废水处理-生物膜法

10生物膜法——废水的好氧生物处理（二）主要内容10.1基本原理10.2生物滤池10.3生物转盘10.4生物接触氧化法10.5生物流化床10.6曝气生物滤池（BAF）10.1基本原理生物膜法是与活性污泥法并列的一类废水好氧生物处理技术。活性污泥法是依靠曝气池中悬浮流动着的活性污泥来分解有机物的，而生物膜法则主要依靠固着于载体表面的微生物膜来净化有机物。生物膜法主要去除废水中溶解性的和胶体状的有机污染物。10.1.1与活性污泥法相比，生物膜法的特点：优点：a）生物膜对污水水质、水量的变化有较强的适应性，管理方便，不会污泥膨胀；b）生物相更丰富稳定，产生的剩余污泥少；c）能够处理低浓度的污水；d）动力费用低。缺点：生物膜载体增加了系统的投资；处理效率比活性污泥法低。因此，生物膜法主要适用于中小水量污水的处理。10.1.2生物膜法的分类按生物膜与废水的接触方式不同，可分为填充式和浸渍式两类。填充式生物膜法：废水和空气沿固定的填料或转动的盘片表面流过，与其上生长的生物膜接触。如生物滤池、生物转盘。浸渍式生物膜法：生物膜载体完全浸没在水中，通过鼓风曝气供氧。载体固定，称为接触氧化法；载体流化，称为生物流化床。目前所采用的生物膜法多数是好氧装置，少数是厌氧形式，如厌氧滤池和厌氧流化床等。10.1.2影响生物膜法的主要因素温度：好氧微生物的适宜温度范围是10～35℃，一般水温低于10℃，对生物处理的净化效果不利。pH值：pH值在6.5～8.5之间较为适宜。水力负荷：关系到污水与生物膜的接触时间，水力负荷越小，接触时间越长，处理效果越好。溶解氧：供好氧微生物呼吸，一般不低于2mg(O2)/L。载体表面结构与性质：反映在载体的表面性质。生物膜量及活度：生物膜的厚度反应了生物量的大小。有毒物质：重金属离子、酚、氰等对微生物有毒害作用。营养物质：主要营养物质比例BOD5:N:P＝100:5:1。10.1.3有机物降解的机理(1)生物膜的形成条件：a）起支撑作用、供微生物附着生长的载体物质；b）供微生物生长所需的营养物质，即废水中的有机物、N、P以及其它营养物质；c）作为接种的微生物。(2)生物膜的形成：生物膜：附着在构筑物挂膜介质上，并在其上生长和繁殖，由细胞内相外伸展的胞外多聚物使微生物细胞形成纤维装的缠结结构。生物膜的形成过程：当废水流过载体时，水中的悬浮物及微生物被吸附于固相表面上，其中的微生物利用有机底物而生长繁殖，逐渐在载体表面形成一层粘液状的生物膜。这层生物膜具有生物化学活性，又进一步吸附、分解废水中呈悬浮、胶体和溶解状态的污染物。(3)生物膜的构造图18-1生物滤池滤料上生物膜的构造（剖面图）CO2NH3H2SBODCO2BODO2NH3BODH2O空气CO2CO2O2CO2H2OBOD滤料附着水层流动水层生物膜厌氧好氧(4)有机物降解过程：a)空气中氧溶解于流动水层中；b）污水中有机物由流动水层传递到附着水层，在进入生物膜；c)微生物代谢有机物。10.2生物滤池(1)生物滤池的分类：a)普通生物滤池；b)高负荷生物滤池；c)塔式生物滤池。(2)各类型生物滤池的比较：普通生物滤池高负荷生物滤池塔式生物滤池表面负荷(m3/m2.d)0.9~3.79~36(包括回流)16~97(不包括回流)BOD5负荷(kg/m3.d)0.11~0.370.37~1.084高达4.8深度(m)1.8~3.00.9~2.48~12或更高回流比无1~4回流比较大滤料多用碎石等多用塑料滤料塑料滤料比表面积(m2/m3)43~6543~6582~115孔隙率(%)45~6045~6093~95蝇多很少很少生物膜脱落情况间歇连续连续运行要求简单需要一定技术需要一定技术投配时间的间歇不超过5min一般连续投配连续投配剩余污泥黑色、高度氧化棕色、未充分氧化棕色、未充分氧化处理出水高度硝化,未充分硝化,未充分硝化,BOD5≤20mg/lBOD5³≥30mg/lBOD5≥30mg/lBOD5去除率(%)85~9575~8565~85(3)生物滤池的构造：池体；滤床；布水系统；排水系统。