第17章生物膜法

了解曝气生物滤池的一般结构和工艺特点；熟悉生物转盘和生物流化床特点、工艺流程及其计算；掌握高负荷生物滤池和塔式生物滤池的特点、结构和工艺设计；掌握生物接触氧化池的概念和设计计算。第十七章生物膜法教学目的与要求

重点：生物膜法的基本概念与流程、生物接触氧化法、生物流化床。

难点：生物接触氧化法。第十七章生物膜法17.1概述17.2生物滤池17.3生物转盘17.4生物接触氧化法17.5生物流化床17.6其它生物膜法工艺17.7复合式、联合式生物膜处理工艺17.8生物膜法的运行管理生物膜法内涵：定义：附着在构筑物挂膜介质上，并在其上生长和繁殖，由细胞内向外伸展的胞外多聚物使微生物细胞形成纤维状的缠结结构,生物膜法又称固定膜法与活性污泥法并列的一类废水好氧生物处理技术；是土壤自净过程的人工化和强化；与活性污泥法一样，生物膜法主要去除废水中溶解性的和胶体状的有机污染物，同时对废水中的氨氮还具有一定的硝化能力；

17.1概述实质是使细菌类微生物和原生动物、后生动物类的微型动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

生物膜法的历史及发展：1865年德国科学家发现生物过滤作用；1893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；20世纪20—30年代建造了许多生物膜反应器；40—50年代生物滤池逐渐被活性污泥取代的趋势；70年代新的反应器以独特的优势受关注。活性污泥法中的微生物是呈悬浮状态的，属于悬浮生长体系；而生物膜法中的生物呈附着膜状，属于附着生长系统或固定膜工艺17.1.1生物膜及其形成过程生物膜的形成（1）生物膜的形成必须具有以下几个前提条件：①起支撑作用、供微生物附着生长的载体物质：在生物滤池中称为滤料；在接触氧化工艺中成为填料；在好氧生物流化床中成为载体；②供微生物生长所需的营养物质，即废水中的有机物、N、P以及其它营养物质；③作为接种的微生物。(2)生物膜的形成：含有营养物质和接种微生物的污水在填料的表面流动，一定时间后，微生物会附着在填料表面而增殖和生长，形成一层薄的生物膜。(3)生物膜的成熟：在生物膜上由细菌及其它各种微生物组成的生态系统以及生物膜对有机物的降解功能都达到了平衡和稳定。生物膜从开始形成到成熟，一般需要30天左右(城市污水，20C)生物膜的性质：①高度亲水，存在着附着水层；②微生物高度密集：各种细菌以及微型动物，这些微生物起着主要去除废水中的有机污染物的作用，形成了有机污染物——细菌——原生动物(后生动物)的食物链。生物膜的更新与脱落

厌氧膜的出现：①生物膜厚度不断增加，氧气不能透入的内部深处将转变为厌氧状态；②成熟的生物膜一般都由厌氧膜和好氧膜组成；③好氧膜是有机物降解的主要场所，一般厚度为2mm。

厌氧膜的加厚：①厌氧的代谢产物增多，导致厌氧膜与好氧膜之间的平衡被破坏；②气态产物的不断逸出，减弱了生物膜在填料上的附着能力；③成为老化生物膜，其净化功能较差，且易于脱落。

生物膜的更新：①老化膜脱落，新生生物膜又会生长起来；②新生生物膜的净化功能较强17.1.2生物膜的构造及净化机理1）构造好氧层：2mm土厚，有机物的降解主要在此厌氧层：2）有机物降解过程空气中氧溶解于流动水层中；污水中有机物由流动水层传递到附着水层，再进入生物膜；微生物代谢有机物。生物膜的结构

生物膜结构示意图17.1.3生物膜的微生物相

细菌真菌藻类原生动物后生动物17.1.4生物膜法工艺的基本流程

原废水处理水二沉池生物膜反应器初沉池回流污泥污泥17.1.5生物膜反应器

生物滤池生物转盘生物接触氧化法生物流化床微孔膜生物反应器移动床生物膜反应器复合式、联合式生物膜反应器1）微生物种类多样化：①相对安静稳定环境；②SRT相对较长；③丝状菌也可以大量生长，无污泥膨胀问题；④线虫类、轮虫类等微型动物出现的频率较高；⑤藻类、甚至昆虫类也会出现；⑥生物膜上的生物：类型广泛、种属繁多、食物链长且复杂。1.生物相方面的特征17.1.6生物膜法的特征与发展趋势表1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

2）生物膜上微生物的食物链较长①动物性营养者所占比例较大，微型动物的存活率较高；②食物链长；③污泥产量少于活性污泥系统(仅为1/4左右)。3）能够存活世代时间较长的微生物有利于硝化作用的进行。4）分段运行与优占种属

