水污染控制工程：第十三章生物膜法课件.ppt

《水污染控制工程：第十三章生物膜法课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水污染控制工程：第十三章生物膜法课件.ppt（114页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、第一节 基本原理第二节 生物滤池第三节 生物转盘法第四节 生物接触氧化法第五节 生物膜法的进展,第十三章 生物膜法,第十三章 生物膜法,掌握生物膜法的净化机理、微生物学特征和工艺特征；掌握高负荷生物滤池、曝气生物滤池、塔式 生物滤池以及生物转盘三相传质和工艺运行特点及其设计；掌握生物接触氧化特点及其工艺设计。,生物膜法是使细菌等菌类微生物、原生动物和后生动物等微型动物附着在滤料或某些载体上生长繁殖，并在其上形成膜状生物污泥-生物膜；当污水与生物膜接触，污水中溶解态和胶态的有机污染物作为营养物质为微生物所摄取，发生生物化学转化，从而污水得到净化，微生物自身也得到繁衍增殖的好氧生物处理方法。,第十

2、三章 生物膜法-第一节 基本原理,一、生物膜的结构及净化机理（一）生物膜的形成及结构1、概念,第十三章 生物膜法-第一节 基本原理,生物膜是指：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，并具有较强的吸附和生物降解性能的纤维状的缠结结构。,2、生物膜的形成 生物膜的形成条件：,第十三章 生物膜法,具备支撑作用的载体物-滤料或称填料；营养物质-溶解态有机物或胶态的有机物，N，P以及其它营养；溶解氧；接种微生物。,第一节 基本原理,生物膜的特征：生物膜是由有生命活性的细菌（好氧、兼性、厌氧）、真菌、藻类、原生动物、后生动物以及一些

3、肉眼可见的蠕虫、昆虫和无生命的无机物所组成的具有孔状结构的膜状物，又有很强的吸附性能。,生物膜成熟的标志：在生物膜上由细菌和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达到了平衡。,生物膜,流动水层,附着水层,好氧层,厌氧层,第十三章 生物膜法,3、生物膜的结构,（二）生物膜的微生物组成1、细菌与真菌2、原生动物与后生动物3、滤池蝇4、藻类,第一节 基本原理,（三）生物膜法的净化过程（1）物质传递过程,第一节 基本原理,污染物：液相中的紊流扩散、生物膜内的扩散；溶解氧：气相向液相扩散、生物膜的内部扩散；,因此，生物膜必须视为非均相系统，需要同时考虑其反应和传质效应。,（2）有机物的

4、降解,第一节 基本原理,基质和其它营养物质转化：好氧层：生物膜表层生长着好氧和兼性微生物，有机物在氧的参与作用下进行氧化分解和同化合成，最终产物是CO2、H2O、NH3和微生物细胞物质。,（2）有机物的降解,第一节 基本原理,厌氧层：进行着有机物的厌氧代谢和同化合成，最终产物是有机酸、醇、醛和H2S等，厌氧代谢的产物又能在好氧层得到降解，此时，厌氧层与好氧层保持着一定的平衡与稳定关系。,（3）生物膜的脱落与更新 由于微生物不断增殖，生物膜的厚度不断增加，当厌氧层增厚到一定程度时，其内层微生物因得不到充分的营养而进入内源呼吸，其代谢产物增多且不断逸出，破环了好氧层生态系统的稳定性，减弱了生物膜在

5、载体上的固着力，成了老化生物膜脱落下来随水流出反应器。老化膜脱落，载体表面又重新生长出新的生物膜，新生生物膜的净化功能较强。因此，生物膜的周期更新是维持生物膜净化功能的重要因素。,第一节 基本原理,综上所述：底物及溶解氧扩散至生物膜中并与其接触是保证生物膜发挥生物氧化作用的前提条件；污水中的有机污染物的去除是依靠生物膜的正常代谢活动和保持好氧膜层的生物活性。,第一节 基本原理,二、影响生物膜法污水处理效果的主要因素,第十三章 生物膜法,1、进水底物的组分和浓度2、营养物质：BOD5NP=100:5:13、有机负荷及水力负荷（滤率）,二、影响生物膜法污水处理效果的主要因素,第十三章 生物膜法,4

