1、第五章 污水的生物处理生物膜法,5.1 概述,生物膜法与活性污泥法平行发展的一种污水处理技术,方法实质：微生物附着在滤料或某些载体上，并在其上形成膜状生物污泥-生物膜,生物膜法的历史及发展：古老又在不断发展中的处理技术，1865年德国科学家发现生物过滤作用；1893年英国将污水喷洒在粗滤料上，作为膜生物反应器的生物滤池问世；20世纪2030年代建造了许多生物膜反应器；4050年代生物滤池逐渐被活性污泥取代的趋势；70年代新的反应器以独特的优势受关注。,生物膜法的类型及主要技术现状；固定床、流动床 生物转盘：用于硝化、反硝化的研究取得进展 生物接触氧化：1971年日本首创，进20年得到广泛应用
2、生物流化床：70年代初期在美国和日本得到研究与应用 微孔膜生物反应器：近几年人们关注的革新的生物膜反应器 复合式生物膜反应器：序批式膜生物反应器,（1）挂膜污水流经滤料，污水和细菌附着在有机物被分解形成生物膜并逐渐成熟，这一起始阶段常称为：挂膜,5.1.1 生物膜的构造与净化机理,1、构造,（3）生物膜成熟标志真正生态系组成及对有机物的降 解功能都达到了平衡状态,（4）生物膜生长阶段潜伏期、生长期,（5）形成的厌氧、耗氧层,2、净化有机物机理,（1）生物膜表面积大，能大量吸附水中有机物,（2）有机物降解是在生物膜表层0.1-2mm的好氧生物膜内进行,（3）多种物质的传递过程：,空气 流动水层附
3、着水层生物膜微生物呼吸 污染物由流动水层附着水层生物膜生物降解H2O附着水层流动水层CO2 、H2S、NH3水层溢入空气中,微生物代谢产物,（2）生物膜特性高度亲水的物质，同时也是微生物高度密集的物质,（4）厌氧层与好氧层的关系厌氧层不厚时，与好氧层平衡，稳定厌氧层增厚时，代谢产物高于好氧层 （5）理想生物膜法的状况减缓老化，避免厌氧层过分生长，加快好氧层更新，不使膜集中脱落。,5.1.2 生物膜处理法的主要特征,1、微生物相方面的特征,（1）微生物的多样化,生物相生物膜上生物的种类，数量及其生活状态的概括。 细菌、真菌|微型动物|滤池蝇具有抑制生物膜的过速增长的功能 线虫 具有较好生物膜，促
4、进其脱落的功能,（2）生物的食物链长,生物膜上的食物链要长于活性污泥污泥量少于活性污泥系统,（3）能够存活世代时间长的微生物,SRT与HRT无关（Nitrosomonas :0.21 d-1）(Nitrobacter, :1.12 d-1),（4）分段运行与优势菌种,分多段运行，每段繁衍于本段水质相适应的微生物,2、处理工艺方面的特征,（1）对水质、水量变动有较强的适应性, 一段时间中断进水，对生物膜也不会有致命影响，通水后易恢复,（2）污泥沉淀性良好,无机成分高，比重较大,厌氧层过厚时，水的澄清度下降,（3）能够处理低浓度废水,活性污泥：不适合处理低浓度的污水，若BOD长期低于50-60mg
5、/l，会影响污泥絮体的形成 。, 生物膜：20-30mg/L时，能降解到5-10mg/l,（4）易于维护运行，节能，动力费用低,5.2 生物滤池,5.2.1 概述,1、以土壤自净原理为根据，在污水灌溉的实践基础上发展起来 2、需要有预处理及二沉池 3、早期生物滤池（普通生物滤池）水量负荷低，（1-4m/m.d）；BOD负荷0.1-0.4kg/m.d 4、高负荷生物滤池,限制进水BOD浓度200mg/l） 回流水 水量负荷提高3.0倍至40m/m.d;BOD负荷上升至0.5-2.5kg/m.d,5、塔式生物滤池,径高比1：61：8，H=26米，通风良好，解决占地， 水量80-200m/m.dBO