生物膜处理法一般多分段处理，在正常运行条件下，每段都繁衍着与进入本段污水水质相适应的微生物，并形成优占种属，这种现象非常有利于微生物新陈代谢功能的充分发挥和对有机污染物的降解。

(1)对水质、水量变动又较强的适应性；(2)剩余污泥的沉降性能良好，易于固液分离；(3)能够处理低浓度污水；使BOD5=20~30mg的污水降至5~10mg/l；(4)易于维护运行，运行费用少。

2.处理工艺方面的特征

构造：池体、滤料、布水装置、排水系统17.2生物滤池17.2.1普通生物滤池又名滴滤池，是第一代的生物滤池。1.普通生物滤池的构造与特征（1）池体生物滤池的池体多为圆形、方形或矩形；池壁可有孔洞或不带孔洞的两种形式，有孔洞的池壁有利于滤料的内部通风，但在低温季节，易受低温的影响，使净化功能降低；池壁一般要求高于滤料表面0.5~0.9m。（2）滤料主要特性：①大的表面积，有利于微生物的附着；②能使废水以液膜状均匀分布于其表面；③有足够大的孔隙率，使脱落的生物膜能随水流到池底，同时保证良好的通风；④适合于生物膜的形成与粘附，且应该既不被微生物分解，又不抑制微生物的生长；⑤有较好的机械强度，不易变形和破碎。(a)波纹状(b)管状（c）蜂窝状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%（3）布水装置作用：将废水均匀地喷洒在滤料上。普通生物滤池多采用固定式布水装置；

主要由投配池、布水管道和喷嘴等所组成。投配池设于滤池的一端或两座滤池的中间，在投配池内设置虹吸装置。布水管道敷设在滤池滤料表面下0.5～0.8m，在其上装有均匀排列、伸出滤料表面0.15～0.20m的竖管，在竖管顶端安装喷嘴。优点：运行方便，宜于管理和受气候影响较小，缺点：需要的水头较大，约20m。喷水周期一般为5～8min，小型污水处理厂不应大于15min。4）排水系统

排水系统处于滤床的底部，其作用是收集、排出处理后的废水和保证良好的通风；一般由渗水装置、汇水沟和总排水沟所组成；渗水装置用于支撑滤料，其排水孔隙的总面积应不小于滤池表面积的20%；渗水装置与池底之间的距离一般应在0.4m以上，以利通风，一般在出水区的四周池壁均匀布置进风孔。

普通生物滤池的流程系统污水预处理（格栅、沉淀池、初沉池等）生物滤池→二沉池排放优缺点

优点：处理效果好，BOD5去除率可达90%以上，出水BOD5可下降到25mg/L以下，硝酸盐含量在10mg/L左右，出水水质稳定。缺点：占地面积大，易于堵塞，影响环境卫生。2.普通生物滤池的设计与计算滤料容积：按负荷率计算

BOD负荷率（gBOD/m³.d）水力负荷率(m³/m³滤料.d)

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

1.设计内容：工作层填料的粒径为2540mm，厚度为1.31.8m；承托层填料的粒径为70100mm，厚度为0.2m。正常气温条件处理城市废水时，表面水力负荷为13m3/m2.d，BOD5容积负荷为0.150.30kgBOD5/m3.d，BOD5的去除率一般为8595%；池壁四周通风口的面积不应小于滤池表面积的1%；滤池数不应小于2座。2.设计参数：3.设计公式：设计内容计算公式参数意义及取值滤料总体积(V)V=QS/LvBODV滤料总体积，m3Q进水平均流量，m3/dS进水BOD5浓度，mg/lLvBOD容积负荷，一般取0.150.3kgBOD/m3.d滤床有效面积(F)F=V/HF滤床的有效面积，m2

H滤料高度，1.52.0m表面水力负荷校核(q)q=Q/Fq表面水力负荷，应为13m3/m2.d。

17.2.2高负荷生物滤池

1.特征

（1）大幅度地提高了滤池的负荷率；（2）高负荷生物滤池的高负荷率是通过限制进水BOD5和运行上采取处理水回流等技术措施而达到目的；（3）处理水回流可以均化与稳定进水水质、加大水力负荷，及时地冲刷过厚和老化的生物膜，加速生物膜更新，抑制厌氧层发育，使生物膜经常保持较高的活性；抑制滤池蝇的过度滋长，减轻臭味。与普通生物滤池的不同之处主要有：

