第五章污水的好氧生物处理一生物膜法

第十三章污水的好氧生物处理（一）生物膜法1893年英国Corbett在Salford创建了第一个具有喷嘴布水装置的生物滤池。生物膜法是对污水土地的模拟和强化。生物膜法主要用于从污水中去除溶解性有机污染物，是一种被广泛采用的生物处理方法。生物膜法的主要优点是对水质，水量变化的适应性较强。生物膜法的共同特点是微生物附着在介质“滤料”表面上，形成生物膜，污水同生物膜接触后，溶解的有机污染物被微生物吸附转化为H2O、CO2、NH3和微生物细胞物质，污水得到净化，所需氧气一般来自大气。生物滤池法的流程生物膜法的主要设施第一节生物滤池典型生物滤池的构造排水系统布水设备滤床滤床滤床由滤料组成。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使污水以液膜状态流过生物膜；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不被微生物分解，也不抑制微生物的生长，有较好的化学性能；⑤有一定的机械强度；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为主，其直径在3～8cm左右，空隙率在45%~55%左右，比表面积（可附着面积）在65～100m2/m3两种常见的塑料滤料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，空隙率95%左右，比表面积在200m2/m3。滤床高度同滤料的密度有密切关系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。塑料滤料每立方米仅重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，减少污水飞溅的作用。常用砖、石或混凝土砌筑。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排水假底池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平面的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，并在任何时候不会满流，确保空气能在水面上畅通无阻，使滤池中空隙充满空气。生物滤池法的流程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。交替式二级生物滤池法的流程•运行时，滤池是串连工作的，污水经初步沉淀后进入一级生物滤池，出水经相应的池去除中间沉淀残膜后用泵送入二级生物滤池，二级生物滤池的出水经过沉淀后排出污水厂。•工作一段时间后，一级生物滤池因表面生物膜的累积，即将出现堵塞，改作二级生物滤池，而原来的二级生物滤池则改作一级生物滤池。•交替式二级生物滤池法比并联流程负荷率可提高两、三倍。回流式二级生物滤池法的流程回流生物滤池法流程qv：污水流量，r：回流比国外运行的经验表明，在处理城市污水时，回流式生物滤池的处理效率大致如下：单级滤池法当滤池负荷率在1.7kg（BOD5）/m3·d（滤料）以下时，出水的BOD5约为滤池进水的BOD5的1/3。二级滤池法二沉池的出水BOD5为二级池进水BOD5的1/2；如果一级滤池的进水不经沉淀直接流向二级滤池，则一级滤池出水的BOD5为进水BOD5的1/2。生物滤池的一个主要优点是运行简单，因此，适用于小城镇和边远地区。小于或等于某处理效率的污水厂的百分数/%（活性污泥法）小于或等于某处理效率的污水厂的百分数/%（生物滤池）生物滤池机理生物滤池的工作情况污水通过布水设备连续地、均匀地喷洒到滤床表面上，在重力作用下，污水以水滴的形式向下渗沥，或以波状薄膜的形式向下渗流。最后，污水到达排水系统，流出滤池。污水流过滤床时，有一部分污水、污染物和细菌附着在滤料表面上，微生物便在滤料表面大量繁殖，不久，形成一层充满微生物的粘膜，称为生物膜。这个起始阶段称为挂膜，是生物滤池的成熟期。挂膜生物滤池机理生物滤池的工作情况•污水流过成熟滤床时，污水中的有机污染物被生物膜中的微生物吸附、降解，从而得到净化。•生物膜表层生长的是好氧和兼性微生物，其厚度约2nm。在这里，有机污染物经微生物好氧代谢而降解，终点产物是H2O、CO2、NH3等。•由于氧在生物膜表层已耗尽，生物膜内层的微生物处于厌氧状态。在这里，进行的是有机物的厌氧代谢，终点产物为有机酸、乙醇、醛和H2S等。•由于微生物的不断繁殖，生物膜逐渐增厚，超过一定厚度后，吸附的有机物在传递到生物膜内层的微生物以前，已被代谢掉。此时，内层微生物因得不到充分的营养而进入内源代谢，失去其粘附在滤料上的性能，脱落下来随水流出滤池，滤料表面再重新长出新的生物膜。生物膜的组成细菌（好氧、厌氧、兼性）真菌藻类原生动物后生动物一些肉眼可见的蠕虫、昆虫的幼虫生物膜脱落原因有机物转化深度低负荷滤池中，原因复杂，昆虫及其幼虫的活动促使生物膜脱落；高负荷滤池中，水力冲刷使生物膜不断脱落，生物膜厚度与滤率大小有关。高负荷滤池：只有在负荷率较低时，出水才含有较低的硝酸盐，残膜易腐化。低负荷滤池：有机物被深度转化，出水中硝酸盐含量较高，残膜呈深棕色，类似腐殖质，沉淀性能较好；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如下生物滤池中有机物的降解过程同时发生着多过程滤池高度负荷率回流供氧有机物在污水和生物膜中的传质过程有机物的厌氧和好氧代谢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影响生物滤池性能的主要因素－－滤池高度滤床滤床上层，污水中的有机物浓度较高，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。