14污水生物处理（二）—生物膜法 一，教学内容及学时分配(6学时) 14.1生物膜法的反应机理(2学时) 14.2生物滤池143生物转盘14.4生物接触氧化(4学时) 二，教学目的及要求 掌握生物膜法的基本原理与基本概念，熟悉生物滤池，高负荷生物滤池，生物转盘、 生物接触氧化池及生物流化床等生物膜法工艺的工作原理、功能、结构特点、应用条件、 设计计算。 14.1概述 迄今为止，生物处理法仍然是去除污水中有机污染物质最为经济和常用的方法。按 微生物在废水中生长的方式不同，废水生物处理可分为悬浮生长法（活性污泥法）和附 着生长法（生物膜法）两种。前者的微生物悬浮在水中，形成活性污泥的絮状体。后者 的微生物固定在某种介质或滤料的表面上，形成生物膜，生物膜法是与活性污泥法并列 的一种污泥好氧生物处理技术。 ●生物草 自微生物附着在滤料或某种载休上生长繁殖，而形成的膜状生物污泥。 ·生物膜构成： 百由菌胶团、真菌、原生动物、藻类等组成系统。 ·工艺种类： 自生物滤池：普通生物滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池 自生物转盘 生物接触氧化设备（近20~30年发展起来）》 自生物流化床 14.1.1生物膜的构造及净化原理 14.1.1.1净化机理 ①挂膜：污水与滤料接触一定时间形成生物膜 当含有机物的污水通过不断与滤料和其它载体接触，在介质的表面上会逐渐生长出 各种微生物，当微生物的量积案到一定程度，形成了生物膜，具有吸附和降解水中有机 物的作用，这时开始显示出稳定的污水净化效果。这个过程为生物膜法污水处理的启动 阶段，或称挂膜。根据不同的生物膜法工艺、污水性质和水温，挂膜阶段约需15-30天。 1
②生物膜发挥净化功能 生物膜法净化污水的原理可用图(3-1)来说明。生物膜的表面上吸附着一层很薄 的水膜，相对于外侧运动着的水流，水膜是静止的。水流中的有机物可被生物膜氧化 由于水膜中有机物浓度比流动水层中的低，于是流动水层中的有机物可通过水流的茶动 和浓差扩散作用进入水膜中，并进一步扩散到生物膜中去，不断被生物膜吸附、吸收和 隆解。同对，空气中的氧不断溶入水中，诵过流动水层和水膜讲入牛物膜，被激牛物用 来氧化有机物和本身的新陈代谢。微生物在分解有机物的过程中，本身不断增殖，使生 物膜不断变厚，传递进来的氧很快被表层微生物消耗掉，生物膜的内层得不到氧的供应。 使厌氧微生物在生物膜的内侧大量滋长，形成厌氧层，而有机物的分解主要依能好氧层 的作用。微生物的代谢产物如水、二氧化碳、氨以及其它无机盐则沿相反方向，从生物 膜经过水膜进入流动水层或空气中。当生物膜的厚度不大时，好氧层与厌氧层之间可以 维持平衡关系，厌氧层产生的代谢产物如有机酸、醇类、硫化氢等在透过好氧层时，可 被进一步降解除去，取得满意的出水水质。 生物膜是多种微生物组成的一个生态系统→污水水中吸取有机污染物作为营养源 ·在代谢过程中获得能量，并形成新的微生物机体。 ③生物膜老化： 但当厌氧层逐渐加厚，厌氧层的代谢产物增多，特别是气态产物不断逸出，削弱了 生物膜的固着力，这时的生物膜称为老化了的生物膜，很容易从介质上脱落下来。同时， 在原来的位置上又生长出新的生物膜 14.1.1.2生物膜的构造 ①附者水层：因为生物膜是高度亲水物质，当 水不断流过其表面形成附者水层 ②好氧膜：几十一几百微米，在生物膜表血和 定深度处构成：存在大量微生物和微型动物：形 成食物链：有机物一→细菌一→原生动物一后生动物 昆虫 ③厌氧膜：当好氧层中微生物不断增殖，好氧 层变厚，O2不能透入，即形成厌氧层 因滤料上的生物膜构过 14.1.2处理流程 ①初沉池：去除可沉降性悬浮物，以免堵塞填料，必须设 ②生物膜反应器：净化水与脱落生物膜一起进入二沉池 ③二沉池：固液分离，截留生物膜 ④回流：普通滤池，不需回流：高负荷及塔式滤池需回流，增大水力负荷