（1）在平面上多呈圆形，使用连续工作的旋转布水器。旋转布水器有2根或4根布水横管，横管中轴距滤池池面0.15～0.25m，污水以一定的压力（约为0.25~1.0m）流入位于池中央处的固定竖管，再流入横管。在横管的同一侧开有直径为10~15mm的小孔，孔间距从池中心最大向池边逐渐减小，以保证均匀布水。污水从孔口喷出，产生反作用力，从而推动横管按与喷水方向相反的方向旋转，保证了向滤池的连续布水。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；缺点时喷水孔易堵，低温时要采用防冻措施，仅适用于圆形池。（2）滤料粒径增大，多采用40~100mm，以提高滤料的空隙率；滤料层亦由底部的承托层（无机滤料：厚0.2m，粒径70~100mm）和其上部的工作层（无机滤料：厚1.8m，粒径40~70mm）两层充填而成，总厚度2.0m，采用自然通风；也可采用由聚氯乙烯、聚苯乙烯等材料制成的呈波纹板状、列管状和蜂窝状等人工滤料，这类滤料质轻、高强、耐蚀，每m3滤料重量约43kg左右，比表面积可达200m2／m3，空隙率可高达95％，滤料层的厚度可增加到2~4m，这时一般采取人工通风措施。1）单池系统2.流程系统

2）二段处理系统

两级串联交替式两级串联1）设计内容：3.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，按日平均污水量计算，进水BOD5必须低于200mg/l，常用的负荷率有：

BOD---容积负荷率：一般小于1200gBOD5/m³.dBOD---面积负荷率：一般取1100--2200gBOD5/m2.d2）滤池运行技术参数的计算

其中：n——回流稀释倍数S0——原污水的BOD值

Sa和n值的计算Sa=a×Se

其中：Sa——稀释后进入滤池的BOD5值Se——滤池处理后的出水(mg/l)a——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3）滤料滤池计算设计内容计算公式参数意义及取值滤料高度(H)以碎石为滤料时，H=0.92.0m用塑料滤料时，H=24m滤料总体积(V)V=QS/NvQ废水量，m3/dV=Q(n+1)Sa/NvS未经回流稀释时的BOD5浓度，mg/lNv容积负荷，一般不大于1.2kgBOD/m3.dSa——稀释后进入滤池的BOD5值滤池面积(F)F=V/HNA—面积负荷率，NA的值1100-2000g/m².dF=Q(n+1)Sa/NANq的值10-30m3/M².dF=Q(n+1)/Nq直径(D)n滤池个数回流比(R)R=Fq/Q-1q表面水力负荷，通常在1030m3/m2.d之间高负荷单级生物滤池的出水水质与滤池高度以及水力负荷之间存在如下的关系：式中：——出水BOD5浓度，mg/l；

——进水浓度；mg/l；H——滤池高度，m；q——水力负荷，m3/m2.d;K——常数，min-1；n——常数。出水水质与滤池高度和水力负荷之间的关系

需氧量与供氧量的计算式中：a——每公斤BOD完全降解所需要的氧量（kg）BODr——去除的BOD的量b——单位重量活性生物膜的需氧量p——每m³滤料上的活性生物膜量（kg/m3滤料）供氧量：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。O2=a·BODr+b·p（kg/m3滤料）需氧量1.塔式生物滤池的特征（1）在构造方面的特征（2）在工艺方面的特征①高负荷率；②滤层内部的分层，能够承受较高的有机污染物的冲击负荷。17.2.3塔式生物滤池2.塔式生物滤池的设计计算

当前，塔式生物滤池主要按BOD—容积负荷率进行计算。对生活污水和城市污水可以参考国内、外的运行数据选定。

（1）塔滤的滤料容积：式中V——滤料容积，m3;Sa——进水BOD5，也可按BODu考虑，g/m3；Q——污水流量，取平均日污水量，m3/d；Na——BOD容积负荷或BODu容积允许负荷，（gBOD5/m3滤料•d）或gBODu/（m3滤料•d）（2）滤塔的表面面积

式中：A——滤塔的表面面积，m2；

H——滤塔的工作高度，m；其值根据下表18-1所列数据确定。进水BODu/（mg/L）250300350450500滤塔高度（m）810121416表18-1进水BODu与塔滤高度的关系（3）塔滤的水力负荷式中q——水力负荷，m3/(m2•d)。

当有条件式，水力负荷q应由试验确定，并行用上式校核，如通过试验所得到的水力负荷值，若q′=q，说明设计是可行的；q′>q，则可考虑适当降低滤池高度；q′<q，则应考虑加大滤池高度或采用回流或多级滤池串联。17.2.4曝气生物滤池

1）系统与构造集生物氧化和截留悬浮固体于一体，并节省了后续二次沉淀池。2）特点（1）氧转移率高，动力消耗低；(2)自身具有截留原污水中悬浮物与脱落的生物污泥的功能，不需设沉淀池，占地面积少；(3)比表面积大，微生物附着力强。(4)池内能够保持大量的生物量，由于截留作用，污水处理效果良好。(5)不需污泥回流，也无污泥膨胀之虑。国内上万吨规模的曝气生物滤池工艺的污水处理厂约30家左右。

