水污染控制工程 生物膜法1

1、第八章 污水的好氧生物處理生物膜法第一節(jié) 生物膜法的歷史及其發(fā)展 一微生物在水中存在的狀態(tài) 微生物在自然界到處存在，如水中、土壤中等，如細(xì)菌、原生動物、后生動物等，組成了一條食物鏈。例如在水中微生物多以懸浮狀態(tài)存在（例如糞水曝氣現(xiàn)象），而在土壤中多以固著狀態(tài)存在（例如青苔）。這些微生物在馴化后可作為降解污水中有機(jī)物的專有微生物。這些微生物有的是厭氧的，有的是好氧的，所以利用這兩種類型的微生物來處理污水就派生了兩大類污水生物處理類型好氧工藝和厭氧工藝。 二好氧工藝的分類 根據(jù)好氧微生物的生長狀態(tài)，好氧工藝可細(xì)分為以下兩部分： 1.好氧懸浮生長工藝活性污泥法 2.附著生長工藝生物膜法 兩種工藝微生

2、物生存狀態(tài)不同，各派生出多種不同工藝流程。 三生物膜法的歷史及其發(fā)展 十九世紀(jì)末，國外研究人員在研究土壤凈化污水的過濾田基礎(chǔ)上，創(chuàng)造了生 物過濾法，即生物膜法的前身。三個例證：1 1865年德國杰出的科學(xué)家Alexandex Mueller發(fā)現(xiàn)帶有活著的微生物的土壤過濾柱可以凈化污水。2 1868年英國Edward Frankland 發(fā)現(xiàn)了填裝有各種卵石、砂和土壤的過濾柱具有凈化污水的作用，他的工作建立在過濾凈化過程中曝氣的作用。3 1893年，英國進(jìn)行將污水在粗濾料上噴灑進(jìn)行凈化的試驗(yàn)取得了良好的凈化效果，作為生物膜反應(yīng)器的生物濾池開始問世，并從此開始用于污水處理的實(shí)踐。 依據(jù)上述研究，歐

3、美國家漸漸開始采用這種過濾方法來凈化污水。當(dāng)時由于美國的土壤滲透性要比歐洲好，且土地價格便宜，故多采用土壤過濾；而在歐洲則普遍采用較粗糙的過濾填料如碎焦碳、鋼渣等工業(yè)化的副產(chǎn)品來凈化污水，最后發(fā)展成了滴濾池最經(jīng)典的生物膜法。四. 生物膜法的凈化過程及分類 在生物膜法中，微生物附著在載體表面生長而形成膜狀，當(dāng)污水流經(jīng)載體表面和生物膜接觸過程中，污水中的有機(jī)污染物即被微生物吸附、穩(wěn)定和氧化，最終轉(zhuǎn)化為H2O、CO2、NH3和微生物細(xì)胞物質(zhì)，污水得到凈化。自二十世紀(jì)70年代以來，生物膜法引起了廣大研究者和工程師們的極大興趣，于是屬于生物膜法的塔式生物濾池（好氧或厭氧濾池）、生物轉(zhuǎn)盤、生物接觸氧化法、

4、曝氣生物濾池等得到了較多的研究和工程應(yīng)用。 第二節(jié) 生物膜法類型及技術(shù)現(xiàn)狀 在20世紀(jì)2030年代，國外開始建造了許多生物膜反應(yīng)器系統(tǒng)，其主要形式就是生物濾池。其特點(diǎn)是生物量高和凈化效果較好，但其水力負(fù)荷和有機(jī)負(fù)荷均較低、環(huán)境衛(wèi)生條件也較差、處理構(gòu)筑物占地面積較大且有可能被脫落的生物膜堵塞等缺點(diǎn)， 在4050年代生物濾池有逐漸被活性污泥法取代的趨勢。在此期間，作為生物濾池的填料主要是碎石、卵石、爐渣和焦碳等實(shí)心拳狀的無機(jī)天然材料，一般具有比表面積小和孔隙率低等缺點(diǎn)。 到了60年代，新型的有機(jī)合成材料開始大量生產(chǎn)，如的波紋板狀、列管狀和蜂窩狀等有機(jī)人工合成填料，其比表面積和孔隙率大大增加，再加上