14.1.3生物膜处理法的主要特征 14.1.3.1微生物相方面特征 ①参与净化反应微生物多样化 ·微生物生长栖息、繁衍环境安静、稳定，宜于生长繁殖（不象活性法邦样需要 承受强烈的搅拌冲击) ●生物膜固者在滤料或填料表面，使生物固体平均停留时间日较长，故生物膜中 存在生长世代时间较长，比增殖速率小的微生物如硝化菌 ● 生物膜中还可能大量出现丝状菌，而无污泥膨胀之忧 ●在日光照射到的部位能够出现藻类 ·在滤池上，能够出现苍蝇（滤池蝇）→昆虫 ②食物链长 ·在生物膜中能够栖息高次营养水平的生物，在生物膜上生长繁殖的生物中，动 物性营养一类者所占比例较大，微型动物存活率较高 有机物一细菌一原生动物（纤毛虫）一后生动物（轮虫类、成虫类）一微型动 物（滤池蝇） 所以，生物膜法系统，污泥产量低，剩余污泥量比活性污泥法少14 ③能够存活世代时间较长的微生物 ·在生物膜法中，生物污泥的生物固体停留时间与停留时间无关。因此，硝化菌、 反硝化菌得以繁衍、增殖 生物膜法各项处理工艺都具有一定的硝化功能。当负荷低时，出水水质可高度 硝化，运行简易 ·采用适当运行方式，还可能具有反硝脱氮的功能 ④分段运行与占优种属 生物膜法多分段进行，正常条件下，每段都繁衍与进入本段污水水质相适应的微生 物，并形成占优种属，这非常有利于微生物新陈代谢功能的充分发挥和有机污染物的降 解。 ⑤微生物分层占优 废水自上而下流过滤料，由于不同层微生物膜接触废水不同。 ·上层：细菌为主 ·中、下层：细菌逐浙减少，原生动物、微型动物逐渐增多 14.1.32处理工艺方面特征
①对水质、水量变动有较强的适应性 对流入水质、水量的变化有较强的适应性，即间或有一段时间中断进水，对净化功 能不会致命彪响，通水恢复快。 ②污泥沉降性能良好，宜于固液分离 脱落生物膜，该生物污泥含动物成份较多，比重较大，颗粒大，沉降性能好。但如 厌氧层过厚，脱落后一形成大量非活性的细小悬浮物分散水中→处理水澄清度降低。 ③能够处理低浓度的污水 生物膜法对低浓度水，也能够取得较好效果，可使原污水BOD5=20~30mg/L一 B0D.=5~10mg/L (活性污泥不适应低浓度，如长期BOD<50~60mgL,将影响絮体形成增长，净化 功能降低，出水水质变差) ④易于维护运行、节能 生物滤池、转盘都是节省能耗的，自然通风供氧，运行费用低 14.1.4生物膜法与活性污泥法比较 生物膜法 活性污泥法 项目 优点 缺占 优点 缺与 基建费 低 较低 运行费 气候影响 在市季和冬季工在干早夏季运行 在夏天工作正常 在冬天水易结冰 作正常 较难 技术控制 较易控制 需大量工作 权过于浓度大和 废水性质 难处理的工业 对浓度高的工业 废水影明敏感 灰蝇和臭味 蝇多、味大（高 无蝇无味 速滤池） 最后出水 低，可高度 硝 悬浮物多 悬浮物少 个能达高度 硝 二次污泥量 小 大 合成洗涤剂影响 泡沫很少 泡沫多，特别是 放风机
14.2生物滤池 14.2.1概述 生物滤池是以土壤自净原理为基础，在污水灌减的实践基础上，经较原始的间歇砂 滤池和接触滤池而发展起来的人工生物处理技术，已有百余年的发展史。 1893年，英围试验将污水在阳虑料上以滴状喷西讲行净化试验，取得较好效果，1990 年命名为生物过滤法，处理构筑物称生物滤池。世界上第一座人工生物膜污水处理装置 就是生物滤池，是在二十世纪初首先在芙国得到实际应用，比活性污泥法的出现要早约 20年。早先的装置是将污水喷淋在由石子等粒状材料堆积起来的滤料上，依靠滤料层中 生长的生物膜来净化污水，以自然通风供给生物化学反应所需的氧，采用很低的有机负 荷，可获得很好的出水水质，这种装置后来被称为普通生物滤池或低负荷生物滤池，很 快在欧洲和北美得到了应用。普通生物滤池虽然具有出水水质好、管理简单、运行费用 低等的优点，但由于负荷太低，需要的占地面积很大，还有池蝇孳生，卫生条件差等的 缺点。