6、、溶解氧：24mg/L5、生物膜量：生物膜的厚度小于200m；6、pH：6.58.57、温度：10358、有毒物质：,三、生物膜法污水处理特征（一）微生物方面的特征1）、微生物种类多样化：微生物有相对安静稳定环境；SRT相对较长；丝状菌也可以大量生长，无污泥膨胀之虞；线虫类、轮虫类等微型动物出现的频率较高；藻类、甚至昆虫类也会出现。生物膜上的生物：类型广泛、种属繁多、食物链长且复杂。2）、生物的食物链长：动物性营养者所占比例较大，微型动物的存活率较高；食物链长；污泥产量少于活性污泥处理系统(仅为1/4左右)。3）、能够存活世代时间较长的微生物有利于硝化作用。,第十三章 生物膜法,三、生物膜法污

7、水处理特征（二）处理工艺方面的特征1、对水质、水量变动有较强的适应性2、适合低浓度污水的处理3、剩余污泥产量少4、运行管理方便,第十三章 生物膜法,一、生物滤池的构造,第二节 生物滤池,一、生物滤池的构造,第二节 生物滤池,1、滤床及池体,第二节 生物滤池,一、生物滤池的构造,第二节 生物滤池,一、生物滤池的构造,2、布水设备,第二节 生物滤池,一、生物滤池的构造,3、排水系统,第二节 生物滤池,一、生物滤池的构造,第二节 生物滤池,二、生物滤池法的工艺流程1、生物滤池法的基本流程,第二节 生物滤池,二、生物滤池法的工艺流程,2、高负荷生物滤池,第二节 生物滤池,第二节 生物滤池,二、生物滤池

8、法的工艺流程,3、塔式生物滤池,第二节 生物滤池,4、影响生物滤池性能的主要因素,第二节 生物滤池,（1）滤池高度,第二节 生物滤池,第二节 生物滤池,4、影响生物滤池性能的主要因素,（2）负荷：生物滤池的负荷以水力负荷和五日生化需氧量容积负荷表示。水力负荷以滤池面积计，单位m3/(m2d);BOD负荷，单位kgBOD5/(m3d)。低负荷：14 m3/(m2d);0.10.4 kgBOD5/(m3d)。高负荷：540 m3/(m2d);0.52.5 kgBOD5/(m3d)。,第二节 生物滤池,4、影响生物滤池性能的主要因素,（3）回流,第二节 生物滤池,4、影响生物滤池性能的主要因素,（4

9、）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拔风和风速。自然拔风的推动力是池内温度与气温之差，以及滤池的高度。温度差愈大，通风条件愈好。,第二节 生物滤池,第二节 生物滤池,四、滤床高度的动力学计算方法1、计算公式,污水流过滤池时，污染物浓度的下降率，即每单位滤床高度(h）去除的污染物的量（以浓度S计），与该污染物的浓度成正比，即：,第二节 生物滤池,1、计算公式,式中：污染物浓度的下降率；S0滤池进水污染物浓度，mg/L；S床深为h处水中的污染物浓度，mg/L;h距离滤床表面的深度，m。,（13-12）,第二节 生物滤池,1、计算公

10、式,式中：K 反映滤池处理效率的系数；Q滤池进水流量，m3/d；A滤床的面积，m2;K系数，它与温度有关；m与进水水质有关的系数；n与滤池特性、滤率有关的系数。,（13-13）,第二节 生物滤池,1、计算公式,将式（13-13）代入（13-12）得：,（13-14）,第二节 生物滤池,上式可以直接用于无回流滤池的计算，令S=Se，h=h0，解得滤池深度h0：,(13-15),第二节 生物滤池,有回流时：,(13-16),第二节 生物滤池,四、滤床高度的动力学计算方法,考虑回流，滤池进水流量为（1+R)，令S=Se，h=h0，解得：,第二节 生物滤池,四、滤床高度的动力学计算方法,(13-17)

11、,生化反应速率受温度影响：,第二节 生物滤池,2、系数的确定-K、m、n,通常是通过生物滤池模型试验求得。一般情况下，试验以前已选定滤料和进水方式，试验用的滤料和进水方式应与欲设计的滤池相同。试验时应通过浓度或流量变化（固定其中一个变量），各做59次试验。根据试验数据，用图解法求得。,第二节 生物滤池,四、滤床高度的动力学计算方法,（1）求,式（1314）取对数得：,第二节 生物滤池,四、滤床高度的动力学计算方法,（2）求n：,由于/斜率/=,两边取对数：,以lg/斜率/与lg(Q/A)作图，其新得斜率为n。,第二节 生物滤池,四、滤床高度的动力学计算方法,（3）求m：,同前述：,以lg/斜率