5、環(huán)境保護(hù)對水質(zhì)要求的進(jìn)一步提高，生物膜反應(yīng)器獲得了新的發(fā)展。 到了70年代，除了普通生物濾池（Trick Filters，也稱為滴濾池）外，生物轉(zhuǎn)盤（RBC）、淹沒式生物濾池（Submerged Biofilm Reactor）和生物流化（Fluidised Bed）技術(shù)都得到了比較多的研究和應(yīng)用。 近年來，生物膜反應(yīng)器以其獨(dú)特的優(yōu)勢更受廣大研究者和工程師們的關(guān)注，又涌現(xiàn)出大量新型的單一或復(fù)合式生物膜反應(yīng)器（Hybrid bioreactors），如微孔膜生物反應(yīng)器、氣提式生物膜反應(yīng)器、移動床生物膜反應(yīng)器、復(fù)合式活性污泥生物膜反應(yīng)器、序批式生物膜反應(yīng)器、升流式厭氧污泥床厭氧生物濾池（UASBA

6、F）、曝氣生物濾池及附著生長穩(wěn)定塘等等。 由此可見，生物膜反應(yīng)器發(fā)展迅速，由單一到復(fù)合，有好氧亦有厭氧，逐步形成了一套較完整的污水生物處理工藝系列。 一. 生物膜反應(yīng)器的類型與技術(shù)現(xiàn)狀 根據(jù)生物膜反應(yīng)器附著生長載體的狀態(tài)，生物膜反應(yīng)器可以劃分為固定床和流動床兩大類。 在固定床中，微生物的載體固定不動，在反應(yīng)器內(nèi)的相對位置基本不變；而在流動床中，附著生長載體不固定，在反應(yīng)器內(nèi)處于連續(xù)流動的狀態(tài)。基于操作時是否有氧氣的參與，分為好氧狀態(tài)、或者缺氧和厭氧狀態(tài)。 生物膜反應(yīng)器的類型可系統(tǒng)劃分如下： 1.生物濾池 生物濾池是生物膜反應(yīng)器的最初形式，現(xiàn)生物濾池已由原來承受較低負(fù)荷的普通生物濾池逐步發(fā)展成為

7、承受較高負(fù)荷的高負(fù)荷生物濾池、塔式生物濾池以及最新研制成功并投入運(yùn)行的曝氣生物濾池，2 生物轉(zhuǎn)盤 生物轉(zhuǎn)盤亦稱旋轉(zhuǎn)生物接觸器（RBC），是由一系列平行的旋轉(zhuǎn)圓盤、轉(zhuǎn)動橫軸、電機(jī)及減速裝置和氧化槽等部分組成。當(dāng)圓盤面積的4050%浸沒于污水時，盤片上的生物膜吸附污水中的有機(jī)物，圓盤轉(zhuǎn)動離開污水，生物膜上的固著水層從空氣中吸收氧，被吸附的有機(jī)物在微生物酶的作用下氧化分解，從而使污水得到凈化，此種操作的稱之為好氧生物轉(zhuǎn)盤。當(dāng)圓盤面積浸沒于污水中時，由于沒有吸氧過程，圓盤盤片僅是微生物的附著生長載體，此種操作的稱之為厭氧生物轉(zhuǎn)盤。3 生物接觸氧化法 1971年在日本首創(chuàng)，在池內(nèi)充填一定密度的填料，污水

8、浸沒全部填料并與填料上的生物膜廣泛接觸，在微生物新陳代謝功能的作用下，污水中的有機(jī)物得以去除，污水得以凈化。淹沒式生物濾池多在好氧狀態(tài)下運(yùn)行，充氧方式可以是污水預(yù)先充氧曝氣再流經(jīng)填料，也可以是在池內(nèi)設(shè)有人工曝氣裝置。4 生物流化床 生物流化床用于污水處理領(lǐng)域始于70年代初期并率先在美國和日本進(jìn)行廣泛的研究與應(yīng)用。所謂生物流化床，就是以砂和活性炭等顆粒物質(zhì)為載體填充于生物反應(yīng)器內(nèi)，因載體表面附著生長著生物膜而使其質(zhì)變輕，當(dāng)污水以一定流速從下向上流動時，載體便處于流化狀態(tài)。按照載體流動的動力來源的不同，生物流化床一般可分為以液流為動力的流化床和以氣流為動力的三相流化床兩大類。在兩相流化床中，按照進(jìn)

9、入流化床的污水是否預(yù)先充氧曝氣，床體可處于好氧狀態(tài)和厭氧狀態(tài)。 5 復(fù)合式生物膜反應(yīng)器 復(fù)合式生物膜反應(yīng)器是近些年來發(fā)展較快、引起研究者極大興趣的復(fù)合式處理工藝，這些反應(yīng)器將各單一操作的優(yōu)點(diǎn)復(fù)合在一起，使反應(yīng)器的凈化功能極大提高。有代表性且進(jìn)行深入研究或應(yīng)用的復(fù)合式生物膜反應(yīng)器主要有復(fù)合式活性污泥生物膜反應(yīng)器、序批式生物膜反應(yīng)器、升流式厭氧污泥床厭氧生物濾池及附著生長穩(wěn)定塘。第三節(jié) 微生物膜凈化污水機(jī)理1 生物膜中參與凈化的微生物群 生物膜主要是由微生物及其胞外多聚物所組成，這些微生物種類繁多，但歸納起來主要有細(xì)菌、真菌、藻類（在有光條件下）、原生動物和后生動物等，此外還有病毒。 生物膜中的生

