《生物膜法》课件.ppt

,生物膜法的历史及其发展生物膜法类型及技术现状微生物膜净化污水机理普通生物滤池生物转盘生物接触氧化法曝气生物滤池的特点及结构微生物膜在滤料载体表面的固定曝气生物滤池中生物滤料的选择曝气生物滤池工艺流程曝气生物滤池工艺设计曝气生物滤池设计计算例题,第5章 污水好氧生物处理生物膜法,一微生物在水中存在的状态 在水中微生物多以悬浮状态存在（例如粪水曝气现象）；在土壤中多以固着状态存在（例如青苔）。这些微生物有的是厌氧的，有的是好氧的，派生出相应的好氧工艺和厌氧工艺。,第1节 生物膜法的历史及其发展,二好氧工艺的分类 根据好氧微生物的生长状态，好氧工艺可细分为以下两部分：1.好氧悬浮生长工艺活性污泥法 2.附着生长工艺生物膜法 两种工艺微生物生存状态不同，各派生出多种不同工艺流程。,第1节 生物膜法的历史及其发展,第1节 生物膜法的历史及其发展,生物膜法是与活性污泥法平行发展起来的生物处理工艺。在生物膜法中，微生物附着在载体表面生长而形成膜状，当污水流经载体表面和生物膜接触过程中，污水中的有机污染物及植物营养元素即被微生物吸附、稳定和氧化，最终转化为无机物和微生物细胞物质，污水得到净化。在许多情况下，生物膜法较活性污泥法具有优越性，运行稳定、抗冲击负荷、更为经济节能、无污泥膨胀问题、具有较好的硝化与反硝化功能、可实现封闭运转防止臭味等。,四.生物膜法的净化过程及分类 属于生物膜法的工艺：塔式生物滤池（好氧或厌氧滤池）、生物转盘、生物接触氧化法、曝气生物滤池、生物流化床等得到了较多的研究和工程应用。,第1节 生物膜法的历史及其发展,在20世纪2030年代，国外开始建造了许多生物膜反应器系统，其主要形式就是生物滤池。其特点是生物量高和净化效果较好，但其水力负荷和有机负荷均较低、环境卫生条件也较差、处理构筑物占地面积较大且有可能被脱落的生物膜堵塞等缺点，在4050年代生物滤池有逐渐被活性污泥法取代的趋势。在此期间，作为生物滤池的填料主要是碎石、卵石、炉渣和焦碳等实心拳状的无机天然材料，一般具有比表面积小和孔隙率低等缺点。,第2节 生物膜法类型及技术现状,到了60年代，新型的有机合成材料开始大量生产，如的波纹板状、列管状和蜂窝状等有机人工合成填料，其比表面积和孔隙率大大增加，再加上环境保护对水质要求的进一步提高，生物膜反应器获得了新的发展。到了70年代，除了普通生物滤池（Trick Filters，也称为滴滤池）外，生物转盘（RBC）、淹没式生物滤池（Submerged Biofilm Reactor）和生物流化（Fluidised Bed）技术都得到了比较多的研究和应用。,第2节 生物膜法类型及技术现状,一.生物膜反应器的类型与技术现状 根据生物膜反应器附着生长载体的状态，生物膜反应器可以划分为固定床和流动床两大类。在固定床中，微生物的载体固定不动，在反应器内的相对位置基本不变；而在流动床中，附着生长载体不固定，在反应器内处于连续流动的状态。基于操作时是否有氧气的参与，分为好氧状态、或者缺氧和厌氧状态。,第2节 生物膜法类型及技术现状,生物膜反应器的类型可系统划分如下：1.生物滤池 生物滤池是生物膜反应器的最初形式，现生物滤池已由原来承受较低负荷的普通生物滤池逐步发展成为承受较高负荷的高负荷生物滤池、塔式生物滤池以及最新研制成功并投入运行的曝气生物滤池。,第2节 生物膜法类型及技术现状,2 生物转盘 生物转盘亦称旋转生物接触器（RBC），是由一系列平行的旋转圆盘、转动横轴、电机及减速装置和氧化槽等部分组成。当圆盘面积的4050%浸没于污水时，盘片上的生物膜吸附污水中的有机物，圆盘转动离开污水，生物膜上的固着水层从空气中吸收氧，被吸附的有机物在微生物酶的作用下氧化分解，从而使污水得到净化，此种操作的称之为好氧生物转盘。当圆盘面积浸没于污水中时，由于没有吸氧过程，圆盘盘片仅是微生物的附着生长载体，此种操作的称之为厌氧生物转盘。,第2节 生物膜法类型及技术现状,第2节 生物膜法类型及技术现状,3 生物接触氧化法 1971年在日本首创，在池内充填一定密度的填料，污水浸没全部填料并与填料上的生物膜广泛接触，在微生物新陈代谢功能的作用下，污水中的有机物得以去除，污水得以净化。淹没式生物滤池多在好氧状态下运行，充氧方式可以是污水预先充氧曝气再流经填料，也可以是在池内设有人工曝气装置。,第2节 生物膜法类型及技术现状,4 生物流化床 生物流化床用于污水处理领域始于70年代初期并率先在美国和日本进行广泛的研究与应用。