南开大学的排水工程课件-污水的生物处理-生物膜法.ppt

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1、第五章 污水的生物处理生物膜法,5.1 概述5.2 生物滤池5.3 生物转盘5.4 生物接触氧化5.5 生物流化床,5.1 概 述,细菌和菌类一类的微生物和原生动物、后生动物一类的微型动物附着在滤料或某些载体上生长繁育，并在其上形成膜状生物污泥生物膜（biofilm）；污水与生物膜接触，污水中的有机污染物作为营养物质被生物膜上的微生物所摄取，污水得到净化，微生物自身也得到繁衍增殖。,生物膜法处理工艺：生物滤池；生物转盘；生物接触氧化；生物流化床。,5.1.1 生物膜的构造及其对有机物的降解,污水与滤料或某种载体流动接触，在经过一段时间，后者的表面形成一种膜状污泥，即生物膜；生物膜成熟的标志：生

2、物膜沿水流的方向分布，在其上由细菌及各种微生物组成的生态系以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30 d左右的时间。,生物膜是高度亲水的物质，污水不断在其表面更新的条件下，在其外侧总是存在着一层附着水层；生物膜上微生物高度密集，在膜的表面和一定深度的内部生长繁殖着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。,生物膜由好氧和厌氧两层组成；好氧层的厚度一般为2 mm左右，有机物的降解主要是在好氧层内进行。,当厌氧层逐渐加厚达到一定程度后，其代谢产物逐渐增多

3、，向外侧逸出时破坏了好氧层生态系统的稳定状态，使两种膜层之间失去平衡；气态代谢产物的不断逸出减弱了生物膜在滤料（载体、填料）上的固着力，处于这种状态的生物膜即为老化生物膜，老化生物膜净化功能较差而且易于脱落；比较理想的情况是：减缓生物膜的老化进程，不使厌氧层过分增长，加快好氧膜的更新，并且尽量使生物膜不集中脱落。,5.1.2 生物膜处理法的主要特征,微生物相特征：参与净化反应的微生物多样化：具有适于微生物生长栖息繁衍的安静稳定环境，污泥龄长，可生长丝状菌（不担心污泥膨胀）、微型动物、滤池蝇等；生物膜上生长繁育的生物类型广泛，种属繁多，食物链长且较为复杂。,食物链长、污泥产量低：在生物膜上能够栖

4、息高次营养水平的生物；生物膜处理法产生的污泥量较活性污泥处理系统少1/4左右。能够存活世代时间较长的微生物：硝化菌、亚硝化菌；分段运行与优占种属。,处理工艺特征：对水质、水量变动有较强的适应性即使有一段时间中断进水，对生物膜的净化功能也不会造成致命的影响，通水后能够较快地得到恢复。污泥沉降性能良好，宜于固液分离生物膜上脱落下来的生物污泥，所含动物成分较多，比重较大，而且污泥颗粒个体较大，沉降性能良好，宜于固液分离；如果生物膜内部形成的厌氧层过厚，在其脱落后将有大量的非活性的细小悬浮物分散于水中，使处理水的澄清度降低。,能够处理低浓度的污水运行正常可将污水BOD5从2030 mg/L降至510

5、mg/L。易于维护运行、节能与活性污泥处理系统相较，生物膜处理法中的各种工艺都是比较易于维护管理的，而且生物滤池、生物转盘等工艺节省能源，动力费用较低，去除单位重量BOD的耗电量较少。,5.2 生物滤池,5.2.1 概述,生物滤池是以土壤自净原理为依据，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；污水长时间以滴状喷洒在块状滤料层的表面上，在污水流经的表面上就会形成生物膜，待生物膜成熟后，栖息在生物膜上的微生物即摄取流经污水中的有机物作为营养，从而使污水得到净化；,进入生物滤池的污水，必须通过预处理去除原污水中的悬浮物等能够堵塞滤料的污染物，并使水质均化，