曝气生物滤池的建设难度比较大，建设成本、运营成本也不算太低，反冲洗也比较麻烦，对自控要求较高，但该工艺对低浓度废水、污水深度处理适用性很好，硝化效果特别好。马栏河模型工程实例

广东省肇庆市蓝带啤酒厂，年产20万T蓝带啤酒。蓝带啤酒厂污水处理站设计污水处理量为6000m3/d，设计污水水质为：COD＝3000mg/L，BOD5=800mg/L，SS＝300mg/L，色度＝100，PH＝6～9，温度40℃。

要求处理后出水水质达到广东省污水排放标准的二级二类标准。

COD≤110mg/L，BOD5≤50mg/L，SS≤100mg/L，色度≤80，PH＝6～9。该污水处理厂的工艺流程为：

塔式生物滤池设计容积负荷1.8KgBOD5/(m3/d)，有效容积400m3，采用4座，每座滤池直径3.09m，滤池面积7.5m2塔高18.5m，滤池高度13.5m。水力负荷为200m3/(m2•d)，COD去除率65％，出水COD为142mg/L。

转动轴转盘接触反应槽驱动装置

转轴高于水面10-25cm生物膜厚度0.5-2.0mm

17.3.1基本构造及净化原理17.3生物转盘1．盘片1）材质：要求轻质高强、耐腐不变形、取材加工方便，一般采用聚氯乙烯或聚脂玻璃钢制作。ζ=3~7mm（ζ=10~15）2）形状、大小：圆形、正多角形，为波纹状盘片，此时表面积可提高一倍。直径Φ：2~3.6m，最大Φ5.0m3）盘片间距：一般为30mm，多级转盘前级数为25~35mm，后级数10~20mm。2．接触反应槽半圆形，盘片直径40%浸没于污水中，盘片边缘与槽内面间距≥150mm，进出水采用锯齿形溢流堰，槽底设放空管。对于多级生物转盘在级与级之间设导流槽。3．转轴与驱动装置1）转轴：实心钢轴或无缝钢管，长L=0.5~7.0m，否则易扰曲变形，发生折断或扭断，直径d=50~80mm。2）驱动装置：电机→减速器→转动链条→轴，转速0.8~3.0r/min，线速度10~20m/min。不能过高或过低。

生物转盘净化原理

盘片交替与污水和空气相接触，在盘片上产生一层滋生着大量微生物的生物膜。当生物膜与反应槽内污水接触时，污水中有机物被生物膜所吸附降解，当生物膜与空气接触时，一方面继续降解生物膜表面吸附水层中的有机物，一方面吸附水层吸收空气中的氧使之成为溶解氧而进入生物膜中，同时也使槽内的DO达到一定浓度。而老化了的生物膜在剪切力作用下而脱落，然后进入二沉池。17.3.2生物转盘系统的特征

1）微生物浓度高，达40~60g/l，F/M=0.05~0.1，∴处理效率高。2）生物相分级：第一级异养菌；第二级原、后生动物；第三~四级丝状性藻类。3）污泥龄长，具有硝化、反硝化功能。4）能处理高浓度有机废水，耐冲击负荷。Sa=10000mg/l→10mg/l，效果好。5）食物链长，污泥量少，为活性污泥法的1/2左右，约0.25Kg/KgBOD5。6）能耗小，不需曝气与污泥回流，0.7Kw·h/KgBOD5。7）便于维护管理。8）不会发生二次污染现象。9）流态：完全混合—推流式。1.生物转盘处理系统基本工艺流程17.3.3生物转盘处理系统的工艺流程与组合

2.生物转盘处理系统工艺流程组合

生物转盘宜于采用多级处理方式,一般可分为单轴单级、单轴多级和多轴多级等。图所示的是生物转盘二级处理流程。生物转盘布置工程实例

济南市南郊宾馆污水净化站采用的生物转盘为主体的二级生化处理工艺，近期安装二组直径为3m的转盘，其中一级为三级转盘，另一组为四级转盘。二组转盘并联运行处理流量42m3/h（1000m3/d）。当污水量小于21m3/h，只用一组转盘。远期再安装一组生物转盘。远期处理流量为63m3/h（1500m3/d）。

工艺流程：原污水水质：COD＝133.2～178mg/L,BOD5=67～89.2mg/L,SS＝45～92mg/L。

出水水质：CODcr≤50mg/L,BOD5≤10mg/L,SS≤10mg/L，浊度≤10度，总大肠杆菌≤3个/L.处理后出水达到CJ25.1—89《生活杂用水水质标准》，作为宾馆人工湖补给水和浇灌果树、绿地及洗车等用途。17.3.4生物转盘的设计与计算1.设计参数（1）生物转盘的组数应不步于2组，并按同时工作设计。当污水量很少，而且允许间歇运行时，可考虑只设l组。（2）二级处理的转盘设计能力，一般按平均日污水量计算。有季节性变化的污水，应按最大季节的平均日污水量计算。（3）进入转盘污水的BOD浓度，按经调节沉淀后的平均值计算。（4）转盘所需面积按BOD面积负荷计算，以水力负荷或停留时间校核。不同性质的污水BOD、水力负荷不同，由实验或经验确定。（5）转盘的级数不少于三级，转盘的转数0.8~3.0转/分，线速度15~18米/分。（6）转盘浸没率（转盘浸在水中的面积与总面积之比）20~40%；转盘产泥量0.3~0.5kg污泥/kgBOD5。2.设计计算

