生物膜法水处理设备.ppt

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1、第六章水的生化处理设备的选用与维护第二节 污水的好氧生物处理 生物膜法,学习要求1、了解生物膜法的机理，处理工艺特征。2、掌握各种生物膜法处理设备的结构、特点，处理工艺流程。,学习内容,1、生物膜法概述2、生物滤池3、生物转盘4、生物接触氧化5、生物流化床,一、生物膜法概述,生物膜法和活性污泥法一样，都是利用微生物来去除废水中有机物的方法，两者是平行发展起来的污水好氧处理工艺。,生物膜法是土壤自净的人工强化。最早人们利用污水浇灌农田，发现了土壤渗滤作用对污水中有机物有净化作用。活性污泥法是水体自净的人工强化。,1、生物膜的形成及其净化过程,生物膜法处理污水就是使污水与生物膜接触，进行固、液相的

2、物质交换，利用膜内微生物对有机物进行降解，使污水得到净化，同时生物膜内的微生物不断生长与繁殖。因此，生物膜废水处理技术的关键是形成性能良好的生物膜，而生物膜的形成及其生长是实现废水有效处理的前提。,液相中悬浮微生物,微生物向载体表面运送,固定微生物增长、形成生物膜,不可逆附着,可逆附着,生物膜的再生,厌氧膜的加厚：厌氧的代谢产物增多，导致厌氧膜与好氧膜之间的平衡被破坏；气态不断逸出，减弱了生物膜在填料上的附着能力；成为老化生物膜，其净化功能较差，且易于脱落。生物膜的更新：老化膜脱落，新生生物膜又会生长起来；新生生物膜的净化功能较强。产物的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

3、度；加快好氧膜的更新；尽量控制使生物膜不集中脱落。,生物膜成熟的标志,生物膜沿水流方向分布，在其上由细菌及各种微生物组成的生态系统及其对有机物的降解功能都达到了平衡和稳定的状态。从开始形成到成熟，生物膜要经历潜伏和生长两个阶段，一般的城市污水，在20左右的条件下大致需要30d的时间。,2、生物膜的载体,为生物膜提供附着生长固定表面的材料称为填料（或载体），在生物膜法的发展和性能特征方面填料有着重要的影响。,生产中最早采用的生物膜法构筑物是以碎石为填料的滴滤池。碎石能够为微生物附着生长的表面积小，因而滴滤池的负荷不可能很大，使其占地面积较大，加之废水以喷洒方式在滴滤池表面布水，卫生状况也不好。所

4、以生物膜法一直未被重视。,废水生物处理中所使用的载体材料有无机和有机两大类,选择生物膜载体的基本原则,足够的机械强度，以抵抗强烈的水流剪切力的作用；优良的稳定性，主要包括生物稳定性、化学稳定性和热力学稳定性；亲疏水性及良好的表面带电特性，通常废水pH在7左右时，微生物表面带负电荷，而载体为带正电荷的材料时，有利于生物体与载体之间的结合程度；无毒性或抑制性；优越的物理性状，如载体的形态、相对密度、孔隙率和比表面积等；就地取材、价格合理。,Biofilm on rough surface,Biofilm on smooth surface,球形填料,弹性填料,组合填料,蜂窝填料,3、生物膜法的特征

5、,微生物相方面的特征,、生物膜中微生物的多样化,(2)、生物的食物链长污泥产量低，是生物膜法各种工艺的共同特征。,生物膜和活性污泥上出现的微生物在类型、种属和数量上的比较,微生物相方面的特征,(3)、能够繁殖世代时间较长的微生物,处理工艺方面的特征,处理工艺方面的特征,生物膜反应器由于具有较高的生物量，一般不需要污泥回流，因而不需要经常调整反应器内污泥量和剩余污泥排放量，易于运行、维护与管理。另外，在活性污泥法中，因污泥膨胀问题而导致的固液分离困难和处理效果降低一直困扰着操作管理者，而生物膜反应器由于微生物附着生长，即使丝状菌大量繁殖，也不会导致污泥膨胀，相反还可以利用丝状菌较强的分解氧化能力