所谓生物流化床，就是以砂和活性炭等颗粒物质为载体填充于生物反应器内，因载体表面附着生长着生物膜而使其质变轻，当污水以一定流速从下向上流动时，载体便处于流化状态。按照载体流动的动力来源的不同，生物流化床一般可分为以液流为动力的流化床和以气流为动力的三相流化床两大类。在两相流化床中，按照进入流化床的污水是否预先充氧曝气，床体可处于好氧状态和厌氧状态。,第2节 生物膜法类型及技术现状,5 复合式生物膜反应器 复合式生物膜反应器是近些年来发展较快、引起研究者极大兴趣的复合式处理工艺，这些反应器将各单一操作的优点复合在一起，使反应器的净化功能极大提高。有代表性且进行深入研究或应用的复合式生物膜反应器主要有复合式活性污泥生物膜反应器、序批式生物膜反应器、升流式厌氧污泥床厌氧生物滤池及附着生长稳定塘。,第2节 生物膜法类型及技术现状,1 生物膜中参与净化的微生物群 生物膜主要是由微生物及其胞外多聚物所组成，这些微生物种类繁多，但归纳起来主要有细菌、真菌、藻类（在有光条件下）、原生动物和后生动物等，此外还有病毒。生物膜中的生物群与活性污泥中的生物群几乎没有大的差别，只是生物膜中微生物的食物链比活性污泥的长而且复杂，所以也就是生物膜法的泥量小的原因。,第3节 微生物膜净化污水机理,第3节 微生物膜净化污水机理,表1 生物膜和活性污泥上出现的微生物在类型、种属和数量的比较,二微生物膜及其降解有机物的机理 生物膜沿水流方向的分布、生物膜上由细菌及各种微生物组成的生态系、对有机物的降解功能都达到了平衡和稳定状态。从开始到成熟，生物膜要经过潜伏和生长两个阶段。,第3节 微生物膜净化污水机理,生物膜附着在载体的表面，在污水不断流动的条件下，在其外侧总是存在着一层附着液膜（附着水层）。在生物膜的表面上和一定深度的内部生长繁殖大量的各种类型的微生物和微型动物，并形成有机污染物细菌原生动物后生动物的食物链。,第3节 微生物膜净化污水机理,在污水流过载体表面的过程中，污水中的有机污染物被生物膜中的微生物吸附，并通过氧向生物膜内部的扩散，在膜中发生生物氧化等作用，从而完成对有机污染物的分解。污染物、溶解氧及各种必须营养物首先要经过液相扩散到生物膜表面，进而到生物膜内部，只有扩散到生物膜表面或内部的污染物才能有机会被生物膜微生物所分解与转化，最终形成各种代谢产物。生物膜表层生长的是好氧和兼氧微生物，其厚度约2mm，在这里，有机污染物经微生物好氧代谢而降解，终点产物是H2O、CO2、NH3等。,第3节 微生物膜净化污水机理,第3节 微生物膜净化污水机理,由于氧在生物膜表层已耗尽，而在膜的深部由于扩散作用制约了DO的渗透往往形成厌氧区，进行的是有机物的厌氧代谢，终点产物为有机酸、乙醇、醛和H2S等。由于微生物的不断繁殖，生物膜逐渐增厚，超过一定厚度后，吸附的有机物在传递到生物膜内层的微生物以前，已被代谢掉。,第3节 微生物膜净化污水机理,当厌氧层还不够厚时，它与好氧层保持着一种平衡稳定的关系，好氧层能够保持良好的净化功能，当厌氧层逐渐加厚时，其内层微生物因得不到充分的营养而进入内源代谢，这些代谢产物向外逸出时，必然要透过好氧层，从而破坏了好氧层生态系统的稳定性，同时厌氧层气态代谢产物的不断逸出又减弱了生物膜在载体上的固着力，促进了生物膜的脱落，失去其粘附在载体上的性能，脱落下来随水流出反应器，载体表面再从新生长出新的生物膜。生物膜的周期更新，是维持生物膜净化功能的重要因素。,第3节 微生物膜净化污水机理,生物膜脱落的原因：内因：厌氧菌营养耗尽而死亡，其附着力降低，很快脱落 气态代谢产物不断逸出，破坏了好氧层生态的稳定，使二者失去了平衡，生物膜老化 气态产物的积累，将膜顶起 外因：水流的冲刷作用，加大水量，则冲刷力增大,第3节 微生物膜净化污水机理,三生物膜法的特征 1微生物相方面的特征（1）参与净化反应的微生物的多样化 在生物膜上生长繁育的生物类型丰富、种属繁多，食物链长且复杂。主要有：细菌、真菌、藻类、鞭毛虫、肉足虫、纤毛虫缘毛类、纤毛虫吸管虫类、轮虫、线虫、寡毛类、其它后生动物、昆虫类。,第3节 微生物膜净化污水机理,（2）微生物量多，处理能力大，净化功能显著提高 由于微生物附着生长并使生物膜具有较低的含水率，单位反应器内的生物量可高达活性污泥法的520倍，因而生物膜反应器具有较高的处理能力。又由于有世代时间较长的硝化菌生长繁殖，生物膜反应器不仅能够去除有机污染物，而且更具有较好的硝化功能，因而其净化功能显著提高。