生物转盘的设计和计算包括：所需转盘总面积；接触氧化槽总体积、转轴长度以及污水在接触反应槽内的停留时间。（1）转盘总面积A其中：Q——平均日污水量，m3/d；L0——原污水的BOD5值，mg/L；A——盘片总面积，m2。Ng——水力负荷率，m3/（m2·d）NA——面积负荷率，gBOD5/(m2·d)（2）转盘的总片数MM＝0.637·A/D2（3）转盘的转轴长度LL=m·（d＋b）·K（4）接触反应槽的容积V半圆形接触反应槽时，总有效容积V和净有效容积V′分别为V＝（0.294～0.335）·（D＋2δ）2LV′＝（0.294～0.335）·（D＋2δ）2（L－mb）（5）平均接触时间ta17.3.5生物转盘的新进展

（1）空气驱动的生物转盘

（2）与沉淀池合建的生物转盘

（3）与曝气池合建的生物转盘

主要特点：a.提高原有设备的处理效果，BOD去除率由60~70%提高到90%。b.处理效果稳定，生物量高，且活性强。c.动力消耗少，利用原有曝气装置提供生物转盘的能量。d.产泥量少，且易于沉淀。17.4生物接触氧化法

生物接触氧化处理技术的实质之一是在池内充填填料，已经充氧的污水浸没全部填料，并以一定的流速流经填料。在填料上布满生物膜，污水与生物膜广泛接触，在生物膜上微生物的新陈代谢功能的作用下，污水中有机污染物得到去除，污水得到净化。生物接触氧化处理技术的另一项技术实质是采用与曝气池相通的曝气方法，向微生物提供气所需要的氧，并起到搅拌与混合作用。据上所述，生物接触氧化是一种介于活性污泥法与生物滤池两者之间的生物处理技术，兼具两者的优点，也可以说是具有活性污泥法特点的生物膜法。由池体、填料、进水装置、曝气系统组成17.4.1生物接触氧化的基本构造接触氧化池构造示例1）池体：圆形、矩形、方形。填料高3~3.5m，底部布气层高为0.6~0.7m，顶部稳定水层0.5~0.6m，H总=4.5~5.0m2）填料：·蜂窝式填料·波纹板状填料·半软性填料·弹性立体填料·不规则粒状填料·球状填料酚醛树脂蜂窝填料聚乙烯蜂窝填料正六角行蜂窝状斜管聚乙烯蜂窝填料半软性填料弹性立体填料YHT型弹性生物的环填料软性、复合填料组合填料软性纤维填料生物接触氧化法填料立体弹性填料漂浮填料新型的纤维网状填料新型的三维立体网状填料17.4.2形式按曝气装置的位置分为：分流式和直流式按水流循环方式分为：填料内循环与外循环式1）分流式接触氧化池：充氧与填料分置与单独的区间，使污水在充氧间与填料间循环流动。（国外多采用）（1）中心曝气型（2）单侧曝气型

分流式接触氧化池有利于微生物的生长繁殖，供氧状况良好。但水流对生物膜冲刷力小，膜更新慢，易堵塞。

2)直流式生物接触氧化池（国内多采用）3）多段串联射生物接触氧化池：居民小区，实质上为混合-推流式。17.4.3生物接触氧化法的特点(1)具有较高的微生物浓度，一般可达10~20g/L；(2)不需污泥回流，没有污泥膨胀的问题；(3)具有较强的耐冲击负荷能力；(4)生物膜具有丰富的生物相，污泥产量低。缺点：填料易堵塞和更换，运行费用较高。17.4.4生物接触氧化处理技术的工艺流程生物接触氧化处理技术的工艺流程一般分为：一段处理流程、二段处理流程和多段处理流程。1.一段处理流程2.二段处理流程3.多段处理流程工程实例

河南江海啤酒业有限公司（原为郑州市啤酒厂）废水处理一期工程：

设计水量Q＝2400m3/d，设计水质为CODcr＝1500mg/L,BOD5＝900mg/L,SS＝500mg/L，PH＝6～9。设计出水水质要求达到《污水综合排放标准》GB8978-1996的二级标准：CODcr≤150mg/L,BOD5≤60mg/L,SS≤200mg/L，PH＝6～9。