生物滤池构造示意图：池体池体的平面形状大多采用圆形；过去多采用方形、矩形。池壁一般采用砖砌或混凝土建造。池壁高出滤料0.5~0.9mm。滤床滤床由滤料组成，分成工作层和承托层。对滤料的要求是：强度高、耐腐蚀、质轻、颗粒均匀、比表面积大、空隙率高的材料。如碎石，人工合成塑料。国内目前采用玻璃钢块状填料。布水系统布水装置的作用是将污水均匀分配到整个滤池表面。主要有两种:固定式布水装置（普通生物滤池多采用）；旋转式布水装置（高负荷生物滤池和塔式生物滤池常用）。采用固定式布水装置的普通生物滤池：采用旋转式布水装置的生物滤池：排水系统生物滤池的排水系统设在滤池的底部。作用：排除处理后的污水，保证滤池有良好的通风和支撑滤料。包括：渗水装置、集水沟和排水渠，如下图。生物滤池池底排水系统示意图：10.2.1普通生物滤池工艺流程：普通生物滤池特征优点：处理效果好，BOD5去除率可达到95％以上；运行稳定，易于管理，节约能源。缺点：负荷低、占地面积大，不适于处理大水量污水；滤料易堵塞；卫生条件差等。适用范围：适用于水量不大于1000m3/d的小城镇污水或有机工业废水。普通生物滤池构造示意图：10.2.2高负荷生物滤池工艺流程：高负荷生物滤池的特征a）大幅度地提高了滤池的负荷率；b）高负荷率是通过限制进水BOD5和运行上采取处理水回流等技术措施而达到目的；c）处理水回流可以均化与稳定进水水质、加大水力负荷，及时地冲刷过厚和老化的生物膜，加速生物膜更新，抑制厌氧层发育，使生物膜经常保持较高的活性；抑制滤池蝇的过度滋长，减轻臭味。高负荷生物滤池的构造图：10.2.3塔式生物滤池工艺流程：塔式生物滤池的结构塔式生物滤池的结构：构造与一般生物滤池相似，但塔高为8～24m，塔身用钢板焊制或用钢筋混凝土及砖石筑成。塔式生物滤池的特征优点：a）占地面积小，对水质突变的适应性强；b）塔身高，使通风条件好，供氧充足。缺点：a）当进水BOD5浓度较高时，由于生物膜生长太快，容易导致滤池堵塞，所以进水的BOD5浓度应控制在500mg/L以下，否则必须用出水回流稀释；b）滤池较高，废水的提升费用较大，基建投资也较大，运行管理不方便。10.4生物转盘生物转盘是在生物滤池基础上发展起来的一种高效、经济的污水生物处理设备。它具有结构简单、运转安全、电耗低、抗冲击负荷能力强，不发生堵塞的优点。（1）生物转盘构造：生物转盘由盘体、接触反应槽、转轴及驱动装置所组成。生物转盘构造图生物转盘图片（2）生物转盘的净化原理生物转盘在旋转过程中，当盘面某部分浸没在污水中时，盘上的生物膜便对污水中的有机物进行吸附；当盘片离开液面暴露在空气中时，盘上的生物膜从空气中吸收氧气对有机物进行氧化。通过上述过程，反应槽内污水中的有机物减少，污水得到净化。（3）生物转盘系统的典型工艺流程（4）生物转盘的特征优点：1）微生物浓度高，处理效率高；2）污泥龄长，具有硝化、反硝化功能；4）能处理高浓度有机废水，耐冲击负荷。5）食物链长，污泥量少；6）能耗小，不需曝气与污泥回流；7）便于维护管理。缺点：对冲击负荷的适应能力与生物滤池一样较差。10.4生物接触氧化法生物接触氧化法又称淹没式生物滤池，在反应器内设置填料，经过充氧的废水与长满生物膜的填料接触，污水中有机物得以去处，废水得以净化。生物接触氧化处理技术是采用与曝气池相通的曝气方法，向微生物提供气所需要的氧，并起到搅拌与混合作用。