南开大学的排水工程课件-污水的生物处理-生物膜法

南开大学污水生物处理-生物膜法课程目标理解生物膜法原理深入理解生物膜法处理污水的基本原理，包括生物膜的形成、生长和降解机制。掌握生物膜反应器类型了解不同类型的生物膜反应器，如生物滤池、生物转盘、生物接触氧化池等。分析生物膜法应用探讨生物膜法在污水处理中的应用，包括城市污水、工业废水等不同领域的应用。污水处理概述污水处理是指将生活污水、工业废水、农业排水等废水经过物理、化学和生物等方法去除污染物质，达到国家排放标准，使其可以安全排放到环境中的过程。污水处理的目的是保护水资源，防止水污染，维护生态环境，保障人体健康和社会经济的可持续发展。污水中的主要污染物有机物主要包括碳水化合物、蛋白质、脂肪等，它们在水中被微生物分解时会消耗大量的氧气，导致水体缺氧，影响水生生物的生存。氮和磷氮和磷是水体富营养化的主要原因，会导致水体中的藻类大量繁殖，形成水华，破坏水体生态平衡。重金属重金属如汞、铅、镉等，会通过食物链富集在人体内，对人体健康造成严重危害。病原微生物病原微生物如细菌、病毒等，会引起各种传染病，对人体健康造成威胁。生物膜法原理生物膜的形成微生物附着在载体表面，形成生物膜。污染物的降解生物膜中的微生物利用污水中的有机物作为营养物质，进行新陈代谢，降解污染物。生物膜的更新随着生物膜的生长和老化，部分生物膜会脱落，新的生物膜会继续形成。生物膜的形成机理1附着微生物首先附着在固体表面，形成单层细胞。2生长微生物开始繁殖，形成多层细胞，形成生物膜。3成熟生物膜结构更加复杂，形成不同的菌落和通道。生物膜处理的优点高效去除污染物生物膜可以有效地去除有机物、氮、磷等污染物，提高污水处理效率。节约能源生物膜处理过程通常不需要额外的曝气，可以节省能源成本。占地面积小生物膜反应器体积小，占地面积小，适合在空间有限的地方使用。稳定运行生物膜具有较高的抗冲击负荷能力，可以稳定运行。生物膜处理的局限性易堵塞生物膜生长过厚会导致管道堵塞，影响水流和处理效率。敏感性生物膜对温度、pH值、溶解氧等环境因素变化敏感，容易造成处理效果下降。难控制生物膜的生长速度难以精确控制，难以确保稳定高效的处理效果。生物膜处理的工艺流程1进水预处理去除大颗粒悬浮物，降低污染负荷，保护后续处理设施。2生物膜反应器利用微生物降解有机物，去除污染物，提高水质。3出水消毒杀灭残留病菌，确保出水安全，符合排放标准。生物膜的类型好氧生物膜需要氧气才能生存的细菌。厌氧生物膜在无氧环境中生存的细菌。兼性生物膜可以在有氧或无氧环境中生存的细菌。好氧生物膜微生物种类主要由好氧细菌组成，例如硝化细菌和亚硝化细菌。代谢过程通过氧化有机物获取能量，并释放二氧化碳和水。环境条件需要充足的氧气，并适宜的温度和pH值。好氧生物膜的特点1高效率好氧生物膜可以有效地去除污水中的有机物和营养物质。2稳定性强好氧生物膜的结构稳定，不易受到环境变化的影响，能够长期有效地运行。3易于控制好氧生物膜的生长和活性可以通过控制溶解氧浓度和温度等参数来调节。厌氧生物膜无氧环境厌氧生物膜在无氧或低氧条件下形成，主要由厌氧细菌组成。有机物分解厌氧生物膜通过厌氧呼吸分解有机物，产生甲烷、二氧化碳等气体，并释放能量。厌氧生物膜的特点厌氧生物膜主要由厌氧细菌组成，它们能够在缺氧条件下利用有机物进行代谢，并产生甲烷、二氧化碳等气体。厌氧生物膜通常较厚，结构复杂，包含多个微生物种群，形成复杂的食物链和能量传递系统。厌氧生物膜处理过程通常较慢，但能够有效去除有机物，并产生可回收利用的沼气。兼性生物膜耐受条件兼性生物膜可以适应氧气含量变化的环境，既能在有氧环境中生长，也能在无氧环境中存活。混合微生物兼性生物膜由多种微生物组成，包括好氧细菌、厌氧细菌和兼性细菌。应用范围兼性生物膜广泛应用于污水处理，特别是处理含有有机物和氮磷的污水。