污水的生物处理-生物膜法.ppt

第五章第五章 污水的生物处理污水的生物处理——生物膜法生物膜法5.1 概述概述生物膜法与活性污泥法平行发展的一种污水处理技术生物膜法与活性污泥法平行发展的一种污水处理技术方法实质：微生物附着在滤料或某些载体上，并在其上形成膜状方法实质：微生物附着在滤料或某些载体上，并在其上形成膜状 生物污泥生物污泥-----生物膜生物膜生物膜法的历史及发展生物膜法的历史及发展：：古老又在不断发展中的处理技术，古老又在不断发展中的处理技术，1865年德国科学家发现生物过滤作用；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；料上，作为膜生物反应器的生物滤池问世；20世纪世纪20—30年代建年代建造了许多生物膜反应器；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年代生物滤池逐渐被活性污泥取代的趋势；代的趋势；70年代新的反应器以独特的优势受关注年代新的反应器以独特的优势受关注生物膜法的类型及主要技术现状生物膜法的类型及主要技术现状；；固定床、流动床固定床、流动床生物转盘：用于硝化、反硝化的研究取得进展生物转盘：用于硝化、反硝化的研究取得进展生物接触氧化：生物接触氧化：1971年日本首创，进年日本首创，进20年得到广泛应用年得到广泛应用生物流化床：生物流化床：70年代初期在美国和日本得到研究与应用年代初期在美国和日本得到研究与应用微孔膜生物反应器：近几年人们关注的革新的生物膜反应器微孔膜生物反应器：近几年人们关注的革新的生物膜反应器复合式生物膜反应器：序批式膜生物反应器复合式生物膜反应器：序批式膜生物反应器　　（（（（1 1）挂膜）挂膜）挂膜）挂膜————污水流经滤料，污水和细菌附着在有机物被污水流经滤料，污水和细菌附着在有机物被污水流经滤料，污水和细菌附着在有机物被污水流经滤料，污水和细菌附着在有机物被分解形成生物膜并逐渐成熟，这一起始阶段常称为：挂膜分解形成生物膜并逐渐成熟，这一起始阶段常称为：挂膜分解形成生物膜并逐渐成熟，这一起始阶段常称为：挂膜分解形成生物膜并逐渐成熟，这一起始阶段常称为：挂膜5.1.1 生物膜的构造与净化机理1、构造　（　（3）生物膜成熟标志）生物膜成熟标志——真正生态系组成及对有机物的降真正生态系组成及对有机物的降 解功能都达到了平衡状态解功能都达到了平衡状态 （（4）生物膜生长阶段）生物膜生长阶段——潜伏期、生长期潜伏期、生长期　（　（5）形成的厌氧、耗氧层）形成的厌氧、耗氧层2、净化有机物机理、净化有机物机理 （（1）生物膜表面积大，能大量吸附水中有机物）生物膜表面积大，能大量吸附水中有机物　　 （（2）有机物降解是在生物膜表层）有机物降解是在生物膜表层0.1-2mm的好氧生物的好氧生物膜内进行膜内进行 （（3）多种物质的传递过程：）多种物质的传递过程： 　　　　　　　　空气空气 流动水层流动水层附着水层附着水层生物膜生物膜微生物呼吸微生物呼吸污染物污染物由流动水层由流动水层附着水层附着水层生物膜生物膜生物降解生物降解　　　　　　　　　　　　　　　　H2O附着水层附着水层流动水层流动水层 　　　　　　CO2 、、H2S、、NH3水层水层溢入空气中溢入空气中微生物代谢产物微生物代谢产物（（2）生物膜特性）生物膜特性——高度亲水的物质，同时也是微生物高度高度亲水的物质，同时也是微生物高度 密集的物质密集的物质 （4）厌氧层与好氧层的关系 厌氧层不厚时，与好氧层平衡，稳定 厌氧层增厚时，代谢产物高于好氧层　 （5）理想生物膜法的状况——减缓老化，避免厌氧层过分生长，加快好氧层更新，不使膜集中脱落。

