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第十讲生物膜法李春杰概述是使细菌和菌类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。既是古老的，又是发展中的污水生物处理技术。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。生物膜的构造及其对有机物的降解从开始形成到成熟，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。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。生物膜处理法的主要特征微生物相方面的特征•参与净化反应微生物多样化•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处理工艺方面的特征•对水质、水量变动有较强的适应性•污泥沉降性能良好，宜于固液分离•能够处理低浓度的污水•易于维护运行、节能生物滤池已有百余年的发展史。1893年在英国试行取得良好的效果。1900年以后迅速地在欧洲一些国家得到应用。经历了从低负荷发展为高负荷；突破了传统采用的滤料层高度；扩大了应用范围。普通生物滤池•早期出现的生物滤池，负荷低，BOD负荷也仅为0.1—0.4kg／(m3滤料·d)。净化效果好，BOD去除率可达90％一95％。但占地面积大，易堵塞，在使用上受到限制。高负荷生物滤池•采取处理水回流措施，将水量负荷提高10倍以上，BOD负荷也提高到0.5—2.5kg／(m3滤料.d)。将进水BOD浓度限制在200mg/L以下，使滤料不断受到冲刷，生物膜连续脱落，不断更新，于是，占地大，易于堵塞的问题得到一定程度的解决。塔式生物滤池•50年代，在原民主德国有人按化学工业中的填料塔方式，建造了直径与高度比为1：6～1：8，高发达8～24m•由于塑料工业的发展，开始使用由塑料制备的列管式或蜂窝式轻质滤料，促进了生物滤池的发展。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。由池体、滤料、布水装置和排水系统等四部分所组成池体：多呈方形或矩形，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。滤料的条件质坚、高强、耐腐蚀、抗冰冻。较高的比表面积(单位容积滤料所具有的表面积)宜于生物膜固着，也应宜于使污水均勾流动。较大的空隙率(单位容积滤料中所持有的空间所占有的百分率),当空隙率为45％左右时，滤料的比表面积约为65～100m2。就地取材，便于加工、运输。•多采用实心拳状滤料，如碎石、卵石、炉渣和焦炭等。•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。布水装置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。排水系统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。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。渗水装置的作用是支撑滤料，排出滤过的污水，进入空气。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％一2％的坡度坡向汇水沟，汇水沟宽0.15m，间距2.5—4.0m，并以0．5％一10％的坡度坡向总排水沟，总排水沟的坡度不应小于0．5％，也是为了通风良好，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／b，以免发生沉积和堵塞观象。设计要素BOD容积负荷率：在保证处理水达到要求质量的前提下，每m3滤料在1d内所能接受的BOD量，其表示单位为gBOD5／(m3滤料.d)。水力负荷率：在保证处理水达到要求质量的前提下，每m3滤料或每m2滤池表面在1日内所能够接受的污水水量(m3)，其表示单位为m3／(m3滤料·d)或m3／(m2滤池表面·d)。处理生活污水或以生活污水为主体的城市污水时，水力负荷值可取1－3m3(m2.d)，BOD容积负荷为0.15一0.30kg／(m3.d)。普通生物滤池的适用范围与优缺点优点是：•处理效果良好，矾的去除串可达95％以上；•运行稳定、易于管理、节省能源。缺点是：•占地面积大、不适于处理量大的污水；•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；•产生滤池蝇，恶化环境卫生，滤池蝇是一种体型小于家蝇的苍蝇，飞行能力较弱，只在滤池周围飞行；•喷嘴喷洒污水，散发臭味。•有日渐被淘汰的趋势。高负荷生物滤池生物滤池的第二代工艺首先，大幅度地提高了滤池的负荷率，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。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。处理水回流可以产生以下各项效应：•均化与稳定进水水质；•加大水力负荷，及时的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；•减轻散发的臭味。构造特点在表面上多为圆形。如使用粒状滤料，其粒径也较大，一般为100mm，空隙率较高。滤料层高一般为2.0m，滤料粒径和相应的层厚度为：工作层：层厚1.80m，滤料粒径40～7mm；承托层：层厚0.2m，粒径70—100mm。当滤层厚度超过2.0m时，一般应采用人工通风措施。广泛使用由聚氯乙烯、聚苯乙烯和聚酰胺等材料制成的呈波形板状、列管状和蜂窝状等人工滤料。这种滤料质轻、高强、耐蚀，每m3滤料重量约43kg左右，表面积可达200m2，空隙率可高达95％多使用旋转式的布水装置，即旋转布水器。