第五章污水的生物处理—生物膜法

1、第五章第五章 污水的生物处理污水的生物处理生物膜法生物膜法5.1 概述概述生物膜法与活性污泥法平行发展的一种污水处理技术生物膜法与活性污泥法平行发展的一种污水处理技术方法实质：微生物附着在滤料或某些载体上，并在其方法实质：微生物附着在滤料或某些载体上，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5.1.1生物膜法的历史及发展生物膜法的历史及发展：1.1865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；2.1893年英国将污水喷洒在粗滤料上，作为膜生物反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；应器的生物滤池问世；3.20世纪世纪2030年代建造了许

2、多生物膜反应器（以生年代建造了许多生物膜反应器（以生物滤池为主）；物滤池为主）；4.4050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；5.60年代，波纹板状、列管状、蜂窝管状有机人工填年代，波纹板状、列管状、蜂窝管状有机人工填料料5.1 概述概述 6.70年代新的反应器以独特的优势受关注。如生年代新的反应器以独特的优势受关注。如生物转盘、曝气生物滤池、淹没式生物流化床等物转盘、曝气生物滤池、淹没式生物流化床等 7.近年，复合式生物膜反应器出现。近年，复合式生物膜反应器出现。 5.1.2生物膜法反应器的类型及主要技术现状：生物膜法反应器的类型及主要技术现状：固固

3、定床、流动床定床、流动床 1.生物转盘：用于硝化、反硝化的研究取得进展生物转盘：用于硝化、反硝化的研究取得进展 2.生物接触氧化：生物接触氧化：1971年日本首创，近年日本首创，近20年得到年得到广泛应用广泛应用 3.生物流化床：生物流化床：70年代初期在美国和日本得到研年代初期在美国和日本得到研究与应用究与应用 4.微孔膜生物反应器：近几年人们关注的革新的微孔膜生物反应器：近几年人们关注的革新的生物膜反应器生物膜反应器 5.复合式生物膜反应器：序批式膜生物反应器复合式生物膜反应器：序批式膜生物反应器5.1 概述概述 5.1.3发展趋势：发展趋势： 1.微生物在载体表面的固定机理；微生物在载体

4、表面的固定机理； 2.提高反应器的净化功能提高反应器的净化功能 3.生物膜微生物的增长及底物去除动力学和生物生物膜微生物的增长及底物去除动力学和生物膜微生物的能量代谢。膜微生物的能量代谢。 4.节能与自动化。节能与自动化。5.2 生物膜法的基本概念生物膜法的基本概念5.2.1生物膜的形成构造及其净化机理生物膜的形成构造及其净化机理5.2.1.1形成构造：形成构造： （1）形成）形成污水流经载体表面时，通过微生物污水流经载体表面时，通过微生物与向载体表面输送的物质结合固定化而实现。一与向载体表面输送的物质结合固定化而实现。一系列物理、化学和生物过程综合作用的结果。即：系列物理、化学和生物过程综合

5、作用的结果。即： 1）废水中有机分子向生物膜附着生长的载体输）废水中有机分子向生物膜附着生长的载体输送；送； 2）废水中的浮游微生物细胞在载体表面的不可）废水中的浮游微生物细胞在载体表面的不可逆吸附；逆吸附； 3）生长在生物膜内部的微生物对废水中的营养）生长在生物膜内部的微生物对废水中的营养物的利用与氧化分解。物的利用与氧化分解。（2）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（3）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（4）食物链：有机污染物）食物链：有机污染物-细菌细菌-原生动物（后原生动物（后生动物）

6、生动物）（5）生物膜成熟标志）生物膜成熟标志生物膜沿水流方向分布，生物膜沿水流方向分布，在其上由细菌及各种微生物组成的生态系统及其在其上由细菌及各种微生物组成的生态系统及其对有机物的的降解功能都达到了平衡和稳定状态。对有机物的的降解功能都达到了平衡和稳定状态。天天（6）构造：好氧层：好氧微生物和兼性微生物）构造：好氧层：好氧微生物和兼性微生物 厌氧层：厌氧微生物和兼性微生物厌氧层：厌氧微生物和兼性微生物5.2 生物膜法的基本概念生物膜法的基本概念图 18-1 生 物 滤 池 滤 料 上 生 物 膜 的 构 造 （ 剖 面 图 ）CO2 NH3H2SBODCO2BODO2 NH3BODH2O空气

7、CO2CO2O2CO2H2OBOD滤 料附着水层流动水层生 物 膜厌 氧好 氧5.2.1.2净化有机物机理净化有机物机理（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）有机物降解主要是在生物膜表层）有机物降解主要是在生物膜表层0.1-2mm的好氧的好氧生物膜内进行生物膜内进行（3）多种物质的传递过程：）多种物质的传递过程：空气空气 流动水层流动水层附着水层附着水层生物膜生物膜微生物呼吸微生物呼吸污染物污染物由流动水层由流动水层附着水层附着水层生物膜生物膜生物降解生物降解5.2 生物膜法的基本概念生物膜法的基本概念微生物代谢产物微生物代谢产物H2O附着水层附

8、着水层流动水层流动水层 CO2 、H2S、NH3水层水层溢入空气中溢入空气中（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，稳定厌氧层不厚时，与好氧层平衡，稳定 厌氧层增厚时，代谢产物高于好氧层厌氧层增厚时，代谢产物高于好氧层（5）理想生物膜法的状况）理想生物膜法的状况减缓老化，避免厌氧减缓老化，避免厌氧层层 过分生长，加快好氧层更新，不使膜集中脱落。过分生长，加快好氧层更新，不使膜集中脱落。 5.2 生物膜法的基本概念生物膜法的基本概念5.2 生物膜法的基本概念生物膜法的基本概念 5.2.2.生物膜的载体：为生物膜提供附着生长固生物膜的载体：为生物膜提供附着生长