该废水治理一期工程的工艺流程如下：

生物接触氧化池采用二段生物接触氧化，设计填料容积负荷率为2KgBOD5/(m3/d)池内设组合软性填料，高度为3m。一、二氧化池填料容积分别占填料总容积的和。一、二氧化池平面面积分别为156m2和78m2，组合软性填料容积分别为468m3和234m3，停留时间分别为4.68h和2.34h，池总高度均为4.8m。位于一、二氧化池间设中间沉淀池为矩形平流式沉淀池，设计表面负荷为7m3/(m2•h)，平面面积为1.5×10＝15m2，池总高度为4.8m，在1.5m高度上设一个污泥斗，断面性状为梯形，污泥斗内设穿孔排泥管。该工艺运行结果表明能达到设计要求。17.4.5生物接触氧化池的设计与计算1.设计参数（1）生物接触氧化池的个数或分格数应不少于两个，并按同时工作设计。（2）填料的体积按填料容积负荷和平均日污水量计算。填料的容积负荷一般应通过试验确定。当无试验资料时，对于生活污水或以生活污水为主的城市污水，容积负荷一般为1000～1800克BOD5／米3·日。（3）污水在滤池内的有效接触时间一般为l～2小时。（4）进水BOD5浓度应控制在100~250毫克／升范围内。（5）填料层总高度一般为3米，当采用蜂窝填料时，一般应分层装填，每层高为l米，蜂窝孔径应不小于25毫米。（6）生物接触氧化池中溶解氧含量一般应维持在2.5～3.5毫克/升之间，气水比为l0～15：l。（7）为保证布水布气均匀，每格滤池面积一般应不大于25米2。2.设计计算

设计计算包括：确定接触氧化池内填料的容积、总面积、总高度和污水与填料的接触时间等，目前常用的有负荷法和接触时间法。（1）生物接触氧化池填料的容积式中：W——填料的总有效容积，m3；Q——日平均污水量，m3/d；L0——原污水BOD5值，mg/L；Nw——容积负荷率，kgBOD5/（m3·d）。（2）接触氧化池面积式中：A——接触氧化池总面积，m2；H——填料床高度，m，一般取3m。（3）接触氧化池的总高度为H0＝H＋h1＋h2＋（m－1）h3＋h4式中：H0——接触氧化池的总高度，m；h1——超高，m，一般取0.5～1.0m；h2——填料层上部的稳定水层深，m，一般取0.4～0.5m；h3——填料层间隙高度，m，一般取0.2～0.3m；h4——配水区高度，m，一般取0.5～1.5m；m——填料层数。（4）若采用n座接触氧化池，每座接触氧化池的面积f为：（5）污水与填料的接触时间t——污水在填料层内的接触时间，h。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，因此，专家们预测该技术可能会成为污水处理技术的发展方向。17.5生物流化床以沙、活性炭、焦炭等颗粒微载体充填于生物反应器内，由于载体表面附着生长着生物膜而使密度变小；当污水以一定流速从下向上流动时，载体便处于流动状态。载体颗粒小、表面积大，为微生物生长提供了充足的场所，极大的提高了反应器内的微生物量：10-14g/L颗粒处于流态化状态极大的提高了有机污染物由污水向微生物细胞膜内的传质速度。17.5.1生物流化床工作原理

流化床是以砂、活性炭、焦炭一类的较小的惰性颗粒为载体充填在床内，载体表面被覆着生物膜，其质变轻，污水以一定流速从下向上流动，使载体处于流化状态。17.5.2生物流化床基本构造

生物流化床是由床体、载体、布水装置、冲氧装置和脱膜装置等部分组成。1.床体：平面多呈圆形，多有钢板焊制，也可以由钢筋混凝土浇灌砌制。2.载体：是生物流化床的核心部件。3.布水装置：对生物流化床能够发挥正常的净化功能的重要环节，又是填料的承托层。4.充氧装置

5.脱膜装置17.5.3生物流化床操作系统1.液流动力流化床也称为二相流化床，即在流化床内只有污水（液相）与载体（固相）相接触。而由单独的充氧设备对污水进行充氧。两相生物流化床

2.气流动力流化床

此工艺亦称为三相生物流化床，即污水（液）、载体（固）及空气（气）三相同步进入床体.三相流化床设备较简单，操作亦较容易，此外，能耗也较二相流化床低。三相生物流化床是气、液、固三相直接在流化床体内进行生化反应，不另设充氧设备和脱膜设备，载体表面的生物膜依靠气体的搅动作用，使颗粒之间剧烈摩擦而脱落。三相生物流化床的设计应注意防止气泡在床内合并成大气泡而影响充氧效率。充氧方式减压释放空气充氧射流曝气充氧3.机械搅拌流化床又称悬浮粒子生物膜处理工艺.工艺特性载体颗粒小（1mm左右），表面积大（是普通生物滤池的50倍）（如以MLSS计算，生物量高达15g/L）该工艺具有高效能，占地少，投资省等优点。工程实例

