废水好氧生物处理工艺——生物膜法ppt课件.ppt

第四章 废水好氧生物处理工艺(2)生物膜法,第一节 生物膜法的基本原理第二节 生物滤池第三节 生物转盘第四节 生物接触氧化法第五节 好氧生物流化床,第一节 生物膜法的基本原理,什么是“生物膜”？什么是“生物膜法”？,什么是“生物膜”？,是 附着生长在固体状材料表面的由多种微生物形成的膜状生物聚集体；固体状材料：滤料生物滤池；填料生物接触氧化工艺；转盘生物转盘；载体生物流化床,1、生物膜的形成,前提条件：载体填料或称滤料；营养物质有机物、N、P及其它，由污水提供；接种微生物由污水自行提供，或接种；形成过程：含有营养物质和接种微生物的污水在填料表面流动，经过一定时间后，污水中的微生物会在填料表面附着增殖和生长，形成一层薄的生物膜。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。成熟所需时间：在20C下处理城市污水时，生物膜从开始形成到成熟，一般需要30天左右,2、生物膜结构示意图,滤料或填料或载体,生物膜,空气,附着水层,流动水层,生物膜的性质：高度亲水，存在着附着水层；,微生物高度密集：各种细菌以及微型动物，形成了有机污染物细菌原(后)生动物的食物链。,厌氧膜的出现：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；,成熟的生物膜由厌氧膜和好氧膜组成；好氧膜是有机物降解的主要场所，一般厚度为2mm。,3、生物膜的更新与脱落,厌氧膜的加厚：生物膜处于老化状态，净化功能变弱，易于脱落。厌氧代谢产物增多，减弱生物膜的附着能力；破坏厌氧膜与好氧膜之间的平衡；生物膜的更新：老化膜脱落，新生膜会重新生长；新生膜具有更强的净化功能。,FISH及微电极技术在生物膜研究中的应用(1),FISH及微电极技术在生物膜研究中的应用(2),微电极原理示意图,什么是“生物膜法”？,定义：以生物膜作为去除废水中的污染物主体的工艺，通称为生物膜法工艺；又称固定膜法，是与活性污泥法并列的一类废水好氧生物处理技术；起源：土壤自净过程的人工化和强化；处理对象：废水中溶解性和胶体状的有机物及氮素污染物；生活污水或城市废水；以及 个别工业废水；分类：生物滤池；生物转盘；生物接触氧化工艺；生物流化床；等,1、生物膜法的运行原则：,减缓生物膜的老化进程；控制厌氧膜的厚度；加快好氧膜的更新；控制使生物膜不集中脱落。,2、生物膜法的主要特点,（1）微生物方面的特征 1)、微生物种类多样化；2)、生物膜上微生物的食物链较长；3)、能够存活世代时间较长的微生物,微生物种类多样化,生物膜和活性污泥中微生物种类与数量的比较,微生物种属繁多、类型广泛；不用担心污泥膨胀，丝状菌可大量生长，且其对低浓度污水具有较强的处理能力；线虫、轮虫等微型动物较常见，甚至藻类与昆虫也可出现；,(2)工艺运行特征,1)、适应性强（对水质、水量等的变化）；2)、剩余污泥的沉降性能良好，易于分离；3)、能够处理低浓度污水原因？；4)、易于维护运行，运行费用少。,第二节 生物滤池工艺,一、基本概念是在污水灌溉的实践基础上发展起来的人工生物处理法；1893年，英国，1900年开始应用；普通生物滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池、曝气生物滤池等。,1、基本结构,滤料,布水器,承托层,排水系统,基本原理：废水从上向下从滤料空隙间流过，与生物膜充分接触，其中的有机污染物被微生物吸附并降解。,2、工艺流程,进水,二、生物滤池的构造,滤床：池体 滤料布水装置排水系统,二、生物滤池的构造,1、池体池体形式：方形或矩形上世纪30、40年代以前多是；多边形或圆形旋转布水器的出现；池壁形式：带有孔洞或不带孔洞 超高要求：池壁高于滤料0.5m。