9、固定表面的材定表面的材 料称为载体。料称为载体。 （1）有机载体：）有机载体：PVC、PE、PS、PP、各类树、各类树脂、塑料、纤维以及明胶等。其中有机高分子类脂、塑料、纤维以及明胶等。其中有机高分子类载体适用于悬浮态完全混合工艺，塑料类适用于载体适用于悬浮态完全混合工艺，塑料类适用于固定床或混合工艺；固定床或混合工艺； （2）无机载体：沙子、碳酸盐类、各种玻璃材）无机载体：沙子、碳酸盐类、各种玻璃材料、沸石类、陶瓷类、矿渣、活性炭等。具有机料、沸石类、陶瓷类、矿渣、活性炭等。具有机械强度高，化学性质相对稳定的特点，可提供较械强度高，化学性质相对稳定的特点，可提供较大的比表面积，但密度较大，使

10、其在悬浮生物膜大的比表面积，但密度较大，使其在悬浮生物膜反应器中的应用受到限制。反应器中的应用受到限制。5.2 生物膜法的基本概念生物膜法的基本概念 （3）选择原则：）选择原则： 1）足够的机械强度：抵抗强烈的水流剪切力的）足够的机械强度：抵抗强烈的水流剪切力的作用；作用； 2）优良的稳定性：生物、化学和热力学稳定性）优良的稳定性：生物、化学和热力学稳定性 3）良好的亲疏水性及表面带电特性：通常废水）良好的亲疏水性及表面带电特性：通常废水在在Ph值值=7左右，微生物表面带负电荷，若载体左右，微生物表面带负电荷，若载体为带正电荷的材料时有利于微生物与载体之间的为带正电荷的材料时有利于微生物与载体

11、之间的结合。结合。 4）无毒性或抑制性；）无毒性或抑制性； 5）良好的物理性状：形态、相对密度、孔隙率）良好的物理性状：形态、相对密度、孔隙率何必表面积何必表面积 6）就地取材，价格合理。）就地取材，价格合理。5.2.3 生物膜处理法的特征生物膜处理法的特征1、微生物相方面的特征、微生物相方面的特征（1）微生物的多样化）微生物的多样化 ，能够存活世代时间较长的微生物，能够存活世代时间较长的微生物 生物相生物相生物膜上生物的种类，数量及其生活状态的生物膜上生物的种类，数量及其生活状态的概括。概括。 细菌、真菌细菌、真菌|微型动物微型动物|滤池蝇滤池蝇具有抑制生物膜的过具有抑制生物膜的过速增长的功

12、能速增长的功能 线虫线虫 具有较好生物膜，促进其脱落的功能具有较好生物膜，促进其脱落的功能（2）生物的食物链长）生物的食物链长 生物膜上的食物链要长于活性污泥生物膜上的食物链要长于活性污泥 污泥量少于活性污泥系统污泥量少于活性污泥系统（3）分段运行与优势菌种）分段运行与优势菌种 分多段运行，每段繁衍和本段水质相适应的微生物，分多段运行，每段繁衍和本段水质相适应的微生物，并且形成优势菌属，有利于微生物新陈代谢功能的充分并且形成优势菌属，有利于微生物新陈代谢功能的充分发挥。发挥。 2、处理工艺方面的特征、处理工艺方面的特征 （1）耐冲击负荷，）耐冲击负荷， 对水质、水量变动有较强的适应对水质、水量

13、变动有较强的适应性性 。若一段时间中断进水，对生物膜也不会有致命。若一段时间中断进水，对生物膜也不会有致命影响，通水后易恢复影响，通水后易恢复（2）污泥沉淀性良好，易于沉降分离。）污泥沉淀性良好，易于沉降分离。 剥落下来的生物膜剥落下来的生物膜无机成分高，比重较大无机成分高，比重较大（3）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，净化功能强生物膜含水率低，单位反应器容积内的生物量可高达生物膜含水率低，单位反应器容积内的生物量可高达活性污泥的活性污泥的520倍。倍。 （4）能够处理低浓度废水）能够处理低浓度废水 活性污泥：不适合处理低浓度的污水，若活性污泥：不适合处理低浓度的污

14、水，若BOD长长期低于期低于50-60mg/l，会影响污泥絮体的形成，会影响污泥絮体的形成 生物膜：生物膜：20-30mg/L时，能降解到时，能降解到5-10mg/l （5）易于运行管理，节能，无污泥膨胀问题。）易于运行管理，节能，无污泥膨胀问题。 缺点与不足：缺点与不足： （1）基建投资超过活性污泥法；）基建投资超过活性污泥法； （2）处理水的澄清度降低）处理水的澄清度降低 （3）灵活性差）灵活性差 5.2.4生物膜反应器：凡是在污水生物处理工艺中生物膜反应器：凡是在污水生物处理工艺中引入微生物附着生长载体的反应器。引入微生物附着生长载体的反应器。5.3生物膜的增长及动力学生物膜的增长及动力

