第二节 生物膜法污水处理设备

第二节生物膜法污水处理设备一、生物滤池二、生物转盘三、生物接触氧化法四、生物流化床讲述内容：生物滤池，包括普通（低负荷）生物滤池和高负荷生物滤池生物膜法污水处理属于好氧生物处理方法，依靠固着在载体表面的微生物来净化有机物。生物膜法的主要优点是对水质、水量变化的适应性较强、不会发生污泥膨胀；产生的剩余污泥少；能够处理低浓度污水。生物膜法的缺点;投资大；受载体材料比表面积影响，装置容积负荷有限、空间效率低。工艺分类：生物膜与污水的接触方式分两种：填充式和浸泽式。填充式典型设备：生物滤池生物转盘；浸泽式如生物流化床。引言生物膜法的主要设施生物膜的形成：在生物膜法的构筑物中，填充很多挂膜的固体介质（滤料或填料），污水通过填料时填料截留了污水中的悬浮物质，并将其吸附在表面，在供氧充足的条件下，微生物迅速繁殖，并吸附更多的悬浮物质，逐渐形成生物质膜。生物膜从开始到成熟要经历潜伏和生长两阶段，一般城市污水在20度左右的条件下大致需要30d左右时间。生物膜法净化原理：生物膜（细菌、真菌、原生动物）呈蓬松的絮状结构，具有很大的表面积和很强的吸附能力。微生物以吸附和沉积在膜上的有机物为营养，将一部分有机物合成为细胞物质，成为生物膜新的活性物质；另一部分成为分解代谢产物，在分解代谢过程中释放能量，供微生物繁殖生长。生物质膜老化脱落后进入污水中，在二沉池中沉淀下来成为污泥，澄清水排出池外。生物滤池法的流程一、普通生物滤池及附属设备设计选型建设中的生物滤池典型的生物滤池的构造滤床布水设备排水系统滤床由滤料组成。滤料是微生物生长栖息的场所，理想的滤料应具备下述特性：(1)能为微生物附着提供大量的面积；(2)污水以气膜状态穿过生物膜；(3)有足够的空隙率，保证通风（即保证氧的供给）和使脱落的生物膜能随水流出滤池；(4)化学与生物稳定性好，不被微生物分解,没有较好的化学性能；(5)需要一定的机械强度；(6)价格低廉。滤料粒径并非越小越好，会造成堵塞，影响通风。早期主要以拳状碎石为滤料，其直径在5～8cm左右，空隙率在65％～80％左右，比表面积（可附着面积）在55～105m2/m3之间。滤床两种常见的塑料滤料滤料比表面积在98～340m2/m3之间，孔隙率为93％～95％滤料比表面积在81～195m2/m3之间，孔隙率为93％～95％国内目前采用的玻璃钢蜂窝状块状滤料，孔心间距在20mm左右，孔隙率95％左右，比表面积在200m2/m3左右。滤床高度同滤料的密度有密切关系塑料滤料每立方米质量仅为100kg左右，孔隙率高达93％～95％，滤床高度不但可以提高，而且可以采用双层或多层构造。国外一般采用双层滤床，高7m左右；国内常采用多层的“塔式”结构，高度在10m以上。滤床四周一般设池壁，池壁起围护滤料、减少污水的飞溅的作用。常用砖、石或混凝土块砌筑。石质拳状滤料组成的滤床高度一般在1～2.5m之间。一方面是由于孔隙率低，滤床过高会影响通风；另一方面由于太重,过高会影响排水系统和滤池基础结构。布水设备设置目的为了使污水能均匀地分布在整个滤床表面上生物滤池的布水设备分为两类固定式喷嘴布水系统回转式布水器的中央是一根空心的立柱，底端与设在池底下面的进水管衔接。其所需水头在0.6～1.5m左右。固定式布水系统是由虹吸装置、馈水池、布水管道和喷嘴组成。这类布水系统需要较大的水头，约在2m左右。移动式（常用回转式）布水器脉冲式生物滤池配水系统排水系统作用收集滤床流出的污水与生物膜保证通风支撑滤料池底排水系统的组成池底排水假底集水沟排水假底是用特制砌块或栅板铺成，滤料堆在假底上面。假底空隙率不小于滤池面积5％～8％，高于池底0.4～0.6m。池底除支撑滤料外，还要排泄滤床上的来水，池底中心轴线上设有集水沟，两侧底面向集水沟倾斜，池底和集水沟的坡度约1％～2％。集水沟要有充分的高度，并在任何时候不会漫流，确保空气能在水面上畅通无阻，使滤池中空隙充满空气。低负荷生物滤池又称普通生物滤池。