,第3节 微生物膜净化污水机理,（3）能够生长硝化菌 硝化菌和亚硝化菌的世代时间都比较长，其比增殖速率很小，在活性污泥法系统中，这类细胞是难以存活的，但在生物膜法中，生物膜的污泥龄与污水的停留时间无关，因此，象硝化细菌这样世代时间比较长的细胞也得以增殖。,第3节 微生物膜净化污水机理,2处理工艺方面的特征（1）对水量、水质变动有较强的适应性（2）在低水温条件下也能保持一定的净化功能（3）易于固液分离（4）能够处理低浓度污水（5）动力费用低,第3节 微生物膜净化污水机理,（6）产生的污泥量少 在生物膜中出现了比较大型的生物，因而食物链也比活性污泥的长，故剩余污泥量明显减少，特别是在生物膜较厚时，底部厌氧层的厌氧菌能够降解好氧过程合成的剩余污泥，从而使总的剩余污泥量大大减少。正是这些原因，使生物膜法产生的污泥量比活性污泥法少得多，因而可减轻污泥处理与处置的费用。一般来说，产生的污泥量较活性污泥法能够少25%30%。,第3节 微生物膜净化污水机理,（7）具有较好的硝化与脱氮功能 生物膜法的各项工艺具有良好的硝化功能，采取措施适当，还有进行脱氮的性能。（8）易于运行管理，无污泥膨胀问题 生物膜反应器具有较高的生物量，不需要污泥回流，易于维护与管理。另外，在生物膜反应器由于微生物附着生长，即使丝状菌大量生长，也不会导致污泥膨胀，相反还可利用丝状菌较强的分解氧化能力，提高处理效果。,第3节 微生物膜净化污水机理,四.微生物膜特性,在任何非均相环境中，基质的去除都是传递速率与固有的反应速率之间的相互作用的结果。固有的生物反应速率用每单位时间单位生物量所去除的基质质量来表示。固有的生物生长速率则用每单位时间现有单位生物量所产生的生物量来表示。因为可供生物膜附着和生长的表面面积通常是所模拟的反应器类型的一个物理特征量，所以反应器内的生物膜质量是生物膜厚度和密度的函数。,第3节 微生物膜净化污水机理,此外，存在于生物膜中的微生物，有可能不是都能利用进入生物膜的全部基质，也就是说如果有机物和氨氮都存在，那么异养型微生物只能氧化有机物，自养型微生物才能氧化氨氮。因此，生物膜的组成也是反应速率一个重要的决定因素。,第3节 微生物膜净化污水机理,1生物膜厚度 分析生物膜厚度要关注总厚度和活性厚度。一般生物膜总厚度介于0.074mm之间。当生物膜受机械或水动力学控制时，其膜厚一般小于0.2mm；当生物膜未受机械或水动力学控制时，其膜厚却可达到4mm。未受控制的较厚的生物膜，并不比薄的生物膜具有更大的基质去除速率，因为生物膜中的扩散阻力限制了内层的微生物直接参与基质的去除，参与基质去除的微生物膜部分称为活性层。,第3节 微生物膜净化污水机理,研究表明，在生物膜反应器内，基质的去除速率随生物膜厚度的增加而变化。当生物膜厚度为70100um以内时，基质消耗速率随生物膜厚度的增加而增加；而当生物膜厚度再增加时，基质去除速率便与膜的厚度没有明显的关系，所以基质消耗速率达到最大值的生物膜厚度被称为活性厚度，活性厚度随液相中基质浓度的增加而增加。,第3节 微生物膜净化污水机理,活性厚度是由于生物膜内传质限制的结果，只有当膜很薄、电子给体和受体的浓度很高，或传质速率相对于反应速率很大时，膜的活性厚度才会接近总厚度。但对于多数反应器来说，这种情况不存在，因而只有活性厚度与反应器的性能密切相关。,第3节 微生物膜净化污水机理,从理论上说，只要微生物的生长速率超过由于衰耗和损耗而减少的速率，生物膜的厚度就会连续增长。衰耗是指由于细菌自我氧化所造成的生物量的减少；而损耗是指由于外力如水流紊动、冲刷的作用，所造成的生物量的减少。在高紊流的条件下，损耗相对较大，所以生物膜的厚度难得超过1000，而在低紊流的条件下，生物膜生长的厚度相对较大。,第3节 微生物膜净化污水机理,另一方面，生物膜生长的厚度与基质浓度有很大关系，一般在微生物适宜生存的条件下，基质浓度越大，其微生物膜增厚也越快；反之则越慢。对于污水处理的多数生物膜来讲，连续衰耗和损耗的量一般不足以与纯增长相平衡，因而生物膜一直在增长，这就使得对生物膜的厚度分析较困难。,第3节 微生物膜净化污水机理,微生物膜，其厚度不能被有效地控制，也就是说生物膜的生长或者是正好与衰耗和损耗相平衡，或者是连续增殖生长到一定厚度脱落为止，要控制生物膜的厚度在某一数值几乎不可能。生物膜的脱落速率随界面上剪切力的增加而增加，也随生物膜质量的增加而增加。,第3节 微生物膜净化污水机理,2生物膜密度 如上所述我们知道，生物膜反应器的反应速率与生物膜的绝对数量有关，即反应速率是微生物质量的函数，而微生物质量是与生物膜表面积、厚度及生物膜密度相关。