第二節(jié) 生物膜法

1、一、生物膜法一、生物膜法1. 生物膜生物膜l 參與代謝的微生物附著在參與代謝的微生物附著在濾料濾料或某些或某些載體載體上，并在其上，并在其上形成膜狀生物污泥上形成膜狀生物污泥生物膜生物膜l 生物膜法是與活性污泥法平行發(fā)展的一種污水處理技生物膜法是與活性污泥法平行發(fā)展的一種污水處理技術(shù)，是一種古老的、又在不斷發(fā)展中的污水生物處理術(shù)，是一種古老的、又在不斷發(fā)展中的污水生物處理技術(shù)；技術(shù)； 生物膜法技術(shù)特點：生物膜法技術(shù)特點：（1）微生物多樣化；）微生物多樣化；（2）存在世代時間較長的微生物；）存在世代時間較長的微生物；（3）抗沖擊負荷性強；）抗沖擊負荷性強；（4）污泥量少且具有良好的沉降性能；）污

2、泥量少且具有良好的沉降性能；（5）維護方便、運行費用低）維護方便、運行費用低2. 2. 生物膜法的基本流程生物膜法的基本流程 初沉池初沉池除去大部分的懸浮固體，防止生物膜堵塞除去大部分的懸浮固體，防止生物膜堵塞 二沉池二沉池去除脫落的生物膜，提高出水水質(zhì)；去除脫落的生物膜，提高出水水質(zhì)； 圖圖3-7 生物膜法的基本流程生物膜法的基本流程3. 3. 生物膜的形成與脫落生物膜的形成與脫落（1）掛膜）掛膜 當污水均勻地淋灑在介質(zhì)表面時，一部分廢水被吸附當污水均勻地淋灑在介質(zhì)表面時，一部分廢水被吸附于濾料四周，成為濾料的附著水層（薄膜）。濾料間于濾料四周，成為濾料的附著水層（薄膜）。濾料間隙中的空氣可

3、溶入水層作為溶解氧。由于條件適宜，隙中的空氣可溶入水層作為溶解氧。由于條件適宜，附著于水層中的微生物可吸附污水中的有機物，通過附著于水層中的微生物可吸附污水中的有機物，通過迅速分解有機物而大量繁殖。此外，濾料表面也可吸迅速分解有機物而大量繁殖。此外，濾料表面也可吸附膠體物質(zhì)和截留懸浮物質(zhì)，逐漸在介質(zhì)表面形成黏附膠體物質(zhì)和截留懸浮物質(zhì)，逐漸在介質(zhì)表面形成黏液狀的、含有較多微生物的膜，稱為液狀的、含有較多微生物的膜，稱為生物膜生物膜，這個過，這個過程叫程叫掛膜掛膜。 微生物不斷生長繁殖，生物膜厚度不斷增加，在結(jié)構(gòu)微生物不斷生長繁殖，生物膜厚度不斷增加，在結(jié)構(gòu)上形成了上形成了好氧層好氧層（1-2 m

4、m），達到一定厚度時再形），達到一定厚度時再形成成厭氧層厭氧層； 生物膜及其外圍結(jié)構(gòu)由外向內(nèi)依次為：生物膜及其外圍結(jié)構(gòu)由外向內(nèi)依次為： 污水污水 流動水層流動水層 附著水層附著水層 生物膜生物膜 （分為好氧層和厭氧層）（分為好氧層和厭氧層） 濾料濾料圖圖3-8 3-8 生物膜及其外圍結(jié)構(gòu)示意圖生物膜及其外圍結(jié)構(gòu)示意圖（2）生物膜的脫落）生物膜的脫落 當厭氧層厚度增加到一定程度時，厭氧層微生物得不當厭氧層厚度增加到一定程度時，厭氧層微生物得不到營養(yǎng)而進入到營養(yǎng)而進入內(nèi)源呼吸期內(nèi)源呼吸期，厭氧分解產(chǎn)生大量的硫化，厭氧分解產(chǎn)生大量的硫化氫、氨氣、有機酸等代謝產(chǎn)物，從而減弱生物膜在惰氫、氨氣、有機酸等