15、学5.2.1生物膜的增长过程（与活性污泥增长作对比）生物膜的增长过程（与活性污泥增长作对比）1.潜伏期或适应期：潜伏期或适应期：持续时间决定于进水底物浓度及持续时间决定于进水底物浓度及载体表面特性。载体表面特性。2.对数期或动力学增长期：对数期或动力学增长期：决定生物膜反应器内底物决定生物膜反应器内底物的去除效率及生物膜自身增长代谢的功能。有机物、的去除效率及生物膜自身增长代谢的功能。有机物、溶解氧及其他营养物的供给超过了消耗的需要，因溶解氧及其他营养物的供给超过了消耗的需要，因此附着微生物以最大速度在载体表面生长。膜厚可此附着微生物以最大速度在载体表面生长。膜厚可达几十个微米。现象达几十个微

16、米。现象 1）生物膜多聚糖及蛋白质产率增加；）生物膜多聚糖及蛋白质产率增加； 2）有机物降解速率高；）有机物降解速率高； 3）大量溶解氧被消耗；）大量溶解氧被消耗； 4）生物膜量显著增长。）生物膜量显著增长。5.3生物膜的增长及动力学生物膜的增长及动力学3.线性增长期（活性污泥没有）：线性增长期（活性污泥没有）：即生物膜在载体表即生物膜在载体表面以恒速率增加。特点：面以恒速率增加。特点：（1）出水底物浓度不随生物量的积累而显著变化；）出水底物浓度不随生物量的积累而显著变化；（2）好氧速率保持不变；）好氧速率保持不变；（3）在载体表面形成了完整的生物膜的三维结构。）在载体表面形成了完整的生物膜的

17、三维结构。 Mb=Ma + Mi此阶段生物膜总量的积累主要源于非活性物质，原因：此阶段生物膜总量的积累主要源于非活性物质，原因：1）可剩余有效载体体表面饱和；）可剩余有效载体体表面饱和；2）随着生物膜中细菌密度的增长，禁锢作用变得较）随着生物膜中细菌密度的增长，禁锢作用变得较为明显；为明显；3）有毒或抑制产物的积累，使部分活性生物量受到）有毒或抑制产物的积累，使部分活性生物量受到抑制或丧失了其生理活性。抑制或丧失了其生理活性。5.3生物膜的增长及动力学生物膜的增长及动力学4减速增长期：减速增长期：生物膜在某一质量与膜厚上达到稳生物膜在某一质量与膜厚上达到稳定的过渡期。体现在：定的过渡期。体现在

18、： 1）生物膜增长与水力剪切作用形成动态平衡；）生物膜增长与水力剪切作用形成动态平衡； 2）水中悬浮物浓度增高）水中悬浮物浓度增高 3）末期，生物膜质量与厚度趋于稳定值。）末期，生物膜质量与厚度趋于稳定值。5生物膜稳定期生物膜稳定期：生物膜新生细胞与由于物理力所：生物膜新生细胞与由于物理力所造成的生物膜损失达到平衡。存在时间很短，与造成的生物膜损失达到平衡。存在时间很短，与运行条件如底物供给浓度、剪切力等有关。运行条件如底物供给浓度、剪切力等有关。5.3生物膜的增长及动力学生物膜的增长及动力学6脱落期：脱落期：特点：特点：出水悬浮物浓度增高，影响出水水质。出水悬浮物浓度增高，影响出水水质。 底

19、物降解过程受影响，底物去除率低。底物降解过程受影响，底物去除率低。影响脱落的因素：影响脱落的因素：u内因：厌氧菌营养耗尽而死亡，其附着力降低，内因：厌氧菌营养耗尽而死亡，其附着力降低，很快脱落；气态代谢产物不断逸出，破坏了好氧很快脱落；气态代谢产物不断逸出，破坏了好氧层生态的稳定，使二者失去了平衡，生物膜老化；层生态的稳定，使二者失去了平衡，生物膜老化；气态产物的积累，将膜顶起气态产物的积累，将膜顶起u外因：重力、水流的冲刷作用，加大水量，则冲外因：重力、水流的冲刷作用，加大水量，则冲刷力增大；进水中含有抑制或毒性物质。刷力增大；进水中含有抑制或毒性物质。5.3生物膜的增长及动力学生物膜的增长

20、及动力学 结论结论： ）在动力学增长末期，活性生物量达到最大值，）在动力学增长末期，活性生物量达到最大值，在生物膜反应器中液相达到稳定状态，此时生物在生物膜反应器中液相达到稳定状态，此时生物膜较薄，一般不超过膜较薄，一般不超过 ； ）在生物膜稳定期末，生物膜达到其稳定状态，）在生物膜稳定期末，生物膜达到其稳定状态，此时生物膜可达数百此时生物膜可达数百。 5.3.2生物膜理论中的几个重要参数生物膜理论中的几个重要参数 1.生物膜的比增长速率生物膜的比增长速率 =（dx/dt）/x （1）生物膜最大比增长浓度）生物膜最大比增长浓度 （2）生物膜平均比增长浓度）生物膜平均比增长浓度 2.底物比去除速

21、率：底物比去除速率：5. 生物滤池生物滤池5.1生物滤池的概念生物滤池的概念1.工作原理：污水长时间以滴状喷洒在块状滤层料的表面上，工作原理：污水长时间以滴状喷洒在块状滤层料的表面上，在污水流经的表面就会形成生物膜，待生物膜成熟后，栖在污水流经的表面就会形成生物膜，待生物膜成熟后，栖息在生物膜上的微生物即摄取流经污水中有机物作为营养，息在生物膜上的微生物即摄取流经污水中有机物作为营养，从而使污水得到净化。该净化过程包括污水中复杂的传质从而使污水得到净化。该净化过程包括污水中复杂的传质过程、氧的扩散与吸收、有机物的分解与微生物的代谢等过程、氧的扩散与吸收、有机物的分解与微生物的代谢等各种过程。各