优点：处理效果好，BOD5的去除率可达90％以上，出水BOD5可下降到25mg/L以下，硝酸盐含量在10mg/L左右，出水水质稳定。缺点：占地面积大，灰蝇很多，影响环境卫生。生物滤池法的流程影响生物滤池性能的主要因素这些过程的发生和发展决定了生物滤池净化污水的性能。影响这些过程的主要因素有：滤池高度负荷率回流供氧生物滤池中有机物的降解过程同时发生着多过程有机物在污水和生物膜中的传质过程氧在污水和生物膜中的传质过程生物膜的生长和脱落等过程有机物的好氧和厌氧代谢过程滤床影响生物滤池性能的主要因素——滤池高度滤床上层,污水中有机物浓度较高,微生物繁殖速率高,种属较低级,以细菌为主,生物膜量较多,有机物去除速率较高。随着滤床深度增加,微生物从低级趋向高级，种类逐渐增多,生物膜量从多到少。滤床的上层和下层相比,生物膜量、微生物种类和去除有机物的速率均不相同。滤床中的这一递变现象，类似污染河流在自净过程中的生物递变。当滤床各层的进水水质互不相同时,各层生物膜的微生物就不相同,处理污水的功能也随之不同。滤床有机负荷率：以BOD5为准，kg（BOD5或特定污染物质）/m3·d。影响生物滤池性能的主要因素——负荷率生物滤池的负荷率有三种表达形式：表面水力负荷率：m3（水）/（m2·d），又称平均滤率，m/d。由于生物滤池的作用是去除污水中有机物或特定污染物，因此，它的负荷率通常以有机物或特定污染物质为准较合理。有机负荷率：以BOD5为准，kg（BOD或特定污染物质）/（m3·d）。水力负荷率：以流量为准，m3(水)/m3(滤料)·d。影响生物滤池性能的主要因素——负荷率在高负荷条件下，随着滤率的提高，污水中有机物的传质速率加快，生物膜量增多，滤床特别是它的表面很容易堵塞。在低负荷条件下，随着滤率的提高，污水在生物滤床中停留的时间缩短，出水水质将相应下降。影响生物滤池性能的主要因素——回流回流——利用污水厂的出水或生物滤池出水稀释进水的做法称回流，回流水量与进水量之比叫回流比。回流对生物滤池性能的影响：（1）回流可提高生物滤池的滤率，它是使生物滤池负荷率由低变高的方法之一；（2）提高滤率有利于防止产生灰蝇和减少恶臭；（3）当进水缺氧、腐化、缺少营养元素或含有有害物质时，回流可改善进水的腐化状况、提供营养元素和降低毒物质浓度；（4）进水的质和量有波动时，回流有调节和稳定进水的作用。影响生物滤池性能的主要因素——供氧温度差越大，通风条件越好；当水温较低，滤池内的温度低于气温时（夏季），池内气流向下流动；当水温较高，池内温度高于气温时（冬季），气流向上流动；若池内外无温度差，则停止通风；正常运行的生物滤池，自然通风可以提供生物降解所需的氧量，自然通风能不满足时，应考虑强制通风。生物滤池中，微生物所需的氧一般直接来自大气，靠自然通风供给。影响生物滤池通风的主要因素是滤床自然风和风速。自然风的推动力是池内温度与气温之差以及滤池的高度。生物滤池系统的功能设计滤池类型和流程选择滤池个数和滤床尺寸的确定二次沉淀池的形式、个数和工艺尺寸的确定布水设备的计算滤池类型的选择低负荷生物滤池现在已经基本上不常用，仅在污水量小、地区比较偏僻、石料不贵的场合尚有可能使用。大多采用高负荷生物滤池两种类型回流式塔式（多层式）滤池类型的选择，只有通过方案的比较，才能得出合理的结论。占地面积，基建费用和运行费用的比较，不是关键作用。流程的选择确定流程时要解决的问题设初次沉淀池用几级滤池不采用回流，回流方式和回流比的确定当废水含悬浮物较不多，采用拳状滤料时,须有初次沉淀池,以避免生物滤池阻塞。处理城市污水时,一般都设置初次沉淀池。下述三种情况应考虑用一次沉淀池出水回流：入流有机物浓度较高，可能引起供氧不足时；水量很小，无法维持水力负荷率在最小经验值以下时；污水中某种污染物在高浓度时，可能抑制微生物生长的情况下。普通生物滤池设计计算设计参数：池体：普通生物滤池池体的平面形状多为方形、矩形和圆形。池壁一般采用砖砌或混凝土建造，有的池壁上带有小孔，促进滤池内部通风。