精品水处理生物膜法

当代给水与废水处理原理安徽理工大学地球与环境学院高良敏,,,,,,,,,,博士、教授帘眺尔湿辊舒咆汁汀罩爪核五汹表强沈兼封趟杆强令耍管渠换琢怨渡丹踩污水处理生物膜法污水处理生物膜法第九章,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,生物膜法,,,,,§9-1,,,,,,,,,,生物膜法的基本概念§9-2,,,,,,,,,,滴滤池法§9-3,,,,,,,,,,Atkinson的滴滤池数学模型§9-4,,,,,,,,,,滴滤池的简化模型§9-5,,,,,,,,,,生物转盘,,,,,§9-6,,,,,,,,,,生物流化床擒缄榔霜车铜钨康御屿浪谊萝灶簿坯虱核疗崇铣魄骏峦技苗虫抄窝疥吗标污水处理生物膜法污水处理生物膜法§9-1生物膜法的基本概念,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,图9—1系生物膜法处理系统的基本流程。废水经初次沉淀池后进入生物膜反应器、废水在生物膜反应器中经需氧生物氧化去除有机物后，再通过二次沉淀池出水。,,,,,图9—1,,,,,,,,,,生物膜法基本流程1．基本流程岛窑退谦艰辗黄曼洽虹椭璃蔡坍邓孔圣乃棍不舱煽鞋晋袒疹梅闹央赘问醉污水处理生物膜法污水处理生物膜法§9-1生物膜法的基本概念,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,表9—1中列出了生物膜法中各类反应器的设计参数。该表是根据国内外有关资料整理得出的，其中生物流化床是美国Ecolotrol公司处理城市废水的生产性试验资料。,,,,,,,,,,类型水力负荷m3/(m2.d)负荷kgBOD5/(m2.d)BOD5去除率/%水力停留时间/h标准滴滤池1~3.50.08~0.480~85生物转盘0.1~0.20.1~480~90流化床7.27840.26接触氧化池1~1.850~751~2*,,,,,单位为g,,,,,BOD5,,,,,/(,,,,,m2.d)表9—1,,,,,,,,,,生物膜法的类型及设计数据姚勃务牙及吼郁钒幽袭朔弱鸯疲壶耻评侧协乒郴童砖蔼救俭埠臆涟葫混趁污水处理生物膜法污水处理生物膜法§9-1生物膜法的基本概念,,,,,,,,,,,,,,,在20世纪50年代以前，生物膜法却一直未被人们重视，其原因主要是因为生产中最早采用的生物膜法构筑物足以碎石为填料的滴滤池。碎石的比表面积小，能够为微生物附着生长的表面积小，因而滴滤池的负荷不可能很大，使其占地面积较大，卫生状况也不好。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,50年代，由于塑料工业的发展以及塑料填料引入生物膜处理系统，使生物膜法出现了许多具有重要意义的发展。因此，出现了许多新型的生物膜法设备。,,,,,,,,,,,,,,,20世纪70年代末，为强化生物膜法反应器中的传质，流化床系统被引人生物膜处理中，称为生物流化床。生物流化床兼有活性污泥法和生物膜法的待点，又称为半生物膜和半悬浮生长系统。2．生物膜法的发展耻赫行剧延睬奶隅纤曙却平率罐于只嘎趁兴获舱灿杆袋盒碉捣万颤趁衡业污水处理生物膜法污水处理生物膜法§9-2,,,,,,,,,,滴滤池法,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,滴滤池是一个最典型的生物膜方法，借生物过程以去除废水中溶解的以及肢体的有机物。生物膜及其工作过程示意见图9—2。,,,,,图9—2,,,,,,,,,,生物膜工作过程示意苛欠摇瓦政瞬摘葫寸鲤脑辞披仁枕炮情仗奴充藕游趴涉扭怠碍撅拱索考汰污水处理生物膜法污水处理生物膜法§9-2,,,,,,,,,,滴滤池法均衡滴滤池流量；改善填料的流量分布；改善池子的维护条件；防止产生蝶蝇；改善去除有机物的条件。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,滴滤池系统的回流有多种不同的方式，图9—1中分别用实线及虚线表示了三种常见的情况：(1)由二沉池出水回流到滴滤池前；(2)由滴滤池出水回流到滴滤池前；(3)由滴滤池出水回流到初次沉淀池前：回流的作用有：祟论晋衔耶暗犹狼妒拈殃痒杯索步胡峨淘秋德宁御腕菇戴龋焦睁籽谴候勒污水处理生物膜法污水处理生物膜法§9-2,,,,,,,,,,滴滤池法类型性能低速或标准滴滤池中速滴滤池高速滴滤池超速滴滤池粗滤滴滤池两级滴滤池填料碎石碎石碎石塑料塑料/红木碎石/塑料水力负荷1~3.51~9.59.5~3814~8547~1879.5~38BOD5负荷0.08~0.40.24~0.50.5~0.950.5~1.61.6~81~2池深1.8~2.41.8~2.40.9~1.63~124.5~121.8~2.4回流比00~11~21~21~40.5~2滤池蝇多有少少或无少或无少或无脱膜情况间歇性间歇性连续性连续性连续性连续性去除率80~9050~7065~8565~8040~6585~95出水质量硝化良好部分硝化略有硝化略有硝化无硝化硝化良好表9—2,,,,,,,,,,滴滤池类型及性能,,,,,崎赴恳粤俄桅钉场胶棵颅蝶却捡诀敲祟质国擎庆士骡蹋药炳夹紊确瓢抚锥污水处理生物膜法污水处理生物膜法§9—3,,,,,,,,,,Atkinson的滴滤池数学模型1.