6、D负荷2-3 kg/m.d,5.2.2 普通生物滤池,1、构造,（1）池体,池壁有孔和无孔之分,高出滤池1.5-0.9M,（2）滤料,质坚，稳定性好 适于生物膜附着 适于污水的流动,有较高的比表面积有较大的孔隙比 就地取材,（3）布水装置,首要任务向滤池表面均匀布水 布水装置 投配池（调节作用）优点：运行方便布水管道（间歇工作）缺点：需要水头较大，2m，进水流量喷嘴：喷水周期5-8min,固定喷嘴式,高度及坡度 底部高度不少于0.6米冲水装置于池底的距离0.4米 不淤流速0.7m/s 渗水装置：与池底距离0.4m,2、设计与计算,（1）滤料容积 ：按负荷率计算 BOD负荷率（gBOD/m.d）
7、水力负荷率 (m/m滤料.d) （2） 滤料选定、容积与滤池结构的工艺设计布水装置系统的计算与设计,3、适用范围与优缺点,（1）适用范围水量：不高于1000m3/d的小城镇 （2）优点：BOD去除率高，运行稳定，节省能源缺点：占地面积大，易堵塞，有滤池蝇，气味问题,（4）排水系统,生物滤池的排水系统设于池底排除处理后的水 作用；保证通风、冲洗滤料,1、构造,基本与普通相同，特殊之处：是用轻质、高强、耐腐蚀的滤料，滤层高一般为2.0m多使用旋转布水器,2、工艺设计与计算滤池池体的工艺计算使用广泛的是负荷率法，按日平均污水量计算，进水BOD5必须低于200 mg/l，常用的负荷率有： BOD-容积
8、负荷率：一般小于1200gBOD5/m.d BOD-面积负荷率：一般取1100-2200gBOD5/m2.d 水力负荷率：一般取3050m/m2.d, Sa和n值的计算Sa： 稀释后进入滤池的BOD5值| Se:滤池处理后的出水(mg/l )Sa=aSe a系数，按滤层高度和污水冬季平均温度及年平均气温查 表选取S0-San= , 回流稀释倍数， S0原污水的BOD值Sa-Se,5.2.3 高负荷生物滤池,（1）滤池池体的工艺计算与设计,滤料容积，滤池面积 计算,BOD-容积负荷率计算Nv V=Q(n+1)Sa/ Nv; V:滤料容积；Nv :BOD-容积负荷率； Q:原污水的日均流量m/d
9、A=V/D A:滤池表面积；D：滤料层高度，m; Nv的值1200g/m.d BOD面积负荷率计算NA A=Q(n+1)Sa/NA A:滤池表面积 ; NA:BOD面积负荷率，NA的值1100-2000g/m.d V=DA 水力负荷率计算Nq A=Q(n+1)/Nq Nq 的值10-30m3/M.d V的计算同上 (取面积负荷进行计算，所得结果按BOD-容积负荷和水力负荷率进行校核）,(2)旋转布水器的计算与设计,确定旋转布水器直径D D=D-200mm 确定旋转布水器的横管的数目及管径D”，D”=(q/4v)1/2,q为计算流量（m/s） 确定旋转布水器布水器横管的出水孔口数(m)及每个孔口
10、距池中心的距离（ri）m=1/1-(1-a/D) ,a：为最末端的两个出流孔口间的距离（约为80mm）ri=R(i/m)1/2, i：为孔口的排列顺序；R：为布水器的半径,确定旋转布水器的转数（n） n=34.78106/m.d.D,确定工作水头（H）具体公式P215，自学, H=h1+h2+h3 h1：沿程阻力，m; h2:出水孔口局部阻力， m; h3：布水横管的流速恢复水头， m。,（3）需氧量与供氧量的计算,需氧量 O2=aBODr+bp（kg/m3滤料）a每公斤BOD完全降解所需要的氧量（kg）BODr去除的BOD的量b单位重量活性生物膜的需氧量p每m滤料上的活性生物膜量（kg/m3
