第8章生物膜法

1第8章生物膜法8.1生物膜的基本概念生物膜法是属于好气生物处理方法。生物膜是依靠附着于固体表面滤料的介质上而生长繁殖的微生物净化有机物的好氧处理方法，具有以下特点：（1）附着于固体介质表面上的微生物对水量，水质的变化有较强的适应性。（2）固体介质有利于微生物形成稳定的生态体系，栖息微生物的种类较多，处理效率高。（3）降解产物污泥量少。（4）管理方便。缺点：（1）滤料表面积小，BOD容积负荷小。（2）附着于固体表面的微生物量较难控制，操作伸缩性差。（3）靠自然通风供氧，不如活性污泥供氧充足，容易产生厌氧。生物膜法有三种形式：（1）润湿型生物滤池、生物滤塔、生物转盘（2）浸没型接触氧化、滤料浸没在滤池中（3）流动床型生物活性炭、砂粒介质悬浮流动于池内8.2基本原理借助于挂膜介质，当有机废水流过介质表面时，微生物在其表面生长繁殖，形成生物膜。膜的表面溶有较多的溶解氧，形成好氧层，膜的内层溶解氧较少，易形成厌氧层，整个膜处于增长、脱落和更新的生态系统。微生物的生长代谢将污水中的有机物作营养，从而使污染物得到降解。正常生物膜厚2～3mm。28.3生物滤池生物滤池由滤料、池壁、池底排水系统、上部布水系统组成。8.3.1构造1、滤料的要求（1）比表面要大（2）孔率高（3）质材强度高（4）稳定（5）价廉2、池壁的功能构筑物主体，起支撑作用。3、池底通风系统、排泥系统、支承渗水结构4、布水系统旋转布水器8.3.2负荷1、水力负荷单位面积滤池或单位体积滤料每天所能处理的废水量，一般由洒水强度和BOD负荷确定。水力表面负荷水力体积负荷2、BOD负荷单位时间供给单位体积滤料的BOD量3城市污水极限值分低负荷（0.15～0.3）和高负荷（0.8～1.2）生物滤池3、责物负荷单位滤料每天所能承受毒物的量生物滤池的净化效率So——原水浓度Se——二次沉淀池出水浓度以上1、2、3可作为综合衡量生物滤池工作性能的三个重要指标，它们之间的关系：8.3.3生物滤池的类型及运行系统1、生物滤池的类型（1）普通生物滤池水力负荷；BOD负荷（2）高负荷生物滤池水力负荷；BOD负荷（3）超负荷生物滤池塔式生物滤池42、生物滤池的运行系统（1）单级直流系统适用于低负荷8.3.4回流优点：（1）增大水力负荷，促进生物膜的更新代谢。形成良性循环的生态系统；（2）废水得到稀释，降低基质浓度，防止堵塞；（3）有利于连续接种促进生物膜生长；（4）提高DO，防止滤池滋生蚊蝇；（5）水量大可使用旋转布水器。缺点：（1）缩短废水在池中停留时间；（2）洒水量增大，降低生物膜吸附有机物的速度；（3）回流水中积累难降解物质；5（4）降低水温。回流物料衡算（单级回流比r）So——入流废水浓度，Se——出流废水浓度Q——废水量，rQ——回流量，——混合水BOD浓度根据城市污水处理运行经验，，代入物料平衡式可得：若去除率为90%，则，所以，即回流比为3.5。高负荷回流比参见P132，表8-2高负荷与低负荷生物滤池的比较：BOD负荷高的滤池，有机物氧化分解程度低，因为高负荷有机物浓度高而氧化不充分，污泥量多而不稳定，出水DO低，没有或很少硝酸盐存在，因为有机物中的蛋白质只能转化至，未来得及转化成硝酸盐。6BOD负荷低的生物滤池，有机物浓度低，氧化分解程度高，污泥量少而稳定，出水中有较高的DO，滤池中硝化菌得到繁殖，被转化成。8.3.5耗氧与供氧1、生物膜量普通生物滤池的生物膜污泥量为4.5～7；高负荷生物滤池的生物膜污泥量为3.3～6.5。好氧层的厚度2mm，2mm以上为厌氧层。2、生物膜的耗氧量（）（A）--每滤料每天去除的量（）--表示每kgBOD完全降解所需的氧量，城市污水＝1.46左右--单位重量活性物膜的自身氧化需氧量系数，其值为0.18kg/kg·pf·d--单位体积滤料上的活性生物膜量（）3、生物滤池的供氧量普通生物滤池是靠自然通风方式供氧，曝气生物滤池（接触氧化）才是采取曝气方式供氧。滤池的空气阻力愈小通气量也愈大。