5、代謝產(chǎn)物，從而減弱生物膜在惰性載體上的附著力，隨外部水流剪切力的作用脫落。性載體上的附著力，隨外部水流剪切力的作用脫落。 一般認為生物膜厚度為一般認為生物膜厚度為2-3 mm較為理想，太厚會影較為理想，太厚會影響通風，甚至造成堵塞響通風，甚至造成堵塞。厭氧層一旦產(chǎn)生會使處理水。厭氧層一旦產(chǎn)生會使處理水質(zhì)下降，生物膜的更新脫落是完全必要的；質(zhì)下降，生物膜的更新脫落是完全必要的；3 生物膜凈化廢水的原理生物膜凈化廢水的原理4. 4. 生物膜中的物質(zhì)遷移生物膜中的物質(zhì)遷移 有機物降解在生物膜表層有機物降解在生物膜表層0.1-2 mm的好氧生物膜內(nèi)進的好氧生物膜內(nèi)進行，主要發(fā)生行，主要發(fā)生3種物質(zhì)的遷

6、移；種物質(zhì)的遷移；圖圖3-9 3-9 生物膜中各種物質(zhì)的遷移途徑生物膜中各種物質(zhì)的遷移途徑5. 5. 生物膜的載體（填料）生物膜的載體（填料） 填料應具備以下特性：填料應具備以下特性：（1）易硫化，但不宜流失；）易硫化，但不宜流失；（2）易成膜，但無毒害作用；）易成膜，但無毒害作用；（3）能提供大的比表面積，以增加生物附著量；）能提供大的比表面積，以增加生物附著量；（4）價格低廉，容易取材；）價格低廉，容易取材； 選擇填料時應從以下方面考慮：選擇填料時應從以下方面考慮：（1）足夠的機械強度，以抵抗強烈的水流剪切力；）足夠的機械強度，以抵抗強烈的水流剪切力；（2）優(yōu)良的穩(wěn)定性，包括生物穩(wěn)定性、化

7、學穩(wěn)定性、）優(yōu)良的穩(wěn)定性，包括生物穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性、 熱力學穩(wěn)定性；熱力學穩(wěn)定性；（3）合適的親疏水性及良好的表面帶電特性；）合適的親疏水性及良好的表面帶電特性；（4）不應有毒性或?qū)ι锘钚杂幸种谱饔?；）不應有毒性或?qū)ι锘钚杂幸种谱饔?；?）具備良好的物理性狀；）具備良好的物理性狀；（6）就地取材，價格合理；）就地取材，價格合理；表表3-1 3-1 無機填料和有機填料的比較無機填料和有機填料的比較圖圖3-10 3-10 各種材質(zhì)及性狀的濾料（填料）各種材質(zhì)及性狀的濾料（填料）6. 6. 生物膜法的工藝分類生物膜法的工藝分類 按生物膜在水中存在的狀態(tài)可以分為三類：按生物膜在水中存在的狀態(tài)可以

8、分為三類：（1）潤壁型生物膜法）潤壁型生物膜法廢水和空氣沿固定或轉(zhuǎn)動接廢水和空氣沿固定或轉(zhuǎn)動接觸介質(zhì)表面的生物膜流過，如觸介質(zhì)表面的生物膜流過，如生物轉(zhuǎn)盤生物轉(zhuǎn)盤、生物濾池生物濾池；（2）浸沒型生物膜法）浸沒型生物膜法濾料固定在曝氣池內(nèi)，完全濾料固定在曝氣池內(nèi)，完全浸沒在水中，采用鼓風曝氣，如浸沒在水中，采用鼓風曝氣，如接觸氧化法接觸氧化法；（3）流動床型生物膜法）流動床型生物膜法使附著有生物膜的活性炭、使附著有生物膜的活性炭、沙等小粒徑接觸介質(zhì)懸浮流動于曝氣池中，如沙等小粒徑接觸介質(zhì)懸浮流動于曝氣池中，如生物流生物流化床化床； 二二 生物濾池法（生物濾池法（bio-filter proces