后来对普酒生物被池的虑料层投计加以收讲，提高了有机负荷，并采用部分出水 回流，以所止虑料层的堵塞，使生物滤池的占地面积大大宿小，这种生物滤池称为高负 荷生物滤池，在过去的一段时间中，曾在世界上得到过广泛的使用。 从五十年代中开始，出现了人工制造的塑料滤料，这种滤料具有重量轻，比表面积 和空隙率大等的优点，可提高生物滤池的处理效率，并使加高生物滤池滤料层的高度和 改善通风条件有了可能，从而进一步提高了生物滤池的负荷，减小占地面积。使用塑料 滤料的生物滤池一般都很高，称为塔式生物滤池。但无论是高负荷生物滤池或塔式生物 滤池，出水水质都较差，不如活性污泥法的出水水质。在进入七十年代以后，水污染已 成为一个世界范围内的严重问题。为了控制水亏染，保护水资源，各围政府纷纷制订了 更为严格的污水排放标准，与此同时，活性污泥法和其它生物膜法的污水处理技术同样 在不断发展之中，出现了不少的新工艺技术，上述的两种生物滤池的使用趋于日渐减少 几乎与生物滤池研究发展的同时，其它的一些生物膜法污水处理工艺，诸如生物转 盘、接触氧化、流化床等技术的研究工作都在进行着。 ①种类： ·普通生物滤池：（滴滤池，第一代滤池） ·高负荷生物滤池（塑料工业发展，促进了该滤池发展） ·塔式生物滤池(50年代，德国按化学工业中填料塔方式开发)》 注：均为非浸没状态，便于自然通风 ②生物滤池发展经历了几个阶段，从低负荷到高负荷：突破了传统采用的滤料层高 度：扩大了应用范围
14.2.2普通生物滤池构造 1.普通生物滤池的构造 组成：池体、滤床、布水装置、排水系统 ①池体 。滤床池体形状：方、矩（固定布水）、园形（旋转布水） ●池壁形式： 自带孔：有利于滤料内部通风，冬季易受低温彭响： 目不带孔：保温（冬季）： ·池壁高度应高出滤料本0.5m,一般0.5~0.9，以防止风力对池表血均匀布水的 影响： ·作用：池壁具有围护滤料的作用 ②滤料 。要求： 目具较大表面积（栖息微生物）d!一A↑，但d不能太小，易堵： 自足够大孔隙率，流动水流，通风供氧： 自适于微生物形成及粘附（不抑制微生物）： 目有较强的机械强度，不变形、破碎。 ●滤料组成： 自工作层1.3~1.8md25~40mm(普通)d40~100mm(高负荷) 自承托层0.2md70~100mm 自材料：石料、塑料。普通滤池多用实心滤料，如碎石、卵石、炉渣、焦炭 等 ③布水装置 ·作用：均匀布水 ●固定喷嘴式布水系统：投配池+配水管网+喷嘴 优点：运行方便，易于管理和气候影响小 缺点：需要的水头较大(20m),固定式布水系统：适于普通生物滤池，30~ 40代旋转式出现后，已海汰： ●旋转式：竖管+可转动布水横管组成，优点：布水需水头小，0.25~0.8m ④排水系统 ●作用： 自收集、排除处理后的废水 目保证滤床通风 6
口顶板至池底净空高+0.6m,以利通风 口出水区四也壁均匀布置进风孔 ·组成：渗水顶板+集水沟+排水渠 ●开孔比：20%以利于通风 2.普通生物滤池的设计与计算 滤料选择： 滤料容积：一般按负荷率进行计算，BOD容积负荷率：水力负荷率： 布水系统：参阅《给水排水设计手册》第5册《城市排水》二级处理生物膜法有关 章节。 ●工作层填料的粒径：2540mm,厚度1.3~1.8m ●承托层填料的粒径：70~100mm,厚度0.2m ·处理城市废水： 自表面水力负荷：1~4m3/md B0D5容积负荷：0.15~0.3kgm3d n85~95% ·滤池四周通风口面积*池表面积的1% 滤池座数木2 3.普通生物滤池的适用范围和优缺点 ●适用范围：不高于1000m3/d ●优缺点 优：a、处理效果好，BOD去除率95%以上。运行稳定，易于管理，节能： 缺：a占地面积大：b、滤料易堵塞：c、产生滤池蝇，恶化环境卫生；d、喷 洒污水，散发臭味。 14.2.3高负荷普通生物滤池 1.高负荷生物滤池特征 ①构造特征 构造上于普通滤池基本相同，不同之处在于：、池体多为圆形，滤料粒径大，为 40-100mm,层高2-4m,分工作层和承托层，多采用人工滤料，重43g/m滤料，表面积 150m,空隙率95%，b布水装置为旋转布水器。 ②工艺特征 大幅提高滤池负荷率 采取限制进水BOD浓度，处理水回流的措施，回流比为回流水量与进水量之比 7
