生物膜法的资料

生物膜法的资料第1页/共60页13-1基本原理一.生物膜:

附着生长在滤料上充满微生物的立体网状结构，具有较强的吸附和生物降解性能。（图13-1生物膜的基本结构）结构：好氧层(0.5~1mm):好氧和兼性微生物，其中异养微生物位于上层，自养微生物底层；厌氧层：厌氧分解；附着水层；流动水层组成：细菌（好氧、厌氧、兼性）为主、真菌（包括丝状菌）、藻类、原生动物、后生动物、蠕虫、昆虫的幼虫；上层为低级食物链，下层为高级食物链。作用：吸附、氧化分解；生物分层：随着水流方向，微生物从低级到高级分布，种类逐渐逐渐增多，个体数量减少；上层厚，下层厚度减小；载体：填料或滤料、介质生物膜培养：挂膜，过程为几天至几十天生物膜生长速度的影响因素：有机负荷、水力负荷（滤率）生物膜脱落：老化；昆虫活动；水力冲刷。第2页/共60页图13-1生物膜的基本结构第3页/共60页净化有机物的过程（图13-1）

有机物的扩散、氧的扩散（传质）；有机物的吸附；有机物的氧化分解(好氧分解)；好氧代谢产物扩散；厌氧层的厌氧代谢(厌氧分解)；厌氧代谢的产物如有机酸的扩散；生物膜的生长和脱落第4页/共60页活性污泥和生物膜的比较

相同点：1.主要利用好氧微生物吸附、氧化降解有机物；2.微生物以细菌为主；3.微生物中原生动物和后生动物的存在说明系统运行正常，能改善出水水质；

不同点:1.丝状菌的大量繁殖使生物膜具有立体结构，能疏松生物膜，有利于提高污染物的去除效果；而在活性污泥中则会对系统构成威胁，2.生物膜中原生动物和后生动物比活性污泥数量多，种类更丰富；且分层聚居，在水流的下层出现。第5页/共60页二、影响生物膜法污水处理效果的主要因素进水底物的组分和浓度及其变化规律营养物质有机负荷和水力负荷有机负荷：kgBOD5/[m3(滤料)·d]

水力负荷(滤率)：m3(污水)

/[m2(滤料)·d]有机负荷受到滤床性质的影响，即受到滤料性能的影响；高的有机负荷，需要高的水力负荷；在高负荷生物滤池中，提高滤率是改善生物滤池堵塞的常用措施；（表13-1）DO生物膜量：厚度和密度与进水有机物浓度影响；pH温度有毒物质第6页/共60页表13-1几种生物膜法工艺的负荷比较对象普通生物滤池高负荷生物滤池塔式生物滤池生物接触氧化池生物转盘滤率(m/d)1～59~4090~150100～1600.1～0.2有机负荷(kgBOD5/m3·

d)-10.1～0.30.5～1.51.0~2.52.5～4.0BOD去除效率85～9580～9080～9085～9085～90第7页/共60页三、生物膜法污水处理工艺特征与传统活性污泥法相比较，生物膜法的特点：抗冲击负荷、剩余污泥量少、操作方便；适合中小型污水处理厂采用。微生物特征：微生物种类丰富、量多、食物链长；微生物中存在世代时间较长的菌种，有利于不同功能的优势菌群分段运行；处理工艺特征：对水质、水量的变化有较强的适应性；可用于低浓度污水的处理；剩余污泥量少；运行管理方便：无污泥回流、无需调节反应器内污泥浓度、无丝状菌膨胀的危险；需预处理：设初沉等为了①去除原水中悬浮物以免堵塞滤料；②水质均化。需设二沉池截留脱落的生物膜四、生物膜法反应动力学介绍第8页/共60页13-2生物滤池一、概述生物滤池是生物膜法的传统工艺。分类负荷不同：低负荷生物滤池：滤料为碎石、卵石、炉渣、焦炭；

高负荷生物滤池：采用处理水回流；

塔式生物滤池：采用性能改善的滤料；营养物、氧气和微生物三者充分接触、水流紊动剧烈、通风条件好；布水方式不同：

回转式布水；（图13-3a）固定喷嘴式布水；（图13-3b）第9页/共60页二、第10页/共60页(图13-4)1.滤床及池体（1）滤料：主要参数：比表面积A、孔隙率P、密度、机械强度、生物化学稳定性(不能被微生物分解、不能抑制微生物生长)；早期滤料：碎石、卵石、焦炭、炉渣等颗粒滤料；d为3～8cm（拳状）；孔隙率为45%~50%;比表面积为65～100m2/m3;材料：塑料、玻璃钢、树脂；形状：波纹状、蜂窝管、环状、空心浮球、多孔颗粒。图13-5环状图13-6波纹状滤料高度：石质拳状滤料1～2.5m高；塔式滤池高>10m;（2）池壁：砖石、钢筋混凝土；高度高出滤池表面0.4～0.5m；第11页/共60页蜂窝斜管和蜂窝斜板第12页/共60页浮球填料第13页/共60页陶粒滤料第14页/共60页立体弹性填料第15页/共60页聚丙烯半软性填料第16页/共60页2.