11、滤料） 供氧量 氧是在自然条件下，通过池内外空气的流通转移到水中，进而通过扩散传递到生物膜内部的。,3、工艺特征,（1）进水BOD200mg/l）回流比：R=QR/Q, QR回流水量 QT=Q+QR(喷洒在滤池表面的总水量)Q原污水量 F= QT/Q=1+R(循环比)Sa=(S0+RSe)/(1+R) （3）匀化水质，加大水力负荷，减轻臭味，抑制滤池蝇 （4）流程系统（自学）根据回流水的回流方式，负荷，有多种形式,5.2.4 塔式生物滤池,1、构造,（1）塔身：8-24m，直径1-3.5m， 径高比：1：6-1：8 分层建造：每层高度小于2.5m BODu与塔高之间的关系:滤塔的高度可以根据进
12、水浓度确定,（2）滤料：玻璃纸蜂窝滤料 （3）布水装置：固定式与旋转式 （4）通风：自然风（0.4-0.6m的空间） 机械通风（上部吸风，下部鼓风）,2、设计与计算,按BOD-容积负荷率计算 可参见P219的图5-13、5-14，根据水量（400m3); 和污水在冬季的平均温度,确定允许容积负荷率。,（1）塔滤的滤料容积V=SaQ/Na ，式中:Sa进水 BOD5； Q污水流量（日平均）Na容积负荷率；v滤料体积 （2）滤塔面积A=V/H, H工作高度，是由进水的BOD5值确定，查表P220A表面面积 （3）塔滤的水力负荷q=Q/A, qm/m.d,3、工艺特征,（1）高负荷率:Na:1000
13、2000gBOD5/md, BOD5在500mg/l以下.,（2）滤层内部的分层：微生物的优势菌种 （3）能够抵御较高的冲击负荷 （4）一般规模上不超过10000m3/d，（工业、生活污水均可）,5.2.5 曝气生物滤池（Biological Aerated Filter即BAF）,1、构造,缓冲配水区、承托层及滤料层、出水区； 滤池池体:园形、方形和矩形； 承托层及滤料层：粒状滤料、软性填料等； 布水系统：配水室和滤板上的配水滤头， 或者采用管式大阻力配水系统 ； 配水室：缓冲配水区和滤板组成； 布气系统：正常运行曝气和反冲洗时曝气； 反冲洗系统：采用气水联合反冲洗； 出水系统：周边出水和单
14、侧堰出水等； 管道和自控系统组成：采用PL控制系统。,20世纪80年代末在普通生物滤池基础上，借鉴给水滤池开发的污水处理新工艺。,2、工艺流程与原理,过滤、生物吸附与生物氧化作用净化污水，滤料表面为好氧环境，内部为缺氧、厌氧的微环境，使得硝化、反硝化作用同时进行。,4、影响因素,（1）负荷 （2）水温 （3）进水SS和BOD的浓度， （4）pH值6.59.5,3、工艺特征,（1）三相接触，有机物容积负荷高，水力停留时间短、基建投资少、O2的转移效率高，动力消耗低 （2）可截留SS，脱落的生物膜，勿需沉淀池，占地少 （3）滤料3-5mm，比表面积大，微生物吸着能力强（陶粒、焦炭等 （4）勿需污泥
15、回流，无污泥膨胀,（5）池内生物量大，可达8000-23000mg/l（折算成MLVSS）,5、工艺设计主要参数包括：池体、供气系统、配水系统、反冲洗系统、污泥产量等,（1）BOD污泥负荷：根据水质定，0.2kg-1.4kgBOD/kgvss.dBOD容积负荷：0.120.18kgBOD/m滤料.d；（这么小？）考虑氨氮硝化时小于2.0 kgBOD/m滤料.d；仅考虑BOD时4-6 kgBOD/m滤料.d （2）反冲洗 8l/m2.s(水) 24h,h0.6m?18l/m2.s(气) 顺序：气气+水水,6、上向流曝气生物滤池的优势强制鼓风曝气，水气极好的均分，防止了气泡在滤料中的凝结；在整个滤
16、池高度上提供正压条件，可以避免沟流和短流；空气能将污水中的固体物质带入滤床深处，延长反洗周期，减少清洗时间和水、气量。,5.3 生物转盘,5.3.1 概述,60年代起源于德国，我国 70年代引进，能耗低，效果好的技术 适用范围广 （城市污水、各类工业水）,1 、生物转盘的构造,盘片接触反应槽转轴驱动装置4部分组成,（1）盘片,形状一般为圆形平板，近年来为提高表面积发展了正多角形，同心圆，放射形 .,直径2-5.0m,间距标准值30mm，（不堵塞及通风）,材质平板（聚氯乙烯），波纹板（聚酯玻璃管）,（2）接触反应槽,盘片边缘与槽内面100mm间距， 槽的两侧进出水，锯齿形堰 槽地放空管 多极槽，
