生物膜法的資料

生物膜法的資料第1頁/共60頁13-1基本原理一.生物膜:

附著生長在濾料上充滿微生物的立體網狀結構，具有較強的吸附和生物降解性能。（圖13-1生物膜的基本結構）結構：好氧層(0.5~1mm):好氧和兼性微生物，其中異養(yǎng)微生物位于上層，自養(yǎng)微生物底層；厭氧層：厭氧分解；附著水層；流動水層組成：細菌（好氧、厭氧、兼性）為主、真菌（包括絲狀菌）、藻類、原生動物、后生動物、蠕蟲、昆蟲的幼蟲；上層為低級食物鏈，下層為高級食物鏈。作用：吸附、氧化分解；生物分層：隨著水流方向，微生物從低級到高級分布，種類逐漸逐漸增多，個體數(shù)量減少；上層厚，下層厚度減??；載體：填料或濾料、介質生物膜培養(yǎng)：掛膜，過程為幾天至幾十天生物膜生長速度的影響因素：有機負荷、水力負荷（濾率）生物膜脫落：老化；昆蟲活動；水力沖刷。第2頁/共60頁圖13-1生物膜的基本結構第3頁/共60頁凈化有機物的過程（圖13-1）

有機物的擴散、氧的擴散（傳質）；有機物的吸附；有機物的氧化分解(好氧分解)；好氧代謝產物擴散；厭氧層的厭氧代謝(厭氧分解)；厭氧代謝的產物如有機酸的擴散；生物膜的生長和脫落第4頁/共60頁活性污泥和生物膜的比較

相同點：1.主要利用好氧微生物吸附、氧化降解有機物；2.微生物以細菌為主；3.微生物中原生動物和后生動物的存在說明系統(tǒng)運行正常，能改善出水水質；

不同點:1.絲狀菌的大量繁殖使生物膜具有立體結構，能疏松生物膜，有利于提高污染物的去除效果；而在活性污泥中則會對系統(tǒng)構成威脅，2.生物膜中原生動物和后生動物比活性污泥數(shù)量多，種類更豐富；且分層聚居，在水流的下層出現(xiàn)。第5頁/共60頁二、影響生物膜法污水處理效果的主要因素進水底物的組分和濃度及其變化規(guī)律營養(yǎng)物質有機負荷和水力負荷有機負荷：kgBOD5/[m3(濾料)·d]

水力負荷(濾率)：m3(污水)

/[m2(濾料)·d]有機負荷受到濾床性質的影響，即受到濾料性能的影響；高的有機負荷，需要高的水力負荷；在高負荷生物濾池中，提高濾率是改善生物濾池堵塞的常用措施；（表13-1）DO生物膜量：厚度和密度與進水有機物濃度影響；pH溫度有毒物質第6頁/共60頁表13-1幾種生物膜法工藝的負荷比較對象普通生物濾池高負荷生物濾池塔式生物濾池生物接觸氧化池生物轉盤濾率(m/d)1～59~4090~150100～1600.1～0.2有機負荷(kgBOD5/m3·

d)-10.1～0.30.5～1.51.0~2.52.5～4.0BOD去除效率85～9580～9080～9085～9085～90第7頁/共60頁三、生物膜法污水處理工藝特征與傳統(tǒng)活性污泥法相比較，生物膜法的特點：抗沖擊負荷、剩余污泥量少、操作方便；適合中小型污水處理廠采用。微生物特征：微生物種類豐富、量多、食物鏈長；微生物中存在世代時間較長的菌種，有利于不同功能的優(yōu)勢菌群分段運行；處理工藝特征：對水質、水量的變化有較強的適應性；可用于低濃度污水的處理；剩余污泥量少；運行管理方便：無污泥回流、無需調節(jié)反應器內污泥濃度、無絲狀菌膨脹的危險；需預處理：設初沉等為了①去除原水中懸浮物以免堵塞濾料；②水質均化。需設二沉池截留脫落的生物膜四、生物膜法反應動力學介紹第8頁/共60頁13-2生物濾池一、概述生物濾池是生物膜法的傳統(tǒng)工藝。分類負荷不同：低負荷生物濾池：濾料為碎石、卵石、爐渣、焦炭；