布水系统：要求布水均匀；有固定式喷嘴布水系统（现基本不用）和旋转式布水器(图13-3a)；布水中心管，布水横管；布水横管的一侧开于小孔，小孔直径10～15mm；间距不等，愈近池心间距愈大，保证单位面积的滤池面积接受的水量相等；3.

排水系统：渗水装置、集水沟、排水渠；收集并排出污水和生物膜，保证滤池通风，支承滤料；第17页/共60页几种滤料主要参数的比较滤料种类3~8cm的s石质滤料环状塑料滤料波纹板塑料滤料玻璃钢蜂窝板（f=20）比表面积A(m2/m3)65～10098～34081～195200空隙滤P45～5093～9593～9595----密度(kg/m3)1100~1400100第18页/共60页三、生物滤池法的工艺流程

初沉池＋生物滤池＋二沉池a.普通生物滤池(低负荷生物滤池、滴滤池)水力负荷q低：1～5m3·(m2滤料·d)-1

有机物滤料负荷qF低：100～300mgBOD5·(m3滤料·d)-1BOD5去除率高：85～90％；出水水质好,BOD5<20~30mg·L-1;采用拳状颗粒滤料，d＝3～8cm；工作H＝1.2～1.8m；承脱层颗粒h＝0.2m；滤料的总H＝1.5～2.0m<2.5m；布水系统：固定式喷嘴布水系统；有机物发生吸附、氧化、硝化作用：出水有DO和硝酸盐；二沉池的污泥稳定、颜色深；生物膜周期性脱落：主要由于膜老化和昆虫活动；第19页/共60页b.有回流的高负荷生物滤池(图13-10)水力负荷q高：9～40m3·(m2滤料·d)-1

有机负荷高：0.5～1.5gBOD5·(m3滤料·d)-1，在1.1左右

BOD5去除率：80～90％；出水BOD5>30mg·L-1;卵石或石英石滤料；H＝2～4m；布水系统：旋转式布水系统；出水无DO和硝酸盐；二沉池的污泥稳定性差，泥量大；生物膜经常性地脱落：主要由于水力冲刷为保证高负荷、出水水质好，采用回流的运行方式(一般回流后的进水BOD5<200g·L-1;)二级生物滤池：提高处理效率；两个高负荷生物滤池串连(图13-10c、d)，第二级池中有硝酸盐和DO；交替式二级生物滤池(图13-9)第20页/共60页高负荷生物滤池的两种回流方式(图13-10a，b)生物滤池二沉池初沉池回流rQ进水出水Q(1+r)L1生物滤池二沉池初沉池回流rQ进水,Q,出水Q(1+r),

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第22页/共60页第23页/共60页图13-9交替式生物滤池流程生物滤池二沉池初沉池生物滤池二沉池第24页/共60页c.塔式生物滤池(图13-11)流程：单级进水（图13-3a）二级进水（图13-3b）直径R为1～3.5m；高度H为8～24m；R/H=6~8；进水BOD5<500mg·L-1;填料要求密度低、装填的填料分层，每层2m；BOD去除率降低，常用于有机废水的预处理，以大幅度去除有机物；第25页/共60页三种生物滤池的性能比较比较对象普通生物滤池高负荷生物滤池塔式生物滤池滤床高度(m)低，<2.5高，>7m滤床直径大小小出水高度硝化，BOD5≤25未充分硝化，BOD5≥30有限度硝化，BOD5≥30BOD去除效率85～9080～9080～90二次污泥颜色深,高度氧化易沉淀颜色浅，未充分氧化，易腐化滤率(m/d)1～5<9~4090~150有机负荷(kgBOD5/m3·

d)0.1～0.30.5～1.52.5~4.0缺点占地多，易堵塞，卫生差优点运行简单，耐冲击负荷强，生物膜在二沉池易分离第26页/共60页三、影响生物滤池的因素1.滤床高度H

位置不同，微生物种群不同；

E在一定调节下，与H正相关，但在H超过一定值时，不经济；滤床位置上层下层微生物种类低级高级生物膜量多少去除速率快慢第27页/共60页2.负荷：集中反映生物滤池工作性能的参数。（1）水力负荷：表征生物滤池的接触时间和冲刷能力。水力表面负荷：滤率/m3·(m2·d)-1水力体积负荷/m3·(m3·d)-1