6、处理城市污水的生物滤池前设初次沉淀池；滤料上的生物膜，不断脱落更新，脱落的生物膜随处理水流出，因此，生物滤池后也应设二次沉淀池予以截留。,5.2.2 普通生物滤池,又名滴滤池（trickling filter）；构造：池体、滤料、布水装置和排水系统；,池体平面上多呈方形或矩形；池壁具有围护滤料的作用，应当能够承受滤料压力，一般多用砖石筑造；池壁可筑成带孔洞和不带孔洞两种形式，有孔洞的池壁有利于滤料内部的通风，但在低温季节，易受低温的影响，使净化功能降低；池壁一般应高出滤料表面0.50.9 m；池底的作用是支撑滤料和排除处理后的污水。,滤料：质坚、高强、耐腐蚀、抗冰冻；较高的比表面积，滤料表面应

7、宜于生物膜固着，也宜于污水均匀流动；较大的空隙率：使生物膜、污水和空气三相充分接触，当空隙率为45%左右时，滤料的比表面积约为65100 m2；就地取材，便于加工、运输。多采用实心拳状滤料，如碎石、卵石、炉渣和焦炭等，一般分工作层和承托层两层充填，总厚度约为1.52.0 m；工作层厚1.31.8 m，粒径介于2540 mm；承托层厚0.2 m，粒径介于70100 mm。,布水装置：向滤池表面均匀地撒布污水、适应水量的变化、不易堵塞、易于清通、不受风雪的影响；固定喷嘴式布水装置系统：由投配池，布水管道和喷嘴等几部分组成；投配池设于滤池的一端或两座滤池的中间，在投配池内设虹吸装置；布水管道敷设在滤

8、池表面下0.50.8 m，在其上装有一系列排列规矩、伸出池面0.150.20 m竖管，在竖管顶端安装喷嘴;喷嘴的作用是均匀布水。,污水流入投配池内，在达到一定高度后，虹吸装置即开始作用，污水泄入布水管道，并从喷嘴喷出，被倒立圆锥体所阻，向四外分散，形成水花；当投配池内的水位降到一定位置后，虹吸被破坏，停止喷水；投配池间歇供水但是向投配池的供水是连续的；优点：运行方便，宜于管理、受气候的影响较小；缺点：需要的水头较大（20 m）；喷水周期为58 min，小型污水处理厂不应大于15 min。,排水系统设于池的底部：排除处理后的污水、保证滤池的良好通风；排水系统：渗水装置、汇水沟和总排水沟；底部空间

9、的高度不应小于0.6 m。,渗水装置：支撑滤料，排出滤过的污水，进入空气；为了保证滤池通风良好，渗水装置上的排水孔隙的总面积不得低于滤池总表面积的20%，渗水装置与池底之间的距离不得小于0.4 m；,池底（坡度1%2%）设汇水沟（宽0.15 m，间距2.54.0 m，坡度0.5%10%）、总排水沟（坡度不小于0.5%，过水断面面积小于总断面的50%，流速大于0.7 m/s）；池底四周设通风孔，总面积不小于滤池表面积的1%。,普通生物滤池的设计计算 BOD5容积负荷率：在保证处理水达到要求水质的前提下，每m3滤料在1 d内所能接受的BOD5量，其表示单位为kgBOD5/(m3滤料d)；水力负荷率

10、：在保证处理水达到要求水质的前提下，每m3滤料或每m2滤池表面在1 d内所能够接受的污水水量(m3)，其表示单位为m3/(m3滤料d)或m3/(m2滤池表面d)。,处理生活污水或以生活污水为主体的城市污水时，水力负荷值可取13 m3(m2d)，BOD容积负荷为0.150.30 kg/(m3d)。,普通生物滤池的适用范围与优缺点适用于处理污水量不高于1000 m3/d的小城镇污水或有机性工业废水；优点：处理效果良好；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。,5.2.3 高负荷生物滤池,特征：容积负荷率

11、高于普通生物滤池68倍，水力负荷率高达10倍。进入高负荷生物滤池的BOD5值必须低于200 mg/L，否则用处理水回流加以稀释。,处理水回流的作用：均化与稳定进水水质；加大水力负荷，及时地冲刷过厚和老化的生物膜，加速生物膜更新，抑制厌氧层发育，使生物膜经常保持较高的活性；抑制滤池蝇的过度滋长；减轻散发的臭味。,回流比：回流水量与原污水量之比；循环比：总水量与原污水量之比；进入滤池的污水浓度：,高负荷生物滤池的工艺流程,高负荷生物滤池的构造特点表面上多为圆形；滤料层高一般为2.0 m，工作层厚1.80 m，滤料粒径4070 mm，承托层厚0.2 m，粒径70100 mm；当滤层厚度超过2.0 m