高負荷生物濾池：采用處理水回流；

塔式生物濾池：采用性能改善的濾料；營養(yǎng)物、氧氣和微生物三者充分接觸、水流紊動劇烈、通風條件好；布水方式不同：

回轉式布水；（圖13-3a）固定噴嘴式布水；（圖13-3b）第9頁/共60頁二、第10頁/共60頁(圖13-4)1.濾床及池體（1）濾料：主要參數(shù)：比表面積A、孔隙率P、密度、機械強度、生物化學穩(wěn)定性(不能被微生物分解、不能抑制微生物生長)；早期濾料：碎石、卵石、焦炭、爐渣等顆粒濾料；d為3～8cm（拳狀）；孔隙率為45%~50%;比表面積為65～100m2/m3;材料：塑料、玻璃鋼、樹脂；形狀：波紋狀、蜂窩管、環(huán)狀、空心浮球、多孔顆粒。圖13-5環(huán)狀圖13-6波紋狀濾料高度：石質拳狀濾料1～2.5m高；塔式濾池高>10m;（2）池壁：磚石、鋼筋混凝土；高度高出濾池表面0.4～0.5m；第11頁/共60頁蜂窩斜管和蜂窩斜板第12頁/共60頁浮球填料第13頁/共60頁陶粒濾料第14頁/共60頁立體彈性填料第15頁/共60頁聚丙烯半軟性填料第16頁/共60頁2.

布水系統(tǒng)：要求布水均勻；有固定式噴嘴布水系統(tǒng)（現(xiàn)基本不用）和旋轉式布水器(圖13-3a)；布水中心管，布水橫管；布水橫管的一側開于小孔，小孔直徑10～15mm；間距不等，愈近池心間距愈大，保證單位面積的濾池面積接受的水量相等；3.

排水系統(tǒng)：滲水裝置、集水溝、排水渠；收集并排出污水和生物膜，保證濾池通風，支承濾料；第17頁/共60頁幾種濾料主要參數(shù)的比較濾料種類3~8cm的s石質濾料環(huán)狀塑料濾料波紋板塑料濾料玻璃鋼蜂窩板（f=20）比表面積A(m2/m3)65～10098～34081～195200空隙濾P45～5093～9593～9595----密度(kg/m3)1100~1400100第18頁/共60頁三、生物濾池法的工藝流程

初沉池＋生物濾池＋二沉池a.普通生物濾池(低負荷生物濾池、滴濾池)水力負荷q低：1～5m3·(m2濾料·d)-1

有機物濾料負荷qF低：100～300mgBOD5·(m3濾料·d)-1BOD5去除率高：85～90％；出水水質好,BOD5<20~30mg·L-1;采用拳狀顆粒濾料，d＝3～8cm；工作H＝1.2～1.8m；承脫層顆粒h＝0.2m；濾料的總H＝1.5～2.0m<2.5m；布水系統(tǒng)：固定式噴嘴布水系統(tǒng)；有機物發(fā)生吸附、氧化、硝化作用：出水有DO和硝酸鹽；二沉池的污泥穩(wěn)定、顏色深；生物膜周期性脫落：主要由于膜老化和昆蟲活動；第19頁/共60頁b.有回流的高負荷生物濾池(圖13-10)水力負荷q高：9～40m3·(m2濾料·d)-1