虽然通常情况我们都认为生物膜密度是恒定的，但有证据表明情况并非如此，生物膜密度与它的厚度密切相关，其研究成果可见下图：,第3节 微生物膜净化污水机理,生物膜厚度与密度的关系,活性厚度,第3节 微生物膜净化污水机理,从图中可以看出，在生物膜厚度等于活性生物膜厚度时，生物膜密度达到最大值，而随着生物膜厚度的进一步增加，其生物膜体积厚度逐渐降低并趋于稳定。生物膜厚度的改变是由于生物膜中微生物数量的不同而引起，最大密度是在好氧层中存在的微生物细胞的紧密叠集，而较低密度是由于微生物膜中厌氧区域微生物细胞的溶菌裂解造成的。,第3节 微生物膜净化污水机理,微生物膜的形成首先须在载体表面附着，然后才能在适宜的生存条件下进行新陈代谢并增殖，最后形成具有一定厚度和密度的微生物膜。因此，微生物在载体表面附着过程是生物膜形成的关键步骤，它将直接影响生物膜的生物及生理功效以及生物滤池的启动运行周期。,五.微生物膜在滤料载体表面的固定,第3节 微生物膜净化污水机理,(一)微生物膜固定的过程 微生物在载体表面附着固定过程可以看作为载体表面与微生物表面间的相互作用，大量研究表明，微生物在载体表面附着固定一方面取决于微生物表面的特性，另一方面依赖于所用载体的表面物理化学特性。从理论上来讲，微生物在载体表面附着、固定过程包括以下步骤：液相中的悬浮微生物向载体表面运送可逆附着不可逆附着固定微生物增长并形成生物膜。,第3节 微生物膜净化污水机理,1悬浮微生物向载体表面运送1）主动运送：微生物借助于水力动力学及各种扩散力向载体表面迁移；2）被动运送：它是由布朗运动、微生物自身运动、重力或沉降作用完成。,第3节 微生物膜净化污水机理,一般来说，主动运送是微生物从液相转移到载体表面的主导力量，特别是在动态环境中，它是微生物长距离移动的主导力量。另一方面，微生物个体一般都非常小，通常在1m左右，所以微生物个体可按胶体粒子处理，微生物自身的布朗运动增加了微生物与载体表面的接触机会。,第3节 微生物膜净化污水机理,2可逆附着过程 微生物被运送到载体表面后，二者间将直接发生接触，通过各种物理或化学力作用使微生物附着固定于载体表面。在微生物与载体表面接触的最初阶段，微生物与载体间首先形成的是可逆附着，也就是存在一个附着与脱析的双向动态过程，因为环境中存在的水力学力或是简单的布朗运动或是微生物自身的运动都可能使已附着在载体表面的微生物重新返回悬浮液相中去。,第3节 微生物膜净化污水机理,3不可逆附着过程不可逆附着过程通常是由于微生物分泌一些粘性代谢物质所造成的，如多聚糖等。这些体外多聚糖类物质起到了生物粘结作用，因此这阶段附着的微生物不易被中等水力剪切力所冲刷掉。在实际运行中，若能够保证微生物与载体间的接触时间充分，即微生物有时间进行生理代谢活动，那么不可逆附着固定过程就可发生。不可逆附着是形成生物膜群落的基础。,第3节 微生物膜净化污水机理,4固定微生物的增长经过不可逆附着过程后，微生物在载体表面获得一个相对稳定的生存环境，它将利用周围环境所提供的其生存所需营养物质不断进行新陈代谢，不断繁殖，逐渐形成成熟的微生物膜。,第3节 微生物膜净化污水机理,(二)影响微生物膜固定的因素 影响微生物膜在载体表面附着、生长的因素很多，包括悬浮微生物浓度、液相pH、液相离子强度、悬浮微生物的活性、载体表面结构与性质、水力剪切作用和接触时间等。,第3节 微生物膜净化污水机理,1悬浮微生物浓度悬浮微生物浓度代表了微生物与载体间的接触频度，随着其增加，微生物与载体间的接触机率也随之增高。在微生物附着固定过程中存在着一个临界悬浮微生物浓度，随着悬浮微生物浓度的增加，微生物借助浓度梯度的运送得到加强。在临界悬浮微生物浓度值之前，微生物从液相传送、扩散到载体表面是控制步骤，一旦超过此临界悬浮微生物浓度值，微生物在载体表面的附着、固定受到有效表面积的限制，不再依赖于悬浮微生物的浓度。,第3节 微生物膜净化污水机理,2液相pH微生物其等电点一般是在pH=3.5左右。当液相pH值大于微生物等电点pH值时，微生物表面由于氨基酸的电离作用而显负电性；当液相pH值小于微生物等电点pH值时，微生物表面显正电性。在非等电点pH值时，由于微生物表面存在Zeta电位，在带电的微生物周围形成稳定的双电层或溶剂化结构，阻碍了微生物与载体表面的有效接触，同时这种溶剂化结构会引起微生物与微生物之间的空间位阻，这些都不利于微生物在载体表面附着和固定。