22、种过程。2.分类：分类：（1）早期生物滤池（普通生物滤池）早期生物滤池（普通生物滤池） 水量负荷低，（水量负荷低，（1-4m/m.d）；）；BOD负荷负荷0.1-0.4kg/m.d（2）高负荷生物滤池：）高负荷生物滤池：40 m/m.d）；）； 限制进水限制进水BOD浓度浓度200mg/l） ；回流水水量负荷提高；回流水水量负荷提高3.0倍至倍至40m/m.d;BOD负荷上升至负荷上升至0.5-2.5kg/m.d（3）塔式生物滤池）塔式生物滤池 ：径高比：径高比1：61：8，H=26米，通风良好，解决占地，米，通风良好，解决占地，（4）曝气生物滤池）曝气生物滤池5.影响生物滤池性能的主要因素影

23、响生物滤池性能的主要因素（1）滤池高度：滤床上层，污水中有机物浓度较）滤池高度：滤床上层，污水中有机物浓度较高，微生物繁殖速率高，种属较低级，以细菌为高，微生物繁殖速率高，种属较低级，以细菌为主，生物膜量较多，有机物去除速率较高，随着主，生物膜量较多，有机物去除速率较高，随着滤层深度的增加，微生物由低级到高级，种类逐滤层深度的增加，微生物由低级到高级，种类逐渐增多，生物膜从多到少。类似污染河流在自净渐增多，生物膜从多到少。类似污染河流在自净过程中的生物递变。过程中的生物递变。（2）负荷：）负荷： a：水力负荷：单位面积的滤池或单位体积的滤：水力负荷：单位面积的滤池或单位体积的滤料每日处理的废水

24、量。若太大，则流量大，接触料每日处理的废水量。若太大，则流量大，接触时间短，净化效果差，否则滤料不能完全利用，时间短，净化效果差，否则滤料不能完全利用，冲刷作用小。冲刷作用小。 b：有机负荷：单位时间内供给单位体积滤料的：有机负荷：单位时间内供给单位体积滤料的有机物料。不能超过生物膜的分解能力，否则影有机物料。不能超过生物膜的分解能力，否则影响出水水质。响出水水质。（3）回流：多用于高负荷生物滤池的运行系统，）回流：多用于高负荷生物滤池的运行系统，若进水有机物浓度过高；水量很少，无法维持在若进水有机物浓度过高；水量很少，无法维持在最小经验值以上；废水中某种有机污染物在高浓最小经验值以上；废水中

25、某种有机污染物在高浓度时有可能抑制微生物的生长等情况考虑出水回度时有可能抑制微生物的生长等情况考虑出水回流。流。优点：增大水力负荷，促进生物膜的脱落，防止滤池优点：增大水力负荷，促进生物膜的脱落，防止滤池堵塞或滋生蚊蝇；稀释污水，降低有机负荷并借以堵塞或滋生蚊蝇；稀释污水，降低有机负荷并借以均化、稳定进水水质；可向生物滤池连续接种，促均化、稳定进水水质；可向生物滤池连续接种，促进生物膜的生长；增加进水溶解氧，改善进水的腐进生物膜的生长；增加进水溶解氧，改善进水的腐化状态。化状态。缺点缺点: 缩短了废水在滤池中的停留时间；降低入流污缩短了废水在滤池中的停留时间；降低入流污水的有机物浓度，降低传质

26、和有机物的去除；冬天水的有机物浓度，降低传质和有机物的去除；冬天使池中水温降低；增加能耗，增大运行费用。使池中水温降低；增加能耗，增大运行费用。（4）供氧：一般来自大气，靠自然通风供给。其影）供氧：一般来自大气，靠自然通风供给。其影响因素为自然拔风和风力。若供氧不足，生物膜的响因素为自然拔风和风力。若供氧不足，生物膜的好氧层厚度较小。好氧层厚度较小。5.4.2 普通生物滤池普通生物滤池 ：又称滴滤池又称滴滤池1、构造特征、构造特征: 见图见图14-3（p465）（1）池体：）池体：形状：在平面上多为方形、矩形或圆形；形状：在平面上多为方形、矩形或圆形；池壁材料：多由砖石筑造，有孔和无孔之分池壁

27、材料：多由砖石筑造，有孔和无孔之分 （通风）（通风）池壁作用：高出滤料池壁作用：高出滤料0.5-0.9米，米，具有维护滤料的作用。具有维护滤料的作用。池底作用：支撑滤料和排除处理后的出水。池底作用：支撑滤料和排除处理后的出水。（2）滤料：生物膜的载体）滤料：生物膜的载体质坚，稳定性好质坚，稳定性好 适于生物膜附着适于生物膜附着 适于污水的流动适于污水的流动有较高的比表面积有较高的比表面积 有较大的孔隙比有较大的孔隙比 就地取材就地取材（3）布水装置）布水装置1）首要任务首要任务向滤池表面均匀布水向滤池表面均匀布水2）特征：适应水量的变化，不易堵塞和易于清通以及）特征：适应水量的变化，不易堵塞和