有機負荷高：0.5～1.5gBOD5·(m3濾料·d)-1，在1.1左右

BOD5去除率：80～90％；出水BOD5>30mg·L-1;卵石或石英石濾料；H＝2～4m；布水系統(tǒng)：旋轉式布水系統(tǒng)；出水無DO和硝酸鹽；二沉池的污泥穩(wěn)定性差，泥量大；生物膜經常性地脫落：主要由于水力沖刷為保證高負荷、出水水質好，采用回流的運行方式(一般回流后的進水BOD5<200g·L-1;)二級生物濾池：提高處理效率；兩個高負荷生物濾池串連(圖13-10c、d)，第二級池中有硝酸鹽和DO；交替式二級生物濾池(圖13-9)第20頁/共60頁高負荷生物濾池的兩種回流方式(圖13-10a，b)生物濾池二沉池初沉池回流rQ進水出水Q(1+r)L1生物濾池二沉池初沉池回流rQ進水,Q,出水Q(1+r),

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第22頁/共60頁第23頁/共60頁圖13-9交替式生物濾池流程生物濾池二沉池初沉池生物濾池二沉池第24頁/共60頁c.塔式生物濾池(圖13-11)流程：單級進水（圖13-3a）二級進水（圖13-3b）直徑R為1～3.5m；高度H為8～24m；R/H=6~8；進水BOD5<500mg·L-1;填料要求密度低、裝填的填料分層，每層2m；BOD去除率降低，常用于有機廢水的預處理，以大幅度去除有機物；第25頁/共60頁三種生物濾池的性能比較比較對象普通生物濾池高負荷生物濾池塔式生物濾池濾床高度(m)低，<2.5高，>7m濾床直徑大小小出水高度硝化，BOD5≤25未充分硝化，BOD5≥30有限度硝化，BOD5≥30BOD去除效率85～9080～9080～90二次污泥顏色深,高度氧化易沉淀顏色淺，未充分氧化，易腐化濾率(m/d)1～5<9~4090~150有機負荷(kgBOD5/m3·

d)0.1～0.30.5～1.52.5~4.0缺點占地多，易堵塞，衛(wèi)生差優(yōu)點運行簡單，耐沖擊負荷強，生物膜在二沉池易分離第26頁/共60頁三、影響生物濾池的因素1.濾床高度H

位置不同，微生物種群不同；

E在一定調節(jié)下，與H正相關，但在H超過一定值時，不經濟；濾床位置上層下層微生物種類低級高級生物膜量多少去除速率快慢第27頁/共60頁2.負荷：集中反映生物濾池工作性能的參數(shù)。（1）水力負荷：表征生物濾池的接觸時間和沖刷能力。水力表面負荷：濾率/m3·(m2·d)-1水力體積負荷/m3·(m3·d)-1

（2）有機負荷/kgBOD5·(m3·d)-1:

每天供給單位體積濾料的有機物量，表征F/M值比較對象普通生物濾池高負荷生物濾池塔式生物濾池生物接觸氧化池生物轉盤濾率(m/d)1～59~4090~150100～1600.1～0.2有機負荷(kgBOD5/m3·