其它考虑：防冻、采暖、防蝇等,二、生物滤池的构造,2、滤料 滤料是生物膜赖以生长的基础，其特点有：比表面积大，有利于微生物的附着；能使废水以液膜状均匀分布于其表面；孔隙率大，使脱落的生物膜能随水流到池底，同时保证通风良好；适于生物膜形成与粘附，且应该既不被微生物分解，又不抑制微生物的生长；有较好的机械强度，不易变形和破碎。,普通生物滤池的滤料：,实心拳状滤料，如碎石、卵石、炉渣等；工作层：滤料粒径为2540mm，承托层：滤料粒径为70100mm；同层滤料尽量均匀，以保证孔隙率；滤料粒径越小，比表面积越大，处理能力可以提高；但滤料粒径过小，孔隙率降低，易堵塞；一般，滤料孔隙率为45%左右时，其比表面积约为65100m2/m3。,高负荷生物滤池的滤料：,滤料粒径较大，一般为40100mm，工作层：4070mm，承托层：70100mm，孔隙率较高，可防堵塞和提高通风能力；卵石、石英砂、花岗岩等；塑料滤料：多用聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯等制成；形状有波纹板式、斜管式和蜂窝式等。特点：质轻、强度高、耐腐蚀、比表面积和孔隙率都较大。缺点：造价较高，初期投资较大。,高负荷生物滤池的滤料：,塔式生物滤池的滤料：,多采用质轻、比表面积大和孔隙率高的人工合成滤料；比表面积为100220 m2/m3，孔隙率一般大于94%。,3、布水装置,作用是将废水均匀地布洒在滤料上；主要有两种：固定式布水装置、旋转式布水装置；普通生物滤池多采用固定式布水装置：,固定式布水装置,旋转式布水装置,4、排水系统,处于滤床的底部，作用：收集和排出出水，并保证良好的通风；由渗水顶板、集水沟和排水渠组成；渗水顶板用于支撑滤料，其排水孔的总面积应不小于滤池表面积的20%；渗水顶板下底与池底之间的净空高度一般应在0.6m以上，以利通风，一般在出水区的四周池壁均匀布置进风孔。,三、影响生物滤池功能的主要因素,1、滤床的比表面积和孔隙率2、滤床的高度3、有机负荷与水力负荷4、回流比5、供氧,1、滤床的比表面积和孔隙率,滤料表面积愈大，生物膜的表面积也愈大，生物膜的量就愈多，净化功能就愈强；孔隙率大，则滤床不易堵塞，通风效果好，可为生物膜的好氧代谢提供足够的氧；滤床的比表面积和孔隙率愈大，扩大了传质的界面，促进了水流的紊动，有利于提高净化功能。,2、滤床的高度,滤床的不同高度，生物膜量、微生物种类、去除有机物的速度等方面都是不同的；滤床上层，废水中的有机物浓度高，营养物质丰富，微生物繁殖速度快，生物膜量多且主要以细菌为主，有机污染物的去除速度高；随着滤床深度的增加，废水中的有机物量减少，生物膜量也减少，微生物从低级趋向高级，有机物去除速度降低；有机物的去除效果随滤床深度的增加而提高，但去除速率却随深度的增加而降低。,滤床高度与处理效率之间的关系,3、有机负荷与水力负荷,有机负荷 kgBOD5/m3.d；水力负荷：1）水力表面负荷 m3/m2.d，或m/d；滤速；2）水力容积负荷 m3/m3.d有机负荷高，生物膜增长快，需要较高的水力负荷，一般是通过出水回流来解决。,4、出水回流,对于高负荷生物滤池和塔式生物滤池，常采用出水回流。出水回流的优点：滤池可得到连续投配的废水，运行稳定；可冲刷去除老化生物膜，降低膜厚，并抑制滤池蝇孳生；均衡滤池负荷，提高滤池的效率；可稀释和降低有毒有害物质的浓度和进水有机物浓度。,5、供氧,一般是自然通风；影响滤池自然通风的主要因素：池内温度与气温之差；滤池高度；滤料孔隙率及风力等；滤池堵塞也会影响通风。