10、物群與活性污泥中的生物群幾乎沒有大的差別，只是生物膜中微生物的食物鏈比活性污泥的長而且復(fù)雜，所以也就是生物膜法的泥量小的原因。1） 細(xì)菌、真菌類、藻類（1）細(xì)菌 細(xì)菌是微生物膜的主體，根據(jù)所需營養(yǎng)的不同，細(xì)菌可分為無機(jī)營養(yǎng)型的自養(yǎng)菌和有機(jī)營養(yǎng)型的異養(yǎng)菌，其中異養(yǎng)菌是生物膜中的主要細(xì)菌類型，能夠從流經(jīng)生物膜表面的水中獲得足夠的營養(yǎng)底物。（2）真菌類 真菌是具有明顯細(xì)胞核而沒有葉綠素的真核生物，生物膜上的真菌類和活性污泥不同，繁殖很快，在營養(yǎng)和生物環(huán)境方面和細(xì)菌有競爭關(guān)系。如真菌類過分地占有優(yōu)勢，生物膜得以較快增殖并變厚。真菌類占優(yōu)勢的條件是：溫度、PH值、廢水的性質(zhì)、負(fù)荷等因素。一般來說，生物膜

11、中還是以細(xì)菌占優(yōu)勢為宜。（3）藻類 藻類是受陽光照射下的生物膜中的主要成分，由于出現(xiàn)藻類的地方只限于生物膜反應(yīng)器中表層很小部分，因而對污水凈化不起很大作用。2） 原生動物 原生動物是動物界中最低等的單細(xì)胞動物，在成熟的生物膜中它們不斷捕食生物膜表面的細(xì)菌，因而在保持生物膜細(xì)菌處于活性物理狀態(tài)方面起著積極作用。原生動物或者以胞飲方式（一部分細(xì)胞壁凹入攝取外部環(huán)境中大分子并夾緊形成其體內(nèi)液泡）攝取有機(jī)物質(zhì)，或者以噬菌的方式吞噬細(xì)菌、藻類和其他粒子并消化作為它們的營養(yǎng)物質(zhì)。3） 后生動物 后生動物是由多個細(xì)胞組成的多細(xì)胞動物，屬無脊錐型。生物膜中經(jīng)常出現(xiàn)的后生動物有輪蟲類、線蟲類、寡毛類和昆蟲及其幼

12、蟲類。二微生物膜及其降解有機(jī)物的機(jī)理 污水長期與濾料或某種載體流動接觸，就會在其表面形成生物膜，并逐漸成熟，其標(biāo)志是：生物膜沿水流方向的分布、生物膜上由細(xì)菌及各種微生物組成的生態(tài)系、對有機(jī)物的降解功能都達(dá)到了平衡和穩(wěn)定狀態(tài)。從開始到成熟，生物膜要經(jīng)過潛伏和生長兩個階段，生物膜有時均勻地分布在載體表面，而有時卻非常不均勻；有時僅由單層的細(xì)胞組成，而有時卻相當(dāng)厚，隨著營養(yǎng)底物、時間和空間的改變而發(fā)生變化。由于生物膜主要是由微生物細(xì)胞和他們所產(chǎn)生的胞外多聚物所組成，因而生物膜通常具有孔狀結(jié)構(gòu)，并具有很強(qiáng)的吸附性能。結(jié)果，我們所觀察到的生物膜通常還含有大量被吸附和鑲嵌于內(nèi)的溶質(zhì)和無機(jī)顆粒，從這個角度上

13、說，生物膜是由有生命的細(xì)胞和無生命的無機(jī)物所組成的結(jié)構(gòu)。厭氧層好氧層附著水層流動水層載體污水 生物膜附著在載體的表面，在污水不斷流動的條件下，在其外側(cè)總是存在著一層附著液膜（附著水層）。在生物膜的表面上和一定深度的內(nèi)部生長繁殖大量的各種類型的微生物和微型動物，并形成有機(jī)污染物細(xì)菌原生動物后生動物的食物鏈。在污水流過載體表面的過程中，污水中的有機(jī)污染物被生物膜中的微生物吸附，并通過氧向生物膜內(nèi)部的擴(kuò)散，在膜中發(fā)生生物氧化等作用，從而完成對有機(jī)污染物的分解。污染物、溶解氧及各種必須營養(yǎng)物首先要經(jīng)過液相擴(kuò)散到生物膜表面，進(jìn)而到生物膜內(nèi)部，只有擴(kuò)散到生物膜表面或內(nèi)部的污染物才能有機(jī)會被生物膜微生物所分