北京佳顺油脂公司污水处理厂建设规模480m3/d。设计污水水质：COD＝1000mg/L,BOD5=500mg/L，SS＝750mg/L。油类：750mg/L，PH＝6～8。要求处理后出水水质：COD≤60mg/L，BOD5≤20mg/L，SS≤20mg/L，油类≤4mg/L。采用工艺流程如下：

该工艺采用生物流化床为三相气提生物流化床，床体直径1.8m,高6.0m，2座。生物载体是0.2～0.4mm陶粒，水力停留时间HRT＝1h，气水比为（10～18）：1。该生物流化床对COD、BOD5、SS、油的去除率分别为63％、70％、45％、34％。

17.6.1微孔膜生物反应器

微孔膜生物反应器主要用于氧化、分解、去除污水中的有机耗氧物。该装置是由微孔膜组件和生物反应器构成的,用无机微孔膜组件替代沉淀池实现泥水分离,可大大提高反应器装置内的活性污泥浓度,有利于提高反应器的容积负荷,减少占地面积。生物反应池采用生物接触氧化法,内装填PVC网格状外壳、内填有纤维丝的球形填料,比表面积为600m2/m3-1000m2/m3,球体直径均为100mm。经过生物降解和膜分离的共同作用,使水中有害物质含量大大降低。该装置具有处理效率高,操作管理方便等特点微孔膜生物反应器装置采用一体化定型设备。17.6其他新型生物膜反应器

17.6.2移动床生物反应器对现有固定填料式生物接触氧化法和生物流化床的改进。基本设计思想：处理能力高，能够连续运行，不发生堵塞的生物膜反应器，并且不需要反冲洗，水头损失小，能耗低，管理运行简单方便。

工作原理该反应器中的投加一种圆柱状轻质悬浮移动填料，填料具有较高的比表面积，比重接近与1。生物膜可在填料上大量生长。在好氧反应器中，通过曝气的作用，推动填料随水流移动，在缺氧或厌氧反应器中，通过机械搅拌使填料移动。良好的水力条件，使气液固之间维持很高的传质速率，填料上的生物膜具有较高的生物活性。从而使得移动生物膜反应器具有比普通活性污泥法和生物膜法更高的处理能力，简便的运行操作。

填料合适的比重（挂膜后比重接近于1）使填料在轻微搅拌下即可获得完全的流态化，最大限度的降低能耗；填料自由通畅的旋转，增加对水中气泡的撞击和切割，破碎大的气泡，延长气泡在水中停留时间，氧的利用率提高。特殊的结构使水中空气气泡和污染物可自由穿过填料内部，增加生物膜与氧气和污染物的接触机率，大大提高了系统的传质效率，提高生物的降解活性。移动床生物膜污水处理装置可应用于中小型工业废水、城市污水、生活污水的处理。17.7复合式、联合式生物膜处理工艺

17.7.1复合式生物膜反应器

1.活性污泥-生物膜反应器

特点是在活性污泥曝气池中投加填料作为微生物附着生长的载体进而形成悬浮生长的活性污泥和附着生长的生物膜,去除污水中有机物。它将附着生长与悬浮生长的微生物结合在一起，提高了反应器中总的生物量；ＣＯＤ和氨氮，出水水质稳定。系统的处理能力和运行稳定性,具有更强的抗冲击负荷能力，能较好地克服传统活性污泥法的不足，而且可以较方便地在现有的传统活性污泥法工艺基础上进行改造,工程上比较可行、适用，应用前景广阔。

2.序批式生物膜反应器（SBBR）将SBR的序批式运行模式引入生物膜系统，使其兼有活性污泥法和生物膜法的优点，有利于提高系统的抗冲击负荷能力。同时生物膜在加大反应器内生物量和生物种类方面有更优的条件，并能保证世代较长的微生物（如硝化菌）生存，利于硝化反应；另一方面生物膜载体从表面到内部存在溶解氧浓度的梯度现象，相应有好氧、缺氧和兼氧区状态，这又为直接脱氮提供了良好的环境。3.附着生长污水稳定塘

在稳定塘内填置载体，使之成为细菌及藻类等微生物的栖息场所，从而增加稳定塘内微生物的总量。填料上及其周围可形成大量小的稳定的生态系统，生物相极其丰富，从细菌和藻类到原生动物和后生动物无所不有，生物量也大幅度增加，而且还改善了微生物在塘内的空间分布。用于附着生长污水稳定塘的填料可以是挡板、聚偏二氯乙烯纤维绳和软纤维填料等。与常规的稳定塘相比，附着生长污水稳定塘由于装填填料，缩短了污水在塘内的水力停留时间，而且提高了稳定塘的净化功能，出水水质大为改观，具有较好的去除COD、N、P和悬浮物SS的性能；与此同时，它还能较好地去除Cd和Cr等重金属。17.7.2联合联合式生物膜处理工艺1、活性生物滤池工艺生物滤塔和曝气池串联组成的二段生物处理系统。工艺流程

