南開大學(xué)的排水工程課件-污水的生物處理-生物膜法

南開大學(xué)污水生物處理-生物膜法課程目標(biāo)理解生物膜法原理深入理解生物膜法處理污水的基本原理，包括生物膜的形成、生長和降解機(jī)制。掌握生物膜反應(yīng)器類型了解不同類型的生物膜反應(yīng)器，如生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、生物接觸氧化池等。分析生物膜法應(yīng)用探討生物膜法在污水處理中的應(yīng)用，包括城市污水、工業(yè)廢水等不同領(lǐng)域的應(yīng)用。污水處理概述污水處理是指將生活污水、工業(yè)廢水、農(nóng)業(yè)排水等廢水經(jīng)過物理、化學(xué)和生物等方法去除污染物質(zhì)，達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)，使其可以安全排放到環(huán)境中的過程。污水處理的目的是保護(hù)水資源，防止水污染，維護(hù)生態(tài)環(huán)境，保障人體健康和社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。污水中的主要污染物有機(jī)物主要包括碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪等，它們在水中被微生物分解時會消耗大量的氧氣，導(dǎo)致水體缺氧，影響水生生物的生存。氮和磷氮和磷是水體富營養(yǎng)化的主要原因，會導(dǎo)致水體中的藻類大量繁殖，形成水華，破壞水體生態(tài)平衡。重金屬重金屬如汞、鉛、鎘等，會通過食物鏈富集在人體內(nèi)，對人體健康造成嚴(yán)重危害。病原微生物病原微生物如細(xì)菌、病毒等，會引起各種傳染病，對人體健康造成威脅。生物膜法原理生物膜的形成微生物附著在載體表面，形成生物膜。污染物的降解生物膜中的微生物利用污水中的有機(jī)物作為營養(yǎng)物質(zhì)，進(jìn)行新陳代謝，降解污染物。生物膜的更新隨著生物膜的生長和老化，部分生物膜會脫落，新的生物膜會繼續(xù)形成。生物膜的形成機(jī)理1附著微生物首先附著在固體表面，形成單層細(xì)胞。2生長微生物開始繁殖，形成多層細(xì)胞，形成生物膜。3成熟生物膜結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，形成不同的菌落和通道。生物膜處理的優(yōu)點高效去除污染物生物膜可以有效地去除有機(jī)物、氮、磷等污染物，提高污水處理效率。節(jié)約能源生物膜處理過程通常不需要額外的曝氣，可以節(jié)省能源成本。占地面積小生物膜反應(yīng)器體積小，占地面積小，適合在空間有限的地方使用。穩(wěn)定運行生物膜具有較高的抗沖擊負(fù)荷能力，可以穩(wěn)定運行。生物膜處理的局限性易堵塞生物膜生長過厚會導(dǎo)致管道堵塞，影響水流和處理效率。敏感性生物膜對溫度、pH值、溶解氧等環(huán)境因素變化敏感，容易造成處理效果下降。難控制生物膜的生長速度難以精確控制，難以確保穩(wěn)定高效的處理效果。生物膜處理的工藝流程1進(jìn)水預(yù)處理去除大顆粒懸浮物，降低污染負(fù)荷，保護(hù)后續(xù)處理設(shè)施。2生物膜反應(yīng)器利用微生物降解有機(jī)物，去除污染物，提高水質(zhì)。3出水消毒殺滅殘留病菌，確保出水安全，符合排放標(biāo)準(zhǔn)。生物膜的類型好氧生物膜需要氧氣才能生存的細(xì)菌。厭氧生物膜在無氧環(huán)境中生存的細(xì)菌。兼性生物膜可以在有氧或無氧環(huán)境中生存的細(xì)菌。好氧生物膜微生物種類主要由好氧細(xì)菌組成，例如硝化細(xì)菌和亞硝化細(xì)菌。代謝過程通過氧化有機(jī)物獲取能量，并釋放二氧化碳和水。環(huán)境條件需要充足的氧氣，并適宜的溫度和pH值。好氧生物膜的特點1高效率好氧生物膜可以有效地去除污水中的有機(jī)物和營養(yǎng)物質(zhì)。2穩(wěn)定性強好氧生物膜的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不易受到環(huán)境變化的影響，能夠長期有效地運行。3易于控制好氧生物膜的生長和活性可以通過控制溶解氧濃度和溫度等參數(shù)來調(diào)節(jié)。厭氧生物膜無氧環(huán)境厭氧生物膜在無氧或低氧條件下形成，主要由厭氧細(xì)菌組成。有機(jī)物分解厭氧生物膜通過厭氧呼吸分解有機(jī)物，產(chǎn)生甲烷、二氧化碳等氣體，并釋放能量。厭氧生物膜的特點厭氧生物膜主要由厭氧細(xì)菌組成，它們能夠在缺氧條件下利用有機(jī)物進(jìn)行代謝，并產(chǎn)生甲烷、二氧化碳等氣體。厭氧生物膜通常較厚，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，包含多個微生物種群，形成復(fù)雜的食物鏈和能量傳遞系統(tǒng)。厭氧生物膜處理過程通常較慢，但能夠有效去除有機(jī)物，并產(chǎn)生可回收利用的沼氣。兼性生物膜耐受條件兼性生物膜可以適應(yīng)氧氣含量變化的環(huán)境，既能在有氧環(huán)境中生長，也能在無氧環(huán)境中存活。