5.1.2 生物膜处理法的主要特征1、微生物相方面的特征 （1）微生物的多样化 生物相——生物膜上生物的种类，数量及其生活状态的概括细菌、真菌||·微型动物||滤池蝇具有抑制生物膜的过速增长的功能线虫 具有较好生物膜，促进其脱落的功能　　　　　　　　　　　　　　　 （2）生物的食物链长 　生物膜上的食物链要长于活性污泥污泥量少于活性污泥系统（3）能够存活世代时间长的微生物　　 　SRT与HRT无关（Nitrosomonas μ:0.21 d-1）(Nitrobacter, μ:1.12 d-1) （4）分段运行与优势菌种 分多段运行，每段繁衍于本段水质相适应的微生物 2、处理工艺方面的特征 （1）对水质、水量变动有较强的适应性 　　※ 一段时间中断进水，对生物膜也不会有致命影响，通水后易恢复（2）污泥沉淀性良好无机成分高，比重较大 厌氧层过厚时，水的澄清度下降（3）能够处理低浓度废水活性污泥：不适合处理低浓度的污水，若BOD长期低于 〈50-60mg/l，会影响污泥絮体的形成  生物膜：20-30mg/L时，能降解到5-10mg/l（4）易于维护运行，节能，动力费用低　　5.2 生物滤池5.2.1 概述1、以土壤自净原理为根据，在污水灌溉的实践基础上发展起来2、需要有预处理及二沉池3、早期生物滤池（普通生物滤池） 水量负荷低，（1-4m³/m².d）；BOD负荷0.1-0.4kg/m³.d4、高负荷生物滤池限制进水BOD浓度〈200mg/l）回流水水量负荷提高3.0倍至40m³/m².d;BOD负荷上升至0.5-2.5kg/m³.d5、塔式生物滤池径高比1：6～1：8，H=26米，通风良好，解决占地，水量80-200m³/m².d．BOD负荷2-3 kg/m³.d　5.2.2 普通生物滤池 1、构造（1）池体池壁有孔和无孔之分 高出滤池1.5-0.9M（2）滤料 质坚，稳定性好　适于生物膜附着 　适于污水的流动　有较高的比表面积有较大的孔隙比　 就地取材（3）布水装置首要任务——向滤池表面均匀布水布水装置 　　　　　　投配池（调节作用）优点：运行方便　　　　　　布水管道（间歇工作）缺点：需要水头较大，　　　　　　　　2m，进水流量　　　　　　喷嘴：喷水周期5-8min　固定喷嘴式高度及坡度 底部高度不少于0.6米 冲水装置于池底的距离≮0.4米不淤流速≮0.7m/s 渗水装置：与池底距离≮0.4m2、设计与计算（1）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)（2） 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3、适用范围与优缺点 （1）适用范围 水量：不高于1000m3/d的小城镇（2）优点：BOD去除率高，运行稳定，节省能源 缺点：占地面积大，易堵塞，有滤池蝇，气味问题（4）排水系统生物滤池的排水系统设于池底排除处理后的水作用；保证通风、冲洗滤料1、构造 基本与普通相同，特殊之处：是用轻质、高强、耐腐蚀的滤料，滤层高一般为2.0m多使用旋转布水器2、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200 mg/l，常用的负荷率有：BOD---容积负荷率：一般小于1200gBOD5/m³.dBOD---面积负荷率：一般取1100--2200gBOD5/m2.d水力负荷率：一般取30—50m³/m2.d① Sa和n值的计算 Sa： 稀释后进入滤池的BOD5值| Se:滤池处理后的出水(mg/l ) Sa=a×Se 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 S0-Sa n= ——— , 回流稀释倍数， S0——原污水的BOD值 Sa-Se 5.2.3 高负荷生物滤池（1）滤池池体的工艺计算与设计②②②②滤料容积，滤池面积滤料容积，滤池面积滤料容积，滤池面积滤料容积，滤池面积 计算计算计算计算n nBOD---BOD---容积负荷率计算容积负荷率计算NvNvV=Q(n+1)Sa/ V=Q(n+1)Sa/ NvNv; V V: :滤料容积滤料容积；；NvNv :BOD--BOD--容积负荷率；容积负荷率； Q:Q:原污水的日均流量原污水的日均流量m³/dm³/dA=V/DA=V/DA:A:滤池表面积；滤池表面积；D D：滤料层高度，：滤料层高度，m; m; NvNv的值的值≯ ≯1200g/m³.d1200g/m³.dn nBODBOD面积负荷率计算面积负荷率计算N NA AA=Q(n+1)Sa/NAA=Q(n+1)Sa/NAA:A:滤池表面积滤池表面积 ; N; NA A:BOD—BOD—面积负荷率，面积负荷率，N NA A的值的值1100-1100-2000g/m².d2000g/m².dV=D·AV=D·A  