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第六章好氧生物处理——生物膜法主要内容生物膜法基本原理生物膜法的工艺特点生物膜法的主要工艺生物膜的定义、特点•生物膜:以附着在惰性载体表面生长的，以微生物为主，包含微生物及其产生的胞外多聚物和吸附在微生物表面的无机及有机物等组成，具有较强的生物降解和吸附性能的结构。•与活性污泥法并列的一类废水好氧生物处理技术；•土壤自净过程的人工化和强化；•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，同时对废水中的氨氮还具有一定的硝化能力生物膜法的基本原理1生物膜的形成前提条件：起支撑作用、供微生物附着生长的载体物质：在生物滤池中称为滤料；在接触氧化工艺中称为填料；在好氧生物流化床中称为载体；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；作为接种的微生物。生物膜法的基本原理生物膜的形成过程：初步形成：含有营养物质和接种微生物的污水在填料的表面流动，一定时间后，微生物会附着在填料表面而增殖和生长，形成一层薄的生物膜。生物膜的成熟：在生物膜上由细菌及其它各种微生物组成的生态系统以及生物膜对有机物的降解功能都达到了平衡和稳定。生物膜从开始形成到成熟，一般需要30天左右(城市污水，20°C)微生物在载体表面附着的步骤不可逆附着微生物向载体表面运送可逆附着液相中悬浮微生物附着微生物增长，形成生物膜没有附着微生物生物膜法的基本原理生物膜的结构生物膜法的基本原理2生物膜的性质：高度亲水，存在着附着水层；微生物高度密集：这些微生物主要起着去除废水中的有机污染物的作用，形成了有机污染物——细菌——原生动物(后生动物)的食物链。生物膜法的基本原理3生物膜的更新与脱落成熟的生物膜一般都由厌氧膜和好氧膜组成，好氧膜是有机物降解的主要场所，一般厚度为2mm。厌氧膜的出现：生物膜厚度不断增加，氧气不能透入的内部深处将转变为厌氧状态；厌氧膜的加厚：厌氧的代谢产物增多，导致厌氧膜与好氧膜之间的平衡被破坏；气态产物的不断逸出，减弱了生物膜在填料上的附着能力，成为老化生物膜，其净化功能较差，且易于脱落。老化膜脱落，新生生物膜又会生长起来，新生生物膜的净化功能较强。生物膜法的工艺特点1、微生物方面的特征微生物种类多样化：①相对安静、稳定的环境；②SRT相对较长；③丝状菌可以大量生长，无污泥膨胀之虞；④线虫类、轮虫类等微型动物出现的频率较高；⑤藻类、甚至昆虫类也会出现；生物膜上微生物的食物链较长：①动物性营养者所占比例较大，微型动物的存活率较高；②食物链长；③污泥产量少于活性污泥系统(仅为1/4左右)。能够存活世代时间较长的微生物，如硝化细菌，有利于硝化作用的进行。2、在处理工艺方面的特征：•对水质、水量变动有较强的适应性；•剩余污泥的沉降性能良好，易于固液分离；•能够处理低浓度污水；•易于维护运行，运行费用少。生物膜法的主要工艺类型主要的生物膜法工艺有：生物滤池：其中又可分为普通生物滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池等；生物转盘；生物接触氧化法；好氧生物流化床等。1生物滤池工艺生物滤池的发展：•生物滤池是在污水灌溉的实践基础上发展起来的人工生物处理法；•首先于1893年在英国试验成功，从1900年开始应用于废水处理中；•主要有以下几种形式：普通生物滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池、活性生物滤池等。生物滤池示意图生物滤池的构造与组成生物滤池一般主要由滤床(池体与滤料)、布水装置和排水系统等三部分组成：1、池体在20世纪30、40年代以前，生物滤池的池体多为方形或矩形；在出现了旋转布水器之后，则大多数的生物滤池均采用圆形池体，主要是便于运行；池壁可有孔洞或不带孔洞的两种：有孔洞的池壁有利于滤料的内部通风，但在冬季易受低气温的影响；一般要求池壁高于滤料0.5m；在寒冷地区，有时需要考虑防冻、采暖、或防蝇等措施。