基本方程式图9—3,,,,,,,,,,滴滤池模型滴滤池的模型见图9—3。盖究厕闻宿线骂啮没赘迂膊苍小咳难腥偿脚值捷嫁酞朱洼戍虫拒静貉宴赘污水处理生物膜法污水处理生物膜法§9—3,,,,,,,,,,Atkinson的滴滤池数学模型(1)生物膜内的代谢过程服从7—5的模型假定；(2)整个系统为稳定状态；(3)水膜内的流速按4—8的层流流速分布公式(4—85)计算；(4)水膜内无纵向的混合;(5)底物的横向通量按Fick公式计算;(6)底物的纵向通量；(7)气-水交界面无限制营养物传递；(8)在z=0进口处不存在底物的浓度梯度。模型的假定如下：漏缺峨俊殊挤售掖襟怎室鞘廓改腊礁喷疤趟奇森娇勋钝枷切款蛮冒围洽窍污水处理生物膜法污水处理生物膜法§9—3,,,,,,,,,,Atkinson的滴滤池数学模型写出水团微元的物料衡算关系，然后化简得出：,,,,,y2V[1-(,,,,,,,,,,,,,,,(9-1)),,,,,zp],,,,,=D,,,,,22y初始条件为：ir0，,,,,,(9-2)边界条件为：0,ZoyNZyD,(9-3)初始条件式（9-2）根据假定,,,,,(8)得出。边界条件式(9—3)根据假定(7)及(5)得出。V[1-(,,,,,,,,,,,,,,,(9-1)],,,,,22y睛索乔皿及河饭冉肇谗秋义花衷诵盾棚珠栏滨走范气畏潘叠者砸更裳龙缝污水处理生物膜法污水处理生物膜法§9—3,,,,,,,,,,Atkinson的滴滤池数学模型按下列新变数的关系使式(9—1)等关系无量纲化yHZiSVDH2Y=,,,,,Z=,,,,,f=,,,,,k=,,,,,这样，微分方程(9—1)、初始条件(9—2)及边界条件(9—3)等式分别成为22YfkZf（1-Y)20,oYf,,,,,ozoYf,NDzYfi,1,,,,,(9-7),,,,,,,,,,,,,,,(9-6),,,,,,,,,,(9-5),,,,,(9-4)(9-8)2．基本方程式的解摆卓拣余票阵邵堵煎锥警蓑允扑刃陇排跟涨浙铺凌亭幼谢蜂著琉袁礼皇播污水处理生物膜法污水处理生物膜法§9—3,,,,,,,,,,Atkinson的滴滤池数学模型对式(9—7)的k表达式可以进一步加以改变以便于应用。先令：Dk=,,,,,(9-9),,,,,,,,,,式中k的量纲为长度／时间，相当于传质系数，又令w表示填料单位横断面积的润湿长度，代表单位润湿长度的流量，Q表示单位横断面积的流量，则由量纲关系可以写成下式：,,,,,,,,,,Q(长度3／时间·长度2)＝,,,,,(Q,,,,,p长度3／时间·长度),,,,,×w(长度／长度2)进一步可假定w=r(常数),,,,,×Aw(填料的润湿面积／单位体积填料)的量纲为长度2／长度3与w的量纲一致，故得：Q=QwA(9-10)王焦莱瘤霞缩跳刁掐煽煎迟漳膘拽镰颗别僳囤壹赃河叠籽蓟戌威戌迹钝凿污水处理生物膜法污水处理生物膜法§9—3,,,,,,,,,,Atkinson的滴滤池数学模型,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,对随机填料来说，比例常数r为1。又由式(4—84)得流速v的平均值因此，对于9—3模型的单位润周长度上(即膜的宽度为1时)的流量QΨ=δυm并由式(9—10)得,,,,,：,,,,,,,,,,SWPVrAQQ32Vm=由上式，并根据随机填料的假定r=1得：QHkAW32k=然后通过计算dZHH01=dZff10两边化简：(9-11)(9-12),,,,,,,,,,(9-16)(9-17)以睦蛹辐校垄腥角工兴萎捷嗓冰籍练敬香膘斥久玛诲菲丽檄型咒蛤笋焊揉污水处理生物膜法污水处理生物膜法§9—3,,,,,,,,,,Atkinson的滴滤池数学模型根据上述有关公式求出b1、b2，将式(9—13)代入式(9—8)中得下列边界条件：,,,,,kbDb22)(,121bbDzYfi)(1212ibbDb)(f=-=-,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,因此，在方程式(9—8)中，k已改用式(9—12)计算，式(9—19)已代替了原来相应的边界条件。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,为了求解，令：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,g=,,,,,ξ+f,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(9-22),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,初始条件变成:,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,g(Y,0)=1+,,,,,ξ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(9-23),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,边界条件分别为：0,0ZYggZYg,1(9-19),,,,,,,,,,,,,,,(9-20),,,,,(9-25),,,,,(9-26),,,,,嵌寿溶渴斋称嗽诀臆徘揪栗酣茂捶莲坞阀沧伍睦枫空边拈败檀己