水力负荷率计算水力负荷率计算NqNqA=Q(n+1)/NqA=Q(n+1)/Nq NqNq 的值的值10-10-30m3/M².d 30m3/M².d V V的计算同上的计算同上( (取面积负荷进行计算，所得结果按取面积负荷进行计算，所得结果按BOD--BOD--容积负荷和水力负荷率容积负荷和水力负荷率进行校核）进行校核）(2)旋转布水器的计算与设计①确定旋转布水器直径D’ D’=D-200mm②确定旋转布水器的横管的数目及管径D”，D”=(q/4лv)1/2, q为计算流量（m³/s）③确定旋转布水器布水器横管的出水孔口数(m)及每个孔口距池中心的距离（ri） m=1/1-(1-a/D’) ,a：为最末端的两个出流孔口间的距离（约为80mm） ri=R(i/m)1/2, i：为孔口的排列顺序；R：为布水器的半径④确定旋转布水器的转数（n） n=34.78×106/m.d².D’ ⑤确定工作水头（H） 具体公式P215，自学※ H=h1+h2+h3 h1：沿程阻力，m;h2:出水孔口局部阻力， m;h3：布水横管的流速恢复水头， m。

（3）需氧量与供氧量的计算l需氧量 O2=a’·BODr+b’p（kg/m3滤料） 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）l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3、工艺特征（1）进水BOD<200mg/l（2）需要回流（当BOD>200mg/l） 回流比：R=QR/Q, QR——回流水量 QT=Q+QR(喷洒在滤池表面的总水量) Q——原污水量 F= QT/Q=1+R(循环比) Sa=(S0+RSe)/(1+R)（3）匀化水质，加大水力负荷，减轻臭味，抑制滤池蝇（4）流程系统（自学） 根据回流水的回流方式，负荷，有多种形式 5.2.4 塔式生物滤池1、构造（1）塔身：8-24m，直径1-3.5m，径高比：1：6-1：8分层建造：每层高度小于2.5mBODu与塔高之间的关系:滤塔的高度可以根据进水浓度确定（2）滤料：玻璃纸蜂窝滤料（3）布水装置：固定式与旋转式（4）通风：自然风（0.4-0.6m的空间）机械通风（上部吸风，下部鼓风）2、设计与计算按BOD---容积负荷率计算可参见P219的图5-13、5-14，根据水量（400m3); 和污水在冬季的平均温度,确定允许容积负荷率。

1）塔滤的滤料容积 V=SaQ/Na ，式中:Sa——进水 BOD5； Q——污水流量（日平均） Na——容积负荷率；v——滤料体积（2）滤塔面积 A=V/H, H——工作高度，是由进水的BOD5值确定，查表P220 A——表面面积（3）塔滤的水力负荷 q=Q/A, q—m³/m².d3、工艺特征（1）高负荷率:Na:1000—2000gBOD5/m³d, BOD5在500mg/l以下.（2）滤层内部的分层：微生物的优势菌种（3）能够抵御较高的冲击负荷（4）一般规模上不超过10000m3/d，（工业、生活污水均可）5.2.5 曝气生物滤池（Biological Aerated Filter即BAF）1、构造缓冲配水区、承托层及滤料层、出水区；滤池池体:园形、方形和矩形；承托层及滤料层：粒状滤料、软性填料等；布水系统：配水室和滤板上的配水滤头，或者采用管式大阻力配水系统 ； 配水室：缓冲配水区和滤板组成；布气系统：正常运行曝气和反冲洗时曝气；反冲洗系统：采用气水联合反冲洗；出水系统：周边出水和单侧堰出水等；管道和自控系统组成：采用PL控制系统。

20世纪80年代末在普通生物滤池基础上，借鉴给水滤池开发的污水处理新工艺2、工艺流程与原理 过滤、生物吸附与生物氧化作用净化污水，滤料表面为好氧环境，内部为缺氧、厌氧的微环境，使得硝化、反硝化作用同时进行4、影响因素（1）负荷（2）水温（3）进水SS和BOD的浓度，（4）pH值6.5—9.5 3、工艺特征（1）三相接触，有机物容积负荷高，水力停留时间短、基建投资少、O2的转移效率高，动力消耗低（2）可截留SS，脱落的生物膜，勿需沉淀池，占地少（3）滤料3-5mm，比表面积大，微生物吸着能力强（陶粒、焦炭等（4）勿需污泥回流，无污泥膨胀（5）池内生物量大，可达8000-23000mg/l（折算成MLVSS）5、工艺设计主要参数 包括：池体、供气系统、配水系统、反冲洗系统、污泥产量等（1）BOD污泥负荷：根据水质定，0.2kg-1.4kgBOD/kgvss.d BOD容积负荷：0.12—0.18kgBOD/m³滤料.d；（这么小？） 