12、时，应采用人工通风措施；粒状滤料粒径较大，一般为4070 mm，空隙率较高；现已广泛使用由聚氯乙烯、聚苯乙烯和聚酰胺等材料制成的呈波形板状、列管状和蜂窝状的人工滤料，这种滤料质轻、高强、耐蚀，每m3滤料重量约43 kg左右，表面积可达200 m2，空隙率可达95%。,旋转布水器污水以一定的压力流入位于池中央处的固定竖管，再流入布水横管，横管有2根或4根，横管中轴距滤池池面0.150.25 m，横管绕竖管旋转；在横管的同一侧开有一系列间距不等的孔口，中心较疏，周边较密，须经计算确定；污水从孔口喷出，产生反作用力，使横管按与喷水相反的方向旋转。所需水头较小，一般介于0.250.8 m之间，也可以使

13、用电力驱动。,5.2.4 塔式生物滤池,高824 m，直径13.5 m，径高比介于1:61:8左右，呈塔状；塔式滤池内部通风情况非常良好，污水从上向下滴落，水流紊动强烈，污水、空气、滤料上的生物膜三者接触充分，充氧效果良好，污染物质传质速度快，有利于有机污染物质的降解。,5.2.5 曝气生物滤池,气液在滤料间隙充分接触，氧的转移率高，动力消耗低；具有截留原污水中悬浮物与脱落生物膜的功能，无需设沉淀池，占地面积少；以35 mm的小颗粒作为滤料，比表面积大，微生物附着力强；池内能够保持大量的生物，污水处理效果良好；无需污泥回流，也无污泥膨胀之虑，如反冲洗全部自动化，维护管理也非常方便。,5.3 生

14、物转盘,生物转盘的构造及其对污水净化作用原理生物转盘处理系统：污水预处理设备、生物转盘、二次沉淀池；二次沉淀池：去除经生物转盘处理后的污水所挟带的脱落生物膜；生物转盘：盘片、接触反应槽、转轴及驱动装置；盘片串联成组，中心贯以转轴，转轴两端安设在半圆型接触反应槽两端的支座上；转盘面积的40%左右浸没在槽内的污水中，转轴高出槽内水面1025 cm。,生物转盘系统的特征微生物浓度高，特别是最初几级的生物转盘，生物膜量折算成MLVSS可达4000060000 mg/L，F/M为0.050.1；生物相分级，在每级转盘生长着适应于流入该级污水性质的生物相，这对微生物的生长繁育、有机污染物降解非常有利；污泥

15、龄长，在转盘上能够增殖世代时间长的微生物，如硝化菌等，生物转盘具有硝化、反硝化的功能；生物转盘还可以除磷，由于无需污泥回流，可向最后几级接触反应槽或直接向二次沉淀池投加混凝剂去除水中的磷；,耐冲击负荷：对BOD值达10000 mg/L以上的超高浓度有机污水和10 mg/L以下的超低浓度污水都可以来用生物转盘进行处理，并能够得到较好的处理效果；在生物膜上的微生物食物链较长，产生的污泥量较少，约为活性污泥处理系统的1/2左右；接触反应槽不需要曝气，污泥也无需回流，动力消耗低；不需要经常调节生物污泥量，不会产生污泥，复杂的机械设备也比较少，便于维护管理；设计合理、运行正常的生物转盘，不产生滤池蝇、不

16、出现泡沫也不产生噪声，没有二次污染；生物转盘的流态为完全混合推流式。,5.4 生物接触氧化,在池内充填填料，已经充氧的污水浸没全部填料，并以一定的流速流经填料，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新陈代谢功能的作用下，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，向微生物提供所需要的氧，并起到搅拌与混合作用，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”。,工艺特征溶解氧充沛，适于微生物存活增殖；微生物丰富，无污泥膨胀，在生物膜上能够形成稳定的生态系统与食物链；填料表面由于丝