滤池的上层和下层相比，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。影响生物滤池性能的主要因素－－滤池高度影响生物滤池性能的主要因素－－负荷率影响生物滤池的负荷率有三种表达形式：水力负荷率：以流量为准，m3（水）/m3（滤料）·d；表面水力负荷率：m3（水）/m3·d，又称平均滤率；有机负荷率：以BOD5为准，kg（BOD5或特定污染物质）/m3·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。影响生物滤池性能的主要因素－－负荷率在低负荷条件下，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。在高负荷条件下，随着滤率的提高，污水在生物滤床中停留的时间较短，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－－利用污水厂的污水，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，它是使生物滤池由低负荷率演变为高负荷率的方法之一；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有毒物质浓度；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拨风和风速。自然拨风的推动力是池内温度与气温之差，以及滤池的高度。•温度差越大，通风条件越好；•当水温较低，滤池内的温度低于水温时（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；•若池内外无温度差时，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，自然通风不能满足时，则应考虑强制通风。COD=400mg/LCOD=500mg/LCOD=600mg/L生物滤池的计算－－计算公式生物滤池的设计，在条件允许时应尽量利用试验成果进行，没有条件进行试验时，可借助于经验公式进行。图示表明：污水流过滤池时，污染物浓度的下降率－－每单位滤床高度（h）去除的污染物的量（以浓度ρs计），同该污染物的浓度成正比，即ssKdhd将式ssKdhd积分得Khsse0式中：dρs/dh－－污染物浓度的下降率；ρs0－－滤池进水污染物的浓度，mg/L；ρs－－床深为h处水中的污染物浓度，mg/L；h－－离滤床表面的深度，mK－－反映滤池处理效率的系数，它同污水性质，滤池的特性（包括滤料的材料、形状、表面积、孔隙率、堆砌方式和生物膜性质）、以及滤率有关，布水方式（如均匀程度、进水周期等）也可对其有影响。nvmsAqKK)/('0K可用下式求得：式中：qv－－滤池进水流量，m3/d；A－－滤床表面积，m2；K‘－－系数，它与进水水质和滤率有关；m－－与进水水质有关的系数；n－－与滤池特性、滤率有关的系数。采用公式进行计算步骤第一步是选定滤料和进水方式，然后进行试验，求得K’、m和n等常数值；第二步确定是否回流，若需要回流，则要确定回流比；最后计算滤池的尺寸。回转式布水器的计算计算的主要内容确定布水横管根数（一般是2根和4根）和直径布水管上的孔口数和在布水横管上的位置布水器的转速第二节生物转盘生物转盘的流程生物转盘的处理流程与布置1.标准处理流程2.提高已设活性污泥处理系统处理水质的流程3.多级处理的生物转盘处理系统生物转盘的设计计算方法生物转盘的设计计算方法生物转盘的设计计算方法生物转盘的设计计算方法生物转盘的新进展生物转盘的新进展第三节生物接触氧化法接触氧化池构造示例接触氧化池示例生物接触氧化法的基本流程接触氧化池外观图接触氧化池反应区的构造接触氧化法填料新型的纤维网状填料新型的纤维网状填料软性纤维填料的结构①栓接绳②纤维束③中心绳生物填料框架框架与生物填料框架与生物填料新型的三维立体网状填料挂膜后的网状填料聚乙烯生物填料空气中心曝气生物接触氧化法曝气侧面曝气全池曝气反应区曝气系统的布置牛腿与槽钢的布置刚玉微孔曝气盘填料框架、槽钢与牛腿微孔曝气设备安装微孔曝气设备的清水检验生物接触氧化池的设计计算1.生物接触氧化池的有效容积（即填料体积）VNvqvVses)(0式中：qv：平均日设计流量，m3/d；ρs0、ρse：分别为进水与出水的BOD5，mg/L；Nv：有机容积负荷率，kgBOD5/m3d（城市污水可用1.0～1.8）。2.生物接触氧化池总面积A和座数n10AAnhVA式中：h0：填料高度，一般采用3.0米；A1：每座池子的面积，m2，一般小于25m2。第四节生物流化床生物流化床的试验研究几种生物处理系统比表面积和负荷率的比较膜法与活性污泥法相结合膜法与活性污泥法相结合膜法与活性污泥法相结合膜法与活性污泥法相结合第五节曝气生物滤池曝气生物滤池的实质、组成与系统曝气生物滤池的特征(1)反应时间短(2)便于维护管理(3)占地少(4)节能(5)空气量较少(6)生物膜微生物易于驯化(7)对季节变动的适应性较强(8)对水量变动有较大的适应性(9)能够处理低浓度的废水(10)具有很强的硝化功能(11)适应的水温范围广泛(12)反冲洗水量大(13)污泥处理同活性污泥法曝气生物滤池的分类