兼性生物膜的特点兼性生物膜可以适应氧气浓度变化，在氧气充足和缺氧的环境中均可存活。兼性生物膜具有较强的代谢能力，可以分解多种有机物和无机物。兼性生物膜在污水处理中具有广泛的应用，适用于处理各种类型的污水。生物膜反应器的类型固定床反应器固定床反应器是最常见的生物膜反应器类型之一，它采用填充材料固定生物膜。填充材料通常是惰性的，例如塑料、陶瓷或活性炭。移动床反应器移动床反应器中的填充材料被连续地移动，以促进生物膜的生长和脱落，从而保持较高的生物活性。膜生物反应器膜生物反应器结合了生物膜技术和膜分离技术，可以提高污水处理效率，并减少污泥产量。生物膜反应器的典型结构生物膜反应器通常由反应池、曝气系统、沉淀池等组成。反应池提供生物膜生长的场所，曝气系统为微生物提供氧气，沉淀池用于分离污泥。不同的生物膜反应器在结构设计上有所差异，常见类型包括生物滤池、生物转盘、生物接触氧化池等。这些反应器根据不同的工艺特点和应用场景，在结构设计上进行了针对性的优化。例如，生物滤池通常采用填料形式，以增加生物膜的表面积；生物转盘则利用转盘的旋转，使生物膜与污水充分接触；生物接触氧化池则结合了曝气和生物膜两种方式，提高污水处理效率。生物膜反应器的操作参数污泥负荷单位时间内，每单位体积生物膜所能处理的污染物量，是反应器效率的关键指标。溶解氧浓度确保生物膜中微生物有足够的氧气进行代谢，维持生物膜的活性。停留时间污水在反应器中的停留时间，影响着生物膜对污染物的去除效率。污泥负荷污泥负荷表示单位时间内进入生物膜反应器中的有机物负荷，通常以kgCOD/(m3·d)或kgNH3-N/(m3·d)表示。不同的负荷水平对生物膜的生长和处理效率有不同的影响。低负荷有利于生物膜的生长，但处理效率较低；高负荷会导致生物膜的脱落，处理效率下降。溶解氧浓度2-4毫克/升大多数好氧生物膜需要足够的溶解氧来维持代谢活动。1-2厌氧厌氧生物膜在低溶解氧条件下生长，如污泥消化池。停留时间定义污水在生物膜反应器中停留的时间。影响因素污水流量、反应器体积。重要性确保污水与生物膜充分接触，完成有效降解。pH值6.5-8.5最佳范围大多数生物膜微生物最适宜的pH值范围。5-9耐受范围生物膜能够在较宽的pH值范围内生存和活动。温度温度范围15-35℃最佳温度20-30℃影响温度过低会导致微生物活性降低，过高会导致微生物死亡生物膜反应器的应用案例生物膜反应器在污水处理领域有着广泛的应用，例如城市污水处理厂、工业废水处理厂、以及农业废水处理等等。在城市污水处理厂中，生物膜反应器可用于去除有机物、氮、磷等污染物，并改善出水水质。在工业废水处理厂中，生物膜反应器可用于处理各种类型的工业废水，例如造纸废水、印染废水、食品加工废水等等。工艺效果分析主要污染物去除生物膜法可以有效去除污水中的主要污染物，例如COD、氨氮、总磷等。COD去除率生物膜法对COD的去除率一般在80%以上，对于高浓度有机废水，去除率可达90%以上。氮磷去除率生物膜法对氮磷的去除率也较高，通过合理的工艺设计和操作，可达到国家排放标准。主要污染物去除COD去除80%COD去除率生物膜法能够有效去除污水中的COD，去除率通常在80%以上。90%高浓度污水对于高浓度有机废水，生物膜法可以实现更高COD去除率，达到90%甚至更高。氮磷去除生物膜法在氮磷去除方面具有显著优势。生物膜法在城市污水中的应用去除污染物城市污水通常含有高浓度的有机物、氮和磷，生物膜法能够有效地去除这些污染物，提高水质。节约能源与传统污水处理工艺相比，生物膜法能耗较低，有利于节约能源，降低运营成本。应用广泛生物膜法适用于各种类型的城市污水处理厂，可以有效地处理城市生活污水和工业废水。生物膜法在工业废水中的应用1高浓度有机废水生物膜法可有效处理高浓度有机废