,四、工艺类型,普通生物滤池高负荷生物滤池塔式生物滤池,1、高负荷生物滤池,1、高负荷生物滤池,（1）基本概念：以碎石为滤料时，滤层高度为2m；以塑料为滤料时，滤床高度可达4m；正常气温下，处理城市废水时，表面水力负荷为1030m3/m2.d，BOD5容积负荷不大于1.2kgBOD5/m3.d，单级滤池的BOD5的去除率一般为7585%；两级串联时，BOD5的去除率一般为9095%；进水BOD5大于200mg/l时，应采取出水回流措施；池壁四周通风口的面积不应小于滤池表面积的2%；,1、高负荷生物滤池,（2）工艺流程单级高负荷生物滤池,1、高负荷生物滤池,（2）工艺流程单级高负荷生物滤池,1、高负荷生物滤池,（2）工艺流程两级串联的高负荷生物滤池,1、高负荷生物滤池,（2）工艺流程交替运行的高负荷生物滤池,1、高负荷生物滤池,(3)出水水质与滤池高度和水力负荷的关系,式中：Ce出水BOD5浓度，mg/l；Ci进水浓度，mg/l；H滤池高度，m；q水力负荷，m3/m2.d;K常数，min1；n常数。,2、塔式生物滤池,2、塔式生物滤池,（1）基本参数：常用塑料滤料，滤池总高度为812m，甚至更高；每层滤料的厚度不应大于2.5m，径高比为1:68；容积负荷为1.03.0kgBOD5/m3.d，表面水力负荷为80200 m3/m2.d，BOD5的去除率一般为6585%；通风形式：自然通风时，塔滤通风口的面积不应小于横截面的7.510%；机械通风时，风机容量一般按气水比为100150：1来设计；,3、三种生物滤池的比较,表面负荷(m3/m2.d),0.93.7,936(包括回流),1697(不包括回流),BOD5负荷(kg/m3.d),0.110.37,0.371.0,4.8,高度(m),回流比,滤料,比表面积(m2/m3),孔隙率(%),灰蝇,生物膜脱落情况,间歇,运行要求,简单,投配时间的间歇,不超过5min,一般连续投配,连续投配,剩余污泥,黑色、高度氧化,棕色、未充分氧化,棕色、未充分氧化,出水水质,高度硝化,BOD5 20mg/l,未充分硝化,BOD5 30mg/l,未充分硝化,BOD5 30mg/l,五、生物滤池的设计计算,滤床容积布水系统 排水系统,六、生物滤池的运行与管理,1、生物滤池的挂膜阶段培养与驯化2、生物滤池的日常运行与管理 日常水质检测；能量消耗统计；机电设备养护与维修,六、生物滤池的运行与管理,3、常见问题及对策滤池积水；臭味；灰蝇；表面结冰；蜗牛、苔藓；旋转布水器；生物膜异常脱落；等。,七、生物滤池与活性污泥法的比较,项目,活性污泥法,运行费,较高,技术控制,要求较高,出水水质,悬浮物较少,硝化程度不高,第三节 生物转盘工艺,生物膜法的一种 在生物滤池的基础上发展起来的,一、基本概念,废水处于半静止状态，而微生物则在转动的盘面上；转盘40%的面积浸没在废水中，盘面低速转动；盘面上生物膜的厚度与废水浓度、性质及转速有关，一般0.10.5mm。,生物转盘的特征：,运行能耗较低；生物量多，净化率高，适应性强，出水水质较好；生物膜上生物的食物链长，污泥产量少，为活性污泥法的1/2左右；维护管理简单，功能稳定可靠，无噪音，无灰蝇；受气候影响较大，顶部需要覆盖，有时需要保暖；占地面积较大，建设投资较高。,二、生物转盘的组成,盘片接触反应槽转轴与驱动装置等。,生物转盘的构成与系统组成,转速一般为18m/min；有一轴一段、一轴多段、以及多轴多段等形式；废水的流动方式，有轴直角流与轴平行流。,1、盘片：,盘片的形状：外形：圆形、多角形及圆筒形；盘面：平板、凹凸板、波形板、蜂窝板、网状板等。盘片的厚度与材质：要求质轻、薄、强度高，耐腐蚀等；一般厚度为0.51.0cm；常用材料有聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯及玻璃钢等。转盘的直径：2.0、2.5、3.0、3.5m。盘片间距：一般为30mm，高密度型则为1015mm。