5生物膜法

5生物膜法5.1概述生物膜法也属好氧生物处理技术，但其主要依靠固着于载体表面的微生物膜来净化有机物，这种处理法的实质是使细菌一类的微生物和原生动物、后生动物一类的微型动物附着在滤料或某些载体上生长繁育，并在其上形成膜状生物污泥——生物膜。污水与生物膜接触，污水中的有机污染物，作为营养物质，为生物膜上的微生物所摄取，污水得到净化，微生物自身也得到繁衍增殖。5.1.1生物膜法具有的特点1.生物膜对废水水质、水量的变化有较强的适应性，能够处理低浓度的污水，操作稳定性好。2.不会发生污泥膨胀，运转管理方便。3.由于微生物固着于固体表面，即使增殖速度慢的微生物也能生长繁殖。因此，生物相更丰富。生物的食物链长,能够存活世代时间较长的微生物,分段运行与优占种属。4.因高营养级的微生物存在，有机物代谢时较多的转移为能量，合成新细胞即剩余污泥量较少。5.采用自然通风供氧。6.易于维护运行、节能。7.由于载体材料的比表面积小，所以设备容积负荷有限，空间效率低。生物膜处理法既古老，又在发展中。生物膜处理法工艺有生物滤池(普通生物滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池)、生物转盘、生物接触氧化设备和生物流化床等。生物滤池是早期出现、至今仍在发展中的污水生物处理技术，而后三者则是近几十年来开发的新工艺。5.1.2生物膜的构造及其对有机物的降解污水与滤料或某种载体流动接触，经过一段时间后，后者的表面将会为一种膜状污泥——生物膜所覆盖，生物膜逐渐成熟，其标志是：生物膜沿水流方向的分布，在其上由细菌及各种微生物组成的生态系以及其对有机物的降解功能都达到了平衡和稳定的状态。从开始形成到成熟，生物膜要经历潜伏和生长两个阶段，一般的城市污水，在20℃左右的条件下大致需要30d左右的时间。图5—1所示是附着在生物滤池滤料上的生物膜的构造。生物膜是高度亲水的物质，在污水不断在其表面更新的条件下，在其外侧总是存在着一层附着水层。生物膜又是微生物高度密集的物质，在膜的表面和一定深度的内部生长繁殖着大量的各种类型的微生物和微型动物，并形成有机污染物—细菌—原生动物(后生动物)的食物链。生物膜在其形成与成熟后，由于微生物不断增殖，生物膜的厚度不断增加，在增厚到一定程度后，在氧不能透入的里侧深部即将转变为厌氧状态，形成厌氧性膜。这样，生物膜便由好氧和厌氧两层组成。好氧层的厚度一般为2mm左右，有机物的降解主要是在好氧层内进行。从图5—l可见，在生物膜内、外，生物膜与水层之间进行着多种物质的传递过程。空气中的氧溶解于流动水层中，从那里递过附着水层传递给生物膜，供微生物用于呼吸；污水中的有机污染物则由流动水层传递给附着水层，然后进入生物膜，并通过细菌的代谢活动而被降解。从而使污水在其流动过程中逐步得到净化。微生物的代谢产物如H20等则通过附着水层进入流动水层，并随其排走，而CO2及厌氧层分解产物如H2S、NH3以及CH4等气态代谢产物则从水层逸出进入空气中。当厌氧层还不厚时，它与好氧层保持着一定的平衡与稳定关系，好氧层能够维持正常的净化功能，但当厌氧层逐渐加厚，并达到一定的程度后，其代谢产物也逐渐增多，这些产物向外侧逸出，必然要透过好氧层，使好氧层的生态系统的稳定状态遭到破坏，从而失去了这两种膜层之间的平衡关系，又因气态代谢产物的不断送出，减弱了生物膜在滤料(载体、填料)上的固着力，处于这种状态的生物膜即为老化生物膜，老化生物膜净化功能较差而且易于脱落。生物膜脱落后生成新的生物膜，新生生物膜必须在经过一段时间后才能充分发挥其净化功能。比较理想的情况是；减缓生物膜的老化进程，不使厌氧层过分增长，加快好气膜的更新，并且尽量使生物膜不集中脱落。5.2生物滤池5.2.1概述生物滤池一般由钢筋混凝土或砖石砌筑而成，池平面有矩形、圆形等组成。它是以土壤自净原理为依据，在污水灌溉的实践基础上，经较原始的间歇砂滤池和接触滤池而发展起来的人工生物处理技术，已有百余年的发展史。