28、易于清通以及不受风、雪影响。不受风、雪影响。3）布水装置布水装置 普通生物滤池的普通生物滤池的布水装置多采用固定喷布水装置多采用固定喷嘴式：嘴式： 投配池：内设虹吸装置，污水流入投配池内，达到投配池：内设虹吸装置，污水流入投配池内，达到 一定高度时，虹吸装置开始作用，污水泄入布水管道。一定高度时，虹吸装置开始作用，污水泄入布水管道。（调节作用）（调节作用） 布水管道：敷设在滤池表面下布水管道：敷设在滤池表面下0.50.8米，在其上装米，在其上装有一系列排列规矩、伸出池面有一系列排列规矩、伸出池面0.150.20米的竖管，在米的竖管，在竖管顶端安装喷嘴。竖管顶端安装喷嘴。 喷嘴：均匀布水的作用，

29、喷水周期喷嘴：均匀布水的作用，喷水周期5-8min优点：运行方便，宜于管理和受气候的影响较小；优点：运行方便，宜于管理和受气候的影响较小；缺点：需要水头较大，缺点：需要水头较大，20m （4）排水系统）排水系统 位置：位置：生物滤池的排水系统设于池底生物滤池的排水系统设于池底 作用：排除处理后的水；保证通风、冲洗滤料作用：排除处理后的水；保证通风、冲洗滤料 构成：渗水装置，与池底的距离构成：渗水装置，与池底的距离 0.4米米 汇水沟，不淤流速汇水沟，不淤流速 0.7m/s ，0.5-1.0%坡度坡度 总排水沟及通风的底部空间，底部高度不少总排水沟及通风的底部空间，底部高度不少 于于0.6米米2

30、、适用范围与优缺点、适用范围与优缺点 （1）适用范围：水量：不高于）适用范围：水量：不高于1000m3/d的小城镇的小城镇（2）优点：）优点： BOD去除率高，运行稳定，节省能源，剩余污泥少去除率高，运行稳定，节省能源，剩余污泥少且易于沉降分离。且易于沉降分离。 缺点：占地面积大，易堵塞，有滤池蝇，气味问缺点：占地面积大，易堵塞，有滤池蝇，气味问题题3、设计与计算、设计与计算（1）滤料容积）滤料容积 ：按负荷率计算，生活污水：按负荷率计算，生活污水 BOD容积负荷率（容积负荷率（kgBOD/m.d）：）：0.150.30水力负荷率水力负荷率 (m/m滤料滤料.d):13（2） 滤料选定、容积与

31、滤池结构的工艺设计滤料选定、容积与滤池结构的工艺设计 布水装置系统的计算与设计布水装置系统的计算与设计参阅给水排水设计手册第参阅给水排水设计手册第5册城市排水二级处理生物册城市排水二级处理生物膜法。膜法。5.4.3 高负荷生物滤池高负荷生物滤池1、构造、构造基本与普通相同，基本与普通相同，特殊之处：特殊之处：1）平面上多为圆形；平面上多为圆形； 是用轻质、高强、是用轻质、高强、耐腐蚀的滤料，粒径大，孔隙率高。滤层高一般为耐腐蚀的滤料，粒径大，孔隙率高。滤层高一般为2.0m2）多使用旋转布水器）多使用旋转布水器:污水污水固定竖管固定竖管布水横管布水横管孔口（中心较疏，周边孔口（中心较疏，周边较密

32、）较密）优点：所需压力小，优点：所需压力小，0.21.0米；米； 布水均匀，易于管理。布水均匀，易于管理。缺点：必须为圆形，占地面积大缺点：必须为圆形，占地面积大 2 、工艺特征、工艺特征 （1）进水）进水BOD200mg/l） 回流比：回流比：R=QR/Q, QR回流水量回流水量 Q原污水量原污水量 喷洒在滤池表面的总水量喷洒在滤池表面的总水量QT=Q+QR 循环比循环比F= QT/Q=1+R 因为因为 Sa（Q+QR）=S0Q+QRSe 则则 Sa=(S0+RSe)/(1+R) 3、流程系统、流程系统 根据回流水的回流方式，负荷，有多种形式根据回流水的回流方式，负荷，有多种形式 原 污 水

33、处 理 水初 次 沉 淀 池 ；-高 负 荷 生 物 滤 池 ；二 次 沉 淀 池 ；处 理 水 回 流生 物 污 泥 回 流处 理 水处 理 水处 理 水处 理 水原 污 水原 污 水原 污 水原 污 水 (1) (2) (3) (4) (5)图 18-2 高 负 荷 生 物 滤 池 典 型 流 程 若原污水浓度较高或对处理水要求较高时，考虑若原污水浓度较高或对处理水要求较高时，考虑二段处理，有多种组合方式见图二段处理，有多种组合方式见图14-6（p469） （1）中间沉淀池）中间沉淀池 ：减轻二段负荷，可不设：减轻二段负荷，可不设 （2）二级串联）二级串联: 优点：滤池深度可减小；通风好，

34、经两次布水充优点：滤池深度可减小；通风好，经两次布水充氧，能发生硝化反应；出水水质较好（氧，能发生硝化反应；出水水质较好（BOD: 90%以上）。以上）。 缺点缺点: 负荷不均匀；占地面积增大；需设提升泵。负荷不均匀；占地面积增大；需设提升泵。5.4.3 高负荷生物滤池高负荷生物滤池 4、工艺设计与计算、工艺设计与计算 滤池池体的工艺计算使用广泛的是负荷率法，按日平滤池池体的工艺计算使用广泛的是负荷率法，按日平均污水量计算，进水均污水量计算，进水BOD5必须低于必须低于200 mg/l，否则回，否则回流。常用的负荷率有：流。常用的负荷率有： BOD-容积负荷率：每容积负荷率：每m滤料在每日内所