9、s） 是以土壤自凈作用原理為依據(jù)，在廢水灌溉的基礎(chǔ)上是以土壤自凈作用原理為依據(jù)，在廢水灌溉的基礎(chǔ)上發(fā)展起來；發(fā)展起來； 1893年，英國將廢水往粗大濾料上噴灑進行凈化試驗年，英國將廢水往粗大濾料上噴灑進行凈化試驗取得了成功；取得了成功； 1900年，這種凈化廢水的方法得到公認，命名為年，這種凈化廢水的方法得到公認，命名為生物生物過濾法過濾法，構(gòu)筑物被稱為，構(gòu)筑物被稱為生物濾池生物濾池，并迅速在歐洲和北，并迅速在歐洲和北美得到廣泛應用；美得到廣泛應用； 普通生物濾池：普通生物濾池：水力負荷水力負荷1-4 m3/(m3濾料濾料 d)，BOD5容容積負荷積負荷0.1-0.4 kg/ /(m3濾料濾料

10、 d)； 高負荷生物濾池：高負荷生物濾池：水力負荷水力負荷5-40 m3/(m3濾料濾料 d)，BOD5容積負荷容積負荷0.5-2.5 kg/ /(m3濾料濾料 d)； 20世紀世紀50年代，德國化學工程師蘇爾茲利用化工行業(yè)年代，德國化學工程師蘇爾茲利用化工行業(yè)氣體洗滌塔的原理，創(chuàng)造了塔式生物濾池；氣體洗滌塔的原理，創(chuàng)造了塔式生物濾池； 塔式生物濾池：塔式生物濾池：水力負荷水力負荷80-200 m3/(m3濾料濾料 d)，BOD5容積負荷容積負荷1-2 kg/ /(m3濾料濾料 d)；1.1.生物濾池結(jié)構(gòu)生物濾池結(jié)構(gòu) 由濾床、布水裝置和排水系統(tǒng)三部分組成。n池壁池壁n濾料濾料n布水系統(tǒng)布水系統(tǒng)

11、n排水系統(tǒng)排水系統(tǒng)濾床由濾料組成。濾料是微生物生長棲息的場濾床由濾料組成。濾料是微生物生長棲息的場所，濾料層高度一般為所，濾料層高度一般為1.5-2 m，常采用，常采用雙層雙層，上層，上層為工作層，一般為工作層，一般1.3-1.8 m，濾料直徑為，濾料直徑為30-50 mm；下層為承托層，高下層為承托層，高0.2 m，濾料直徑，濾料直徑60-100 mm； 池壁一般高出濾料表面池壁一般高出濾料表面0.5-0.9 m，防止風力影響，防止風力影響池表面的均勻布水。池表面的均勻布水。理想的濾料應具備下述特性理想的濾料應具備下述特性： 單位體積濾料的表面積要大；單位體積濾料的表面積要大； 能為微生物附

12、著提能為微生物附著提供大量的表面積：供大量的表面積： 使污水以液膜狀態(tài)流過生物膜；使污水以液膜狀態(tài)流過生物膜； 有足夠的空隙率，保證通風（即保證氧的供給）有足夠的空隙率，保證通風（即保證氧的供給）和使脫落的生物膜能隨水流出濾池；和使脫落的生物膜能隨水流出濾池；物理化學性質(zhì)穩(wěn)定，對微生物的增殖無危害作用物理化學性質(zhì)穩(wěn)定，對微生物的增殖無危害作用不被微生物分解，也不抑制微生物生長不被微生物分解，也不抑制微生物生長 ； 有一定機械強度；有一定機械強度； 價格低廉。價格低廉。早期主要以拳狀早期主要以拳狀碎石碎石為濾料，此外，為濾料，此外，碎鋼渣碎鋼渣、焦炭焦炭等等也可作為濾料，其粒徑在也可作為濾料，其

13、粒徑在3 38 8cmcm左右，空隙左右，空隙率在率在45%45%一一50%50%左右，比表面積（可附著面積）在左右，比表面積（可附著面積）在6565100 100 m m2 2/ m/ m3 3之間。之間。 從理論上，這類濾料粒徑愈小，濾床的可附著從理論上，這類濾料粒徑愈小，濾床的可附著面積愈大，則生物膜的面積將愈大，濾床的工作能面積愈大，則生物膜的面積將愈大，濾床的工作能力也愈大。力也愈大。但粒徑愈小，孔隙就愈小，濾床愈易被但粒徑愈小，孔隙就愈小，濾床愈易被生物膜堵塞，濾床的通風也愈差，生物膜堵塞，濾床的通風也愈差，可見濾料的粒徑可見濾料的粒徑不宜太小。經(jīng)驗表明在常用粒徑范圍內(nèi)，粒徑略大不