6、，提高处理效果。,（5）、易于运行管理、节能，无污泥膨胀问题,处理工艺方面的特征,生物膜法的不足,（1）、需要较多的填料和支撑结构，在不少情况下基建投资超过活性污泥法；（2）、出水常常携带较大的脱落的生物膜片，大量非活性细小悬浮物分散在水中使处理水的澄清度降低；（3）、活性生物量较难控制，在运行方面灵活性差；（4）、载体材料的比表面积小，BOD容积负荷有限；（5）、采用自然通风供氧，在生物膜内层往往形成厌氧层，从而缩小了具有净化功能的有效容积。,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

7、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流化床。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。,主要的生物膜法,二、生物滤池,1、概述 生物滤池是以土壤自净为依据，在污水灌溉的实践基础上，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。需要有预处理及二沉池类型 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,2、普通生物滤池（滴滤池）,工艺流程,生物滤池的基本原理工艺,与活性污泥工艺的流程不同的是，在生物滤池中常采用出水回流，而基本不会采用污泥回流，因此从二沉池排出的污泥全部作为剩余污泥进入污泥处理流程

8、进行进一步的处理。,生物滤池的工作原理 含有污染物的废水从上而下从长有丰富生物膜的滤料的空隙间流过，与生物膜中的微生物充分接触，其中的有机污染物被微生物吸附并进一步降解，使得废水得以净化；主要的净化功能是依靠滤料表面的生物膜对废水中有机物的吸附氧化作用。,生物滤池的基本原理工艺,（1）、构造 由池体、滤料、布水装置和排水系统等四部分组成。,1)池体 2)滤料质坚 高比表面积大孔隙率就地取材,普通生物滤池的滤料：一般为实心拳状滤料，如碎石、卵石、炉渣等；工作层的滤料的粒径为2540mm，承托层滤料的粒径为70100mm；同一层滤料要尽量均匀，以提高孔隙率；滤料的粒径愈小，比表面积就愈大，处理能力

9、可以提高；但粒径过小，孔隙率降低，则滤料层易被生物膜堵塞；一般当滤料的孔隙率在45%左右时，滤料的比表面积约为65100m2/m3。,通过投配池、布水管道和喷嘴，向滤池进行脉冲间歇布水。,3)布水装置目的：将废水均匀地喷洒在滤料上，同时要适应水量变化，不易堵塞和易于清洗等。普通生物滤池多采用固定喷嘴式布水装置系统。,4)排水系统 排水系统设于池的底部，一般由渗水装置、汇水沟和总排水沟组成。作用：排除处理后的污水；保证滤池良好的通风。,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。,（2）、普通生物滤池的适用范围 适用于处理每日污水量

10、不高于1000m3的小城镇污水或有机性工业废水。（3）、普通生物滤池的优缺点优点：处理效果好，BOD5的去除率可达95%上；运行稳定、易于管理、节省能源。缺点：占地面积大、不适于处理量大的污水；滤料易于堵塞；产生滤池蝇，恶化环境卫生；喷嘴喷洒污水，散发臭味。,3、高负荷生物滤池,（1）、高负荷生物滤池特征 限制进水BOD5值以及采用处理水回流。设计负荷：BOD5容积负荷率高于普通生物滤池68倍；水力负荷率则高达10倍。,（2）、高负荷生物滤池的流程系统 一般为单级系统，根据处理水质要求，可以将滤池设计成多段串联或交替配水的多段系统。,（3）、高负荷生物滤池的构造特点,1)高负荷生物滤池通常是圆

11、形,2)、高负荷生物滤池采用旋转布水装置 优点:布水均匀;所需水头较小、易于管理。缺点:须将滤池建成圆形，占地面积较大。,（4）、高负荷生物滤池的工艺特点优点：1)、负荷高，水力冲刷能力强，滤料表面所积累的生物膜量不大，不易赌塞；2)、占地面积小，卫生条件好，比较适宜于浓度和流量变化较大的废水处理。缺点：负荷大，处理程度不高。,4、塔式生物滤池,（1）、塔式生物滤池的特征1)、构造方面的特征塔式生物滤池一般高达824m，径高比介于1:61:8左右，呈塔状。塔身分层建造。在平面上塔式生物滤池多呈圆形。在构造上由塔身、滤料、布水系统以及通风及排水装置所组成。,2)、工艺方面的特征高负荷率：塔式生物