35、能接受的滤料在每日内所能接受的BOD5值值。一般小于一般小于1200gBOD5/m.d BOD-面积负荷率：每面积负荷率：每m2滤料表面在每日内所能接受滤料表面在每日内所能接受的的BOD5值值。一般取一般取1100-2200gBOD5/m2.d 水力负荷率：每水力负荷率：每m2滤池表面每日所能接受的污水量。滤池表面每日所能接受的污水量。一般取一般取1030m/m2.d （1）滤池池体的工艺计算与设计）滤池池体的工艺计算与设计 Sa和和n值的计算值的计算 Sa： 稀释后进入滤池的稀释后进入滤池的BOD5值值 Se:滤池处理后的出水滤池处理后的出水(mg/l ) Sa=aSe a系数，按滤层高度和

36、污水冬季平均温度及年系数，按滤层高度和污水冬季平均温度及年平均气温查表选取平均气温查表选取 回流稀释倍数，回流稀释倍数， S0-Sa n= , Sa-Se S0原污水的原污水的BOD值值 滤料容积，滤池面积计算滤料容积，滤池面积计算 BOD-容积负荷率计算容积负荷率计算Nv V=Q(n+1)Sa/ Nv; V:滤料容积；滤料容积； Nv :BOD-容积负荷率；容积负荷率； Q:原污水的日均流量原污水的日均流量m/d A=V/D A:滤池表面积；滤池表面积；D：滤料层高度，：滤料层高度，m; Nv的值的值 1200g/m.d BOD面积负荷率计算面积负荷率计算NAA=Q(n+1)Sa/NAA:滤

37、池表面积滤池表面积 ; NA:BOD面积负荷率，面积负荷率，NA的值的值1100-2000g/m.dV=DA 按按水力负荷率水力负荷率Nq计算计算A=Q(n+1)/Nq Nq 的值的值10-30m3/m.d V的计算同上的计算同上(取面积负荷进行计算，所得结果按取面积负荷进行计算，所得结果按BOD-容积负荷容积负荷和水力负荷率进行校核）和水力负荷率进行校核）(2)旋转布水器的计算与设计旋转布水器的计算与设计确定旋转布水器直径确定旋转布水器直径D D=D-200mm D：滤池直径：滤池直径确定旋转布水器的横管的数目及管径确定旋转布水器的横管的数目及管径D”，一般取一般取24根部水横管，流速根部水

38、横管，流速v=0.51.0m/sD”=(q/4v)1/2, q为计算流量（为计算流量（m/s）确定旋转布水器布水器横管的出水孔口数确定旋转布水器布水器横管的出水孔口数(m)及每及每个孔口距池中心的距离（个孔口距池中心的距离（ri） m=1/1-(1-a/D) ,a：为最末端的两个出流孔口间的距离（约：为最末端的两个出流孔口间的距离（约80mm） ri=R(i/m)1/2, i：从池：从池 中心算起，每个出流孔口在布水横管上的排中心算起，每个出流孔口在布水横管上的排列顺序；列顺序；R：为布水器的半径；孔口间距在池中心处最大，向：为布水器的半径；孔口间距在池中心处最大，向池边逐渐减小，池边逐渐减小

39、，30040毫米毫米 确定旋转布水器每分钟的旋转周数（确定旋转布水器每分钟的旋转周数（n） n=34.78106/m.d.D 确定工作水头（确定工作水头（H） H=h1+h2+h3 h1：沿程阻力，：沿程阻力，m; h2:出水孔口局部阻力，出水孔口局部阻力， m; h3：布水横管的流速恢复水头，：布水横管的流速恢复水头， m。 优点：所需压力较小，仅为优点：所需压力较小，仅为0.21.0米；布水均米；布水均匀，易于管理。匀，易于管理。 缺点：滤池必须为圆形，占地较大。缺点：滤池必须为圆形，占地较大。l（3）需氧量与供氧量的计算）需氧量与供氧量的计算l需氧量需氧量 l O2=aQSr+bp（kg

40、/m3滤料）滤料） a每公斤每公斤BOD完全降解所需要的氧量（完全降解所需要的氧量（kg） 1.46 Sr污水中被利用的有机物浓度；污水中被利用的有机物浓度； b单位重量活性生物膜的需氧量单位重量活性生物膜的需氧量,0.18 p每每m滤料上的活性生物膜量（滤料上的活性生物膜量（kg/m3滤料）滤料）l供氧量供氧量 l氧是在自然条件下，通过池内外空气的流通转移到水中，氧是在自然条件下，通过池内外空气的流通转移到水中，进而通过扩散传递到生物膜内部的。进而通过扩散传递到生物膜内部的。l影响通风的因素影响通风的因素: 滤池内外的温差、风力、滤料类型及污滤池内外的温差、风力、滤料类型及污水的布水量等。水

41、的布水量等。 =0.075T-0.15 -空气流速空气流速m/min T-滤池内外的温差滤池内外的温差 5.适用范围及特点适用范围及特点 范围：范围：处理浓度与流量变化较大的废水。处理浓度与流量变化较大的废水。 特点：特点： 污水回流，稀释进水浓度，冲刷生物膜保持活性；污水回流，稀释进水浓度，冲刷生物膜保持活性； 防止滤料堵塞，抑制臭味以及滤池蝇过渡滋生；防止滤料堵塞，抑制臭味以及滤池蝇过渡滋生； 增大滤料粒径，防止生物膜堵塞；增大滤料粒径，防止生物膜堵塞； 水力负荷及水力负荷及BOD负荷增大；负荷增大； 占地减小，卫生较好；占地减小，卫生较好； 出水水质较普通差，池内不出现硝化反硝化；出水水