为防止风吹而影响污水的均匀分布，池壁顶应高出滤层表面0.4-0.5m，滤池壁下部通气孔总面积不应小于滤池表面积的1%。滤床：滤床由滤料组成，微生物就生长在滤料表面上。滤料应采用强度高、耐腐蚀、质轻、颗粒均匀、比表面大、空隙率高的材料。常用球状滤料如碎石、炉渣、焦炭等。滤料分成工作层和承托层两层：工作层粒径25-40mm，厚度1.3-1.8m；承托层粒径为60-100mm，厚度0.2m。近年来常采用塑料滤料，其表面积可达100-200m2/m3，孔隙率高达80%-90%.布水装置：在池面均匀分配污水，适应水量变化、不易阻塞和易于清通。排水系统：设在池底部，包括渗水装置、集水渠和总排水渠。滤池个数或分格数不应少于两个，并按同时工作设计，设计流量按平均日污水流量计算。处理生活污水时，BOD5的容积负荷可按下表数据选用水力负荷为1-4m3/(m2.d).工业污水应通过实验来确定。滤池个数和滤床尺寸的确定⑴滤床总体积（V）3()10atLLQVM式中：V——滤床总体积，m3；La——污水进滤池前的BOD5平均值，mg/L；Lt——滤池出水的BOD5浓度，mg/L；Q——污水日平均流量，m3/d，采用回流式生物滤池时，此项应为Q(1+r)，回流比r可根据经验确定；M——有机负荷率，kgBOD5/（m3·d）。当滤池无回流时，Q等于原污水量，La等于原污水浓度L0；当有回流时（回流比为R）10RRLLLta滤池个数和滤床尺寸的确定计算滤床总体积（V）时，应注意下述问题：计算时采用的负荷率应与设计处理的效率相应。通常，负荷率是影响处理效果的主要因素，两者常相提并论。下表所示数据是城市污水一般经验的概括。影响处理效果的因素很多，除负荷率之外，主要的还有污水的浓度、水质、温度、滤料特性和滤床的高度。对于回流滤池，则还有回流比。没有经验可以援用的工业废水，应经过试验，确定其设计的负荷率。试验性生物滤池的滤料和滤床高度应与设计相一致。85~9575~9065~85根据计算结合经验确定。在滤床的总体积和高度确定后，滤床的总面积可以算出。H:滤层总高度，取值1.5-2.0m。当总面积大时，可采用多个滤池。目前生物滤池的最大直径为50m，通常是在35m以下。最后应该核算滤率（水力负荷），看它是否合理。回流生物滤池滤率一般不超过40m/d，其滤率的确定与进水BOD有关，如下表所示。q：表面水力负荷，一般取值1-5m3/(m2.d)滤池个数和滤床尺寸的确定（2）滤床面积的确定进水BOD5/（mg·L-1）120150200滤率/(m3·m-2·d-1)252015固定布水装置设计由馈水池、虹吸装置、配水管道和喷嘴组成，污水进入馈水池，当水位达到一定高度后，虹吸装置工作，污水进入布水管路。配水管设在滤料层中距滤层表面0.7-0.8m处，并有一定坡度以便排空。喷嘴安装在布水管上，伸出滤料表面0.15-0.2m，喷嘴口径一般为15-20mm。喷嘴上部设有倒锥体，使喷出的水四处分散形成水花，均匀喷洒在滤料上。当馈水池水位下降到一定程度时，虹吸停止工作，喷水停止。固定布水受气候影响较小，但布水不够均匀，且需要较大水压（19.6kPa）。排水系统设计生物滤池的排水系统设在滤池的底部，其作用为排除处理后的污水、保证滤池有良好的通风和支撑滤料。排水系统包括渗水装置、集水沟和排水渠。渗水装置有多种，常用的是混凝土板式渗水装置。渗水装置的作用是支撑滤料，排除滤过的污水，进入空气。渗水装置上的空隙总面积不得小于滤池总面积的20％，渗水装置与池底之间的距离不得小于0.4m.。池底以l％～2％的坡度坡向集水沟，集水沟宽0.15m，间距2.5～4.0m，并以0.5％～1.0％坡度坡向总排水沟，总排水沟的坡度不应小于0.5％，为了通风良好，总排水沟的过水断面积应小于其总断面积的50％，沟内流速应大于0.7m/s，以免发生沉积和堵塞。小型的普通生物滤池，池底可不设集水沟，全部做成1％的坡度，坡向总排水沟。二、