12、滤池的水力负荷率为一般高负荷生物滤池的210倍，BOD容积负荷率较高负荷生物滤池高23倍。通常进水的BOD5值控制在500mg/L以下。滤料内部的分层：在各层生长繁育着种属各异、但适应流至该层污水特征的微生物种群。,3）、塔式生物滤池的特点：优点：占地面积可大大缩小，对水质突变的适应性强。塔身高，使通风条件好，供氧充足；缺点：容易导致滤池堵塞，所以进水的BOD5浓度应控制在500mg/L以下，否则必须用出水回流稀释；滤池较高，废水的提升费用较大，基建投资也较大，运行管理不方便。,（1）、滤床的比表面积和孔隙率（2）、滤床的高度,5、影响生物滤池功能的主要因素,（3）、有机负荷与水力负荷 有机负

13、荷-kgBOD5/m3.d；水力负荷：水力表面负荷-m3/m2.d，或m/d；-滤速；水力容积负荷-m3/m3.d 在有机负荷较高时，生物膜的增长也会较快，可能会引起滤料堵塞，此时就需要调整水力负荷，当水力负荷增加时，可以提高水力冲刷力，维持生物膜的厚度，一般是通过出水回流来解决。,（4）、回流 对于高负荷生物滤池与塔式生物滤池，常采用回流。其优点：1)、不论原废水的流量如何波动，滤池可得到连续投配的废水，因而其工作较稳定；2）、可以冲刷去除老化生物膜，降低膜的厚度，并抑制滤池蝇的孳生；3）、均衡滤池负荷，提高滤池的效率；4）、可以稀释和降低有毒有害物质的浓度以及进水有机物浓度。,（5）、供氧

14、 生物滤池一般是通过自然通风来保证供氧的；影响生物滤池自然通风的主要因素有：1)池内温度与气温之差；2)滤池高度；3)滤料孔隙率及风力等；4)滤池堵塞也会影响通风。,三、生物转盘,（一）、概述生物转盘是60年代，原联邦德国开创的一种污水生物处理技术。生物转盘处理技术已被公认为是一种净化效果好、能源消耗低的生物处理技术。,生物转盘,（二）、生物转盘的组成与构造特点,生物转盘处理系统中，除核心设备生物转盘外，还包括初次沉淀池和二次沉淀池。生物转盘是由盘片、接触反应槽、转轴及驱动装置所组成。,1.盘片 形状；盘片的厚度与材质；直径；盘片间的间距。2、接触反应槽 一般用钢板或钢筋混凝土制成，横断面呈半

15、圆形或梯形；槽内水位不小于转盘直径的35%，超高为2030cm；转盘外缘与槽壁之间间距不小于100mm。3、转轴 转轴一般采用实心钢轴或无缝钢管，长度控制在0.57.0m，转轴应在液面之上。4、驱动装置 驱动装置包括动力设备、减速装置以及传动链条等。,（三）、生物转盘净化原理通过转动盘片，转盘与污水、空气交替接触，从而在盘片上形成稳定的微生物膜，使污水中的有机污染物为生物膜所吸附降解。,生物转盘净化反应过程与物质传递示意图,（四）、生物转盘特征,1、微生物浓度高，生物转盘具有高效性。2、生物相分级，可以形成多级串联，有利于有机污染物物的降解。3、泥龄较长，有利于硝化细菌的生长。4、较强的耐冲击

16、负荷能力。5、产泥量少。6、接触反应槽不需要曝气，污泥勿需回流，动力消耗低。7、勿需经常调节生物污泥量，不产生污泥膨胀，机械设备简单，便于维护管理。8、无二次污染的现象。9、生物转盘的流态：完全混合推流。,（五）、生物转盘工艺流程与组合,生物转盘为主体的工艺流程,污泥处理,多轴多极生物转盘,四、生物接触氧化,（一）、概述1、实质 在池内充填填料，已经充氧的污水浸没全部填料，并以一定流速流经填料。在填料上布满生物膜，污水与生物膜广泛接触，在生物膜上微生物的作用下，污水中有机污染物得到去除，污水得到净化，因此，生物接触氧化处理技术，又称为“淹没式生物滤池”。采用与曝气池相同的曝气方法，向微生物提供