17、格与格设导流槽,（3）转轴,长度：0.5-7.0m，其直径 50-80mm 轴中心高于槽液面150mm， b/D=0.06-0.1， b为轴心与液面的距离,（4）驱动装置,驱动方式电力，空气， 水力驱动 转速0.8-3.0r/min， 外缘线速度15-18m/min,2、生物转盘的净化机理,（1）当转盘浸没水中时，有机物被生物膜吸附； （2）当转盘离开水面时，固着水层从空气中吸收氧，固着水层氧过饱和，转移到生物膜和污水中； （3）圆盘的搅动也使大气中的O2进入水中（O2有两部分来源）； （4）盘上的“生物膜”，与“水”及“空气”间，交替接触，进而去除BOD、COD，也有CO、NH3等的传递。,
18、5.3.2 生物转盘的特征,1、工艺特征,（1）微生物浓度高，折成MLVSS可达40000-60000mg/l，F/M：0.05-0.1系数，效率高的主要原因。,（2）耐冲击负荷BOD值10000mg/l - 10mg/l，均可适应 （3）不需要曝气，污泥回流，及调节污泥量，不存在污泥膨胀，节能，易于管理 （4）生物有分级，污泥龄长，食物链长 （5）流态：完全混合 - 推流式,2、需注意的问题,（1）进水方式,进水方向与转盘的旋转方向一致，污水在槽中混合均匀水头损失小，但剥落的膜不易随水流出。 进水方向和转盘的旋转方向相反，混合较差，水头损失大，但剥落膜易流出。 进水方向与盘片垂直，平行于转轴
19、起到一轴多极的作用，前端生物膜后，轴负荷不均匀。,进水方式上无定论，主要取决于进水水质,（2）转盘的负荷与供氧量,水力负荷低时，BOD去除速度与BOD浓度之间成直线水力负荷高时，BOD去除速度与BOD浓度之间不成直线 DO供给：转速上升，DO上升，去除率上升，但动力上升，应力上升 不宜采用增加转速的方式来提高DO,（3）转盘分级与处理效果,转盘分级改进停留时间，防止短路，从而提高处理效果，尤其对毒性强的工业废水分级尤为重要 分级过多效果增加不多，一般每池不可小于2级，但不多于4级,5.3.3 生物转盘处理系统的工艺流程与组合,1、需要有预处理调节池可小点（与活性污泥相比） 2、高浓度有机废水，
20、中间设沉淀池 3、转盘的布置：单轴单级，单轴多级，多轴多级 4、多极布置：盘片面积不变，能提高处理水水质和DO含量,应充分掌握水质水量 合理确定构造方面的参数：形状、直径、间距、浸没率、材质、级数、水流方向、 反应槽的形状,2、盘片总面积A确定方法以A为基础，确定盘片数，转轴长度，氧化槽V ，停留时间T,负荷率计算 方法 经验图表法（前联邦德国应用）经验公式（勃别尔计算式）,（1）常用参数,容积面积比（G值）（液量面积比）G=V实际103（l/m2）， 城市污水G值5-9之间A 盘片厚时，应减去浸没部分容积值,5.3.4 转盘的计算与设计,1、基础参数,3、负荷率计算法,BOD面积负荷率NA,
21、NA=QS0 （ gBOD5/m2.d ） S0原污水BOD值，g/m,mg/lA A盘片总面积（m）10-20g/m.d Q流量（m/d） 水力负荷率Nq Nq=Q/ A* 103（L/m2.d) 平均接触时间 ta=(V/Q)24 h 也可以作为设计计算时基础数据,(2) BOD-面积负荷率NA的确定通过实验或查表（图）确定，图525；规范规定NA介于1020g/m2.d,水利负荷率-Nq的确定 查图确定，图526；规范规定Nq介于50100L/m2.d (4) 计算公式与算例自学,6、设计时应注意的问题,（1）按照室外排水设计规范，GBJ1487（1987年版） （2）一般按日平均污水量