2、滤料：是生物膜赖以生长的载体，其主要特性有：大的表面积，有利于微生物的附着；能使废水以液膜状均匀分布于其表面；有足够大的孔隙率，使脱落的生物膜能随水流到池底，同时保证良好的通风；适合于生物膜的形成与粘附，且应该既不被微生物分解，又不抑制微生物的生长；有较好的机械强度，不易变形和破碎。(1)普通生物滤池的滤料：一般为实心拳状滤料，如碎石、卵石、炉渣等；工作层的滤料的粒径为25~40mm，承托层滤料的粒径为70~100mm；同一层滤料要尽量均匀，以提高孔隙率；滤料的粒径愈小，比表面积就愈大，处理能力可以提高；但粒径过小，孔隙率降低，则滤料层易被生物膜堵塞；一般当滤料的孔隙率在45%左右时，滤料的比表面积约为65~100m2/m3。(2)高负荷生物滤池的滤料：滤料粒径较大，一般为40~100mm，其中工作层滤料的粒径为40~70mm，承托层则为70~100mm，孔隙率较高，可以防止堵塞和提高通风能力；滤料常采用卵石、石英砂、花岗岩等，一般以表面光滑的卵石为好；目前常采用塑料滤料：聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯等制成；形状有波纹板式、斜管式和蜂窝式等，其特点有：质量轻、强度高、耐腐蚀、比表面积和孔隙率都较大。主要缺点：造价较高，初期投资较大。3布水装置：将废水均匀地喷洒在滤料上；主要有两种：固定式布水装置、旋转式布水装置；普通生物滤池多采用固定式布水装置；高负荷生物滤池和塔式生物滤池则常用旋转布水装置：固定式布水装置旋转布水器4排水系统处于滤床的底部，其作用是收集、排出处理后的废水和保证良好的通风；一般由渗水顶板、集水沟和排水渠所组成；渗水顶板用于支撑滤料，其排水孔的总面积应不小于滤池表面积的20%；渗水顶板的下底与池底之间的净空高度一般应在0.6m以上，以利通风，一般在出水区的四周池壁均匀布置进风孔。生物滤池工艺流程初沉池生物滤池二沉池出水回流出水进水剩余污泥与活性污泥工艺的流程不同的是，在生物滤池中常采用出水回流，而基本不会采用污泥回流，因此从二沉池排出的污泥全部作为剩余污泥进入污泥处理流程进行进一步的处理。生物滤池挂膜•挂膜：洁净滤床逐渐长出生物膜的过程。•方法：待处理废水、污泥或生物膜碎屑及其他添加物（补充养分、清水等）按适当比例混合后淋洒生物滤池，出水进入二沉池，然后以二沉池作为循环水池，出水再次淋洒滤池并适当补充废水量，如此循环进行直至二沉池出水达到要求的水质标准。影响生物滤池功能的主要因素•滤床的比表面积和孔隙率，–表面积愈大，生物膜量愈多，净化功能愈强；–孔隙率大，滤床不易堵塞，通风效果好，提供足够的氧；–比表面积和孔隙率愈大，扩大传质的界面，促进水流紊动，提高净化功能。•滤床的高度，–不同高度，生物膜量、微生物种类、去除有机物的速度等方面都是不同的；–滤床的上层，废水中的有机物浓度高，营养物质丰富，微生物繁殖速度快，生物膜量多且主要以细菌为主，有机污染物的去除速度高；–随着滤床深度的增加，废水中的有机物量减少，生物膜量也减少，微生物从低级趋向高级，有机物去除速度降低；–有机物的去除效果随滤床深度的增加而提高，但去除速率却随深度的增加而降低。•回流：高负荷、塔式生物滤池，回流。–滤池可得到连续投配的废水，工作较稳定；–冲刷去除老化生物膜，降低膜厚度，抑制滤池蝇；–均衡滤池负荷，提高滤池的效率；–可以稀释、降低进水有毒有害物质和有机物浓度。•供氧：自然通风–影响因素有：①池内温度与气温之差；②滤池高度；③滤料孔隙率及风力等；•有机负荷与水力负荷–有机负荷-----kgBOD5/m3.d；–水力负荷：①水力表面负荷----m3/m2.d，或m/d；----滤速；②水力容积负荷----m3/m3.d–有机负荷较高，生物膜增长较快，引起滤料堵塞，需要调整水力负荷，–水力负荷增加，提高水力冲刷力，维持生物膜的厚度，一般是通过出水回流来解决。生物滤池处理能力指标•普通生物滤池：最早的生物滤池，负荷低，水力负荷：1-4m3/m2滤池/d，BOD负荷：0.1-0.4kg/m3滤池/d,优点：净化效果好，BOD去除率高90-95%。