1893年在英国试行将污水在粗滤料上喷洒进行净化的试验，取得良好的效果。1900年以后，这种工艺得到公认，命名为生物过滤法，处理构筑物则称为生物滤池，开始用于污水处理实践，并迅速地在欧洲一些国家得到应用。污水长时间以滴状喷洒在块状滤料层的表面上，在污水流经的表面上就会形成生物膜，待生物膜成熟后，栖息在生物膜上的微生物即摄取流经污水中的有机物作为营养，从而使污水得到净化。进入生物滤池的污水，必须通过预处理，去除原污水中的悬浮物等能够堵塞滤料的污染物，并使水质均化。处理城市污水的生物滤池前设初次沉淀池。滤料上的生物膜，不断脱落更新，脱落的生物膜随处理水流出，因此，生物滤池后也应设沉淀池(二次沉淀池)予以截留。5.2.2普通生物滤池普通生物滤池，又名滴滤池，是生物滤池早期出现的类型，即第一代的生物滤池。1.普通生物滤池的构造普通生物滤池由池体、滤料、布水装置和排水系统等四部分所组成(参见图5—2)。(1)池体普通生物滤池在平面上多呈方形或矩形。四周筑墙称之为池壁，池壁具有围护滤料的作用，应当能够承受滤料压力，一般多用砖石筑造。池壁可筑成带孔洞的和不带孔洞的两种形式，有孔洞的池壁有利于滤料内部的通风，但在低温季节，易受低温的影响，使净化功能降低。为了防止风力对池表面均匀布水的影响，池壁一般应高出滤料表面0.5—0.9m。池体的底部为池底，它的作用是支撑滤料和排除处理后的污水。(2)滤料滤料是生物滤池的主体，它对生物滤池的净化功能有直接影响，应慎重选用。滤料应具有的条件是：1)质坚、高强、耐腐蚀、抗冰冻。2)较高的比表面积(单位容积滤料所具有的表面积)，滤料表面是生物膜形成、固着的部位，高额的表面积是保持高额生物量的必要条件，面生物量则是控制生物处理技术净化功能的重要参数之一。滤料表面应是宜于生物膜固着，也应宜于使污水均匀流动。3)较大的空隙率是生物膜、污水和空气三相接触的部位，是供氧和氧的传递的重要部位。滤料的比表面积与空隙率是互相矛盾的两个方面，比表面积高，空隙率则低，提高空隙率，滤料的表面积必然减少。空隙率不宜过高或过低，而以适度为好。当空隙率为45％左右时，滤料的比表面积约为65—100m2。4)就地取材，便于加工、运输。普通生物滤池一般多采用实心拳状滤料，如碎石、卵石、炉渣和焦炭等。一般分工作层和承托层两层充填，总厚度约为1.5—2.0m。工作层厚1.3—1.8m，粒径介于25—40mm；承托层厚0.2m，滤料径介于70—100mm。滤料在充填前应加以仔细筛分、洗净，各层中的滤料及其直径应均匀一致，以保证具有较高的空隙率，不合格者不得超过5％。(3)布水装置生物滤池布水装置的首要任务是向滤池表面均匀地撤布污水，以保证具有量的变化；不易堵塞和易于清通以及不受风、雪的影响等特征。普通生物滤池传统的布水装置是固定喷嘴式布水装置系统。固定喷嘴式布水系统是由投配池、布水管道和喷嘴等几部分所组成(见图5—2)。投配池设于滤池的一湍或两座滤池的中间，在投配池内设虹吸装置。布水管道敷设在滤池表面下0.5—0.8m，在其上装有一系列排列规矩、伸出池面0.15—0.20m的竖管，在竖管顶端安装喷嘴。喷嘴的作用是均匀布水，喷嘴有多种类型，图5—3所示者即为其中的几种。污水流入投配池内，在达到一定高度后，虹吸装置即开始作用，污水泄入布水管道，并从喷嘴喷出，被倒立圆锥体所阻，向四外分散，形成水花。这种布水装置的优点是运行方便，宜于管理和受气候的影响较小，缺点是需要的水头较大(20m)。喷水周期为5—8min，小型污水处理厂不应大于15min。(4)排水系统生物滤池的排水系统设于池的底部，它的作用有二：一是排除处理后的污水；二为保证滤池的良好通风。排水系统包括渗水装置、汇水沟和总排水沟等。底部空间的高度不应小于0.6m。有多种形式的渗水装置，图5—4所示的是使用比较广泛的混凝土板式的渗水装置。渗水装置的作用是支撑滤料，排出滤过的污水，进入空气。为了保证滤池通风良好，渗水装置上的排水孔隙的总面积不得低于滤池总表面积的20％；渗水装置与池底之间的距离不得小于0.4m。