当微生物处于等电点pH环境中时，微生物表面的Zeta电位趋于零，表面溶剂化结构基本消失，这时的微生物在液相中处于一种极端稳定状态，为了减少表面自由能，微生物趋于吸附到载体表面或自由聚集，以达到新的稳定。,第3节 微生物膜净化污水机理,3悬浮微生物的活性当悬浮微生物的活性较高时，其分泌体外多聚糖的能力较强，这种粘性的体外多聚糖在微生物与载体间起到了生物粘合剂的作用，使微生物较为容易地实现在载体表面的附着、固定。微生物表面结构将随着其活性的不同而相应变化，微生物表面的化学组成如官能团的量随微生物活性的变化有显著变化，微生物表面的这些变化将直接影响微生物在载体表面的附着、固定动力学过程。,第3节 微生物膜净化污水机理,4载体表面结构与性质 载体表面的电荷性及表面粗糙度将直接影响微生物附着的动力学过程。在正常生长环境下，微生物表面带有负电荷，如设法使载体表面带有正电荷，这将使微生物在载体表面附着、固定过程更易进行。另外，载体表面的粗糙度一方面增加了微生物与载体表面的有效接触面积；另一方面由于载体表面的孔洞、裂缝等粗糙部分对已附着的微生物起到屏蔽保护作用，使它们免受水力剪切冲刷作用而脱落。,第3节 微生物膜净化污水机理,5水力剪切作用 水力剪切力的强弱决定了微生物膜反应器启动周期，弱的水力剪切力有利于微生物在载体表面的附着和固定。当水力剪切力超过某个值时，微生物基本上不能在载体表面附着、固定，此值即为临界水力剪切力。水力剪切力的强弱直接影响早期微生物膜的形成过程。当水力剪切力小于该值时，微生物在载体表面不断附着、生长繁殖；当水力剪切力大于该值时，微生物在载体表面附着力急剧减小，极易脱落。,第3节 微生物膜净化污水机理,一普通生物滤池的构造 下图为两种典型的普通生物滤池结构图，它们都是由滤床（滤料层）、布水系统、排水系统和通风（供氧）系统组成。,第4节 普通生物滤池,1滤床 滤床由滤料组成。滤料是微生物生长栖息的场所，理想的滤料应具备下述特性：能为微生物附着提供大量的表面积；使污水以液膜状态流过生物膜；有足够的空隙率，保证通风（即保证氧的供给）和使脱落的生物膜能随水流出滤池；不被微生物分解，也不抑制微生物的生长，有较好的化学稳定性；有一定的机械强度，且价格低廉。,第4节 普通生物滤池,早期滤床的滤料主要以拳状碎石为主，此外，碎钢渣、焦碳等也可作为滤料，其粒径在38mm左右，空隙率在45%50%左右，比表面积（可附着面积）在65100m2/m3之间。从理论上来讲，这类滤料粒径愈小，滤床的微生物可附着面积愈大，则生物膜的面积将愈大，滤床的工作能力也愈大。但粒径愈小，滤料间的空隙就愈小，滤床愈易被生物膜堵塞，滤床的通风也愈差，可见滤料的粒径不宜太小。,第4节 普通生物滤池,60年代中期，塑料滤料开始被广泛采用，常用的有环状塑料滤料和波纹状塑料滤料。环状塑料滤料比表面积在98340m2/m3之间，空隙率为93%95%；波纹状塑料滤料比表面积在81195m2/m3之间，空隙率为93%95%。国内目前还采用玻璃钢蜂窝状块状滤料，空心间距在20mm左右，空隙率在95%左右，比表面积在200m2/m3左右。,第4节 普通生物滤池,下图是两种常见的塑料滤料。国内目前采用的玻璃钢蜂窝状块状滤料，孔心间距在20mm左右，孔隙率95%左右，比表面积在200 m2/m3左右。,环状滤料比表面积在98-340 m2/m3之间，空隙率为93%95%,波纹板状滤料比表面积在81195 m2/m3之间，空隙率为93%一95%,滤床高度与滤料的密度有密切关系。石质拳状滤料组成的滤床高度一般在12.5m之间。一方面由于孔隙率低，滤床过高会影响通风；另一方面由于滤料太重将影响排水系统和滤池基础的结构。而塑料滤料比重很轻，每立方米仅重100kg左右，孔隙率则高达93%95%，使滤床高度不但可以提高，而且可以采用双层或多层构造。国外一般采用双层滤床，高7m左右；国内常采用多层的塔氏结构，高度常在10m以上。滤池四周一般设池壁，池壁起围护滤料、减少污水飞溅的作用。常用砖、石或混凝土块砌筑。,第4节 普通生物滤池,2布水系统 设置布水系统的目的：为了使污水能均匀地分布在整个滤床表面上。生物滤池的布水设备分为两类，即回转式布水器和固定式喷嘴布水系统。,第4节 普通生物滤池,回转式布水器 回转式布水器的中央是一根空心的立柱，底端与设在池底下面的进水管衔接。布水横管位于滤池上方，在其一侧开有喷水孔口，孔口直径1015mm，间距不等，愈距池心间距愈大，使滤池单位平面面积接受的污水量基本上相等。