42、质较普通差，池内不出现硝化反硝化； 二沉池污泥呈褐色，氧化不充分，易腐化。二沉池污泥呈褐色，氧化不充分，易腐化。5.4.4 塔式生物滤池塔式生物滤池1、构造特征：、构造特征： 8-24m，直径，直径1-3.5m，径高比：，径高比：1：6-1：8；呈塔状，平面上多为圆形；呈塔状，平面上多为圆形（1）塔身：塔顶上缘高出滤料表面）塔身：塔顶上缘高出滤料表面0.5米，以免风吹影米，以免风吹影响污水的均匀布置响污水的均匀布置作用：围挡滤料的作用，沿塔高分层建造，每层高度作用：围挡滤料的作用，沿塔高分层建造，每层高度小于小于2.5m，每层设检修口，方便换滤料；，每层设检修口，方便换滤料；测温孔与观察口：测

43、量池内温度与观察塔内滤料上生测温孔与观察口：测量池内温度与观察塔内滤料上生物膜的生长情况，以及滤料上部水均匀程度；物膜的生长情况，以及滤料上部水均匀程度；BOD与塔高之间的关系与塔高之间的关系:可以根据进水浓度确定。可以根据进水浓度确定。2）滤料：轻质滤料，玻璃布蜂窝滤料，比表面积大；滤料：轻质滤料，玻璃布蜂窝滤料，比表面积大；结构均匀；有利于空气流通和污水的均匀配布；流量结构均匀；有利于空气流通和污水的均匀配布；流量调节幅度较大，不易堵塞调节幅度较大，不易堵塞 （3）布水装置：）布水装置： 固定式：小型固定式：小型 旋转式：大中型旋转式：大中型 （4）通风：自然通风（）通风：自然通风（0.4

44、-0.6m的空间）的空间） 机械通风（上部吸风，下部鼓风）机械通风（上部吸风，下部鼓风）2、工艺特征、工艺特征（1）高负荷率）高负荷率:水力负荷水力负荷80200m3/m2.d, 210倍；倍；BOD5容积负荷容积负荷0.52.5Kg/m3.d.23倍倍（2）滤层内部的分层：微生物的优势菌种，有利）滤层内部的分层：微生物的优势菌种，有利于有机物的降解去除，同时能够抵御较高的冲击于有机物的降解去除，同时能够抵御较高的冲击负荷。负荷。3.适用条件与优缺点：适用条件与优缺点：适用条件：一般规模上不超过适用条件：一般规模上不超过10000m3/d，（工业、，（工业、生活污水均可）生活污水均可）优点优点

45、: 缩小占地面积，对水质水量的突变适应性强；缩小占地面积，对水质水量的突变适应性强；缺点缺点:需提升泵，管理运行不方便。需提升泵，管理运行不方便。4、设计与计算、设计与计算按按BOD-容积负荷率计算，需绘制容积负荷率计算，需绘制BOD5容积负荷率与容积负荷率与处理水处理水BOD5之间关系曲线，确定之间关系曲线，确定BOD-容积负荷率。容积负荷率。（1）塔滤的滤料容积）塔滤的滤料容积 V=SaQ/Na ，式中，式中: Sa进水进水 BOD5； Q污水流量（日平均）污水流量（日平均） Na容积负荷率；容积负荷率； v滤料体积滤料体积（2）滤塔面积）滤塔面积 A=V/H, H工作高度，是由进水的工作

46、高度，是由进水的BOD5值确定，查相关表格值确定，查相关表格 A表面面积表面面积 （3）塔滤的水力负荷）塔滤的水力负荷 q=Q/A, qm/m.d 有条件时，水力负荷由试验确定有条件时，水力负荷由试验确定q 若若q=q，设计可行；，设计可行； q q，适当降低滤池高度；，适当降低滤池高度； q q，适当加大滤池高度或采用回流或多级，适当加大滤池高度或采用回流或多级滤池串联滤池串联5.4.5 曝气生物滤池曝气生物滤池（Biological Aerated Filter即即BAF）20世纪世纪80年代末在普通生物滤池基础上，借鉴给水滤池年代末在普通生物滤池基础上，借鉴给水滤池开发的污水处理新工艺。

47、集降解、固液分离为一体的处开发的污水处理新工艺。集降解、固液分离为一体的处理工艺。理工艺。1、构造、构造滤池池体滤池池体:园形、方形和矩形；园形、方形和矩形；配水室：缓冲配水区与滤板配水室：缓冲配水区与滤板布水系统：配水室和滤板上的配水滤头或者采用管式大布水系统：配水室和滤板上的配水滤头或者采用管式大阻力配水系统阻力配水系统承托层及滤料层：粒状滤料、软性填料等；承托层及滤料层：粒状滤料、软性填料等；布气系统：正常运行时布气系统：正常运行时和反冲洗时曝气；和反冲洗时曝气；出水系统：周边出水与单侧堰出水出水系统：周边出水与单侧堰出水反冲洗系统：反冲洗系统：采用气水联合反冲洗；采用气水联合反冲洗；管

48、道和自控系统组成：采用管道和自控系统组成：采用PL控制系统。控制系统。生物曝气滤池生物曝气滤池(BAF)的构造的构造陶 粒 (生 物 填 料 层 )卵 石 (承 托 层 )空 气 管反 冲 气 管 (反 冲 洗 系 统 )滤 头 (布 水 系 统 )污 水 (布 水 系 统 )冲 洗 水 (反 冲 洗 系 统 )冲 洗 水 泵反 冲 洗 废 水5.4.5 曝气生物滤池曝气生物滤池2、工艺流程与原理、工艺流程与原理 过滤、生物吸附与生物氧化作用净化过滤、生物吸附与生物氧化作用净化污水，滤料表面为好氧环境，内部为缺氧、污水，滤料表面为好氧环境，内部为缺氧、厌氧的微环境，使得硝化、反硝化作用同厌氧的