是一种介于活性污泥法与生物滤池两者之间的生物处理技术，兼具两者的优点，也可以说是具有活性污泥法特点的生物膜法。（1）生物接触氧化池的构造：主要由池体、填料、曝气装置和进出水装置等组成，如图。池体：圆形、矩形、方形。填料：主要分成：硬性填料（a、b）；软性填料（c、d）；弹性填料（e）（目前国内采用最多）；组合填料（f）等。（a）（b）（c）（d）（e）（f）（2）生物接触氧化池的池型根据进水与布气形式的不同，淹没式生物滤池的池型一般有：a）底部进水、进气式；b）侧部进气、上部进水式；c）表曝充氧式；d）射流曝气充氧式侧面曝气的生物接触氧化池表曝充氧式接触氧化池反应区曝气系统的布置（3）生物接触氧化法的工艺流程一般分为：一段处理流程、二段处理流程和多段处理流程。一段处理流程（典型工艺流程）：初次沉淀池接触氧化池二次沉淀池原污水处理水污泥图18-14生物接触氧化技术一段处理流程二段处理流程初次沉淀池一段接触氧化中间沉淀池二段接触氧化二次沉淀池原污水处理水污泥图18-15生物接触氧化技术二段处理流程多段处理流程初次沉淀池一段接触氧化最终沉淀池原污水处理水污泥二段接触氧化n段接触氧化图18-16多段生物接触氧化技术处理流程（4）生物接触氧化法主要特征1）单位容积内的生物量高于活性污泥法曝气池和生物滤池，可达到较高的容积负荷；2）不需要设污泥回流系统，不存在污泥膨胀，运行管理方便；3）对水量水质有较强的适应能力；3）污泥产量低于活性污泥法。10.5生物流化床以沙、活性炭、焦炭等颗粒微载体充填于生物反应器内，由于载体表面附着生长着生物膜而使质量变轻；当污水以一定流速从下向上流动时，载体便处于流动状态。载体颗粒小、表面积大，为微生物生长提供了充足的场所，极大的提高了反应器内的微生物量；颗粒处于流态化状态极大的提高了有机污染物由污水向微生物细胞膜内的传质速度。（1）工艺类型按照使载体流化的动力来源的不同来分：（1）两相流化床（以液流为动力）（2）三相流化床（以气流为动力）两相流化床流程图三相流化床流程图（2）生物流化床的构造由床体、载体、布水装置、冲氧装置和脱膜装置等部分组成。床体：平面多呈圆形，多有钢板焊制，也可以由钢筋混凝土浇灌砌制。载体：是生物流化床的核心部件。布水装置：对生物流化床能够发挥正常的净化功能的重要环节，又是填料的承托层。（3）生物流化床特征可承受的容积负荷较大，运行稳定，占地少；颗粒流化有利于反应与传质，污泥不会膨胀，床层不会堵塞。床内水力停留时间短，泥龄较长，剩余污泥量少；适用于处理高浓度难降解废水处理，也可用于低浓度废水处理；能耗大，系统的设计和运行要求高，不适合大流量场合；10.6曝气生物滤池（BAF）曝气生物滤池（BAF，BiologicalAeratedFilter）是一种新型的高负荷浸没式固定生物膜三相反应器。它集中了现有污水生化处理两类方法（活性污泥法和生物膜法）的各自优点，并将生化反应和物理过滤（即生物降解去除BOD5和固液分离去除SS）两种处理过程合并在同一个反应器中完成。（1）曝气生物滤池的构造分成三个区：缓冲配水区；承托层及滤料层；出水区及出水槽。陶粒(生物填料层)卵石(承托层)空气管反冲气管(反冲洗系统)滤头(布水系统)污水(布水系统)冲洗水(反冲洗系统)冲洗水泵反冲洗废水（2）典型工艺流程（3）曝气生物滤池的工艺特征a）总体投资省，占地面积小；b）处理出水质量好，可达到中水水质标准或生活杂用水水质标准；d）工艺流程短，氧的传输效率高，供氧动力消耗低，处理单位污水的电耗低；e）过滤速度高，处理负荷大大高于常规工艺；f）抗冲击能力强，受气候、水量和水质变化影响小，适合于寒冷天气地区，可间歇运行；g）运行管理方便，便于维护；h）泥龄短，污泥量多。生物接触氧化法与曝气生物滤池工艺比较谢谢！