17、其所需要的氧，并起到搅拌与混合作用，这种技术又相当于在曝气池内充填供微生物栖息的填料，因此，又称为“接触曝气法”。,生物接触氧化池,2、生物接触氧化特征(1)、工艺特征1)在曝气池内充填填料，形成生物膜，生物膜中细菌等微生物相当丰富，无污泥膨胀之虑。2)生物膜与填料形成网状结构，有较好过滤作用。3)曝气提高供氧，加快生物膜更新，改善生物膜活性，抑制厌氧膜增殖，提高氧利用率。,(2)运行及功能特征,1)可间歇运行，抗冲击能力强；2)操作简便，无需污泥回流，无污泥膨胀之虑；3)污泥生成量少，污泥颗粒较大，易于沉淀；4)具备生物脱氮除磷功能。3、主要缺点：如设计或运行不当，填料可能堵塞，此外，布水、

18、曝气不易均匀，可能在局部部位出现死角。,（二）、生物接触氧化工艺流程,1、一段(级)处理流程,2.二段(级)处理流程,前段，负荷较高F/M2.1，微生物营养条件好，处于对数增长期，生物活性增大，去除速率高。后段，F/M比变小，0.5左右，生物活性降低，但出水水质好。多段生物接触氧化池具有推流与完全混合的特点，可以在不同池内生长不同处理要求的微生物。,（三）、生物接触氧化池的构造、形式,1.构造（1）、池体（2）、填料及支架（3）、曝气装置（4）、进出水装量（5）、排泥管道,接触氧化池反应区的构造,牛腿与槽钢的布置,牛腿,曝气装置安装,球形填料,弹性填料,组合填料,蜂窝填料,工程应用实例,2.接

19、触氧化池形式分类,(1)按曝气装置位置分流式：污水在单独隔间内进行充氧，充氧后污水缓慢流经填料，污水多次通过充氧与接触两个过程。中心曝气型、单侧曝气型 表面机械曝气、鼓风曝气 直流式：直接在填料底部曝气。(2)按水流循环方式：填料内循环 填料外循环,接触氧化池的形式,底部进水进气式接触氧化池,单侧曝气、上部进水式接触氧化池,表曝中心曝气型接触氧化池,五、生物流化床,（一）、概述生物流化床是70年代开发的一种新型生物膜法处理工艺；以比重略大于1的细小惰性颗粒如砂、焦碳、陶粒、活性炭等为载体；废水以较高的上升流速使载体处于流化状态；生物固体浓度很高，传质效率也很高，是一种高效的生物处理构筑物。,要

20、想提高生物处理设备的效率，应首先解决两个问题：1、提高处理设备单元容积内的生物量。2、强化传质作用，加速有机物向微生物细胞的 传递过程。从70年代起，人们将流化床这一技术应用于污水处理领域，结果表明：该技术具有强化以上两个条件的效果，因此，专家们预测该技术可能会成为污水处理技术的发展方向。,以沙、活性炭、焦炭等颗粒微载体充填于生物反应器内，由于载体表面附着生长着生物膜而使密度变小；当污水以一定流速从下向上流动时，载体便处于流动状态。载体颗粒小、表面积大，为微生物生长提供了充足的场所，极大的提高了反应器内的微生物量：10-14g/L 颗粒处于流态化状态极大的提高了有机污染物由污水向微生物细胞膜内

21、的传质速度。,高效生物流化床反应器,（二）、生物流化床的类型根据流化床内的好氧或厌氧状态:好氧流化床、厌氧流化床根据使载体流化的动力来源:两相生物流化床流化床内只有污水（液相）与载体（固相）相接触。三相生物流化床污水（液）、载体（固）、空气（气）三相同步进入床体。机械搅动流化床,1.两相生物流化床(液流动力流化床),2.三相流化床(气流动力流化床),3、机械搅动流化床,（三）、生物流化床的构造,主要包括反应器、载体、布水装置、充氧装置 和脱膜装置等。,（四）、生物流化床的优点及问题,优点：1、生物固体浓度高(1020g/L)，容积负荷较高(78kgBOD5/m3.d以上)，水力停留时间可大大缩短，基建费用较小；2、无污泥膨胀或其它生物膜法中的滤料堵塞；3、能适应不同浓度范围的废水，抗冲击负荷；4、由于容积负荷和床体高度较大，占地面积较小；缺点：实际生产运行经验较少，对于床体内的流动特征尚无合适的模型描述，在进行放大设计时有一定的不确定性。,作业,1、简述生物膜法的微生物相方面特征和工艺方面特征。2、生物滤池由几部分组成，可分为哪三种？处理城市污水时的有机负荷率分别为多少？3、什么是生物接触氧化？其主要特征？,