14、宜太小。經(jīng)驗表明在常用粒徑范圍內(nèi)，粒徑略大或略小些，對濾池的工作沒有明顯的影響?；蚵孕⌒瑢V池的工作沒有明顯的影響。 60 60年代中期塑料工業(yè)發(fā)展起來以后，年代中期塑料工業(yè)發(fā)展起來以后，塑料濾料塑料濾料開始被廣泛采用。開始被廣泛采用。國內(nèi)目前采用的國內(nèi)目前采用的玻璃鋼蜂窩狀塊狀濾料玻璃鋼蜂窩狀塊狀濾料，孔心，孔心間距在間距在2020mmmm左右，孔隙率左右，孔隙率95%95%左右，比表面積在左右，比表面積在200 200 m m2 2/ m/ m3 3左右。左右。v布水設備有布水設備有固定式固定式和和可動式可動式兩種。兩種。 v固定式布水裝置固定式布水裝置由虹吸裝置、饋水池、布水管由虹吸裝

15、置、饋水池、布水管道和噴嘴組成，噴水是道和噴嘴組成，噴水是間隙間隙的，的，所以布水不所以布水不均勻，配水的水頭要高，配水池也較高（配水面均勻，配水的水頭要高，配水池也較高（配水面高高0.92.1m），），故目前故目前應用較少應用較少。 可動式布水器可動式布水器組成及重要參數(shù)組成及重要參數(shù)：水豎管水豎管和可和可旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)的布水橫管布水橫管組成，橫管可以是多根，布水小孔的組成，橫管可以是多根，布水小孔的直徑直徑1015mm，布水橫管距濾料表面的高度布水橫管距濾料表面的高度0.150.25m，噴水旋轉(zhuǎn)所需的水頭噴水旋轉(zhuǎn)所需的水頭0.61.5m，布水器在布水器在水壓反推動力下旋轉(zhuǎn)。水壓反推動力下旋轉(zhuǎn)。

16、 旋轉(zhuǎn)布水器的特點旋轉(zhuǎn)布水器的特點：布水比較均勻，淋水周期布水比較均勻，淋水周期短，水力沖刷作用強；缺點是噴水孔易堵，低溫時要短，水力沖刷作用強；缺點是噴水孔易堵，低溫時要采用防凍措施，僅適用于采用防凍措施，僅適用于圓形池圓形池。 排水系統(tǒng)的排水系統(tǒng)的作用作用：收集濾床流出的污水與生物膜；：收集濾床流出的污水與生物膜；保證通風；支撐濾料保證通風；支撐濾料 排水系統(tǒng)排水系統(tǒng)組成組成：池子底面及開設于其上的：池子底面及開設于其上的溝渠溝渠。 重要參數(shù)：池子底面坡度重要參數(shù)：池子底面坡度(0.010.03) ；排水溝坡；排水溝坡度度0.0050.02。排水總渠坡度。排水總渠坡度0.0030.005。

17、 要保證不積淤流速要保證不積淤流速(通常采用通常采用0.6 ms)， 排水渠穿排水渠穿過池壁的地方，應設排水和通風孔洞，通風面積應過池壁的地方，應設排水和通風孔洞，通風面積應不小于過水斷面。排水口可設于池壁的一側(cè)或數(shù)側(cè)，不小于過水斷面。排水口可設于池壁的一側(cè)或數(shù)側(cè)，但通風口必須均勻分布于池壁的兩對邊或四周。但通風口必須均勻分布于池壁的兩對邊或四周。新型的高負荷生物濾新型的高負荷生物濾池，一般高池，一般高8-24 m，直，直徑徑1-3.5 m； 塔式結(jié)構(gòu)形式使濾池塔式結(jié)構(gòu)形式使濾池內(nèi)部形成較強的拔風狀內(nèi)部形成較強的拔風狀態(tài)，自然通風良好；態(tài)，自然通風良好； 廢水自上而下滴落，廢水自上而下滴落，水

