污水好氧生物处理 -生物膜法.ppt
污水好氧生物处理 生物膜法,第四章,内 容,1 概述 2 生物滤池,自然条件下 水体自净天然水体和氧化塘;土壤净化污水灌溉好氧生物法 人工条件下 悬浮生物法活性污泥法及其变种、氧化塘、氧化沟 固着生物法生物滤池、生物转盘、接触氧化、好氧生物流化床 自然条件下 高温堆肥、厌氧塘厌氧生物法 人工条件下 悬浮生物法厌氧消化、高温堆肥、化粪池、上流式厌氧污泥床 固着生物法厌氧滤池、厌氧流化床,污水生化处理的基本类型,1 概述 生物膜法与活性污泥法均属于好氧生物处理技术。共同特点：是在有氧的条件下，利用好氧微生物来氧化分解污水中可生物降解的有机物。不同之处：微生物在处理构筑物中的生存方式有所不同。,微生物生存方式：,活性污泥法：曝气池中微生物以絮状体形式，悬浮于曝气池混合液中不断生长繁殖（悬浮生长）。生物膜法：反应器中微生物附着在载体的表面上形成一种生物膜，当废水流经其表面时，生物膜、水和空气相互接触，发生生物化学反应（附着生长）。固着于固体表面上的微生物对废水水质、水量的变化有较强的适应性；和活性污泥法相比，管理较方便；由于微生物固着于固体表面，即使增殖速度较慢的微生物也能生息，从而构成了稳定的生态系。,1 概 述,生物膜法分为以下三类：1）润壁型生物膜法废水和空气沿固定的或转动的接触介质表面的生物膜流过，如生物滤池和生物转盘等；2）浸没型生物膜法接触滤料固定在曝气池内，完全浸没在水中，采用鼓风曝气，如生物接触氧化；3）流动床型生物膜法使附着有生物膜的活性炭、砂等小粒径接触介质悬浮流动于曝气池中，如生物流化床。,2 生物滤池,生物滤池于1889年在劳伦斯实验厂首先开始研究，1910年后期在美国开始了大规模的应用，20世纪70年代逐步被好氧法代替，随着新型滤料的不断诞生，生物滤池又得到了的改进，应用范围不断扩大。,2.1.生物滤池的构造 生物滤池由滤床、布水装置和排水系统三部分组成。,池壁滤料布水系统排水系统,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：单位体积滤料的表面积要大；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；物理化学性质稳定，对微生物的增殖无危害作用不被微生物分解，也不抑制微生物生长；有一定机械强度；价格低廉。,滤 料,1、滤料特性 2、常见滤料 3、滤料的重要参数 粒径 比表面 空隙率 4、滤料的发展趋势,早期主要以拳状碎石为滤料，此外，碎钢渣、焦炭等也可作为滤料，其粒径在38cm左右，空隙率在45%一50%左右，比表面积（可附着面积）在65100 m2/m3之间。从理论上，这类滤料粒径愈小，滤床的可附着面积愈大，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，孔隙就愈小，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。经验表明在常用粒径范围内，粒径略大或略小些，对滤池的工作没有明显的影响。60年代中期塑料工业发展起来以后，塑料滤料开始被广泛采用。,(图1)和(图2)是两种常见的塑料滤料。图 2所示滤料。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%,布水设备,布水设备有固定式（图）和可动式（图）两种。固定式布水装置由虹吸装置、馈水池、布水管道和喷嘴组成，喷水是间隙的，所以布水不均匀，配水的水头要高，配水池也较高（配水面高0.92.1m），故目前应用较少。,可动式布水器组成及重要参数：水竖管和可旋转的布水横管组成，横管可以是多根，布水小孔的直径1015mm，布水横管距滤料表面的高度0.150.25m，喷水旋转所需的水头0.61.5m，布水器在水压反推动力下旋转。旋转布水器的特点：布水比较均匀，淋水周期短，水力冲刷作用强；缺点时喷水孔易堵，低温时要采用防冻措施，仅适用于圆形池。,旋转布水器,排水系统,排水系统的作用：收集滤床流出的污水与生物膜；保证通风；支撑滤料 排水系统组成：池子底面及开设于其上的沟渠。