考虑氨氮硝化时小于2.0 kgBOD/m³滤料.d； 仅考虑BOD时4--6 kgBOD/m³滤料.d（2）反冲洗 8l/m2.s(水) 24h,Δh<0.6m? 18l/m2.s(气) 顺序：Δ气〉Δ气+水〉Δ水6、上向流曝气生物滤池的优势l 强制鼓风曝气，水气极好的均分，防止了气泡在滤料中的凝结；l 在整个滤池高度上提供正压条件，可以避免沟流和短流；l 空气能将污水中的固体物质带入滤床深处，延长反洗周期，减少清洗时间和水、气量。

5.3 生物转盘5.3.1 概述60年代起源于德国，我国70年代引进，能耗低，效果好的技术适用范围广（城市污水、各类工业水） 1 、生物转盘的构造盘片——接触反应槽——转轴——驱动装置4部分组成（1）盘片①形状——一般为圆形平板，近年来为提高表面积发展了正多角形，同心圆，放射形 .②直径——2-5.0m③间距——标准值30mm，（不堵塞及通风）④材质——平板（聚氯乙烯），波纹板（聚酯玻璃管）  （2）接触反应槽 ①盘片边缘与槽内面〉100mm间距，②槽的两侧进出水，锯齿形堰③槽地放空管④多极槽，格与格设导流槽（3）转轴①长度：0.5-7.0m，其直径50-80mm ②轴中心高于槽液面150mm，b/D=0.06-0.1，b为轴心与液面的距离 （4）驱动装置①驱动方式——电力，空气，水力驱动 ②转速——0.8-3.0r/min，外缘线速度15-18m/min2、生物转盘的净化机理（1）当转盘浸没水中时，有机物被生物膜吸附；（2）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；（3）圆盘的搅动也使大气中的O2进入水中（O2有两部分来源）；（4）盘上的“生物膜”，与“水”及“空气”间，交替接触，进而去除BOD、COD，也有CO、NH3等的传递。

5.3.2 生物转盘的特征1、工艺特征（1）微生物浓度高，折成MLVSS可达40000-60000mg/l，F/M：0.05-0.1系数，效率高的主要原因（2）耐冲击负荷——BOD值10000mg/l -- 10mg/l，均可适应（3）不需要曝气，污泥回流，及调节污泥量，不存在污泥膨胀，节能，易于管理（4）生物有分级，污泥龄长，食物链长（5）流态：完全混合 ---- 推流式2、需注意的问题（1）进水方式①进水方向与转盘的旋转方向一致，污水在槽中混合均匀水头损失小，但剥落的膜不易随水流出 ②进水方向和转盘的旋转方向相反，混合较差，水头损失大，但剥落膜易流出 ③进水方向与盘片垂直，平行于转轴起到一轴多极的作用，前端生物膜后，轴负荷不均匀 进水方式上无定论，主要取决于进水水质（2）转盘的负荷与供氧量①水力负荷低时，BOD去除速度与BOD浓度之间成直线 水力负荷高时，BOD去除速度与BOD浓度之间不成直线②DO供给：转速上升，DO上升，去除率上升，但动力上升，应力上升 ∴不宜采用增加转速的方式来提高DO （3）转盘分级与处理效果转盘分级——改进停留时间，防止短路，从而提高处理效果，尤其对毒性强的工业废水分级尤为重要分级过多效果增加不多，一般每池不可小于2级，但不多于4级5.3.3 生物转盘处理系统的工艺流程与组合1、需要有预处理 调节池可小点（与活性污泥相比）2、高浓度有机废水，中间设沉淀池3、转盘的布置：单轴单级，单轴多级，多轴多级4、多极布置：盘片面积不变，能提高处理水水质和DO含量l应充分掌握水质水量l合理确定构造方面的参数： 形状、直径、间距、浸没率、材质、级数、水流方向、 反应槽的形状2、盘片总面积A确定方法 以A为基础，确定盘片数，转轴长度，氧化槽V ，停留时间T 负荷率计算方法 经验图表法（前联邦德国应用） 经验公式（勃别尔计算式）（1）常用参数①容积面积比（G值）（液量面积比） G=V实际×103（l/m2）， 城市污水G值5-9之间 A 盘片厚时，应减去浸没部分容积值5.3.4 转盘的计算与设计 1、基础参数3、负荷率计算法②BOD面积负荷率NA, NA=QS0 （ gBOD5/m2.d ） S0——原污水BOD值，g/m³,mg/l A A——盘片总面积（m²） 10-20g/m².d Q——流量（m³/d） ③水力负荷率NqNq=Q/ A* 103（L/m2.d)④平均接触时间 ta=(V/Q)×24 h※也可以作为设计计算时基础数据(2) BOD---面积负荷率NA的确定 通过实验或查表（图）确定，图5—25；规范规定NA介于10—20g/m2.d(3)水利负荷率---Nq的确定查图确定，图5—26；规范规定Nq介于50—100L/m2.d(4) 计算公式与算例自学6、设计时应注意的问题（1）按照《室外排水设计规范》，GBJ14—87（1987年版）（2）一般按日平均污水量计算（3）进水BOD值按照调节沉淀后的平均值考虑（4）转盘产泥量0.5-0.61kg/kgBOD进行考虑（5）需要查表，查图中的曲线值并进行核算4、经验图表计算法（1）以污水流量、原污水BOD值计应达到的去除率为条件，利用图5-29和表5—12和5—13计算；（2）用图5-30校核，在该原水BOD的浓度下， NA是否适宜；（3）用图5—31校核，在所确定的NA条件下，处理水的BOD是否达标；（4）校核第一级的NA 值不得超过表5-14的限值5、经验公式计算法（勃别尔计算式） 国外使用广泛，自学。

5.4 生物接触氧化 5.4.1 概述生物接触氧化法——1971年开始于日本污水浸没全部滤料——淹没式生物滤池，或叫做“接触曝气法”接触氧化法——介于活性污泥与生物滤池之间的生物处理技术应用领域十分广泛，深受重视1、生物接触氧化池的构造（1）池型方形、园形，顶部稳定水层  2、接触氧化池的形式（1）按曝气位置 分流式——国外多用 直流式——国内用（2）按水流循环形式 填料内循环 填料外循环 水力特征方面：比表面积大 ①填料的要求—— 生物膜附着性方面：粗糙，容易挂膜 化学、生物稳定性好，价格低 ②填料的种类球形填料：蜂窝状，波纹状软性填料：半软性不规则填料；无烟煤等分流式中心曝气型（2）填料表面形成生物膜立体结构（3）有利于保持膜的活性，抑制厌氧膜的增殖（4）负荷高——处理时间短2、运行方面（1）耐冲击负荷——有一定的间歇运行功能（2）操作简单——勿需污泥回流，不产生污泥膨胀、滤池蝇；（3）生成污泥量少，易沉淀（4）动力消耗低3、高效的原理（1）生物活性高—污泥龄长；（2）传质条件好——微生物代谢多，“细菌表面的介质更新速度”，的影响，传质起决定作用；5.4.2 生物接触氧化法的特征1、工艺方面（1）采用多种形式填料，形成气、液、固三相共存，有利于氧的转移（4）有丝状菌存在（5）有较高的生物膜浓度（10-20g/l），而活性污泥（2-3g/l）5.4.3 生物接触氧化法的工艺流程1、一级处理流程——完全混合型流态，微生物处于对数增长期和减速增长期的前段2、二级处理流程——单级完全混合型流态、组合后为推流； 一段，F/M>2.1，对数增殖期 二段，F/M≈0.5，减速增殖期或内源呼吸期5.4.4 生物接触氧化池的计算 1、计算方法 （1）填料体积——BOD容积负荷率法（Nw） 城市污水二级处理：1.2-2.0kgBOD/m³.d(国外) 3.0-4.0 kgBOD/m³.d(国内) （3）充氧效率高——3kg O2/kw .h，比无填料高30% （2）接触时间计算方法① ds/dt=-ks t=kln(S0/Se) t：接触反应时间；k、k：比例系数；S0、Se：进、出水浓度②经验公式，k=0.33×S00.46 填料标准填充率为池容积的 75%，实际填充率为P% k=0.33×P/75×S00.46 t=0.33(P/75)×S00.46×ln((S0/Se)（3）设计时注意的问题①平均日污水量计算②每池面积不要大于25m²，至少两座，同时工作考虑③填料一般为3m；池内DO：2.5-3.5mg/l; 气水比：15-20:1，停留时间≮2h2、70年代初期来源于化工领域的一项技术3、构造——床体 载体 布水装置 脱膜装置5.5.2 工艺类型1、液流动力流化床（二相流化床）5.5 生物流化床（自学）5.5.1 概述1、提高单位容积内的生物量； 强化传质，加速有机物从污水中向微生物细胞的传递过程2、气流动力流化床（三相流化床） 3、机械搅拌流化床。