d)-10.1～0.30.5～1.51.0~2.52.5～4.0BOD去除效率85～9580～9080～9085～9085～90第28頁/共60頁回流的出發(fā)點提高水力負荷（濾率），防止濾池堵塞，改善衛(wèi)生狀況；保證濾池在有機負荷高的條件下能正常工作；改善進水狀況；調節(jié)和穩(wěn)定進水?；亓饔绊懗鏊|的原因稀釋進入到生物濾池中的有機物濃度，有利于提高出水水質濾率提高后，流動水的紊流程度增大；有利微生物周圍有機物的濃度梯度減小；不利廢水在濾池中的停留時間t減?。徊焕?.回流：在高負荷生物濾池中，多采用回流，一般要求回流后BOD5<200mg/L（表13-3回流濾池回流比與進水濃度之間的過關系）進水BOD5/(mg·L-1)<150150~300300~450450~600500~750750~900一級0.751.502.253.003.754.50二級0.51.01.52.02.53.0第29頁/共60頁4.供氧（1）正常運行的生物濾池，自然通風可以提供生物降解所需的氧量。（2）入流有機物濃度較高時，供氧可能成為限制因素：一般高負荷生物濾池保證進水COD<400mg·L-1。第30頁/共60頁表征生物濾池工作性能的參數(shù)1.有機負荷N/kgBOD5·(m3·d)-1N值高，濾池單位體積單位時間內去除的有機污染物多。對于一定的有機污染物，所需要的濾池體積小。2.處理效果或出水水質出水的有機物濃度、SS；3.處理效率E如無回流，則指生物濾池的處理效率如有回流，則指整個系統(tǒng)的處理效率第31頁/共60頁五、生物濾池系統(tǒng)的功能設計處理系統(tǒng)：生物濾池、二沉池、和初沉池、回流泵1濾池類型2流程選擇流程(1)是否設置初沉池；(2)采用幾級生物濾池；(3)是否采用回流，回流方式和回流比的確定。3濾池個數(shù)和濾床尺寸確定工藝設計內容：確定濾床總體積V，面積A，和高度h。4布水設備計算第32頁/共60頁濾池個數(shù)和濾床尺寸的確定(1)濾床總體積（V）第33頁/共60頁LV——有機容積負荷，kgBOD5/m3·d。城鎮(zhèn)污水生物濾池的負荷率取值表13-4(2)濾床高度h的確定(3)校核濾率，是否合理回流式濾池深較淺時，水力負荷要求≤30m/d。表13-5回流式生物濾池的濾率。【例題】第34頁/共60頁例題已知某城鎮(zhèn)人口80000人，排水量定額為100L/人·d，BOD5為20g/人·d。設有一座工廠，污水量為2000m3/d，其BOD5為2200mg/L。擬混合采用回流式生物濾池進行處理，處理后出水的BOD5要求達到30mg/L。生活污水與工業(yè)廢水混合后BOD5濃度【解】（1）基本設計參數(shù)計算(設在此不考慮初沉池計算)生活污水和工業(yè)廢水總水量第35頁/共60頁由于混合后BOD5濃度較高，應考慮回流，由表13-3設回流比r=3.00，則稀釋后濾池進水BOD5()為（2）生物濾池個數(shù)和濾床尺寸計算生物濾池總體積：設LV＝1.1kgBOD5/m3·d，則第36頁/共60頁設池深為2.5m，則濾池總面積為若采用6個濾池，每個濾池面積濾池直徑為第37頁/共60頁（3）校核經過計算，采用6個直徑23m，高2.5m的高負荷生物濾池。第38頁/共60頁六、生物濾池的運行及其經驗1.掛膜階段：生活污水2.馴化－掛膜階段：含有毒物質的工業(yè)廢水3.表13-7幾個生物濾池的技術數(shù)據(jù)第39頁/共60頁13-3生物轉盤生物轉盤（又名轉盤式生物濾池）是一種生物膜法處理設備。它具有很多優(yōu)點，在印染、造紙、皮革和石油化工等行業(yè)的工業(yè)廢水處理中得到應用，效果較好。與生物濾池相比，生物轉盤的特點：沒有堵塞現(xiàn)象；能耗低；占地面積大；有氣味產生。

生物轉盤去除廢水中有機污染物的機理，與生物濾池基本相同，但構造形式與生物濾池很不相同。第40頁/共60頁第41頁/共60頁圓盤一部分浸沒在污水中；一部分敞露在空氣中；轉軸中心高度高出液面150mm以上；膜厚0.5～2.0mm，不斷生長、繁殖、老化、脫落；轉盤材料：聚乙烯硬質塑料、玻璃鋼轉盤形狀：蜂窩板、波紋板盤片直徑2～3m，最大5m；盤片間距25～35mm（進水端），10～20mm（出水端）；軸長<7.6m;當系統(tǒng)要求盤片面積大時，可分組安裝，