水质二-207第7章-生物膜法

1第7章生物膜法建筑大学市政工程系付2生物处理工艺的分类从有无氧气的角度：好氧处理厌氧处理从有无填料的角度：活性污泥生物膜法好氧厌氧活性污泥生物膜3生物膜法主要包括：生物滤池（低负荷、高负荷、塔式、BAF）生物转盘生物接触氧化生物流化床MBBR7.1生物膜法的基本原理与主要特征生物膜中物质传递过程。生物膜中的微生物主要有细菌、真菌、放线菌、原生动物（主要是纤毛虫）和较高等的动物，其中藻类、较高等生物比活性污泥法多见。生物膜内物质浓度分布．生物膜上的生物相可以起指标性作用，可用以判断生物膜反应器的运行情况及污水处理效果。2mm45生物膜生物膜法和活性污泥法一样，同属生物处理方法。但活性污泥法是依靠曝气池中悬浮流动着的活性污泥来分解有机物的，而生物膜法则上要依靠固着于载体表面的微生物膜来净化有机物。请注意：“生物膜”中的“膜”与“膜生物反应器”中“膜”、以及细胞结构中生物膜（细胞膜）的区别。67.1.2生物膜法处理的主要特征1在微生物方面的特征（1）参与净化的微生物多样化（2）生物的食物链长，污泥产量低，较活性污泥减少1/4。（3）能够存活时代时间较长的微生物，主要以硝化菌为主。（亚硝化单胞菌属与硝化杆菌属的比增值速率分别为0.21和1.12d-1

）。（4）分段运行与优占种属7生物膜和活性污泥中出现的微生物在类型、种属和数量的比较微生物种类活性污泥生物膜法微生物种类活性污泥法生物膜法细菌++++++++轮虫++++真菌+++++线虫+++藻类-++寡毛虫-++鞭毛虫+++++其它后生动物-+肉足虫+++++昆虫类-++纤毛虫++++++++8生物膜法在工艺的主要特征对水质、水量变动具有较强的适应性污泥的沉淀性能良好，易于固液分离。能处理较低浓度的污水，甚至用于处理微污染水。易于

运行，节能。7.2生物膜法的传统工艺7.2.1生物滤池生物滤池是以土壤自净原理为依据，在污水灌溉的基础上，经过较原始的砂滤池和接触滤池而发展起来的人工生物处理技术。1893年英国将污水在粗滤料上喷洒，取得良好效果。1900年后，这种处理方法得到公认，命名为生物膜法。早期的生物膜法负荷较低（0.1~0.4kg）人们在运行时，限制进水BOD<200mg/L，加大水量冲刷生物膜，使得负荷得到提高（0.5~2.5kg）德国改进了普通生物滤池为高负荷生–1950年代，物滤池。处理城市污水的生物滤池，必须设置初沉池。9普通生物滤池构造（第一代）普通生物滤池成为第一