（2）有机负荷/kgBOD5·(m3·d)-1:

每天供给单位体积滤料的有机物量，表征F/M值比较对象普通生物滤池高负荷生物滤池塔式生物滤池生物接触氧化池生物转盘滤率(m/d)1～59~4090~150100～1600.1～0.2有机负荷(kgBOD5/m3·

d)-10.1～0.30.5～1.51.0~2.52.5～4.0BOD去除效率85～9580～9080～9085～9085～90第28页/共60页回流的出发点提高水力负荷（滤率），防止滤池堵塞，改善卫生状况；保证滤池在有机负荷高的条件下能正常工作；改善进水状况；调节和稳定进水。回流影响出水水质的原因稀释进入到生物滤池中的有机物浓度，有利于提高出水水质滤率提高后，流动水的紊流程度增大；有利微生物周围有机物的浓度梯度减小；不利废水在滤池中的停留时间t减小；不利3.回流：在高负荷生物滤池中，多采用回流，一般要求回流后BOD5<200mg/L（表13-3回流滤池回流比与进水浓度之间的过关系）进水BOD5/(mg·L-1)<150150~300300~450450~600500~750750~900一级0.751.502.253.003.754.50二级0.51.01.52.02.53.0第29页/共60页4.供氧（1）正常运行的生物滤池，自然通风可以提供生物降解所需的氧量。（2）入流有机物浓度较高时，供氧可能成为限制因素：一般高负荷生物滤池保证进水COD<400mg·L-1。第30页/共60页表征生物滤池工作性能的参数1.有机负荷N/kgBOD5·(m3·d)-1N值高，滤池单位体积单位时间内去除的有机污染物多。对于一定的有机污染物，所需要的滤池体积小。2.处理效果或出水水质出水的有机物浓度、SS；3.处理效率E如无回流，则指生物滤池的处理效率如有回流，则指整个系统的处理效率第31页/共60页五、生物滤池系统的功能设计处理系统：生物滤池、二沉池、和初沉池、回流泵1滤池类型2流程选择流程(1)是否设置初沉池；(2)采用几级生物滤池；(3)是否采用回流，回流方式和回流比的确定。3滤池个数和滤床尺寸确定工艺设计内容：确定滤床总体积V，面积A，和高度h。4布水设备计算第32页/共60页滤池个数和滤床尺寸的确定(1)滤床总体积（V）第33页/共60页LV——有机容积负荷，kgBOD5/m3·d。城镇污水生物滤池的负荷率取值表13-4(2)滤床高度h的确定(3)校核滤率，是否合理回流式滤池深较浅时，水力负荷要求≤30m/d。表13-5回流式生物滤池的滤率。【例题】第34页/共60页例题已知某城镇人口80000人，排水量定额为100L/人·d，BOD5为20g/人·d。设有一座工厂，污水量为2000m3/d，其BOD5为2200mg/L。拟混合采用回流式生物滤池进行处理，处理后出水的BOD5要求达到30mg/L。生活污水与工业废水混合后BOD5浓度【解】（1）基本设计参数计算(设在此不考虑初沉池计算)生活污水和工业废水总水量第35页/共60页由于混合后BOD5浓度较高，应考虑回流，由表13-3设回流比r=3.00，则稀释后滤池进水BOD5()为（2）生物滤池个数和滤床尺寸计算生物滤池总体积：设LV＝1.1kgBOD5/m3·d，则第36页/共60页设池深为2.5m，则滤池总面积为若采用6个滤池，每个滤池面积滤池直径为第37页/共60页（3）校核经过计算，采用6个直径23m，高2.5m的高负荷生物滤池。第38页/共60页六、生物滤池的运行及其经验1.挂膜阶段：生活污水2.驯化－挂膜阶段：含有毒物质的工业废水3.表13-7几个生物滤池的技术数据第39页/共60页13-3生物转盘生物转盘（又名转盘式生物滤池）是一种生物膜法处理设备。它具有很多优点，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应用，效果较好。与生物滤池相比，生物转盘的特点：没有堵塞现象；能耗低；占地面积大；有气味产生。

生物转盘去除废水中有机污染物的机理，与生物滤池基本相同，但构造形式与生物滤池很不相同。第40页/共60页第41页/共60页圆盘一部分浸没在污水中；一部分敞露在空气中；转轴中心高度高出液面150mm以上；膜厚0.5～2.0mm，不断生长、繁殖、老化、脱落；转盘材料：聚乙烯硬质塑料、玻璃钢转盘形状：蜂窝板、波纹板盘片直径2～3m，最大5m；盘片间距25～35mm（进水端），10～20mm（出水端）；轴长<7.6m;当系统要求盘片面积大时，可分组安装，