18、量負荷高，濾池內(nèi)水水量負荷高，濾池內(nèi)水流紊動強烈，廢水、空流紊動強烈，廢水、空氣、生物膜三者的接觸氣、生物膜三者的接觸非常充分，大大地加快非常充分，大大地加快了污染物質(zhì)的傳質(zhì)速度；了污染物質(zhì)的傳質(zhì)速度；生物膜生長迅速，生物膜生長迅速，活性高，但易于堵活性高，但易于堵塞，因此，一般進塞，因此，一般進水水BOD5濃度控制在濃度控制在500 mg/L以下；以下； 塔身一般沿高度分塔身一般沿高度分層建造，分層處設層建造，分層處設隔柵托承濾料；隔柵托承濾料； 宜用輕質(zhì)濾料，自宜用輕質(zhì)濾料，自然通風，塔底有然通風，塔底有0.4-0.6 m高度的空間，高度的空間，周圍留有通風孔；周圍留有通風孔； 圖圖3-1

19、2 3-12 塔式生物濾池構(gòu)造塔式生物濾池構(gòu)造表表3-2 3-2 常用的三種生物濾池比較常用的三種生物濾池比較表表3-2 3-2 常用的三種生物濾池比較（續(xù)）常用的三種生物濾池比較（續(xù)） 比較項比較項 生物膜生物膜 出水出水 BOD5去除率去除率 技術(shù)特點技術(shù)特點濾床的比表面積和孔隙率濾床的比表面積和孔隙率 濾料表面積愈大，生物膜的表面積也愈大，生物膜的量就濾料表面積愈大，生物膜的表面積也愈大，生物膜的量就愈多，凈化功能就愈強；愈多，凈化功能就愈強； 孔隙率大，則濾床不易堵塞，通孔隙率大，則濾床不易堵塞，通風效果好，可為生物膜的好氧代謝提供足夠的氧。風效果好，可為生物膜的好氧代謝提供足夠的氧。

20、 濾床的高度濾床的高度 濾床的不同高度，生物膜量、微生物種類、去除有機物的濾床的不同高度，生物膜量、微生物種類、去除有機物的速度等方面都是不同的。有機物的速度等方面都是不同的。有機物的去除效果隨濾床深度的去除效果隨濾床深度的增加而提高增加而提高，但去除速率卻隨深度的增加而降低但去除速率卻隨深度的增加而降低 。有機負荷與水力負荷有機負荷與水力負荷 普通生物濾池的有機負荷為普通生物濾池的有機負荷為0.150.150.3kgBOD/0.3kgBOD/（m m3 3.d.d），），高負荷生物濾池在高負荷生物濾池在1.1kgBOD/1.1kgBOD/（m m3 3.d.d）左右。）左右。有機負荷高，生物

21、膜增長快，需要較高的水力負荷，一般是通有機負荷高，生物膜增長快，需要較高的水力負荷，一般是通過出水回流來解決。過出水回流來解決。 供氧供氧 一般是自然通風；影響濾池自然通風的主要因素：一般是自然通風；影響濾池自然通風的主要因素：池內(nèi)溫度與氣溫之差；濾池高度；濾料孔隙率及風力等；池內(nèi)溫度與氣溫之差；濾池高度；濾料孔隙率及風力等；濾池堵塞也會影響通風。濾池堵塞也會影響通風?；亓骰亓髟诟哓摵缮餅V池的運行中，多用處理水回流。優(yōu)點： 增大水力負荷，促進生物膜的脫落，防止濾池堵塞 稀釋進水，降低有機負荷，防止?jié)舛葲_擊 可向生物濾池連續(xù)接種，促進生物膜生長 增加進水的溶解氧，減少臭味 防止濾池滋生蚊蠅3

22、生物濾池部分小結(jié)生物濾池部分小結(jié) 生物濾池生物濾池凈化廢水主要依靠生物膜凈化廢水主要依靠生物膜，但并不能簡單地，但并不能簡單地認為生物膜越多越好。生物濾池要得到凈化廢水的良認為生物膜越多越好。生物濾池要得到凈化廢水的良好效果，沒有生物膜不行，生物膜太厚也不行，只有好效果，沒有生物膜不行，生物膜太厚也不行，只有生物膜適中生物膜適中，濾料間通風情況良好濾料間通風情況良好時，才有可能不產(chǎn)時，才有可能不產(chǎn)生厭氧層而獲得理想的凈化效果。創(chuàng)造這一良好的運生厭氧層而獲得理想的凈化效果。創(chuàng)造這一良好的運行條件，主要通過行條件，主要通過控制適宜的水力沖刷能力控制適宜的水力沖刷能力及及進水有進水有機負荷機負荷來實