物滤池,主要组成部分是池体、滤料、排水系统和布水系统。注意比较生物滤池与活性污泥的区别！1011生物过滤法的基本流程与分类生物过滤的基本流程与活性污泥法相似，由初次沉淀-生物滤池-二次沉淀等三部分组成。在生物过滤中，为了防止滤层堵塞，需设置初次沉淀池（活性污泥呢？），预先去除废水中的悬浮物。二次沉淀池用以分离脱落的生物膜。由于生物膜的含水率比活性污泥小，因此，污泥沉淀速度较大，二次沉淀池容积较小。由于生物固着生长，不需要回流接种，因此．在一般生物过滤中无二次沉淀池污泥回流。但是，为了稀释原废水和保证对滤料层的冲刷,一般会有回流。池体池体一般由钢筋混凝土或砖石砌筑而成，池平面有矩形、圆形或多边形，其中以圆形为多。思考：方形和圆形哪个好？–生物滤池池壁只起围挡滤料的作用，一些滤池的池壁上带有许多孔洞，用以促进滤层的通风。一般池壁顶应高出滤层表面0.5～0.9m（活性污泥中的？），以免因风吹而影响废水在池表面上的均匀分布。池壁下部通风孔总面积不应小于滤池表面积的1％。池底一般具有0.01-0.02的坡度.12滤料滤料是生物滤池的主体，它对生物滤池的净化功能有直接影响。其一般要求：大的表面积；有足够大的孔隙率；有较好的机械强度，不易变形和破碎。为什么？普通生物滤池的滤料可以是碎石、卵石、炉渣和焦炭等。目前塑料滤料比较流行。13布水装置布水装置的目的是将废水均匀地喷洒在滤料上。主要有两种：固定式布水装置（普通生物滤池多采用）；旋转式布水装置（高负荷生物滤池和塔式生物滤池常用）。1415排水系统排水系统的作用有二：一为排水，二为通风。排水系统包括：渗水装置汇水装置总排水沟供通风用的底部空间普通生物滤池评价优点：（1）处理效果良好，BOD去除率达到95%以上，出水常常已进入硝化阶段，出水夹带的固体物量小，无机化程度高，沉降性好。（2）运行稳定，易于管理，节省能源。缺点：（1）占地面积大，因此不适宜处理量大污水。（2）容易堵塞。（3）产生滤池蝇， 环境卫生。（4）喷嘴喷洒污水，散发臭味。由于以上缺点，普通生物滤池趋于被淘汰。1617普通生物滤池的计算设计要求与主要参数①生物滤池的平面形状采用圆形或矩形，滤池个数（或分格数）应不少于2个，且按同时工作考虑。②处理城市污水时，表面水力负荷1-3m3废水（m2滤池·d

）；BOD5容积负荷为0.15-0.30kgBOD5/（m2滤池·d

）。③生物滤池的滤料应质坚、耐腐蚀、高强度、比表面积大、空隙率高，适合就地取材，一般宜采用碎石、卵石、炉渣、焦炭等无机滤料。采用塑料制品时，应能抗老化，比表面积大，一般为100-200

m2/m3，空隙率高，一般为80%-90%.18普通生物滤池的计算④普通生物滤池滤料层分工作层和承托层两部分，工作层厚1.3-1.8m，粒径30-50mm，承托层厚0.2m，粒径60-100mm，即滤层高1.5-2.0m。⑤池壁高度比滤料层高出0.5-0.9m，用以挡风，保证布水均匀。⑥生物滤池底部空间的高度不应小于0.6m，沿滤池池底周边应设置自然通风孔，其总面积应不小于池表面积的1%。⑦生物滤池的池底应设0.01-0.02的坡度坡向集水沟，集水沟以0.005-0.02的坡度坡向总排水沟，并有冲洗底部排水渠的措施。普通生物滤池的特点一般适用于处理日污水量不大于1000m3/d

的小城镇污水或有机工业废水处理效果良好，BOD5去除率可达95%以上易于管理、节省能源、运行稳定剩余污泥量小且易于沉降分离占地面积大、不适于处理量大的污水滤料易于堵塞易产生滤池蝇，影响环境卫生喷嘴喷洒污水散发臭气水力负荷1-3m3/(m2.d),BOD5负荷0.15-0.30kgBOD5(m3.d)1920设计要求与主要参数生物滤池的平面形状采用圆形或矩形，滤池个数(或分格数)应不少于2

个，且按同时工作考虑。处理城市污水时,水力负荷1-3m3/(m2.d),BOD5负荷0.15-0.30kgBOD5(m3.d)分工作层和承托层两部分–工作层厚1.3-1.8m，粒径30-50mm，–承托层厚0.2m，粒径60-l00mm，即滤层高1.5-2.0m。池壁高度比滤料层高出0.5-0.9m生物滤池底部空间的高度不应小于0.6m坡度要求……设计方法确定负荷：生物滤池的负荷是生物滤池的性能参数，包括有机物负荷和水力负荷两种。其中有机物负荷主要有BOD5容积负荷和BOD5