17、状菌的大量滋生，能形成一个呈立体结构的密集的生物网，污水在其中通过起到类似“过滤”的作用，能够有效地提高净化效果；生物膜表面不断地接受曝气吹脱，有利于保持生物膜的活性，抑制厌氧膜的增殖，能够保持较高浓度的活性生物量，折算成MLSS达13 g/L；生物接触氧化处理技术能够接受较高的有机负荷率，处理效率较高，有利于缩小池容，减少占地面积。,运行特征对冲击负荷有较强的适应能力，在间歇运行条件下，仍能够保持良好的处理效果，对排水不均匀的企业，更具有实际意义；操作简单、运行方便、易于维护管理，无需污泥回流，不产生污泥膨胀现象，也不产生滤池蝇；污泥生成量少，污泥颗粒较大，易于沉淀。,功能特征生物接触氧化处

18、理技术具有多种净化功能，除有效地去除有机污染物外，如运行得当还能够用以脱氮，可以作为三级处理技术；主要缺点：如设计或运行不当，填料可能堵塞，此外，布水曝气不易均匀，可能在局部部位出现死角。,一段处理工艺接触氧化池的流态为完全混合型，微生物处于对数增殖期和减衰增殖期的前段，生物膜增长较快，有机物降解速率也较高；一段处理流程的生物接触氧化处理技术流程简单，易于维护运行，投资较低。,二段处理工艺每座接触氧化池都属完全混合型，结合在一起属于推流式；在一段接触氧化池内F/M值应高于2.1，微生物处于对数增殖期，BOD负荷率高，生物膜增长较快；在二段接触氧化池内F/M值一般为0.5左右，微生物增殖处于减衰

19、增殖期或内源呼吸期，BOD负荷率降低，处理水水质提高;中间沉淀池可以不设。,多段处理流程由连续串联3座或3座以上的接触氧化池组成；各池间明显地形成有机污染物的浓度差，在每池内生长繁殖的微生物，适应于该池污水的水质条件，有利于提高处理效果，能够取得非常稳定的处理水；经过适当运行，还具有硝化、脱氮功能。,5.5 生物流化床,提高处理设备单位容积内的生物量；强化传质作用，加速有机物从污水中向微生物细胞的传递过程。,流化床是以砂、活性炭、焦炭一类的较小的惰性颗粒为载体充填在床内，载体表面被覆着生物膜，其质变轻，污水以一定流速从下向上流动，使载体处于流化状态。载体颗粒小、总体的表面积大（每m3载体的表面

20、积可达20003000 m2），生物量高；载体处于流化状态，污水从下部、左、右侧流过，广泛而频繁地与生物膜相接触，又由于载体颗粒小在床内比较密集，互相磨擦碰撞，因此生物膜的活性也较高，强化了传质过程，同时载体不停地在流动，还能够有效地防止堵塞现象。,以纯氧或空气为氧源；一次充氧不足以保证对氧的需要，此外单纯依靠原污水的流量不足以使载体流化，因此要使部分处理水循环回流；以空气为氧源，由于水中溶解氧含量较低，往往需要采用较大的循环率，动力消耗较大。,液流动力流化床,气流动力流化床,一般不采用处理水回流措施，但当原污水浓度较高时，可考虑处理水回流，稀释原污水；采用减压释放充氧或射流曝气充氧，防止形成大气泡，影响充氧效果。,高速去除有机污染物，BOD容积负荷率可达5 kg/(m3d)，出水BOD值小于20 mg/L（城市污水）；便于维护运行，对水质、水量变动有一定的适应性；占地少，在进出水水量水质的条件相同时，设备占地面积只为活性污泥法的1/51/8；具有硝化及脱氮功能。,机械搅拌流化床,降解速率高，反应室单位容积载体的比表面积较大，可达80009000 m2/m3；用机械搅动的方式使载体流化、悬浮，反应可保持均一性，生物膜与污水接触的效率较高；MLVSS值比较固定，勿需通过运行加以调整。,