23、現(xiàn)。來實現(xiàn)。 三三 生物轉(zhuǎn)盤生物轉(zhuǎn)盤 1954年，德國建立第一座生物轉(zhuǎn)盤污水處理廠；年，德國建立第一座生物轉(zhuǎn)盤污水處理廠； 20世界世界80年代，歐洲已建成年代，歐洲已建成2000多座生物轉(zhuǎn)盤；多座生物轉(zhuǎn)盤； 我國于我國于20世紀世紀70年代開始研究生物轉(zhuǎn)盤工藝，現(xiàn)已在年代開始研究生物轉(zhuǎn)盤工藝，現(xiàn)已在印染、造紙、皮革和石油化工等行業(yè)的工業(yè)廢水處理印染、造紙、皮革和石油化工等行業(yè)的工業(yè)廢水處理中得到廣泛應用；中得到廣泛應用； 圖圖3-13 3-13 生物轉(zhuǎn)盤的構(gòu)造生物轉(zhuǎn)盤的構(gòu)造 盤片為質(zhì)輕、高強、耐腐的盤片為質(zhì)輕、高強、耐腐的塑料，厚度塑料，厚度2-10 mm，直徑，直徑2-4 m，間距，間距1

24、0-30 mm； 盤片串聯(lián)在轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)軸距盤片串聯(lián)在轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)軸距槽中水面槽中水面10-25 cm，由反應槽，由反應槽兩端的支座支承，由電機帶兩端的支座支承，由電機帶動動0.8-3 rpm低速旋轉(zhuǎn)；低速旋轉(zhuǎn)； 轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)盤的40%-45%浸沒于污浸沒于污水中，其余露在空氣中；水中，其余露在空氣中； 盤片上的生物膜厚度一般為盤片上的生物膜厚度一般為0.1-0.5 mm；1. 生物轉(zhuǎn)盤構(gòu)造生物轉(zhuǎn)盤構(gòu)造2. 生物轉(zhuǎn)盤工作原理生物轉(zhuǎn)盤工作原理 當轉(zhuǎn)盤浸沒水中時，有機物被生物膜吸附；當轉(zhuǎn)盤浸沒水中時，有機物被生物膜吸附； 當轉(zhuǎn)盤離開水面時，固著水層從空氣中吸收氧，固著當轉(zhuǎn)盤離開水面時，固著水層從空氣中吸收

25、氧，固著 水層氧過飽和，轉(zhuǎn)移到生物膜和污水中；水層氧過飽和，轉(zhuǎn)移到生物膜和污水中；C. 圓盤的攪動也使大氣中的圓盤的攪動也使大氣中的O2進入水中；進入水中；D. 盤上的生物膜與水、空氣交替接觸，盤上的生物膜與水、空氣交替接觸，盤片轉(zhuǎn)動一周，盤片轉(zhuǎn)動一周， 就進行一次吸附就進行一次吸附-吸氧吸氧-氧化分解的過程，氧化分解的過程，進而去除進而去除 BOD、COD，也有，也有CO、NH3等的傳遞；等的傳遞； 圖圖3-14 3-14 生物轉(zhuǎn)盤的工作原理圖生物轉(zhuǎn)盤的工作原理圖 圖圖3-15 3-15 生物轉(zhuǎn)盤的布置方式生物轉(zhuǎn)盤的布置方式 一軸多段、多軸多段等形式的出現(xiàn)使生物轉(zhuǎn)盤可用于日一軸多段、多軸多段等形式的出現(xiàn)使生物轉(zhuǎn)盤可用于日 處理處理20萬噸以上的大型污水處理廠的工業(yè)廢水的處理；萬噸以上的大型污水處理廠的工業(yè)廢水的處理；v工藝選擇：工藝選