7池内温度＞池外温度，池内气流由下朝上池内温度＜池外温度，池内气流由上朝下空气流动速度u＝0.075△T－0.15（m/min）△T--温度差（B）需氧量的估算氧化1kg耗氧1kg，需氧量与空气相关，需气量计算式：So--进水浓度（mg/L）Se--二沉池出水浓度（mg/L）r--的容重，在标准大气压下为1.429g/L--生物滤池的氧利用率（生活污水5～8%，即＝0.05～0.08）209.9--空气中含氧率（20.99%）例：普通生物滤池的水力面积负荷，进水BOD浓度So＝220mg/L，二沉池出水BOD浓度Se＝20mg/L，滤池氧的利8用率＝7%，设滤池直径为10m，深度为2m，求所需要的空气量？解：（A）按生物滤池耗氧量公式计算由（1）由已知条件求出水力体积负荷∴（2）求单位体积滤料上的活性生物膜量（）生物膜量需采样测定，测得滤料表层生物膜量3.2（滤料）；深层生物膜量0.8。∴（滤料）（3）由耗氧量公式求得：（4）求得供氧量9（5）若运行时温度为10℃，查得在此温度下每空气的重量为1.25（空气）,则每空气中的重量。所需空气量为（B）按氧化1kg耗氧1kg估算（1）10℃时每的重量标准状态下每立方米纯氧的质量1.429kg,气体的体积与质量的关系受温度影响，10℃时每立方米氧的重量为（r－10℃时氧的容重）（2）由求供给每立方米废水的空气量：（3）供给滤池单位体积滤料的空气量（水力体积负荷为）（C）讨论：（1）两种计算方法相比较可知，用方法（B）估算的所需供气量比（A）要小得多，原因是（B）的计算方法未考虑生物滤池消化10阶段及污泥分解所消耗的氧量。（2）由于普通生物滤池是靠自然通风供氧，而供氧的动力是对池的结构设计，借助于池内外的温度差（△T），而温度是决定空气流速的关键，由经验公式：u＝0.075△T－0.15(m/min)，若池内外温差△T＝4℃，则u＝0.075×4－0.15＝0.15(m/min)即每平方米滤池每天通入的空气量为。（3）经验数据，通过每立方米滤料的空气量为每平方米滤池空气量的一半，即。说明无论用哪一种方法计算的需氧量，用自然通风，只要池结构设计合理，当池内外温差△T＞4℃时，都能满足要求。8.3.6处理效率处理效率E由进出水的BOD值So和Se的关系式计算而得，根据有机物生物降解动力学的原理，生物降解有机物各时刻的反应速度与有机物浓度（S）成正比：11生物滤池中微生物生长与温度有关，温度（T）℃对生物滤池降解率常数K的影响（Howland）:对生活污水，20℃时，。8.4塔式生物滤池128.4.1构造塔式生物滤池是以加大滤层高度来提高处理能力的一种生物膜法,具有如下特点:（1）塔身高8～24m，占地小，构造主要部分包括塔体，滤料、布水设备、通风装置、回流及排水系统。（2）滤料一般选用环氧玻璃布料制成的蜂窝结构（或尼龙花瓣型软性滤料），其单位体积表面可达80～220。可排列组合成多层结构，这种蜂窝结构，空气畅通，可按气水比100～150：1的要求选择风机。（3）是属于高负荷生物滤池，水力负荷高达80～200；有机负荷可达2000～3000g；（普通滤池0.8～1.2kg）。（4）高的落差，使用旋转布水器，废水淋洗的冲力使老化的生物膜脱落更新快。（5）塔的高度使塔内生长不同种的微生物群。运行参数P137表8-4缺点：（1）废水在塔内停留时间短，降解效率低。（2）供氧不如曝气池充足，易产生厌氧。8.4.2设计实例：塔高H＝24m塔径D＝3.5m处理水量Q＝25/h（600/d）水在塔内停留时间t＝18min滤料：聚氯乙烯或环氧树脂玻璃布板制成的蜂窝结构。1.滤料的体积13N容积负荷，其值按P138图8-10确定2.3.径高比：D∶H＝1∶6～1∶84.气水比：气∶水＝100～150∶18.5生物转盘生物转盘是一种润壁型旋转式处理设备，借助于旋转浸入污水中的多组叶片形成生物膜，将废水有机污染物降解处理的过程。8.5.1构造包括转动、传动、固定三大部分。