,2、接触反应槽：,钢板或钢筋混凝土制成，横断面呈半圆形或梯形；槽内水位一般达到转盘直径的40%，超高为2030cm；转盘外缘与槽壁之间的间距一般为2040cm。,三、生物转盘的工艺流程与组合,1、生物转盘为主体的工艺流程 以去除BOD为主要目的的工艺流程,沉砂池,沉淀池,生物转盘,二沉池,出水,废水,1、生物转盘为主体的工艺流程,以深度处理（去除BOD、硝化、除磷、脱氮）为目的,初沉池,生物转盘(BOD去除),生物转盘(硝化),二沉池,生物转盘(缺氧脱氮),生物转盘(再曝气),终沉池,废水,出水,絮凝剂(除磷),甲醇,2、生物转盘与其它工艺的组合流程,3、其它形式的生物转盘,（1）空气驱动的生物转盘,3、其它形式的生物转盘,（2）与沉淀池合建的生物转盘,3、其它形式的生物转盘,（3）与曝气池合建的生物转盘,四、生物转盘的运行与维护管理,1、试运行2、维护管理,第四节 生物接触氧化工艺,介于活性污泥法与生物滤池之间的生物膜法处理工艺；又称为淹没式生物滤池。,一、基本原理与特点,基本工艺流程,生物接触氧化池,一、基本原理与特点,l 主要特点：污泥浓度（1020g/l）高于活性污泥法和生物滤池，可在较高容积负荷（3.06.0kgBOD5/m3.d）下运行；无需污泥回流，无污泥膨胀问题，运行管理简单；对水量水质的波动有较强的适应能力；污泥产量略低于活性污泥法。,二、生物接触氧化工艺的组成与构造,由池体、填料、布水系统和曝气系统等组成；填料高度一般为3.0m左右，填料层上部水层高约为0.5m，填料层下部布水区的高度一般为0.51.5m之间；根据曝气装置与填料的相对位置，可分：曝气装置与填料分开设置：曝气装置直接安设在填料底部：,二、生物接触氧化工艺的组成与构造,曝气装置与填料分设,填料区水流稳定，有利于生物膜生长，但冲刷力不够，生物膜不易脱落；可采用鼓风曝气或表面曝气装置；较适用于深度处理。,二、生物接触氧化工艺的组成与构造,曝气装置直接安设在填料底部,曝气装置多为鼓风曝气系统；可充分利用池容；填料间紊流激烈，生物膜更新快，活性高，不易堵塞；检修较困难。,三、生物接触氧化工艺的填料,填料是微生物的载体，其特性对接触氧化池中生物量、氧的利用率、水流条件和废水与生物膜的接触反应情况等有较大影响；分为硬性填料、软性填料、半软性填料、及球状悬浮型填料等：,生物接触氧化法中的各种填料,硬性填料,软性填料,生物接触氧化法中的各种填料,半软性填料,球状悬浮型填料,四、生物接触氧化工艺的设计与计算,1、一般原则 l有机容积负荷法；l有机负荷通过试验确定，处理城市废水时可采用1.01.8kgBOD5/m3.d；l废水在池中的水力停留时间不应小于1.0h（按填料体积计算）；l进水BOD5浓度过高时，应考虑出水回流；,2、设计计算方法,生物接触氧化池的有效容积(即填料体积)V：,式中 Q均日流量，m3/d；Si进水BOD5浓度，mg/l；Se出水浓度，mg/l；LvBOD有机容积负荷，kgBOD5/m3.d,2、设计计算方法,有效接触时间(t),l池深(H0)H0=H+h1+h2+h3 式中：H填料高度，m；h1超高，一般取0.5m；h2填料层上部水深，一般为0.40.5m；h3填料至池底的高度，在0.51.5m之间。,五、生物接触氧化池的运行与管理,l启动调试：启动调试时须培养生物膜，其方法类似活性污泥的培养，可间歇或连续进水；注意营养平衡(C、N、P)、pH值、抑制物浓度等；应对生物膜的生长情况经常观察，并及时调整运行条件。l日常运行管理：一般应控制溶解氧浓度为2.53.5mg/l；避免过大的冲击负荷；防止填料堵塞：1)加强前处理，降低进水中的悬浮固体浓度；2)增大曝气强度，以增强接触氧化池内的紊流；3)采取出水回流，以增加水流上升流速，以便冲刷生物膜。