表面负荷，通常以BOD5容积负荷表示；水力负荷包括容积水力负荷和表面水力负荷。21设计方法确定滤料体积确定滤池尺寸滤池面积:22设计方法232425高负荷生物滤池-第二代高负荷生物滤是在改善普通生物滤池净化功能和运行中存在的弊端基础上 ，它通过采取处理水回流稀释进水BOD5值达低于200mg/L的技术措施，实现了高滤速，大幅度提高了滤池的负荷，其BOD5容积负荷高于普通生物滤池6-8倍，水力负荷则高达10倍。2627高负荷生物滤池与普通生物滤池的构造区别高负荷生物滤池在平面上多为圆形。高负荷生物滤池广泛使用由聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚酷肢等材料制成的呈波形板状、列管状、蜂窝状等人工滤料。波;料粒径较大，多采用40-100mm。滤料层亦由底部的承托层(厚0.2m，无机滤料粒径70-100mm)和其上的工作层(厚1.8m，无机洁、料粒径40-70mm)充填而成。高负荷生物滤池多采用旋转布水器布水。高负荷生物滤池进水BOD5须＜200mg/L，否则用处理水回流，作用表现在:（1）均化与稳定进水水质（2）加大水力负荷，及时冲刷生物膜，加速生物膜更新。（3）抑制滤池蝇的过度生长。（4）减轻散发的臭味。计算向滤池喷洒的污水BOD值：1

R28

S0

RSeSa思考：此公式是如何得到的？29高负荷生物滤池的特点高负荷生物滤池表面多为圆形，如果使用粒状粒料，其颗粒也较大，一般为40~100mm，滤层高度也较高。–工作层：1.8m，滤径40~70mm–承托层：0.2m，滤径70~100mm–当滤层超过2m时，一般采用人工通风措施。多采用旋转布水装置水力负荷和BOD5负荷大大提高，占地面积小出水水质较普通生物滤池差，出水BOD5常大于30mg/L不产生硝化反应……30高负荷生物滤池的设计计算（1）滤池池体的计算三种负荷：（1）容积负荷＜1.2（2）表面负荷1.1-2（3）水力负荷10-3031设计要求与主要参数①高负荷生物滤池的个数不应少于2个;②进水BOD5浓度不大于200mg/L，否则宜用处理后水回流稀释;③处理城市污水，在正常温度条件下，表面水力负荷一般介于10-36m3/(m2滤料.d);BOD5容积负荷不宜大于

1.8kgBOD5/(m3滤料.d)BOD5表面负荷一般介于1.1-2.0kgBOD5/(m2滤池.d)④滤料层高度一般2-4m。自然通风时，滤料层不大于2m:工作层厚度1.8m，滤料粒径40-70mm承托层厚0.2m，粒径70-100mm。当滤层厚度超过2.0m时，一般应采用人工通风措施;⑤一般以冬季污水平均温度作为计算水温。设计计算滤池池体的工艺计算有多种方法，其中以负荷计算法使用较广泛，按平均日污水量进行计算。计算前首先应确定进入滤池的污水经回流水稀释后的BOD5值和回流比。333438393塔式生物滤池——第三代塔式生物滤池是一种新型高负荷生物滤池。塔式生物滤池池体高，有抽风作用，可以克服滤料空隙小所造成的通风不良问题。与烟囱的原理类似!塔式生物滤池在平面上多呈圆形。组成：塔身、滤料、布水系统以及通风和排水装置。塔体每层高度≤2.5m，设检修孔、测温孔、观察孔滤料经常采用轻质滤料布水装置大中型采用旋转布水器通风多采用机械自然通风塔式生物滤池构造41塔式生物滤池的特征优点负荷高（进水BOD应该控制在500mg/L以下）更新快占地小抗冲击缺点污水需提升管理不方便塔式生物滤池的设计计算容积滤料高度滤池面积滤池总高校核水力负荷424413.2.5曝气生物滤池曝气生物滤池是20