8.5.2工作过程盘面浸入废水中时，盘上的生物膜便对废水中的有机物进行吸附，当其露出水面时，空气中的氧就溶入盘界面的水层中。盘上生物膜也经历生长、增厚、老化、脱落的过程，脱落原因是水对盘面的剪切作用，脱落的生物膜转入污泥进入二沉池中。8.5.3处理特点1、转盘上微生物量大，达，折算成活性污泥混合液浓度为10000～20000mg/L。2、BOD负荷高达10～20，容积负荷1.5～3.0，高出活性污泥1倍多。143、由于微生物浓度高，F/M值低≈0.02～0.5左右，微生物基本处于内源呼吸，形成污泥量少。4、耐冲击负荷适应力强，pH＝4.8～9.5，温度13～23℃。5、工作可靠，不易堵塞，污泥不易膨胀，氧利用率高。缺点：1、适于处理水量小的废水，占地大。2、传动、转动、盘片损耗大，检修困难。3、卫生条件差，易产生厌氧。8.5.4设计1、转盘面积Sr--每平方米盘面上每天所能去除的BOD量）；So--原水浓度；Se--二沉池出水浓度；Q--处理水量（）；N--有机负荷g（）盘片面积亦可按单位面积盘片所能承受的有机物量，即有机物负荷（）来计算。当时，15时，2、转盘片数（m），D为转盘直径；3、废水池的有效长度（L）L＝m(a＋b)＋ba盘片厚度b两盘片间距4、废水池的有效容积（V）k--系数h/D＝0.1时，K＝0.294h/D＝0.06时，K＝0.355h--转盘轴线与水面距离，h取10～25mm（见右图）δ--转盘边缘到槽壁间距离，δ取10～20mm5、转盘的最小转速（n）qv-容积负荷（）16线速度20m/min6、停留时间（t）例：废水经系列前处理后有机物含量200mg/L日水量Q＝500，今采用生物转盘处理，盘片面积，浸水面积40%，试求处理出水浓度及其降解率。解：（1）生物转盘BOD负荷（2）单位面积盘片去除的量（Sr）∵∴应采用（3）单位面积盘片上残留负荷量（Ne）17（4）处理出水浓度（Se）（5）BOD降解率8.6其它型式生物膜法8.6.1接触氧化接触氧化法是应用生物滤池与活性污泥的优点发展起来的一种生化处理法，也就是装有曝气设备的生物滤池，或是活性污泥池中安装滤料的机械设备曝气生物滤池。P143图8-14.151、特点：（1）容积负荷高，耐冲击负荷能力强；（2）具有膜法的优点，剩余污泥量少；（3）具有活性污泥法的优点，辅以机械设备供氧，生物活性高，泥龄短；18（4）能分解其它生物处理难分解的物质；（5）容易管理，消除污泥上浮和膨胀等弊端。缺点：（1）滤料间水流缓慢，水力冲刷力小；（2）生物膜只能自行脱落，剩余污泥不易排走，滞留在滤料之间易引起水质恶化，影响处理效果；（3）滤料更换，构筑物维修困难。2、工艺流程1--初沉池2--水解池3--曝气生物滤池4--化学除磷（混凝沉淀）8.6.2活性生物滤池19活性生物滤池将塔式生物滤池与活性污泥曝气池组合为一体，具有处理效率高，BOD容积负荷大，不发生污泥膨胀和耐冲击负荷高等特点。1.初沉池2.塔式生物滤池3.活性污泥曝气池4.二沉池5.处理水回用6.剩余污泥送处理伤几种生化处理法之比较20生物转盘接触氧化（1）装滤片以转盘的形式40%浸没于池中（1）滤料全部浸入池中，与生物滤池相同（2）靠转盘转动输入氧气2/3时间与空气接触（2）机械设备曝气与活性污泥相似，供氧充足（3）微生物附着于盘表面形成生物膜，兼有生物滤池和活性污泥作用（3）微生物附着于滤料表面形成生态系统，产生污泥量少，兼有滤池、活性污泥的作用（4）BOD负荷10～20，转盘水池容积负荷1.5～3.0（4）BOD负荷0.3～0.8，水力负荷5～10活性污泥生物滤池塔式生物滤池（1）池中不装滤料，要求泥回流，水回流（1）装滤料浸没于池中，污泥不回流，水回流（1）装填料，水从塔顶喷淋，泥不回流，水可回流(按需)21（2）机械设备曝气供氧，硝化过程要求DO＞3mg/L（2）靠池特殊结构自然通风供氧（2）靠塔式优势设计自然通风供氧，亦可辅于鼓风供氧（3）微生物形成活性