14、解與轉(zhuǎn)化，最終形成各種代謝產(chǎn)物。生物膜表層生長的是好氧和兼氧微生物，其厚度約2mm，在這里，有機(jī)污染物經(jīng)微生物好氧代謝而降解，終點(diǎn)產(chǎn)物是H2O、CO2、NH3等。由于氧在生物膜表層已耗盡，而在好氧層的深部由于擴(kuò)散作用制約了溶解氧的滲透往往形成厭氧區(qū)，使生物膜內(nèi)層的微生物處于厭氧狀態(tài)，在這里，進(jìn)行的是有機(jī)物的厭氧代謝，終點(diǎn)產(chǎn)物為有機(jī)酸、乙醇、醛和H2S等。由于微生物的不斷繁殖，生物膜逐漸增厚，超過一定厚度后，吸附的有機(jī)物在傳遞到生物膜內(nèi)層的微生物以前，已被代謝掉。當(dāng)厭氧層還不夠厚時，它與好氧層保持著一種平衡穩(wěn)定的關(guān)系，好氧層能夠保持良好的凈化功能，當(dāng)厭氧層逐漸加厚時，其內(nèi)層微生物因得不到充分的營

15、養(yǎng)而進(jìn)入內(nèi)源代謝，這些代謝產(chǎn)物向外逸出時，必然要透過好氧層，從而破壞了好氧層生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時厭氧層氣態(tài)代謝產(chǎn)物的不斷逸出又減弱了生物膜在載體上的固著力，促進(jìn)了生物膜的脫落，失去其粘附在載體上的性能，脫落下來隨水流出反應(yīng)器，載體表面再從新生長出新的生物膜。生物膜的周期更新，是維持生物膜凈化功能的重要因素。三生物膜法的特征 1微生物相方面的特征（1）參與凈化反應(yīng)的微生物的多樣化 在生物膜上生長繁育的生物類型豐富、種屬繁多，食物鏈長且復(fù)雜。主要有：細(xì)菌、真菌、藻類、鞭毛蟲、肉足蟲、纖毛蟲緣毛類、纖毛蟲吸管蟲類、輪蟲、線蟲、寡毛類、其它后生動物、昆蟲類。（2）微生物量多，處理能力大，凈化功能顯著

16、提高 由于微生物附著生長并使生物膜具有較低的含水率，單位反應(yīng)器內(nèi)的生物量可高達(dá)活性污泥法的520倍，因而生物膜反應(yīng)器具有較高的處理能力。又由于有世代時間較長的硝化菌生長繁殖，生物膜反應(yīng)器不僅能夠去除有機(jī)污染物，而且更具有較好的硝化功能，因而其凈化功能顯著提高。（3）能夠生長硝化菌 硝化菌和亞硝化菌的世代時間都比較長，其比增殖速率很小，在活性污泥法系統(tǒng)中，這類細(xì)胞是難以存活的，但在生物膜法中，生物膜的污泥齡與污水的停留時間無關(guān)，因此，象硝化細(xì)菌這樣世代時間比較長的細(xì)胞也得以增殖。2處理工藝方面的特征（1）對水量、水質(zhì)變動有較強(qiáng)的適應(yīng)性 生物膜法中的各種工藝，對流入水水質(zhì)、水量的變動都具有較強(qiáng)的適

17、應(yīng)性，即或中間停止一段時間進(jìn)水，對生物膜的凈化功能也不會帶來明顯的障礙，系統(tǒng)能夠很快地得到恢復(fù)。（2）在低水溫條件下也能保持一定的凈化功能 由于生物膜生物相的多樣性，在低水溫條件下，生物膜仍能夠保持較為良好的凈化功能，溫度變化對它的影響較小。（3）易于固液分離 從生物膜上脫落下來的生物污泥，所含動物成分較多，比重較大，易于固液分離，即或大量增殖絲狀菌，也沒有產(chǎn)生污泥膨脹之慮。（4）能夠處理低濃度污水 活性污泥法處理系統(tǒng)，如進(jìn)水BOD在5060mg/l以下，絮凝體由于營養(yǎng)物質(zhì)不足而形成惡化，處理水水質(zhì)低下；但是，生物膜法處理系統(tǒng)對有機(jī)物濃度低的污水，也能夠取得較好的處理效果，可使進(jìn)水BOD為20

