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文档简介

第二节生物膜法

生物膜法与活性污泥法均属于好氧生物处理技术。

共同点:是在有氧的条件下,利用好氧微生物来氧化分解污水中可生物降解的有机物。

不同点:微生物在处理构筑物中的生存方式有所不同。一、生物膜法1.生物膜参与代谢的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——生物膜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技术;生物膜法技术特点:(1)微生物多样化;(2)存在世代时间较长的微生物;(3)抗冲击负荷性强;(4)污泥量少且具有良好的沉降性能;(5)维护方便、运行费用低2.生物膜法的基本流程初沉池——除去大部分的悬浮固体,防止生物膜堵塞二沉池——去除脱落的生物膜,提高出水水质;

图3-7

生物膜法的基本流程3.生物膜的形成与脱落(1)挂膜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液状的、含有较多微生物的膜,称为生物膜,这个过程叫挂膜。微生物不断生长繁殖,生物膜厚度不断增加,在结构上形成了好氧层(1-2mm),达到一定厚度时再形成厌氧层;生物膜及其外围结构由外向内依次为:

污水流动水层附着水层生物膜(分为好氧层和厌氧层)滤料图3-8生物膜及其外围结构示意图(2)生物膜的脱落当厌氧层厚度增加到一定程度时,厌氧层微生物得不到营养而进入内源呼吸期,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2-3mm较为理想,太厚会影响通风,甚至造成堵塞。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;3生物膜净化废水的原理生物膜呈蓬松的絮状结构,微孔多、表面积大,具有很强的吸附能力。生物膜微生物以吸附和沉积于膜上的有机物为营养料。增殖的生物膜脱落后进入废水,在二次沉淀池中被截留下来,成为污泥。如果有机物负荷比较高,生物膜对吸附的有机物来不及氧化分解时,能形成不稳定的污泥,这类污泥需要进行再处理,其处理水的NO3-可在2mg/L左右,BOD5去除率为60~90%。若负荷低,废水经过处理后,BOD5可以降到25mg/L以下,硝酸盐(NO3-)含量在10mg/L以上。生物膜净化污水示意图生物膜的生物组成:细菌、真菌、藻类、原生动物、后生动物以及一些肉眼可见的蠕虫、昆虫的幼虫组成。4.生物膜中的物质迁移有机物降解在生物膜表层0.1-2mm的好氧生物膜内进行,主要发生3种物质的迁移;图3-9生物膜中各种物质的迁移途径5.生物膜的载体(填料)填料应具备以下特性:(1)易硫化,但不宜流失;(2)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;(4)价格低廉,容易取材;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;(2)优良的稳定性,包括生物稳定性、化学稳定性、热力学稳定性;(3)合适的亲疏水性及良好的表面带电特性;(4)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;(6)就地取材,价格合理;表3-1无机填料和有机填料的比较图3-10各种材质及性状的滤料(填料)6.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:(1)润壁型生物膜法——废水和空气沿固定或转动接触介质表面的生物膜流过,如生物转盘、生物滤池;(2)浸没型生物膜法——滤料固定在曝气池内,完全浸没在水中,采用鼓风曝气,如接触氧化法;(3)流动床型生物膜法——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,如生物流化床;二

生物滤池法(bio-filterprocess)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;1893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;1900年,这种净化废水的方法得到公认,命名为生物过滤法,构筑物被称为生物滤池,并迅速在欧洲和北美得到广泛应用;普通生物滤池:水力负荷1-4m3/(m3滤料·d),BOD5容积负荷0.1-0.4kg//(m3滤料·d);

高负荷生物滤池:水力负荷5-40m3/(m3滤料·d),BOD5容积负荷0.5-2.5kg//(m3滤料·d);20世纪50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;

塔式生物滤池:水力负荷80-200m3/(m3滤料·d),BOD5容积负荷1-2kg//(m3滤料·d);1.生物滤池结构由滤床、布水装置和排水系统三部分组成。池壁滤料布水系统排水系统(1)滤床

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1.5-2m,常采用双层,上层为工作层,一般1.3-1.8m,滤料直径为30-50mm;下层为承托层,高0.2m,滤料直径60-100mm;

池壁一般高出滤料表面0.5-0.9m,防止风力影响池表面的均匀布水。理想的滤料应具备下述特性:①单位体积滤料的表面积要大;能为微生物附着提供大量的表面积:②使污水以液膜状态流过生物膜;③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;④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;⑤有一定机械强度;⑥价格低廉。滤料1、滤料特性2、常见滤料3、滤料的重要参数粒径比表面空隙率4、滤料的发展趋势