布水器的横管可为两根（小池）或四根（大池），对称布置。污水通过中央立柱流入布水横管，由喷水孔口分配到滤池表面。污水喷出孔口时，作用于横管的反作用力推动布水器绕立柱旋转，转动方向与孔口喷嘴方向相反，所需水头在0.6m1.5m左右，如果水头不足，可用电动机转动布水器。,第4节 普通生物滤池,固定式布水系统 由虹吸装置、馈水池、布水管道和喷嘴组成。当馈水池水位上升到某一高度时，池中积蓄的污水通过设在池内的虹吸装置，倾泻到布水管系，喷嘴开始喷水，且因水头较大，喷水直径较大。由于出流水量大于入流水量，池中水位逐渐下降，因此喷嘴的水头逐渐降低，喷水半径也随之逐渐收缩。当池中水位降落到一定程度时，空气进入虹吸装置，虹吸被破坏，喷嘴即停止喷水。由于馈水池的调节作用，固定喷水系统的喷水是间歇的。这类布水系统需要较大的水头，约在2m左右。,第4节 普通生物滤池,3排水系统 排水系统一般设于池底，一方面是收集滤床流出的污水与生物膜，另一方面保证通风供氧和支撑滤料。池底排水系统由池底、排水假底和集水沟组成。排水假底早期都采用混凝土栅板，或用金属栅板作为排水假底。假底的空隙（过水面积）所占面积不宜小于滤池平面的5%8%，与池底的距离不宜小于0.40.6m。池底除支撑滤料外，还要排泄滤后水，池底中心轴线上设有集水沟，两侧底面向集水沟倾斜，池底和集水沟的坡度约1%2%。集水沟要有充分的高度，并在任何时候不会满流，确保空气能在水面上畅通无阻，使滤池中空隙充满空气。,第4节 普通生物滤池,4通风系统 通风系统主要是供给滤池中微生物需要的氧分。通风系统主要通过排水假底下部池壁上的通风孔进入空气，并靠滤池的自然拔风作用使空气均匀通过排水假底而进入滤料层。通风系统效果的好坏受滤池高度、滤池上下部的温差而影响较大。,第4节 普通生物滤池,二普通生物滤池法的工艺流程 低负荷生物滤池又称普通生物滤池，其处理流程主要都由初沉池、生物滤池和二沉池组成。初沉池的作用：主要是去除原污水中的大块悬浮物，一方面可去除部分有机物，另一方面是防止滤池的堵塞。二沉池的作用：主要是使生物滤池流出水中的生物膜进行泥水分离。,第4节 普通生物滤池,普通生物滤池工艺的优点：处理效果好，BOD的去除率可达90%以上，出水BOD可下降到25mg/l以下，硝酸盐含量在10mg/l左右，出水水质稳定。缺点：占地面积大，易于堵塞，灰蝇很多，影响环境卫生。后来，人们通过采用新型滤料，革新流程，提出多种形式的高负荷生物滤池，使负荷率比普通生物滤池提高数倍，池子体积大大缩小。,第4节 普通生物滤池,第4节 普通生物滤池,两级回流流程,第4节 普通生物滤池,三普通生物滤池的机理1普通生物滤池的工作情况 普通生物滤池正常工作时，原污水通过布水设备连续地、均匀地喷洒到滤床表面上，污水以水滴地形成向下渗沥，或以波状薄膜的形式向下渗流。最后，污水到达排水系统，流出滤池。污水流过滤床时，有一部分污水、污染物和细菌附着在滤料表面上，微生物便在滤料表面大量繁殖，不久，形成一层充满微生物的粘膜，称为生物膜。这个起始阶段通常叫“挂膜”，是生物滤池的成熟期，只有在“挂膜”过程完成后生物滤池才能进入正常运行。,第4节 普通生物滤池,2影响普通生物滤池性能的主要因素（1）滤池高度 对于下向流生物滤池，滤床的上层和下层相比，生物膜量、微生物种类和去除有机物的速率均不相同。滤床上层，污水中有机物浓度较高，微生物繁殖速率高，种属较低级以细菌为主，生物膜量较多，有机物去除速率较高。随着滤床深度增加，微生物从低级趋向高级，种类逐渐增多，生物膜量从多到少。当滤床各层的进水水质互不相同时，各层生物膜中的微生物就不相同，处理污水（特别是含多种性质相异的有害物质的工业废水）的功能也随着不同。,第4节 普通生物滤池,（2）负荷率 生物滤池的负荷以污水流量表示时，负荷率的单位是m3（水）/m3d或m3（水）/m2d，又称为平均滤率。以有机物浓度表示时，负荷率的单位以kg（B0D5或特定物质）/m3滤料.d表示。这样，生物滤池的负荷率有三种表达方式。以流量为准的负荷率常称水力负荷率；水力负荷率采用滤率为单位时，又称为表面水力负荷率；以B0D5为准的负荷率常称有机负荷率。,第4节 普通生物滤池,普通生物滤池，滤率一般在1-2m/d左右，不超过4m/d。在此低负荷率的条件下，随着滤率的提高，污水中有机物的传质速率加快，生物膜量增多，滤床特别是它的表层很容易堵塞；但是，当滤率提高到8m/d以上时，下渗污水对生物膜的水力冲刷作用，使生物滤池堵塞现象又获改善。