R-2x 回流后滤池进水BOD浓度计算： S,=So+RS 1+R ③回流的优点： 1. 不论原废水的流量如何波动，滤池都可得到连续投配的废水，因而其工作稳 定，均化稳定进水水质： ⅱ.可以使进水保持新鲜而减少臭味 加大水力负荷，及时地冲制过厚和老化的生物膜，加速生物更新，抑制厌氧 层发育，使生物膜经常保持活性 iv. 抑制滤池蝇的过度滋长 当原废水缺少营养元素或含有有毒物质时，回流可补充营养物质稀释和降低 有毒有物质的浓度，缓解其有害程度 2高负荷滤池的流程系统 ①流程选择应确定的几个问题 ·是否设二沉池 ·采用几级滤池 ·是否回流？回流方式与回流比 应回流情况： a.入流有机物浓度高时，易造成供氧不足， BOD5进90%,适于： ·当原污水浓度较高 ·对处理水质要求较高 ·有时据地方条件不允许提高滤池高度时
0o⊙子m ☐一①-7-O-口 口一一杯*江滨流○—生餐理型商 一 9o ☐一二衣机淀他 二段（级）高负荷生物迪池系统 ④交替配水二段生物滤池系统 ①产生原因： 二段滤池中，由于第一段负荷较高，微生物生长快，易堵塞，第二段负荷较低， 不能充分发挥净化功能 ②特点：该系统水流方向可以互换 ·优点：该系统能有效提高处理效果，减少堵塞现象 ·缺点：泵站增加建设成本，增大占地面积，由于阀门切换，管理不变 初次淀 A水 交皆配水二设生物被池系统 3高负荷滤池的布水装置一旋转布水器 旋转布水器所需水头小，一般介于0.25~0.8之间，也可以使用电力驱动。 一般规定 ①旋转布水器按最大设计废水量计算，Qmx=(1+R)Q ②布水横管2~4根，采用塑料管也可采用钢管 ③布水器直径d比池内径小100~200mm ④布水小孔直径d取10~15mm,孔间距池中心处大，向池边逐步减小，从300mm 9
开始逐小至40mm以均匀布水 ⑤布水横管高出滤料层0.15~0.25m 4.高负荷滤池的需氧与供氧 生物滤池的需氧量 O2=aBOD,十bP(kgm滤料) d 一每kgB0D5完全降介所需的氧量，城市污水a=1.45 kgO2/kgBOD: BODr—生物滤池去除的BOD值 b'一单位重量活性生物膜的需氧量（自身氧化)，b'=0.18 kgO/kg P一每m滤料上覆盖着的活性生物膜量(kgm滤料 P值计算： 实测：沿池深上→下分别测生物膜厚度→取平均值→作参数 如：粒状滤料中5cm计，球形率中=0.78，表面积80m2/m3降料，生物膜上层2mm 厚，含水率98%，生物膜量（上层）=3.2kg/m3滤料，而下层测得膜厚0.5mm,生物膜量（下 层)0.8kgm3滤料 塑料滤料：据厂家提供表面积mm3滤料，生物膜覆盖厚度等计算 生物滤池的供氧量 y=0.075*AT-0.15 5.高负荷滤池的工艺计算与设计 高负荷生物滤池设计数据 ●当以碎石为滤料（卵石、石英石、花岗石）： 自滤料层：d-40~70mm,n+1.8m 自承托层d=70~100mm,h-0.2m ●当塑料滤料时，H花=4m ·正常气温下： 自城市污水：表面水力负荷宜：10~30mm2d 目B0D5容积负荷：+1.2kg/md,B0D5面积负荷1.1~1.2kgB0Dsm2,d 自单级7B0D5=75一85%，两级串联：7B0D5=90~95% 注：采用的负荷率与设计处理效率相应。 ·工业废水设计参数由试验定 ●BOD5连*+200mgL,否则应采取回流措施 ·池壁四周的通风的面积，本滤池表面积的2% 滤池座数本2