早期主要以拳状碎石为滤料,此外,碎钢渣、焦炭等也可作为滤料,其粒径在3~8cm左右,空隙率在45%一50%左右,比表面积(可附着面积)在65~100m2/m3之间。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,滤床的工作能力也愈大。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,可见滤料的粒径不宜太小。经验表明在常用粒径范围内,粒径略大或略小些,对滤池的工作没有明显的影响。60年代中期塑料工业发展起来以后,塑料滤料开始被广泛采用。

国内目前采用的玻璃钢蜂窝状块状滤料,孔心间距在20mm左右,孔隙率95%左右,比表面积在200m2/m3左右。环状滤料比表面积在98-340m2/m3之间,空隙率为93%~95%波纹板状滤料比表面积在81~195m2/m3之间,空隙率为93%一95%(2)布水设备布水设备有固定式和可动式两种。固定式布水装置由虹吸装置、馈水池、布水管道和喷嘴组成,喷水是间隙的,所以布水不均匀,配水的水头要高,配水池也较高(配水面高0.9~2.1m),故目前应用较少。

可动式布水器组成及重要参数:水竖管和可旋转的布水横管组成,横管可以是多根,布水小孔的直径10~15mm,布水横管距滤料表面的高度0.15~0.25m,喷水旋转所需的水头0.6~1.5m,布水器在水压反推动力下旋转。

旋转布水器的特点: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,低温时要采用防冻措施,仅适用于圆形池。旋转布水器(3)排水系统

排水系统的作用:收集滤床流出的污水与生物膜;保证通风;支撑滤料

排水系统组成:池子底面及开设于其上的沟渠。

重要参数:池子底面坡度(0.01~0.03);排水沟坡度0.005~0.02。排水总渠坡度0.003~0.005。

要保证不积淤流速(通常采用0.6m/s),排水渠穿过池壁的地方,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,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池,一般高8-24m,直径1-3.5m;塔式结构形式使滤池内部形成较强的拔风状态,自然通风良好;废水自上而下滴落,水量负荷高,滤池内水流紊动强烈,废水、空气、生物膜三者的接触非常充分,大大地加快了污染物质的传质速度;生物膜生长迅速,活性高,但易于堵塞,因此,一般进水BOD5浓度控制在500mg/L以下;塔身一般沿高度分层建造,分层处设隔栅托承滤料;宜用轻质滤料,自然通风,塔底有0.4-0.6m高度的空间,周围留有通风孔;图3-12塔式生物滤池构造表3-2常用的三种生物滤池比较表3-2常用的三种生物滤池比较(续)

比较项

生物膜

出水

BOD5去除率技术特点2影响生物滤池性能的主要因素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,生物膜的量就愈多,净化功能就愈强;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。

滤床的高度

滤床的不同高度,生物膜量、微生物种类、去除有机物的速度等方面都是不同的。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。有机负荷与水力负荷

普通生物滤池的有机负荷为0.15~0.3kgBOD/(m3.d),高负荷生物滤池在1.1kgBOD/(m3.d)左右。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。供氧

一般是自然通风;影响滤池自然通风的主要因素:①池内温度与气温之差;②滤池高度;③滤料孔隙率及风力等;④滤池堵塞也会影响通风。

回流在高负荷生物滤池的运行中,多用处理水回流。优点:①增大水力负荷,促进生物膜的脱落,防止滤池堵塞②稀释进水,降低有机负荷,防止浓度冲击③

可向生物滤池连续接种,促进生物膜生长④增加进水的溶解氧,减少臭味

⑤防止滤池滋生蚊蝇3生物滤池部分小结

生物滤池净化废水主要依靠生物膜,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,滤料间通风情况良好时,才有可能不产生厌氧层而获得理想的净化效果。创造这一良好的运行条件,主要通过控制适宜的水力冲刷能力及进水有机负荷来实现。三生物转盘1954年,德国建立第一座生物转盘污水处理厂;20世界80年代,欧洲已建成2000多座生物转盘;我国于20世纪70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中得到广泛应用;

图3-13生物转盘的构造

盘片为质轻、高强、耐腐的塑料,厚度2-10mm,直径2-4m,间距10-30mm;盘片串联在转轴上,转轴距槽中水面10-25cm,由反应槽两端的支座支承,由电机带动0.8-3rpm低速旋转;转盘的40%-45%浸没于污水中,其余露在空气中;盘片上的生物膜厚度一般为0.1-0.5mm;1.生物转盘构造2.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;当转盘离开水面时,固着水层从空气中吸收氧,固着水层氧过饱和,转移到生物膜和污水中;C.圆盘的搅动也使大气中的O2进入水中;D.盘上的生物膜与水、空气交替接触,盘片转动一周,就进行一次吸附-吸氧-氧化分解的过程,进而去除

BOD、

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