在高负荷条件下，随着滤率的提高，污水在生物滤池中的停留时间缩短，出水水质将相应下降。为此，可以利用污水厂出水回流（回流滤池），或提高滤床高度（塔式生物滤池）来改善进水水质，从而提高滤率和保证出水水质。,第4节 普通生物滤池,（3）回流 回流：利用污水厂的出水或生物滤池出水稀释进水的做法。回流比：回流水量与进水量之比。回流对生物滤池性能有下述影响：回流可提高生物滤池的滤率，它是使生物滤池由低负荷率演变为高负荷率的方法之一（增大滤床高度也可提高负荷率）；提高滤率有利于防止滴滤池中产生灰蝇和减少恶臭（淹没式生物滤池不存在此现象）；,第4节 普通生物滤池,当进水缺氧、腐化、缺少营养元素或含有有害物质时，回流可改善进水的腐化状况，提供营养元素和降低毒物浓度；进水的质和量有波动时，回流有调节和稳定进水的作用。回流将降低入流污水的有机物浓度，减少流动水与附着水中有机物的浓度差，因而降低传质和有机物去除速率。另一方面，回流增大流动水的紊动程度，增快传质和有机物的去除速率，当后者的影响大于前者时，回流可以改善滤池的工作。,第4节 普通生物滤池,（4）供氧 普通生物滤池中，微生物所需的氧一般直接来自于大气，并靠自然通风供给。影响生物滤池通风的主要因素:滤床自然拨风能力和风速。自然拨风的推动力是池内温度和气温之差，以及滤池的高度。温度差愈大，通风条件愈好。当水温较低，滤池内温度低于气温时（夏季），池内气流向下流动；当水温较高，池内温度高于气温时（冬季），气流向上流动。若池内外无温差时，则停止通风。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。,第4节 普通生物滤池,当入流污水有机物浓度较高时，供氧条件可能成为影响生物滤池工作的主要因素。对于普通生物滤池，当进水有机物浓度低时，氧的供给一般是充足的；而当COD400500mg/l时，生物滤池供氧严重不足，生物膜好氧层厚度变薄，厌氧层变厚。所以为保证生物滤池正常工作，有人建议滤池进水COD应小于400mg/l，当进水浓度高于此值时，必须通过回流的方法，降低滤池进水有机物浓度，以保证生物滤池供氧充足，正常运行，但由此使得生物滤池的体积和占地面积大大增加。,第4节 普通生物滤池,四其它形式的生物滤池1塔式生物滤池 它与普通生物滤池的区别：将滤料在滤池中分层叠加，所以把每层滤床作为独立单元时，可看成是多段滤床的串联。它比普通生物滤池大幅度提高了滤池的负荷率，BOD容积负荷率比普通生物滤池高68倍，水力负荷则高达10倍。当原污水中有机物浓度较大且处理后的出水水质要求较高时，塔式生物滤池一般都需要将处理水进行回流，这样可以均化与稳定进水水质，降低进入高负荷滤池的BOD值，同时加大了水力负荷，及时冲刷过厚和老化的生物膜，一方面避免堵塞，另一方面使生物膜迅速更新并经常保持较高的活性。,第4节 普通生物滤池,2 活性生物滤池 活性生物滤池：将生物滤池与活性污泥曝气池串联运行在一起形成组合的生物膜活性污泥工艺，污水与回流污泥一同进入滤池进行生物处理。活性生物滤池在进水时由于采用了较多的活性污泥回流，滤床中具有大量的活性微生物，滤池中就发生了较高的微生物的同化作用，也就是说活性生物滤池就好象高效的微生物合成器，进水中大量的有机物首先在此被活性污泥所吸附和氧化，并进行微生物的大量合成。但由于污水和活性污泥在此滤池中的停留时间较短，微生物对吸附在活性污泥上的有机物还没有完全氧化，故滤池出水尚需在后续的曝气池中进一步曝气处理以达到良好的出水水质，也正是由于活性生物滤池的这种作用，使得后续曝气池的负荷大为减轻且波动减小。,第4节 普通生物滤池,五普通生物滤池的计算 普通生物滤池处理系统的构成：初沉池、滤池本身和后续的二沉池，另外有时还有回流系统。其功能设计一般包括：滤池类型和流程选择；滤池个数和滤床尺寸的确定；初沉池、二沉池的形式、个数和工艺尺寸的确定；布水设备计算。,第4节 普通生物滤池,1 滤池类型的选择 低负荷生物滤池仅在污水量小、地区偏僻、石料不贵的场合尚有可能选用。目前，大多数工程采用高负荷生物滤池，其主要有两种类型：带回流的生物滤池和塔式生物滤池。滤池类型的选择，应通过占地面积、基建费用和运行费用的比较而定。,第4节 普通生物滤池,2流程的选择 确定流程需要解决的问题：是否设初沉池；采用几级滤池；是否采用回流，回流方式和回流比的确定。当废水含悬浮物较多时，宜设置初沉池，以避免曝气生物滤池阻塞。