重要参数：池子底面坡度(0.010.03)；排水沟坡度0.0050.02。排水总渠坡度0.0030.005。重要提示：要保证不积淤流速(通常采用0.6ms)，排水渠穿过池壁的地方，应设排水和通风孔洞，通风面积应不小于过水断面。排水口可设于池壁的一侧或数侧，但通风口必须均匀分布于池壁的两对边或四周。,2.2 生物滤池的工艺类型及典型应用,生物滤池分为普通生物滤池、高负荷生物滤池和超负荷生物滤池（塔式生物滤池）。,普通生物滤池(低负荷滤池),1主要结构参数：（1）滤料一般为天然滤料：碎石、炉渣、卵石等（2）滤料高度1.31.8m 滤料直径 d=2570mm 承托厚度 0.2m，滤料总高1.52.0米（3）布水：采用固定式喷嘴布水系统,2工艺设计参数：水力负荷q=1 3（m3/m2d）;有机负荷Fw=0.1 0.25kgBOD/m3d;BOD去除率 8095%;出水BOD25mg/L,NO-310mg/L3.主要优缺点：优点：（1）处理效果较好（2）运行稳定，节约能源（3）操作方便，易维护管理,缺点：占地面积大，仅适合1000m3/d以下小型污水处理厂；滤料易堵塞；易产生灰蝇，卫生条件差；喷洒污水，散发臭味。,高负荷生物滤池、回流式生物滤池、塔式滤池（第二代工艺）,1.结构特征：（同普通滤池）2.结构参数：工作层高1.8m 滤料粒径40100mm 承托层0.2m 粒径70100mm 通风方式为：自然通风和机械通风。布水装置：多采用旋转布水器,3.工艺特征：有较高的水力负荷（一般为1030 m3/m2d）和有机负荷（0.8 1.2 kg BOD/m3d）,较普通生物滤池提高数倍；池子体积小，占地面积省；抑制了灰蝇生长，改善了卫生条件；BOD5去除率一般为7590%；缺点：进水BOD5应200mg/L，出水BOD530mg/L。,特点总结：1)BOD负荷高的滤池，生物膜增长快，对水力冲刷的要求也就迫切。增大水力冲刷的主要途径是加大表面负荷，其办法有二：一是增加滤料层高度，二是将处理后的废水回流到生物滤池的进水中去。所以，低负荷生物滤池的滤料层高度通常只有23m左右，而且多不采用回流措施；塔式滤池的高度达20m之多，而且常采用回流措施。2)BOD负荷高的滤池，要求通风条件好，在采用自然通风的条件下，就要求滤料的孔隙率大和阻力小。所以，低负荷滤池的滤料粒径较小(2570mm)，高负荷滤池的滤料粒径较大(40100mm)，对于塔式生物滤池，最好采用塑料滤料。,3)BOD负荷低的生物滤池的氧化分解程度就高，污泥量少而稳定，出水中有较高的溶解氧，有硝酸盐，BOD5浓度可低于20mg/L；高负荷生物滤池的氧化分解程度低，污泥量多而不稳定，出水中溶解氧低，没有或很少有硝酸盐，BOD5浓度高于30mgL，塔式生物滤池的情况可能更差些。2、组成系统 初沉池、生物滤池、二次沉淀池组合而成，其组合型式有单级运行系统、多级运行系统和交替运行系统。,生物滤池单级运行图,图(a)为单级直流系统，多用于低负荷生物滤池 图(b)、(c)、(d)均为单级回流系统，多用于高负荷生物滤池。图(b)的处理水回流至生物滤池前，用以加强表面负荷，又不加大初沉池的容积，但二次沉淀池要适当大些。图(c)是生物滤池出水直接回流到生物滤池前，可加大表面负菏，又利用生物接种，促进生物膜更新，这个系统的两个沉淀池都比较小。图(d)是不设二次沉淀池，滤池出水回流到初沉池前，加强初沉池生物絮凝作用，促进沉淀效果。,理论依据：据实验和分析多级运行系统，第一级生物滤池处理效率达70%，第二级处理效率可达20%，第三、四级的处理效率很低，在5%左右。应用：一般取两级。图(a)、(b)均为二级直流系统。二级串联工作的生物滤池的优点是：滤层深度可适当减小，通风条件好，两次洒水充氧，出水水质较好些。缺点是增加了提升泵，加大了占地面积。一般第一级生物滤池采用粒径较大的滤料，后一级采用粒径较小的滤料。图(c)和(d)是二级回流系统。,生物滤池多级运行图,二级交替运行图,二级交流运行系统的每一生物滤池可交替作为一级和二级使用，循环往复，负荷率比一般二级系统提高23倍。,思考题：如何选择滤池类型和运行系统？,工艺选择：低负荷生物滤池的体积大、占地多、滤料的需要量大、易堵塞、常出现池蝇和臭味，仅在水量小的地区选用。