污水以一定的压力流人位于池中央处的固定竖管，再流入布水横管，横管有2根或4根．横管中轴距滤池池面0.15～0.25m，横管绕坚管旋转。在横管的同一侧开有一系列间距不等的孔口，中心较疏．周边较密，须经计算确定。污水从孔门喷出，产生反作用力，从而使横管按与喷水相反的方向旋转。所需水头较小，一般介于0.25—0.8m之间，也可以使用电力驱动。设计要素BOD容积负荷率，每m3滤料在每日内所能接受的BOD值，以gBOD5／(m3滤料.d)计，此值一般不宜高于1200gBOD／(m3滤料·d)；BOD面积负荷率，每m2滤池表面在每日所能够接受的BOD5值，以gBOD／(m2滤池面积·d)计，一般取值介于1100—2000gBOD／(m2滤池面积·d)。水力负荷率，每平方米滤池表面每日所能够接受的污水量，一般介于10～30m3／(m2·d)之间。塔式生物滤池20世纪50年代初由前民主德国环境工程专家应用气体洗涤塔原理所开创的。属第三代生物滤池。一般高达8—24m，直径1—3.5m径高比介于1：6—1：8左右，呈塔状。在平面上培式生物滤池多呈圆形。在构造上由塔身、滤料、布水系统以及通风及排水装置所组成。工艺特征水力负荷率可达80—200m3／(m2·d)，为一般高负荷生物滤池的2一10倍，BOD容积负荷率达1000-2000gBOD5/m3.d，较高负荷生物滤池高2-3倍。将进水的BOD5值控制在500mg/L以下，否则需采取处理水回流稀释措施。塔滤滤层内部存在着明显的分层现象，在各层生长繁育着种属各异，但适应流至该层污水特征的微生物群集，有助于微生物的增殖、代谢等生理活动，更有助于有机污染物的降解、去除。曝气生物滤池气液在滤料间隙充分接触，氧的转移率高，动力消耗低；自身具有截留原污水中悬浮物与脱落的生物污泥的功能，因此，勿需设沉淀池，占地面积少。以3—5mm的小颗粒作为滤料，比表面积大，微生物附着力强。池内能够保持大量的生物量．由于截留作用，污水处理效果良好。勿需污泥回流，也无污泥膨胀之虑，如反冲洗全部自动化，则维护管理也非常方便。生物转盘60年代在原联邦德国所开创的一种污水生物处理技术，是一种净化效果好、能源消耗低的生物处理技术。生物转盘处理系统中，除核心装置生物转盘外，还包括污水预处理设备和二次沉淀池。由盘片、接触反应槽、转轴及驱动装置所组成。转盘面积的40％左右浸没在槽内的污水中，转轴高出槽内水面10—25cm。在转盘上附着的生物膜与污水以及空气之间，除有机物(BOD、COD)与O2外，还进行着其他物质，如CO2、NH3等的传递。生物膜逐渐增厚，在其内部形成厌氧层，并开始老化。老化的生物膜在污水水流与盘面之间产生的剪切力的作用下而剥落，剥落的破碎生物膜在二次沉淀池内被截留，生物膜脱落形成的污泥，密度较高、易于沉淀。工艺特征微生物浓度高，特别是最初几级的生物转盘，转盘上的生物膜量如折算成曝气池的MLVSS，可达40000—60000mg/L，F/M为0.05—0.1。生物相分级，在每级转盘生长着适应于流入该级污水性质的生物相，对微生物的生长繁育，有机污染物降解非常有利。污泥龄长，在转盘上能够增殖世代时间长的微生物，如硝化菌等，因此，生物转盘具有硝化、反硝化的功能。耐冲击负荷，对BOD值达10000mg/L以上的超高浓度有机污水到10mg/L以下的超低浓度污水可以采用生物转盘进行处理。微生物的食物链较长，产生的污泥量较少，约为活性行泥处理系统的1／2左右，在水温为5—20℃的范围内，BOD去除率为90％的条件下，去除1kgBOD的污泥产量约为0.25kg。接触反应槽不需要曝气，污泥也勿需回流，因此，动力消耗低，每去除1k6BOD的耗电量约为0.7kwh。便于维护管理，不需要经常调节生物污泥量，不存在产生污泥膨胀的麻烦，复杂的机械设备也比较少。设计合理、运行正常的生物转盘，不产生滤池蝇、不出现泡沫也不产生噪声，不存在发生二次污染的现象。生物转盘的流态，从一个生物转盘单元来看是完全混合型的，在转盘不断转动的条件下，接触反应榴内的污水能够得到良好的混合，但多级生物转盘又应作为推流式，因此，生物转盘的流态，应按完全混合－推流来考虑。构造特点盘片•面积大，易于取材、便于加工安装等性质。•盘片直径。一般多介于2.0～3.6m之间，如现场组装直径可以大些，甚至可达5.0m。•盘片间距的标准值为30mm，当采用生物转盘脱氮时，宜于采取较大的盘片间距。•盘片材料大多由塑料制成：聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚酪玻璃钢接触反应槽•不小于盘片直径的35％浸投于接触反应槽的污水中。•盘片边缘与槽内面应留有不小于100mm的间距。•槽底应考虑设有效空管，槽的两侧面没有进出水设备，多采用锯齿形溢流堰。•对多级生物转盘，接触反应槽分为若干格，格与格之间设导流槽。转轴•支承盘片并带动其旋转。两端安装在固定在接触反应槽两端的支座上。•一般采用实心钢轴或无缝钢管。•长度一般应控制在0.5—7.0m之间，太长易于挠曲变形，发生磨断或扭断。其直径一般介于50—80mm。•转轴中心与接触反应槽液面的距离一般不应小于150mm，应保证转轴在液面之上，并根据转轴直径与水头损失情况而定。转轴中心与槽内水面的距离(b)与转盘直径(D)的比值（b/D）在0.05—0.15之间。一般取值0.06—0.1。驱动装置•动力设备有电力机械传动、空气传动及水力传动等。工艺流程与组合宜于采用多级处理方式•单级单轴•单轴多级•多轴多级生物接触氧化起源于20世纪20年代、30年代，发展于70年代。又称为“淹没式生物滤池”——相当于在曝气池内充填供微生物栖息的填料微生物丰富，除细菌和多种种属原生动物和后生动物外，还能够生长氧化能力较强的球衣菌属的丝状菌，而无污泥膨胀之虑。在生物膜上能够形成稳定的生态系统与食物链。填料表面全为生物膜所布满，形成了生物膜的主体结构，由于丝状茵的大量滋生，有可能形成一个呈立体结构的密集的生物网，污水在其中通过起到类似“过滤”的作用，能够有效地提高净化效果。能够保持较高浓度的活性生物量，据实验资料，每m2填料表面上的活性生物膜量可达125g，如折算成MLSS，则达13g／L运行