处理城市污水时，一般都设置初沉池。当进水有如下三种情况时，应考虑用二沉池出水进行回流：入流有机物浓度较高，可能引起供氧不足时；水量很小，无法维持水力负荷在最小经验值以下时；污水中某种污染物在高浓度时可能抑制微生物生长的情况下，应考虑回流。,第4节 普通生物滤池,第4节 普通生物滤池,表面水力负荷（作为较核）：,（2）滤床的高度确定 滤床的高度一般是根据经验确定的。例如低负荷滤池滤床高度一般在2m左右；两级回流生物滤池滤床高度一般在11.8m左右；塔式生物滤池滤床高度一般在8m以上。在滤床的总体积和高度确定之后，滤床的总面积就可以计算出。当总面积不大时，可采用单座或双座或多座滤池组合。4.回转式布水器的计算 计算的主要内容：确定布水横管数量 布水管上的孔口数和在布水横管上的位置 布水器的转速,第4节 普通生物滤池,（1）布水横管数量直径 布水横管数量决定于池子和滤率的大小，布水量大时用四根，一般用两根。如果每根布水横管的最大设计流量为qV,横管进水端流速v，布水横管直径D1，则：（m）当每座滤池处理水量为qV,横管数量为n，回流比为R时，则：式中：qV 每根布水横管的最大设计流量，m3/s；v 横管进水端流速，m/s；,第4节 普通生物滤池,R 回流比；qV 每座滤池处理水量，m3/s；n 横管数量。D1 布水横管直径，m。（2）孔口数及在布水管上的位置 假定每个出水孔口喷洒的面积基本相同，孔口数m可按下面公式计算：式中：d 孔口直径，一般为1015mm，孔口流速不小于2m/s；D2 回转布水器直径（mm），比滤池内径小200mm；,第4节 普通生物滤池,第i个孔口中心距滤池中心的距离（ri）为：式中：i 从池中心算起，任一孔口在布水横管上的排列顺序。（3）布水器的转速 布水横管的回转速度与速率、横管数量有关，见下表：滤率（m/d)转速（r/min）（4根横管）转速（r/min）（2根横管）15 1 2 20 2 3 25 2 4,第4节 普通生物滤池,也可以按下面近似公式计算：（4）其它要求布水管材质：钢管或铝管安装位置：管底离滤床表面的距离一般为150250mm，以避免风力影响布水器所需水头：0.51.0m,第4节 普通生物滤池,5.按有机物降解动力学公式进行生物滤池的设计计算 在生物滤池中，各个时刻反应的速度和该时刻水中的有机物含量成正比，具有以下关系：式中：L1 滤池进水的有机物浓度（mg/L）；L2 滤池出水的有机物浓度（mg/L）；K 有机物降解反应常数（d-1）；t 污水与滤料平均接触时间（d）。,第4节 普通生物滤池,由于污水与滤料平均接触时间与滤料厚度及滤池的水力负荷有关，并有以下公式：式中：H 滤池内滤料厚度（m）；q 滤池水力负荷，m3/m2d；c、n 与滤料及其比表面有关的函数值（常数）将该式代入上式即得：取：则：其中K值与处理水温有关，其与标态下的K(20)有如下关系：K(T)=K(20)1.035T-20,第4节 普通生物滤池,第5节 生物转盘,生物转盘是一种生物膜法处理设备，已在印染、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。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（参见下图），但构造形式与生物滤池很不相同。,一、生物转盘的构造 生物转盘的构造组成:转动轴、转盘、处理槽和驱动装置等。,第5节 生物转盘,1盘片1）材质：要求轻质高强、耐腐不变形、取材加工方便，一般采用聚氯乙烯或聚脂玻璃钢制作。=37mm（=1015）2）形状、大小：圆形、正多角形，为波纹状盘片，此时表面积可提高一倍。直径：23.6m，最大5.0m3）盘片间距：一般为30mm，多级转盘前级数为2535mm，后级数1020mm。,第5节 生物转盘,2接触反应槽 半圆形，盘片直径40%浸没于污水中，盘片边缘与槽内面间距150mm，进出水采用锯齿形溢流堰，槽底设放空管。对于多级生物转盘在级与级之间设导流槽，可以用钢筋混凝土或钢板制作。3转轴与驱动装置 1）转轴：实心钢轴或无缝钢管，长L=0.57.0m，否则易扰曲变形，发生折断或扭断，直径d=5080mm。2）驱动装置：电机减速器转动链条轴，转速0.83.0r/min，线速度1020m/min。不能过高或过低。,第5节 生物转盘,二.生物转盘的降解原理:微生物生长并形成一层生物膜附着在盘片表面，约4045的盘面(转轴以