世纪80

年代末在普通生物滤池的基础上，借鉴给水滤池工艺开发。与三

物滤池的一个根本区别——曝气！根据曝气生物滤池水流方向的不同，可分为上向流滤池和下向流滤池。–早期的曝气生物滤油大多都是下向流态。但上向流滤池具有不易堵塞、冲洗简便、出水水质好等优点，近年来，工程应用中采用上向流曝气生物滤池较多。容积负荷宜为3-6kgBODs/(m3od)硝化容积负荷宜为0.1-0.5kgNH3-N/(m3.d)反硝化容积负荷宜为0.8-4.0kgNO3--N/(m3.d)45464748曝气生物滤池的构造滤池池体承托层滤料层：陶粒、无烟煤等布水系统：常采用小阻力配水系统？布气系统：穿孔管曝气氧利用率较低（3%~4%），反冲洗系统：与V

型滤池类似–先降低滤池内的水位并单独气洗，而后采用气/水联合反冲洗，最后再单独采用水洗出水系统：周边出水和单侧堰出水[大中型水厂]自控系统49BAF的运行特性生物氧化降解过程截留作用反冲洗过程BAF的工艺流程5051BAF的优点处理负荷高（氧的转移率较高）无需设沉淀池，占地面积小运行费用低抗冲击、耐低温容易挂膜无需污泥回流（无污泥膨胀之虞？）自动化控制管理方便臭气少52BAF的缺点进水要SS要求高，不宜大于60mg/L（高负荷生物滤池、塔式生物滤池比较）水头损失大，提升高度大SS高时，需要频繁反冲污泥稳定性较差BAF的设计计算按照容积负荷负荷进行设计BOD容积负荷3-6kg氨氮容积负荷0.3-0.8kg滤池面积计算同普通生物滤池，不少于3格滤池高度计算气水比(1~3):1反冲计算：气体=强度×面积10-15L水量=强度×面积<8L需氧量计算.53曝气管反冲水反冲水出水反冲气进水曝气管反冲水出水反冲水进水54反冲气BIOCARBONE示意图BIOFOR示意图得利满公司BAF的类型曝气管反冲气进水反冲水反冲水出水BIOSTYR示意图BIOPUR示意图曝气管反冲水反冲水出水反冲气进水557.2.2生物转盘由盘片、转轴和驱动装置以及接触反应槽等部分组成。58盘片一般为圆形，正多边形25-35mm2-3m≥35%盘片材料：大多为塑料制成，以减轻重量。5910-20mm60生物转盘的运行特征微生物浓度高，折算成MLVSS可达4000~6000mg/L，F/M=0.05~0.1生物相分级，有利于污染物降解污泥龄（SRT）长，可以硝化。也存在反硝化，也可以与化学除磷结合使用处理BOD浓度最高可达10000mg/L，最低可为10mg/L，耐冲击。食物链长，污泥量少，为活性污泥系统的50%。运行费用低（不需曝气，勿需回流）。不产生污泥膨胀流态介于完全混合（每级）与推流（多级）之间。生物转盘多级工艺61生物转盘的设计积。生面平按照面积负荷的计算方法1）转盘总面积A4）接触反应槽容积2）转盘总片数：请注意，一个盘片，有两个面！3）转动轴有效长度L63净有效容积为5）转盘转速6）电机功率按照面积负荷的计算方法64生物转盘的工艺流程6566生物转盘的工艺流程生物转盘的工艺流程其它生物转盘工艺气动生物转盘与其他设施合建的生物转盘（如沉淀池、曝气池）藻类生物转盘例题D697.2.3生物接触氧化70A生物接触氧化概述生物接触氧化处理技术的实质：之一，在池内充满填料，已经充氧的污水完全浸没填料，并以一定的流速流经填料。之二，采用与曝气池相同的曝气方法因此，生物接触氧化是处于活性污泥法

物滤池之间的技术。71A1生物接触氧化的工艺特征采用多种形式的填料，曝气时形成气液固三相共存体系，溶解氧充沛，生物膜表面微生物丰富，除了细菌、真菌原生动物和后生动物外，还能够生长氧化能力较强的丝状菌，无污泥膨胀之虞。在生物膜上形成稳定的生态系统与食物链。丝状菌大量滋生，形成了密集