缺点：占地面积大，易于堵塞。•高负荷生物滤池：出水回流等运行措施，进水BOD浓度控制在200mg/L以下，加大进水量，使滤料不断受到冲刷，生物膜连续脱落，不断更新，水力负荷、BOD负荷提高到原来10倍以上，占地大、易于堵塞的问题也得以解决。•塔式生物滤池：引进化学工业填料塔方式改进填料堆填方式，大大增加滤池高度，高度与直径比（6-8：1），通风较好，有机负荷高，净化功能良好，占地问题进一步解决。•随着塑料工业发展，开始使用塑料制备的轻质填料，也促进了生物滤池的发展。生物滤池类型生物滤池与活性污泥法的比较项目生物膜法活性污泥法基建费低较低运行费低较高气候的影响较大较小技术控制较易控制要求较高灰蝇和臭味蝇多、味大无最后出水负荷低时,硝化程度较高,但悬浮物较高悬浮物较少,但硝化程度不高剩余污泥量少大泡沫问题很少较多2生物转盘构造与净化机理：废水处于半静止状态，而微生物则在转动的盘面上；转盘40%的面积浸没在废水中，盘面低速转动；盘面上生物膜的厚度与废水浓度、性质及转速有关，一般0.1~0.5mm。生物转盘的组成生物转盘的主要组成单元有：盘片、接触反应槽、转轴与驱动装置等，1、盘片盘片的形状：外缘：圆形、多角形及圆筒形；盘面：平板、凹凸板、波形板、蜂窝板、网状板等以及各种组合。盘片的厚度与材质：要求质轻、薄、强度高，耐腐蚀，同时还应易于加工、价格低等；一般厚度为0.5~1.0cm；常用材料有聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯以及玻璃钢等。转盘的直径：一般直径为2.0、2.5、3.0、3.5m等，常用的是3.0m。盘片间的间距：一般为30mm，高密度型则为10~15mm。生物转盘的组成2、接触反应槽一般可以用钢板或钢筋混凝土制成，横断面呈半圆形或梯形；槽内水位一般达到转盘直径的40%，超高为20~30cm；转盘外缘与槽壁之间的间距一般为20~40cm。构成与系统组成：生物转盘的转速一般为18m/min；有一轴一段、一轴多段、以及多轴多段等形式；废水的流动方式，有轴直角流与轴平行流。多段式生物转盘有机负荷与水力负荷–有机负荷-----kgBOD5/[m3（槽）.d]或kgBOD5/[m2（盘片）.d]；–水力负荷---m3（水）/[m3（槽）.d]或m3（水）/[m2（盘片）.d]参数确定：通过实验求得经验：城镇生活污水：有机负荷：0.005-0.020kgBOD5/[m2（盘片）.d]，水力负荷0.04-0.20m3（水）/[m2（盘片）.d]生物转盘的处理能力指标生物转盘的主要特征•节能，即运行费用较低；•生物量多，净化率高，适应性强，出水水质较好；•生物膜上生物的食物链长，污泥产量少，为活性污泥法的1/2左右；•维护管理简单，功能稳定可靠，无噪音，无灰蝇；•受气候影响较大，顶部需要覆盖，有时需要保暖；•所需的场地面积一般较大，建设投资较高。生物转盘的新进展空气驱动生物转盘：与沉淀池合建生物转盘：与曝气池合建生物转盘：3生物接触氧化法生物接触氧化法是一种介于活性污泥法与生物滤池之间的生物膜法处理工艺；又称为淹没式生物滤池。如下特点：池内充填填料，已经充氧的污水浸没全部填料，并以一定的流速流过填料，填料上布满生物膜采用与活性污泥法曝气池相同的曝气方法，向微生物提供所需要的氧，并起到搅拌混合的作用。生物接触氧化池的构造生物接触氧化池由池体、填料、布水系统和曝气系统等组成；填料高度一般为3.0m左右，填料层上部水层高约为0.5m，填料层下部布水区的高度一般为0.5~1.5m之间，根据曝气装置与填料的相对位置，可以分为两大类：曝气装置与填料分设：填料区水流较稳定，有利于生物膜的生长，但冲刷力不够，生物膜不易脱落；可采用鼓风曝气或表面曝气装置；较适用于深度处理。曝气装置直接安设在填料底部，曝气装置多为鼓风曝气系统；可充分利用池容；填料间紊流激烈，生物膜更新快，活性高，不易堵塞；检修较困难。曝气装置与填料分设曝气装置直接安设在填料底部生物接触氧化法的填料填料是微生物的载体，其特性对接触氧化池中生物量、氧的利用率、水