,六、生物接触氧化法的应用实例,山东蒙阴啤酒有限公司废水处理工程废水种类：啤酒废水设计水量：9000m3/d 进水水质：COD=1300mg/l，SS=200mg/l，pH=6.7，水温=34.3C 处理工艺：厌氧水解 两级接触氧化出水水质要求达到GB897888新扩改企业的一级标准，即：COD100mg/l，SS 70mg/l，BOD5 30mg/l 1997年6月签定合同，同年8月完成设计，由甲方自行组织施工，同年年底竣工，98年3月开始调试，4月底通过验收。,山东蒙阴银麦啤酒有限公司废水处理工程,工艺流程图,山东蒙阴银麦啤酒有限公司废水处理工程,山东蒙阴银麦啤酒有限公司废水处理工程,第五节 好氧生物流化床工艺,20世纪70年代；以比重大于1的细小惰性颗粒如砂、焦碳、陶粒、活性炭等为载体；反应器内的上升流速很高，可使载体处于流化状态；生物浓度很高，传质效率也很高，是一种高效好氧生物反应器。,一、载体颗粒流化原理,载体颗粒的流化，是由于上升的水流(或水流与气流)所造成的。三种状态：1)固定状态；2)流化状态；3)流失状态,二、生物流化床的工艺类型,根据供氧和脱膜方式及床体结构等的不同，可分为：两相生物流化床三相生物流化床,1、两相生物流化床,在生物流化床外设充氧设备和脱膜设备，在床体内只有液、固两相；进入反应器之前，废水中的DO可达89mg/l(以纯氧为气源时，可达3040mg/l)。,2、三相生物流化床,直接向反应器内充氧，床体内有气、固、液三相共存；气体搅动剧烈，载体颗粒之间摩擦剧烈，可使表层的生物膜自行脱落，因此一般无需体外脱膜装置。,2、三相生物流化床,2、三相生物流化床,工程实例,高效内循环流化床（4组）,高效内循环流化床（2组）,三、生物流化床的构造,反应器载体布水装置充氧装置脱膜装置,1、反应器：,一般呈圆柱状；高径比一般采用34:1；若采用内循环三相生物流化床时，升流区截面积与降流区面积之比应在1左右。,2、载体,主要性能：比重略大于1；表面比较粗糙；对微生物无毒性；不会与废水中的物质发生反应；价廉易得。常用载体有：砂粒、无烟煤、焦炭、活性炭、陶粒及聚苯乙烯颗粒；生物固体浓度与载体投加量有直接关系。,3、布水设备,对两相生物流化床，布水均匀十分关键；对三相生物流化床，由于有气体的搅拌，布水设备不十分重要。,4、脱膜装置,一般三相生物流化床不需设置专门的脱膜装置在两相生物流化床系统中常设的脱膜装置有：振动筛 叶轮脱膜装置 刷式脱膜装置,优点及问题：,1）生物浓度高(1020g/l)，容积负荷高(78kgBOD5/m3.d以上)，水力停留时间可大大缩短，基建费用较小；2）无污泥膨胀或堵塞；3）能适应不同浓度范围的废水和较大的冲击负荷；4）由于容积负荷和床体高度较大，占地面积较小；5）工程设计和实际运行有一定难度。,作业,计算题中的第3、第4题。,期中大作业题,1、以葡萄糖为碳源和能源，氨氮为氮源，计算在厌氧条件下每去除1gCOD能产生多少标准状态下的甲烷气体？会产生多少g细胞物质？如果假设在厌氧产甲烷过程中无细胞物质的合成，所有葡萄糖都被用于产生甲烷，请计算此时每去除1gCOD能产生多少标准状态下的甲烷气体？2、有一从大豆中提取蛋白后的工业废水，COD浓度为5000mg/l左右，氨氮浓度约为50mg/l，但限于测试条件，未能对原废水中的总氮浓度进行测定；处理工艺流程为“厌氧好氧”串联工艺。运行过程中发现，在厌氧工艺中，废水的COD浓度有大幅度下降，去除率高达95%，已接近排放标准（150mg/l）；但其出水进入好氧工艺后，却出现了有些“奇怪”的现象：废水COD浓度不但没有下降，反而还有上升，且在增加曝气或提高污泥浓度后，COD浓度升高的现象更严重，最高时能接近400mg/l。请根据所学知识，对上述现象进行合理分析，给出其可能的原因，并给出合适的解决策略。,