目前大多数采用高负荷生物滤池。塔式生物滤池多用于工业有机废水的处理。,流程的选择 在确定流程时，通常要解决的问题是：是否设初次沉淀池；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，采用拳状滤料时，需有初次沉淀池，以避免生物滤池阻塞。处理城市污水时，一般都设置初次沉淀池。下述三种情况应考虑用二次沉淀池出水回流：入流有机物浓度较高，可能引起供氧不足时；水量很小，无法维持水力负荷率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。,2.3 生物滤池的基本机理,2.3.1 生物膜的形成及特点2.3.2 生物膜中的物质迁移2.3.3 生物膜净化废水的原理,2.3.1 生物膜的形成及特点,1、生物膜定义：附着在构筑物挂膜介质上，并在其上生长和繁殖，由细胞内相外伸展的胞外多聚物使微生物细胞形成纤维状的缠结结构。,2、生物膜的形成：随着微生物的不断繁殖增长，废水中悬浮物和微生物的不断沉积，生物膜的厚度不断增加，使生物膜的结构发生变化。膜的表面和废水接触，吸取营养和溶解氧容易，微生物生长繁殖迅速，形成了由好氧和兼性微生物组成的好氧层（12mm）。,在其内部和介质接触的部分，营养和溶解氧的供应条件差，微生物生长繁殖受到限制，好氧微生物难以生活，兼性微生物转化为厌氧代谢方式，某些厌氧微生物恢复了活性，从而形成了由厌氧微生物和兼性微生物组成的厌氧层。厌氧层是在生物膜达到一定厚度时才出现的，随着生物膜的增厚和外伸，厌氧层也随着变厚。,3、各膜层在不同类型的系统中的分布：低负荷的净化系统，由于有机物氧化分解比较完全，生物膜的增长速度较慢，好氧层和厌氧层的界限并不明显。高负荷的净化系统，生物膜增长迅速，好氧层和厌氧层的分解比较明显。4、处理过程：生物膜总是不断地增长、更新、脱落的。,5、生物膜脱落原因：水力冲刷、由于膜增厚造成重量的增大、原生动物的松动、厌氧层和介质的粘结力较弱等。其中以水力冲刷最为重要。6、技术处理：从处理要求看，生物膜的更新脱落是完全必要的。生物膜是生物处理的基础，必须保持足够的数量。一般认为，生物膜厚度介于23mm时较为理想。生物膜太厚，会影响通风，甚至造成堵塞。厌氧层一旦产生，会使处理水质下降，而且厌氧代谢产物会恶化环境卫生。,2.3.2 生物膜中的物质迁移,处理过程中的物质转移：进入池内的废水沿膜面流动时，由于浓度差的作用，有机物会从废水中转移到附着水层中去，进而被生物膜所吸附。空气中的氧废水生物膜。微生物对有机物进行氧化分解和同化合成，产生的二氧化碳和其它代谢产物一部分溶入附着水层，一部分吸附到空气中去，如此循环往复，使废水中的有机物不断减少，从而得到净化。,在向生物膜细菌供氧的过程中，由于存在着气液膜阻抗，因而速度甚慢。所以，随着生物膜的厚度的增大，废水中的氧将迅速地被表层的生物膜所耗尽，致使其深层因氧不足而发生厌氧分解。异常情况：若供氧不足，厌氧菌将起主导作用，不仅丧失好氧生物分解的功能，而且将使生物膜发生非正常的脱落。,2.3.3 生物膜净化废水的原理,生物膜呈蓬松的絮状结构，微孔多表面积大，具有很强的吸附能力。生物膜微生物以及吸附和沉积于膜上的有机物为营养料。增殖的生物膜脱落后进入废水，在二次沉淀池中被截留下来，成为污泥。,如果有机物负荷比较高，生物膜对吸附的有机物来不及氧化分解时，能形成不稳定的污泥，这类污泥需要进行再处理，其处理水的NO3-可在2mg/L左右，BOD5去除率为6090%。若负荷低，废水经过处理后，BOD5可以降到25mg/L以下，硝酸盐（NO3-）含量在10mg/L以上。,生物膜净化污水示意图,生物膜的生物组成：细菌、真菌、藻类、原生动物、后生动物以及一些肉眼可见的蠕虫、昆虫的幼虫组成。,2.4 生物滤池的影响因素,生物滤池中有机物的降解过程复杂，同时发生着有机物在污水和生物膜中的传质过程；有机物的好氧和厌氧代谢；氧在污水和生物膜中的传质过程和生物膜的生长和脱落等过程。这些过程的发生和发展决定了生物滤池净化污水的性能。影响这些过程的主要因素如下:滤池高度（见书P103）负荷率（见书P104）回流 供氧（见书P107）,