22、计算 （3）进水BOD值按照调节沉淀后的平均值考虑 （4）转盘产泥量0.5-0.61kg/kgBOD进行考虑 （5）需要查表，查图中的曲线值并进行核算,4、经验图表计算法 （1）以污水流量、原污水BOD值计应达到的去除率为条件，利用图5-29和表512和513计算； （2）用图5-30校核，在该原水BOD的浓度下， NA是否适宜； （3）用图531校核，在所确定的NA条件下，处理水的BOD是否达标； （4）校核第一级的NA 值不得超过表5-14的限值,5、经验公式计算法（勃别尔计算式）国外使用广泛，自学。,5.4 生物接触氧化,5.4.1 概述,生物接触氧化法1971年开始于日本 污水浸没全部
23、滤料淹没式生物滤池，或叫做“接触曝气法” 接触氧化法介于活性污泥与生物滤池之间的生物处理技术 应用领域十分广泛，深受重视,1、生物接触氧化池的构造,（1）池型 方形、园形， 顶部稳定水层,2、接触氧化池的形式,（1）按曝气位置 分流式国外多用直流式国内用 （2）按水流循环形式 填料内循环填料外循环,水力特征方面：比表面积大 填料的要求 生物膜附着性方面：粗糙，容易挂膜化学、生物稳定性好，价格低,填料的种类,球形填料：蜂窝状，波纹状,软性填料：半软性,不规则填料；无烟煤等,分流式中心曝气型,（2）填料表面形成生物膜立体结构 （3）有利于保持膜的活性，抑制厌氧膜的增殖 （4）负荷高处理时间短,2、
24、运行方面,（1）耐冲击负荷有一定的间歇运行功能 （2）操作简单勿需污泥回流，不产生污泥膨胀、滤池蝇； （3）生成污泥量少，易沉淀 （4）动力消耗低,3、高效的原理,（1）生物活性高污泥龄长； （2）传质条件好微生物代谢多，“细菌表面的介质更新速度”，的影响，传质起决定作用；,5.4.2 生物接触氧化法的特征,1、工艺方面,（1）采用多种形式填料，形成气、液、固三相共存，有利于氧的转移,（4）有丝状菌存在 （5）有较高的生物膜浓度（10-20g/l），而活性污泥（2-3g/l）,5.4.3 生物接触氧化法的工艺流程,1、一级处理流程完全混合型流态，微生物处于对数增长 期和减速增长期的前段,2、二
25、级处理流程单级完全混合型流态、组合后为推流；一段，F/M2.1，对数增殖期二段，F/M0.5，减速增殖期或内源呼吸期,5.4.4 生物接触氧化池的计算,1、计算方法,（1）填料体积BOD容积负荷率法（Nw）城市污水二级处理：1.2-2.0kgBOD/m.d(国外)3.0-4.0 kgBOD/m.d(国内),（3）充氧效率高3kg O2/kw .h，比无填料高30%,（2）接触时间计算方法, ds/dt=-ks t=kln(S0/Se) t：接触反应时间；k、k：比例系数；S0、Se：进、出水浓度 经验公式，k=0.33S00.46 填料标准填充率为池容积的 75%，实际填充率为P% k=0.33P/75S00.46 t=0.33(P/75)S00.46ln(S0/Se),（3）设计时注意的问题,平均日污水量计算 每池面积不要大于25m，至少两座，同时工作考虑 填料一般为3m；池内DO：2.5-3.5mg/l; 气水比：15-20:1，停留时间2h,2、70年代初期来源于化工领域的一项技术 3、构造床体 载体 布水装置 脱膜装置,5.5.2 工艺类型,1、液流动力流化床（二相流化床）,5.5 生物流化床（自学）,5.5.1 概述,1、提高单位容积内的生物量；强化传质，加速有机物从污水中向微生物细胞的传递过程,2、气流动力流化床（三相流化床） 3、机械搅拌流化床,