混合微生物兼性生物膜由多種微生物組成，包括好氧細(xì)菌、厭氧細(xì)菌和兼性細(xì)菌。應(yīng)用范圍兼性生物膜廣泛應(yīng)用于污水處理，特別是處理含有有機(jī)物和氮磷的污水。兼性生物膜的特點兼性生物膜可以適應(yīng)氧氣濃度變化，在氧氣充足和缺氧的環(huán)境中均可存活。兼性生物膜具有較強的代謝能力，可以分解多種有機(jī)物和無機(jī)物。兼性生物膜在污水處理中具有廣泛的應(yīng)用，適用于處理各種類型的污水。生物膜反應(yīng)器的類型固定床反應(yīng)器固定床反應(yīng)器是最常見的生物膜反應(yīng)器類型之一，它采用填充材料固定生物膜。填充材料通常是惰性的，例如塑料、陶瓷或活性炭。移動床反應(yīng)器移動床反應(yīng)器中的填充材料被連續(xù)地移動，以促進(jìn)生物膜的生長和脫落，從而保持較高的生物活性。膜生物反應(yīng)器膜生物反應(yīng)器結(jié)合了生物膜技術(shù)和膜分離技術(shù)，可以提高污水處理效率，并減少污泥產(chǎn)量。生物膜反應(yīng)器的典型結(jié)構(gòu)生物膜反應(yīng)器通常由反應(yīng)池、曝氣系統(tǒng)、沉淀池等組成。反應(yīng)池提供生物膜生長的場所，曝氣系統(tǒng)為微生物提供氧氣，沉淀池用于分離污泥。不同的生物膜反應(yīng)器在結(jié)構(gòu)設(shè)計上有所差異，常見類型包括生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、生物接觸氧化池等。這些反應(yīng)器根據(jù)不同的工藝特點和應(yīng)用場景，在結(jié)構(gòu)設(shè)計上進(jìn)行了針對性的優(yōu)化。例如，生物濾池通常采用填料形式，以增加生物膜的表面積；生物轉(zhuǎn)盤則利用轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)，使生物膜與污水充分接觸；生物接觸氧化池則結(jié)合了曝氣和生物膜兩種方式，提高污水處理效率。生物膜反應(yīng)器的操作參數(shù)污泥負(fù)荷單位時間內(nèi)，每單位體積生物膜所能處理的污染物量，是反應(yīng)器效率的關(guān)鍵指標(biāo)。溶解氧濃度確保生物膜中微生物有足夠的氧氣進(jìn)行代謝，維持生物膜的活性。停留時間污水在反應(yīng)器中的停留時間，影響著生物膜對污染物的去除效率。污泥負(fù)荷污泥負(fù)荷表示單位時間內(nèi)進(jìn)入生物膜反應(yīng)器中的有機(jī)物負(fù)荷，通常以kgCOD/(m3·d)或kgNH3-N/(m3·d)表示。不同的負(fù)荷水平對生物膜的生長和處理效率有不同的影響。低負(fù)荷有利于生物膜的生長，但處理效率較低；高負(fù)荷會導(dǎo)致生物膜的脫落，處理效率下降。溶解氧濃度2-4毫克/升大多數(shù)好氧生物膜需要足夠的溶解氧來維持代謝活動。1-2厭氧厭氧生物膜在低溶解氧條件下生長，如污泥消化池。停留時間定義污水在生物膜反應(yīng)器中停留的時間。影響因素污水流量、反應(yīng)器體積。重要性確保污水與生物膜充分接觸，完成有效降解。pH值6.5-8.5最佳范圍大多數(shù)生物膜微生物最適宜的pH值范圍。5-9耐受范圍生物膜能夠在較寬的pH值范圍內(nèi)生存和活動。溫度溫度范圍15-35℃最佳溫度20-30℃影響溫度過低會導(dǎo)致微生物活性降低，過高會導(dǎo)致微生物死亡生物膜反應(yīng)器的應(yīng)用案例生物膜反應(yīng)器在污水處理領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，例如城市污水處理廠、工業(yè)廢水處理廠、以及農(nóng)業(yè)廢水處理等等。在城市污水處理廠中，生物膜反應(yīng)器可用于去除有機(jī)物、氮、磷等污染物，并改善出水水質(zhì)。在工業(yè)廢水處理廠中，生物膜反應(yīng)器可用于處理各種類型的工業(yè)廢水，例如造紙廢水、印染廢水、食品加工廢水等等。工藝效果分析主要污染物去除生物膜法可以有效去除污水中的主要污染物，例如COD、氨氮、總磷等。COD去除率生物膜法對COD的去除率一般在80%以上，對于高濃度有機(jī)廢水，去除率可達(dá)90%以上。氮磷去除率生物膜法對氮磷的去除率也較高，通過合理的工藝設(shè)計和操作，可達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。主要污染物去除COD去除80%COD去除率生物膜法能夠有效去除污水中的COD，去除率通常在80%以上。90%高濃度污水對于高濃度有機(jī)廢水，生物膜法可以實現(xiàn)更高COD去除率，達(dá)到90%甚至更高。氮磷去除生物膜法在氮磷去除方面具有顯著優(yōu)勢。生物膜法在城市污水中的應(yīng)用去除污染物城市污水通常含有高濃度的有機(jī)物、氮和磷，生物膜法能夠有效地去除這些污染物，提高水質(zhì)。節(jié)約能源與傳統(tǒng)污水處理工藝相比，生物膜法能耗較低，有利于節(jié)約能源，降低運營成本。應(yīng)用廣泛生物膜法適用于各種類型的城市污水處理廠，可以有效地處理城市生活污水和工業(yè)廢水。生物膜法在工業(yè)廢水中的應(yīng)用1高濃度有機(jī)廢水生物膜法可有效處理高濃度有機(jī)廢