力负荷，促进生物膜的脱落，防止滤池堵塞 稀释进水，降低有机负荷，防止浓度冲击 可向生物滤池连续接种，促进生物膜生长 增加进水的溶解氧，减少臭味 防止滤池滋生蚊蝇3

22、生物滤池部分小结生物滤池部分小结 生物滤池生物滤池净化废水主要依靠生物膜净化废水主要依靠生物膜，但并不能简单地，但并不能简单地认为生物膜越多越好。生物滤池要得到净化废水的良认为生物膜越多越好。生物滤池要得到净化废水的良好效果，没有生物膜不行，生物膜太厚也不行，只有好效果，没有生物膜不行，生物膜太厚也不行，只有生物膜适中生物膜适中，滤料间通风情况良好滤料间通风情况良好时，才有可能不产时，才有可能不产生厌氧层而获得理想的净化效果。创造这一良好的运生厌氧层而获得理想的净化效果。创造这一良好的运行条件，主要通过行条件，主要通过控制适宜的水力冲刷能力控制适宜的水力冲刷能力及及进水有进水有机负荷机负荷来实

23、现。来实现。 三三 生物转盘生物转盘 1954年，德国建立第一座生物转盘污水处理厂；年，德国建立第一座生物转盘污水处理厂； 20世界世界80年代，欧洲已建成年代，欧洲已建成2000多座生物转盘；多座生物转盘； 我国于我国于20世纪世纪70年代开始研究生物转盘工艺，现已在年代开始研究生物转盘工艺，现已在印染、造纸、皮革和石油化工等行业的工业废水处理印染、造纸、皮革和石油化工等行业的工业废水处理中得到广泛应用；中得到广泛应用； 图图3-13 3-13 生物转盘的构造生物转盘的构造 盘片为质轻、高强、耐腐的盘片为质轻、高强、耐腐的塑料，厚度塑料，厚度2-10 mm，直径，直径2-4 m，间距，间距1

24、0-30 mm； 盘片串联在转轴上，转轴距盘片串联在转轴上，转轴距槽中水面槽中水面10-25 cm，由反应槽，由反应槽两端的支座支承，由电机带两端的支座支承，由电机带动动0.8-3 rpm低速旋转；低速旋转； 转盘的转盘的40%-45%浸没于污浸没于污水中，其余露在空气中；水中，其余露在空气中； 盘片上的生物膜厚度一般为盘片上的生物膜厚度一般为0.1-0.5 mm；1. 生物转盘构造生物转盘构造2. 生物转盘工作原理生物转盘工作原理 当转盘浸没水中时，有机物被生物膜吸附；当转盘浸没水中时，有机物被生物膜吸附； 当转盘离开水面时，固着水层从空气中吸收氧，固着当转盘离开水面时，固着水层从空气中吸收

25、氧，固着 水层氧过饱和，转移到生物膜和污水中；水层氧过饱和，转移到生物膜和污水中；C. 圆盘的搅动也使大气中的圆盘的搅动也使大气中的O2进入水中；进入水中；D. 盘上的生物膜与水、空气交替接触，盘上的生物膜与水、空气交替接触，盘片转动一周，盘片转动一周， 就进行一次吸附就进行一次吸附-吸氧吸氧-氧化分解的过程，氧化分解的过程，进而去除进而去除 BOD、COD，也有，也有CO、NH3等的传递；等的传递； 图图3-14 3-14 生物转盘的工作原理图生物转盘的工作原理图 图图3-15 3-15 生物转盘的布置方式生物转盘的布置方式 一轴多段、多轴多段等形式的出现使生物转盘可用于日一轴多段、多轴多段等形式的出现使生物转盘可用于日 处理处理20万吨以上的大型污水处理厂的工业废水的处理；万吨以上的大型污水处理厂的工业废水的处理；v工艺选择：工艺选