注意：①该工艺与通常的生物滤塔和曝气池的二段串联系统是不同的；②在生物滤塔内，进水不仅同生物滤膜接触反应，同时还和活性污泥接触反应；③对曝气池来讲，污泥在进入曝气池之前已在生物滤塔内得到稳定。构造特征：

由于回流活性污泥，使得进生物滤池的悬浮固体浓度很高，因此滤料孔径较大（如采用蜂窝状滤料，孔径不小于25mm）。塔高度较低，一般为5m左右。主要性能特征：

工作稳定：曝气池负荷较低，并且其进水预处理后，运行条件得到改善，不易发生污泥膨胀。

生物滤池的容积负荷为3-5kgBOD5/m3.d，水力负荷为120～200m3/m2.d，去除率可达65～70％。

曝气池的有机负荷为0.5-0.6kgBOD5/kgMLVSS.d，HRT为1.5-2.0h。整个系统的有机负荷可达1.0kgBOD5/m3.d以上，与塔滤相仿，但去除率高于90％。2.普通生物滤池固体接触工艺（TF/SC）

该工艺一般包括一个中低有机负荷的生物膜反应器（普通生物滤池），后续一个小型接触池。接触池的容积一般为仅采用活性污泥法时所需容积的10％~15％。将两者结合起来后，生物膜反应器的尺寸要比仅采用普通生物滤池时减小10％~30％。TF/SC工艺的优点是活性污泥部分能耗相当低（因普通生物滤池去除了大部分溶解性BOD）；另一个优点是采用这种方法很容易实现已有石质滤池的更新改造，通过增加活性污泥回流改善滤池出水的水质。传统的TF/SC不包括污泥再曝气。如果同时采用接触池和污泥再曝气，则可以用TF/SCR来表示这种运行模式。如果去掉接触池，在悬浮生长部分只采用污泥再曝气，则用TF/SR表示这种运行模式。3.粗滤池/活性污泥工艺（RF/AS）

在活性污泥曝气池的前面增加一个粗滤池。这种方法用于处理含高浓度溶解性BOD的污水或老厂的改造。在这种方法中，粗滤池容积一般仅为单独采用普通生物滤池时的15％~30％。曝气池中的水力停留时间一般为单独采用活性污泥工艺时的35％~50％。RF/AS工艺和TF/SC工艺具有相同的工艺流程，但在RF/AS工艺中使用的普通生物滤池的容积要小，因此主要靠曝气池部分提供氧气，完成BOD去除和进行污泥消化。TF／SC工艺则与此不同，普通生物滤池较大并几乎去除所有的溶解性BOD，接触池仅起到增强污泥固体絮凝和出水澄清的作用。

4.普通生物滤池/活性污泥工艺（TF/AS）特点

该工艺的有机负荷与RF／AS、BF/AS相似，但TF/AS工艺具有一个独有的特性，在生物膜反应器和悬浮生长反应器之间设置一个中间沉淀池。中间沉淀池去除了生物膜反应器上脱落的生物膜，然后进入悬浮生长反应器。采用TF／AS工艺的一个主要好处是去除含碳有机物BOD所产生的污泥可以在进入第二处理段之前得以分离；当工艺过程需要去除氨氮，第二段工艺单元则主要由硝化菌起作用，效能较高，常推荐这种工艺。采用本工艺的另一优点是中间沉淀池可以减少生物膜反应器脱落污泥对悬浮生长段的影响。

17.8生物膜法的运行管理17.8.1影响生物膜反应器运行的主要因素（1）进水底物浓度（2）营养物质（3）水力停留时间与负荷率（4）水力剪切力（5）溶解氧（6）pH值（7）温度（8）抑制及毒性作用17.8.2生物膜的培养与驯化

生物膜的培养常称为挂膜。1、挂膜菌种

1）大多数采用生活粪便污水或生活粪便水和活性污泥的混合液。2）由于生物膜中生物固着生长，适宜于特殊菌种的生存。所以，挂膜有时也可来用纯培养的特异菌种菌液。特异菌种可单独使用，也可以同活性污泥混合使用，由于所用的特异菌种比一般自然筛选的微生物更适宜于废水环境。因此，在与活性污泥混合使用时，仍可保持特异菌种在生物相中的优势。

挂膜过程必须使微生物吸附在固体支承物上，同时，还应不断供给营养物，使附着的微生物能在载体上繁殖，不被水流冲走。单纯的菌液或活性污泥混合液接种，即使固相支承物上吸附有微生物，但还是不牢固，因此，在挂膜时应将菌液和营养液同时投加。2）连续法

在菌液和污泥循