网状结构，污水在其中形成“过滤”的作用。不断曝气，有利于保持生物膜活性，生物量高，折算成MLSS可达到13g/L，有利于节省占地面积。7273A2生物接触氧化的运行特征对冲击负荷有较强的适应能力，可以间歇运行。操作简单，运行方便，易于管理，污泥无需回流，不产生污泥膨胀，不产生滤池蝇。污泥量少，污泥颗粒大。74主要缺点填料有可能堵塞。容易出现曝气死角。大量产生后生动物(如轮虫类)填料及支架等导致建设费用增加B生物接触氧化法工艺流程75一段式生物接触氧化工艺二段式生物接触氧化工艺多段(级)生物接触氧化处理工艺C生物接触氧化池的构造与形式1

主要组成池体、填料床、曝气装置、进出水装、排泥管2、填料填料技术要求：比表面积大、空隙大、水力阻力小、强度大、化学 物稳定性好、经久耐用。填料的安装：格栅支架、悬挂支架、框式支架3、填料类型按形状分：蜂窝状、束状、波纹状、网状等按性能分：硬性填料，半软性填料和软性

按材质分：塑料、玻璃钢、纤维。7677D生物接触氧化池的形式接触氧化池在形式上，按曝气装置的位置，分为分流式与直流式分流式接触氧化池使污水在单独的隔间内进行充氧，充氧后的污水缓慢地流经填充着填料的另一隔间，与填料物膜充分接触，这种外循环方式使污水多次反复地通过充氧与接触两个过程，溶解氧充足，营养条件良好，有利于微生物的生长繁殖。分流式接触氧化池根据曝气装置的位置可分为中心曝气型与单侧曝气型两种7接触氧化在我国的应用很多小区中水设计采用污水处理设备7980生物接触氧化池设计要求及主要设计参数池数不宜少于2个（格），每池可分为两室，并按同时工作考虑；填料层总高度一般取3m；曝气强度应按供氧量、混合要求确定。池中污水的溶解氧含量一般控制在2.5-3.5mg/L之间，气水比约为8：1；污水在池内的有效接触时间不得少于2h的生物接触氧化池

BOD5容积负荷宜根据试验资料确定，无试验资料时，碳氧化宜为2.0-5.0kgBOD5/（m3•d），碳氧化/硝化宜为

0.2-2.0kgBOD5/（m3•d）。E生物接触氧化池的设计计算填料总体积接触氧化池总面积：A=W/H(H一般取3m接触氧化池座(格)数：n=A/f(一般f≤25m污水与填料的接触时间：t=V/Q接触氧化池的总高度H0

=H+h1+h2+h3空气量D

和空气管道系统:D=D0

x

Q(D08283按照接触时间计算生物接触氧化的BOD去除速率与BOD浓度有关，两者呈现一级反应：dSdt=-KS积分得：t=K·ln(𝐒𝟎/S𝒆)对于K值0–标准条件：K=0.33×S

0.46

——对应填充率p%=75%𝟕𝟓840–一般条件：K=0.33

P×S

0.4685例7-1某居民小区，污水量500m3/d,BOD5值为200mg/L，采用生物接触氧化工艺，填料填充比为75%，处理水BOD应该达到75%，按照一级处理和二级处理分别确定反应时间。解：按照一级处理计算t=K·ln(𝐒𝟎/S𝒆)•

=0.33×S

0.46

·ln(𝐒

/S

)0

𝟎

𝒆•

=0.33×2000.46

·ln（200/60）•

=4.54h二级处理计算过程略！二级处理时间小于一级处理时间！867.3生物流化床要想提高生物处理设备的效率，应首先解决两个问题：1.提高处理设备单元容积内的生物量。2.强化传质作用，加速有机物向微生物细胞的传递过程。从70年代起，人们将流化床这一技术应用于污水处理领域，结果表明：该技术具有强化以上两个条件的效果。87生物流化床生物流化床以砂、活性炭、焦炭一类较小的惰性颗粒为载体充填在床内，因载体表面覆盖着生物膜而使其变轻，污水以一定流速从下向上流动，使载体处于流化状态。强化传质防止堵塞容积负荷高，处理效果好、效率高、占地少等优点但动力消耗大7.3.