池底以1％—2％的坡度坡向汇水沟，汇水沟宽0.15m，间距2.5—4.0m，并以0.5％—10％的坡度坡向总排水沟，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的50％，沟内流速应大于0.7m／s，以免发生沉积和堵塞现象。对小型的普通生物滤池，池底可不设汇水沟，而全部作成1％的坡度，坡向总排水沟。在滤池底部四周设通风孔，其总面积不得小于滤池表面积的1％。2.普通生物滤他的设计与计算普通生物滤池的设计与计算一般分为两部分进行。其一是滤料的选定，滤料容积的计算以及滤池各部位如池壁、排水系统的设计；其二则是布水装置系统的计算与设计。P2053.普通生物滤池的适用范围与优缺点普通生物滤池一般适用于处理每日污水量不高于1000m3的小城镇污水或有机性工业废水。主要优点是：(1)处理效果良好，BOD5的去除率可达95％以上；(2)运行稳定、易于管理、节省能源。主要缺点是：(1)占地面积大、不适于处理量大的污水；(2)滤料易于堵塞，当预处理不够充分、或生物膜季节性大规模脱落时，都可能使滤料堵塞；(3)产生滤池蝇，恶化环境卫生；(4)喷嘴喷洒污水，散发臭味。很少新建了。5.2.3高负荷生物滤池1.高负荷生物滤池的特征高负荷生物滤池是生物滤池的第二代工艺，它是在解决、改善普通生物滤池在净化功能和运行中存在的实际弊端的基础上而开创的。首先，大幅度地提高了滤池的负菏率，其BOD容积负荷率高于普通生物滤池6—8倍，水力负荷率则高达10倍。高负荷生物滤池的高滤率是通过限制进水BOD5值和在运行上采取处理水回流等技术措施而达到的。进入高负荷生物滤池的BOD5值必须低于200mg/L，否则用处理水回流加以稀释。处理水回流可以产生以下各项效应：(1)均化与稳定进水水质；(2)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；(3)抑制滤池蝇的过度滋长；(4)减轻散发的臭味。2.高负荷生物滤池的流程系统采取处理水回流措施，使高负荷生物滤池具有多种多样的流程系统。图5—5所示为单池系统的几种具有代表性的流程。系统(1)是应用比较广泛的高负荷生物滤池处理系统之一，生物滤池出水直接向滤池回流；由二次沉淀池向初次沉淀池回流生物污泥。这种系统有助于生物膜的接种。促进生物膜的更新。此外，初次沉淀池的沉淀效果由于生物污泥的注入而有所提高。系统(2)也是应用较为广泛的高负荷生物滤池系统。处理水回流滤池前，可避免加大初次沉淀池的容积，生物污泥由二次沉淀池回流初次沉淀池，以提高初次沉淀池的沉淀效果。系统(3)，处理水和生物污泥同步从二次沉淀池回流初次沉淀池，这样，提高了初次沉淀池的沉淀效果，也加大了滤池的水力负荷。提高初次沉淀池的负荷是本系统的弊端。系统(4)，不设二次沉淀池为本系统的主要特征，滤池出水(含生物污泥)直接回流初次沉淀池，这样能够提高初次沉淀池的效果，并使其兼行二次沉淀池的功能。系统(5)，处理水直接由滤池出水回流，生物污泥则从二次沉淀池回流，然后两者同步回流初次沉淀池。当原污水浓度较高，或对处理水质要求较高时，可以考虑二段(级)滤池处理系统。二段滤池有多种组合方式，图5—6所示为其中主要的几种设中间沉淀池的目的是减轻二段滤池的负荷，避免堵塞。负荷率不均是二段生物滤池系统的主要弊端，一段滤池负荷率高，生物膜生长快，脱落生物膜易于积存并产生堵塞现象，二段滤池往往负荷率低，生物膜生长不佳，滤池容积未能得到充分利用，为了解决这一问题，可以考虑采用交替配水的二段生物滤池系统(见图5—7)。这一系统的水流方向可以互换，沉淀污水经配水槽进入滤池A(作为一段滤池考虑)(见图5—7)，再经二次沉淀池的A沉淀池处理，处理水用泵抽升送入滤池B(二段滤池)，然后通过沉淀池B处理后排放。经一段时间运行后，转换水流方向。这种系统对乳品废水处理的效果尤其显著。需增设泵站，增加建设成本是本系统的主要缺点。增大占地面积是二段生物滤池系统的另一项弊端。有时根据地方条件