18、mg/l的污水降至出水BOD為510mg/l。（5）動力費(fèi)用低 生物膜法中的生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤等工藝，都是節(jié)省能源的，其動力費(fèi)用都較低，使去除單位重量的BOD的耗電量較少。（6）產(chǎn)生的污泥量少 與活性污泥相比，在生物膜中出現(xiàn)了比較大型的生物，因而食物鏈也比活性污泥的長，故剩余污泥量明顯減少，特別是在生物膜較厚時，底部厭氧層的厭氧菌能夠降解好氧過程合成的剩余污泥，從而使總的剩余污泥量大大減少。正是這些原因，使生物膜法產(chǎn)生的污泥量比活性污泥法少得多，因而可減輕污泥處理與處置的費(fèi)用。一般來說，產(chǎn)生的污泥量較活性污泥法能夠少25%30%。（7）具有較好的硝化與脫氮功能 生物膜法的各項(xiàng)工藝具有良好的硝化

19、功能，采取措施適當(dāng)，還有進(jìn)行脫氮的性能。（8）易于運(yùn)行管理，無污泥膨脹問題 生物膜反應(yīng)器具有較高的生物量，不需要污泥回流，易于維護(hù)與管理。另外，在生物膜反應(yīng)器由于微生物附著生長，即使絲狀菌大量生長，也不會導(dǎo)致污泥膨脹，相反還可利用絲狀菌較強(qiáng)的分解氧化能力，提高處理效果。第四節(jié) 普通生物濾池一普通生物濾池的構(gòu)造 下圖為兩種典型的普通生物濾池結(jié)構(gòu)圖，它們都是由濾床（濾料層）、布水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)和通風(fēng)（供氧）系統(tǒng)組成。 1濾床 濾床由濾料組成。濾料是微生物生長棲息的場所，理想的濾料應(yīng)具備下述特性： 能為微生物附著提供大量的表面積； 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(fēng)（即保證氧的供

20、給）和使脫落的生物膜能隨水流出濾池； 不被微生物分解，也不抑制微生物的生長，有較好的化學(xué)穩(wěn)定性； 有一定的機(jī)械強(qiáng)度，且價格低廉。 早期濾床的濾料主要以拳狀碎石為主，此外，碎鋼渣、焦碳等也可作為濾料，其粒徑在38mm左右，空隙率在45%50%左右，比表面積（可附著面積）在65100m2/m3之間。從理論上來講，這類濾料粒徑愈小，濾床的微生物可附著面積愈大，則生物膜的面積將愈大，濾床的工作能力也愈大。但粒徑愈小，濾料間的空隙就愈小，濾床愈易被生物膜堵塞，濾床的通風(fēng)也愈差，可見濾料的粒徑不宜太小。 60年代中期，塑料濾料開始被廣泛采用，常用的有環(huán)狀塑料濾料和波紋狀塑料濾料。環(huán)狀塑料濾料比表面積在98

21、340m2/m3之間，空隙率為93%95%；波紋狀塑料濾料比表面積在81195m2/m3之間，空隙率為93%95%。國內(nèi)目前還采用玻璃鋼蜂窩狀塊狀濾料，空心間距在20mm左右，空隙率在95%左右，比表面積在200m2/m3左右。 濾床高度與濾料的密度有密切關(guān)系。石質(zhì)拳狀濾料組成的濾床高度一般在12.5m之間。一方面由于孔隙率低，濾床過高會影響通風(fēng)；另一方面由于濾料太重將影響排水系統(tǒng)和濾池基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)。而塑料濾料比重很輕，每立方米僅重100kg左右，孔隙率則高達(dá)93%95%，使濾床高度不但可以提高，而且可以采用雙層或多層構(gòu)造。國外一般采用雙層濾床，高7m左右；國內(nèi)常采用多層的塔氏結(jié)構(gòu)，高度常在10

22、m以上。 濾池四周一般設(shè)池壁，池壁起圍護(hù)濾料、減少污水飛濺的作用。常用磚、石或混凝土塊砌筑。2布水系統(tǒng) 設(shè)置布水系統(tǒng)的目的：為了使污水能均勻地分布在整個濾床表面上。生物濾池的布水設(shè)備分為兩類，即回轉(zhuǎn)式布水器和固定式噴嘴布水系統(tǒng)。 如圖8-5所示，回轉(zhuǎn)式布水器的中央是一根空心的立柱，底端與設(shè)在池底下面的進(jìn)水管銜接。布水橫管位于濾池上方，在其一側(cè)開有噴水孔口，孔口直徑1015mm，間距不等，愈距池心間距愈大，使濾池單位平面面積接受的污水量基本上相等。布水器的橫管可為兩根（小池）或四根（大池），對稱布置。污水通過中央立柱流入布水橫管，由噴水孔口分配到濾池表面。污水噴出孔口時，作用于橫管的反作用力推動