49、微环境，使得硝化、反硝化作用同时进行时进行. 3、工艺特征、工艺特征（1）三相接触，有机物容积负荷高，水力停留时间短、）三相接触，有机物容积负荷高，水力停留时间短、基建投资少、基建投资少、O2的转移效率高，动力消耗低的转移效率高，动力消耗低（2）可截留）可截留SS，脱落的生物膜，勿需沉淀池，占地少，脱落的生物膜，勿需沉淀池，占地少（3）滤料）滤料3-5mm，比表面积大，微生物吸着能力强，比表面积大，微生物吸着能力强（陶粒、焦炭等（陶粒、焦炭等（4）勿需污泥回流，无污泥膨胀）勿需污泥回流，无污泥膨胀（5）池内生物量大，可达）池内生物量大，可达8000-23000mg/l（折算成（折算成MLVSS

50、）4、影响因素、影响因素（1）负荷）负荷 （2）水温）水温（3）进水）进水SS和和BOD的浓度，的浓度，（4）pH值值6.59.5曝气生物滤床曝气生物滤床5. 曝气生物滤池的运行方式曝气生物滤池的运行方式a) 曝气生物滤池的流向曝气生物滤池的流向生 物 填 料卵 石空 气 管反 冲 气 管滤 头污 水出 水 (冲 洗 水 )反 冲 洗 废 水生 物 填 料卵 石空 气 管反 冲 气 管污 水出 水 (冲 洗 水 )反 冲 洗 废 水生 物 填 料空 气 管污 水(反 冲 洗 水 )出 水滤 头(a) 采用滤头的下向流滤池采用滤头的下向流滤池 (b) 不采用滤头的下向流滤池不采用滤头的下向流滤池

51、 (c) 上向流的曝气生物滤池上向流的曝气生物滤池图图7-3 升流式和下向流方式的曝气生物滤池工艺升流式和下向流方式的曝气生物滤池工艺5.4.5 曝气生物滤池曝气生物滤池生物填料空气管反冲气管污水出水反冲洗废水出水二次接触沉淀池图图7-4 带回流的升流式曝气生物滤池工艺带回流的升流式曝气生物滤池工艺b) 曝气生物滤床的串联曝气生物滤床的串联5.4.5 曝气生物滤池曝气生物滤池c) 曝气生物滤床的串联运行曝气生物滤床的串联运行反冲洗气反冲洗水曝气反冲洗气反冲洗水曝气出水回流水3反冲洗水(b) BIOPUR工艺(第一级采用波纹板填料、第二级采用陶粒陶粒)5.4.5 曝气生物滤池曝气生物滤池d) 曝

52、气生物滤床的脱氮曝气生物滤床的脱氮 升流式曝气生物滤池工艺升流式曝气生物滤池工艺下向流方式的曝气生物滤池工艺下向流方式的曝气生物滤池工艺5.4.5 曝气生物滤池曝气生物滤池生 物 填 料卵 石空 气 管反 冲 气 管滤 头污 水出 水 (冲 洗 水 )反 冲 洗 废 水空 气 管污 水(反 冲 洗 水 )出 水滤 头出 水回 流e) 曝气和回流的布置形式曝气和回流的布置形式5.4.5 曝气生物滤池曝气生物滤池5) Biostyr工艺的结构工艺的结构 法国法国OTV公司开发公司开发Biostyr的生物曝气滤池的新型好氧生物处理设备的生物曝气滤池的新型好氧生物处理设备1、配水廊道、配水廊道; 2、

53、滤池进水和排泥、滤池进水和排泥; 3、反冲洗循环闸门、反冲洗循环闸门; 4、填料、填料; 5、反冲洗气管、反冲洗气管; 6、好氧区、好氧区; 7、工艺空气管、工艺空气管; 8、缺氧区、缺氧区; 9、挡板、挡板; 10、出水滤头、出水滤头; 11、处理后水的储存和排出、处理后水的储存和排出; 12、回流泵、回流泵; 13、进水管、进水管5.4.5 曝气生物滤池曝气生物滤池图图7-9 7-9 山东诸城兴贸玉米制品有限公司成武公司淀粉曝气生物滤池平面图山东诸城兴贸玉米制品有限公司成武公司淀粉曝气生物滤池平面图6) 曝气生物滤池的应用曝气生物滤池的应用5.4.5 曝气生物滤池曝气生物滤池图图7-2 7-2 济南将军卷烟厂的废水处理工艺流程图济南将军卷烟厂的废水处理工艺流程图5.4.5 曝气生物滤池曝气生物滤池6、工艺设计主要参数、工艺设计主要参数 包括：池体、供气系统、配水系统、反冲洗系统、污泥包括：池体、供气系统、配水系统、反冲洗系统、污泥产量等产量等（1）BOD污泥负荷：根据水质定，污泥负荷：根据水质定，0.2kg-1.4kgBOD/kgvss.d BOD容积负荷：容积负荷：0.120.18kgBOD/m滤料滤料.d 考虑氨氮硝化时小于考虑氨氮硝化时小于2.0 kgBOD/m滤料滤料.d； 仅考虑仅考虑BOD时时4-6 kgBOD/m滤料滤料.d（2）反冲洗）反冲洗 8