23、布水器繞立柱旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動方向與孔口噴嘴方向相反，所需水頭在0.6m1.5m左右，如果水頭不足，可用電動機(jī)轉(zhuǎn)動布水器。 如圖8-6所示，固定式布水系統(tǒng)：由虹吸裝置、饋水池、布水管道和噴嘴組成。污水經(jīng)過初沉池后流入饋水池，當(dāng)饋水池水位上升到某一高度時，池中積蓄的污水通過設(shè)在池內(nèi)的虹吸裝置，傾瀉到布水管系，噴嘴開始噴水，且因水頭較大，噴水直徑較大。由于出流水量大于入流水量，池中水位逐漸下降，因此噴嘴的水頭逐漸降低，噴水半徑也隨之逐漸收縮。當(dāng)池中水位降落到一定程度時，空氣進(jìn)入虹吸裝置，虹吸被破壞，噴嘴即停止噴水。由于饋水池的調(diào)節(jié)作用，固定噴水系統(tǒng)的噴水是間隙的。這類布水系統(tǒng)需要較大的水頭，約在2m左右。

24、3排水系統(tǒng) 排水系統(tǒng)一般設(shè)于池底，一方面是收集濾床流出的污水與生物膜，另一方面保證通風(fēng)供氧和支撐濾料。池底排水系統(tǒng)由池底、排水假底和集水溝組成。排水假底早期都采用混凝土柵板，或用金屬柵板作為排水假底。假底的空隙（過水面積）所占面積不宜小于濾池平面的5%8%，與池底的距離不宜小于0.40.6m。 池底除支撐濾料外，還要排泄濾后水，池底中心軸線上設(shè)有集水溝，兩側(cè)底面向集水溝傾斜，池底和集水溝的坡度約1%2%。集水溝要有充分的高度，并在任何時候不會滿流，確?？諝饽茉谒嫔蠒惩o阻，使濾池中空隙充滿空氣。4通風(fēng)系統(tǒng) 通風(fēng)系統(tǒng)主要是供給濾池中微生物需要的氧分。通風(fēng)系統(tǒng)主要通過排水假底下部池壁上的通風(fēng)孔進(jìn)

25、入空氣，并靠濾池的自然拔風(fēng)作用使空氣均勻通過排水假底而進(jìn)入濾料層。通風(fēng)系統(tǒng)效果的好壞受濾池高度、濾池上下部的溫差而影響較大。二普通生物濾池法的工藝流程 低負(fù)荷生物濾池又稱普通生物濾池，其處理流程主要都由初沉池、生物濾池和二沉池組成。 初沉池的作用：主要是去除原污水中的大塊懸浮物，一方面可去除部分有機(jī)物，另一方面是防止濾池的堵塞。 二沉池的作用：主要是使生物濾池流出水中的生物膜進(jìn)行泥水分離。 普通生物濾池工藝的優(yōu)點(diǎn)：處理效果好，BOD的去除率可達(dá)90%以上，出水BOD可下降到25mg/l以下，硝酸鹽含量在10mg/l左右，出水水質(zhì)穩(wěn)定。 缺點(diǎn)：占地面積大，易于堵塞，灰蠅很多，影響環(huán)境衛(wèi)生。后來，

26、人們通過采用新型濾料，革新流程，提出多種形式的高負(fù)荷生物濾池，使負(fù)荷率比普通生物濾池提高數(shù)倍，池子體積大大縮小。兩級回流流程三普通生物濾池的機(jī)理1普通生物濾池的工作情況 普通生物濾池正常工作時，原污水通過布水設(shè)備連續(xù)地、均勻地噴灑到濾床表面上，污水以水滴地形成向下滲瀝，或以波狀薄膜的形式向下滲流。最后，污水到達(dá)排水系統(tǒng)，流出濾池。污水流過濾床時，有一部分污水、污染物和細(xì)菌附著在濾料表面上，微生物便在濾料表面大量繁殖，不久，形成一層充滿微生物的粘膜，稱為生物膜。這個起始階段通常叫“掛膜”，是生物濾池的成熟期，只有在“掛膜”過程完成后生物濾池才能進(jìn)入正常運(yùn)行。2影響普通生物濾池性能的主要因素 （1

27、）濾池高度 對于下向流生物濾池，濾床的上層和下層相比，生物膜量、微生物種類和去除有機(jī)物的速率均不相同。濾床上層，污水中有機(jī)物濃度較高，微生物繁殖速率高，種屬較低級以細(xì)菌為主，生物膜量較多，有機(jī)物去除速率較高。隨著濾床深度增加，微生物從低級趨向高級，種類逐漸增多，生物膜量從多到少。濾床中的這一遞變現(xiàn)象，類似污染河流在自凈過程中的生物遞變。因?yàn)槲⑸锏纳L和繁殖同環(huán)境因素息息相關(guān)，所以當(dāng)濾床各層的進(jìn)水水質(zhì)互不相同時，各層生物膜中的微生物就不相同，處理污水（特別是含多種性質(zhì)相異的有害物質(zhì)的工業(yè)廢水）的功能也隨著不同。 （2）負(fù)荷率 生物濾池的負(fù)荷以污水流量表示時，負(fù)荷率的單位是m3（水）/m3d或m

28、3（水）/ m2d，后一單位相當(dāng)于m/d，又稱為平均濾率。但是，由于生物濾池的作用是去除污水中的有機(jī)物或特定污染物，因此，它的負(fù)荷率應(yīng)以有機(jī)物或特定污染物為準(zhǔn)較合理，對于一般污水則常以B0D5為準(zhǔn)，負(fù)荷率的單位以kg（B0D5或特定物質(zhì)）/ m3濾料.d表示。這樣，生物濾池的負(fù)荷率有三種表達(dá)方式。以流量為準(zhǔn)的負(fù)荷率常稱水力負(fù)荷率；水力負(fù)荷率采用濾率為單位時，又稱為表面水力負(fù)荷率；以B0D5為準(zhǔn)的負(fù)荷率常稱有機(jī)負(fù)荷率。 普通生物濾池，濾率一般在1-2m/d左右，不超過4m/d。在此低負(fù)荷率的條件下，隨著濾率的提高，污水中有機(jī)物的傳質(zhì)速率加快，生物膜量增多，濾床特別是它的表層很容易堵塞；但是，當(dāng)濾

29、率提高到8m/d以上時，下滲污水對生物膜的水力沖刷作用，使生物濾池堵塞現(xiàn)象又獲改善。在高負(fù)荷條件下，隨著濾率的提高，污水在生物濾池中的停留時間縮短，出水水質(zhì)將相應(yīng)下降。為此，可以利用污水廠出水回流（回流濾池），或提高濾床高度（塔式生物濾池）來改善進(jìn)水水質(zhì)，從而提高濾率和保證出水水質(zhì)。 （3）回流 回流：利用污水廠的出水或生物濾池出水稀釋進(jìn)水的做法。回流比：回流水量與進(jìn)水量之比。 回流對生物濾池性能有下述影響： 回流可提高生物濾池的濾率，它是使生物濾池由低負(fù)荷率演變?yōu)楦哓?fù)荷率的方法之一（增大濾床高度也可提高負(fù)荷率）； 提高濾率有利于防止滴濾池中產(chǎn)生灰蠅和減少惡臭（淹沒式生物濾池不存在此現(xiàn)象）；

30、當(dāng)進(jìn)水缺氧、腐化、缺少營養(yǎng)元素或含有有害物質(zhì)時，回流可改善進(jìn)水的腐化狀況，提供營養(yǎng)元素和降低毒物濃度； 進(jìn)水的質(zhì)和量有波動時，回流有調(diào)節(jié)和穩(wěn)定進(jìn)水的作用。 回流將降低入流污水的有機(jī)物濃度，減少流動水與附著水中有機(jī)物的濃度差，因而降低傳質(zhì)和有機(jī)物去除速率。另一方面，回流增大流動水的紊動程度，增快傳質(zhì)和有機(jī)物的去除速率，當(dāng)后者的影響大于前者時，回流可以改善濾池的工作。四其它形式的生物濾池1塔式生物濾池 塔式生物濾池也稱高負(fù)荷生物濾池，其在構(gòu)造上與普通生物濾池基本相同，它與普通生物濾池的區(qū)別：將濾料在濾池中分層疊加，所以把每層濾床作為獨(dú)立單元時，可看成是多段濾床的串聯(lián)。它比普通生物濾池大幅度提高了濾

31、池的負(fù)荷率，BOD容積負(fù)荷率比普通生物濾池高68倍，水力負(fù)荷則高達(dá)10倍。當(dāng)原污水中有機(jī)物濃度較大且處理后的出水水質(zhì)要求較高時，塔式生物濾池一般都需要將處理水進(jìn)行回流，這樣可以均化與穩(wěn)定進(jìn)水水質(zhì)，降低進(jìn)入高負(fù)荷濾池的BOD值，同時加大了水力負(fù)荷，及時沖刷過厚和老化的生物膜，一方面避免堵塞，另一方面使生物膜迅速更新并經(jīng)常保持較高的活性。2 活性生物濾池 活性生物濾池：將生物濾池與活性污泥曝氣池串聯(lián)運(yùn)行在一起形成組合的生物膜活性污泥工藝，污水與回流污泥一同進(jìn)入濾池進(jìn)行生物處理。 活性生物濾池在進(jìn)水時由于采用了較多的活性污泥回流，濾床中具有大量的活性微生物，濾池中就發(fā)生了較高的微生物的同化作用，也就

32、是說活性生物濾池就好象高效的微生物合成器，進(jìn)水中大量的有機(jī)物首先在此被活性污泥所吸附和氧化，并進(jìn)行微生物的大量合成。但由于污水和活性污泥在此濾池中的停留時間較短，微生物對吸附在活性污泥上的有機(jī)物還沒有完全氧化，故濾池出水尚需在后續(xù)的曝氣池中進(jìn)一步曝氣處理以達(dá)到良好的出水水質(zhì)，也正是由于活性生物濾池的這種作用，使得后續(xù)曝氣池的負(fù)荷大為減輕且波動減小。 活性生物濾池的構(gòu)造基本上同塔式生物濾池，只是濾床高度較低而已，一般為5m左右，采用的濾料一般有水平安放的木板條，這些板條在濾床中交錯排列。此外還有采用塑料蜂窩填料，其孔徑不小于25mm。 （4）供氧 普通生物濾池中，微生物所需的氧一般直接來自于大氣

33、，并靠自然通風(fēng)供給。 影響生物濾池通風(fēng)的主要因素: 濾床自然撥風(fēng)能力和風(fēng)速。自然撥風(fēng)的推動力是池內(nèi)溫度和氣溫之差，以及濾池的高度。溫度差愈大，通風(fēng)條件愈好。當(dāng)水溫較低，濾池內(nèi)溫度低于氣溫時（夏季），池內(nèi)氣流向下流動；當(dāng)水溫較高，池內(nèi)溫度高于氣溫時（冬季），氣流向上流動。若池內(nèi)外無溫差時，則停止通風(fēng)。正常運(yùn)行的生物濾池，自然通風(fēng)可以提供生物降解所需的氧量。 當(dāng)入流污水有機(jī)物濃度較高時，供氧條件可能成為影響生物濾池工作的主要因素。對于普通生物濾池，當(dāng)進(jìn)水有機(jī)物濃度低時，氧的供給一般是充足的；而當(dāng)COD400500mg/l時，生物濾池供氧嚴(yán)重不足，生物膜好氧層厚度變薄，厭氧層變厚。所以為保證生物濾池

34、正常工作，有人建議濾池進(jìn)水COD應(yīng)小于400mg/l，當(dāng)進(jìn)水濃度高于此值時，必須通過回流的方法，降低濾池進(jìn)水有機(jī)物濃度，以保證生物濾池供氧充足，正常運(yùn)行，但由此使得生物濾池的體積和占地面積大大增加。五普通生物濾池的計算 普通生物濾池處理系統(tǒng)的構(gòu)成：初沉池、濾池本身和后續(xù)的二沉池，另外有時還有回流系統(tǒng)。其功能設(shè)計一般包括：濾池類型和流程選擇；濾池個數(shù)和濾床尺寸的確定；初沉池、二沉池的形式、個數(shù)和工藝尺寸的確定；布水設(shè)備計算。1 濾池類型的選擇 低負(fù)荷生物濾池僅在污水量小、地區(qū)偏僻、石料不貴的場合尚有可能選用。 目前，大多數(shù)工程采用高負(fù)荷生物濾池，其主要有兩種類型：帶回流的生物濾池和塔式生物濾池。濾池類型的選擇，應(yīng)通過占地面積、基建費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用的比較而定。2 流程的選擇 確定流程需要解決的問題：是否設(shè)初沉池；采用幾級濾池；是否采用回流，回流方式和回流比的確定。 當(dāng)廢水含懸浮物較多時，宜設(shè)置初沉池，以避免曝氣生物濾池阻塞。處理城市污水時，一般都設(shè)置初沉池。 當(dāng)進(jìn)水有如下三種情況時，應(yīng)考慮用二沉池出水進(jìn)行回流： 入流有機(jī)物濃度較高，可能引起供氧不足時； 水量很小，無法維持水力負(fù)荷在最小經(jīng)驗(yàn)值以下時； 污水中某種污染物在高濃度時可能抑制微生物生長的情況下，應(yīng)考慮回流。 3 濾池個數(shù)和濾床尺寸的確定 生物濾池的工藝設(shè)計內(nèi)容：確定濾床總體積、面積和高度。設(shè)計時可按負(fù)荷率計算，或經(jīng)過試