12、/与lgS0作图，其新得斜率为m。,(4)求K,第二节 生物滤池,四、滤床高度的动力学计算方法,第二节 生物滤池,五、生物滤池的设计计算,生物滤池处理系统包括生物滤池和二沉池，有时包括初沉池和回流泵。其设计一般包括（1）滤池类型和流程选择；（2）滤池尺寸和个数得确定；（3）布水设备计算；（4）二沉池得形式、个数和工艺尺寸得确定,第二节 生物滤池,五、生物滤池的设计计算,1、滤池类型得选择2、流程得选择3、滤池尺寸和个数得确定 生物滤池得工艺设计内容是确定滤床总体积、滤床高度、滤池个数、单个滤池得面积，以及滤池其他尺寸。（1）滤床总体积（V)：,第二节 生物滤池,五、生物滤池的设计计算,第二节

13、生物滤池,五、生物滤池的设计计算,式中：V滤床总体积，m3;S0污水进滤池前得BOD5，mg/L；Q污水日平均流量m3/d，采用回流式生物滤池时，此项应为Q(1+R).,第二节 生物滤池,五、生物滤池的设计计算,（2）滤床高度（3）滤池面积和个数（4）其他构造要求,第二节 生物滤池,五、生物滤池的设计计算,例131：,第二节 生物滤池,例:某工业废水水量为600m3/d，BOD5为430mg/L，经初沉池后进入高负荷生物滤池处理，要求出水BOD530mg/L，试计算高负荷生物滤池尺寸和回流比。,第二节 生物滤池,例:某城市设计人口N=100000人，排水量标准为200L/人天，BOD5按每人2

14、7g/d考虑。市内设有排水量较大的肉类加工厂一座，生产废水量1500m3/d，BOD5为1800mg/L。要求出水BOD530mg/L，试计算高负荷生物滤池尺寸和回流比。,五、生物滤池的设计计算,4、旋转布水器得计算 主要包括（1）确定布水横管根数和直径；（2）布水管上得孔口数和在布水横管上得位置；（3）布水器得转速,五、生物滤池的设计计算,（1）布水横管根数和直径：布水横管得根数决定于池子和滤率得大小，布水量大时用4根，一般用2根。布水横管的直径（D1单位为mm）计算公式如下：,式中：Q每根布水横管的最大设计流量，m3/s；v横管进水端流速，m/s；R回流比；Q每个滤池处理的水量，m3/s;

15、n横管数。,五、生物滤池的设计计算,（2）孔口数和在布水横管上得位置：假定每个出水孔口喷洒的面积基本相同，孔口数（m）的计算公式为：,式中：d孔口直径，一般为1015mm，孔口流速2m/s左右或 更大些；D2旋转布水器直径，mm，比滤池内径小200mm。,五、生物滤池的设计计算,（3）布水器的转速,第i个孔口中心距滤池中心的距离（ri）为：,式中：i从池中心算起，任一孔口在布水横管上的排列顺序序号。,六、生物滤池的运行,生物滤池投入运行之前，用清水替代污水进行检查，发现问题时作必要得修整。试运行：挂膜驯化膜成熟；运行。,第三节 生物转盘法,一、概述,自1954年德国建立第一座生物转盘污水厂后，

16、在欧洲已有上千座，发展迅速。我国于20世纪70年代开始进行研究，在印染、造纸、皮革和石油化工等行业的工业废水处理中得到应用，效果较好。,第三节 生物转盘法,一、概述,生物转盘去除污水中有机污染物的机理，与生物滤池基本相同，但构造形式不同，见图1320。当圆盘浸没于污水中时，污水中的有机物被盘片上的生物膜吸附，当圆盘离开污水时，盘片表面形成薄薄一层水膜，水膜从空气中吸收氧气，同时生物膜分解被吸附的有机物。这样，圆盘每转动一圈，即进行一次吸附吸氧氧化分解过程。圆盘不断转动，污水得到净化，同时盘片上的生物膜不断生长、增厚。老化的生物膜靠圆盘旋转时产生的剪切力脱落下来，生物膜得到更新。,第三节 生物转

17、盘法,一、概述,与生物滤池相比，生物转盘有如下特点：不会发生堵塞现象，净化效果好；能耗低，管理方便；占地面积较大；有气味产生，对环境有一定影响。,第三节 生物转盘法,二、生物转盘的构造,第三节 生物转盘法,二、生物转盘的构造,生物转盘的组成,盘片,转动轴,废水处理槽,驱动装置,第三节 生物转盘法,二、生物转盘的构造,第三节 生物转盘法,三、生物转盘法的工艺流程,第三节 生物转盘法,三、生物转盘法的工艺流程,第三节 生物转盘法,三、生物转盘法的工艺流程,第三节 生物转盘法,四、生物转盘的设计计算,生物转盘工艺设计的主要内容是计算转盘的总面积。表示生物转盘处理能力的指标是水力负荷和有机负荷。水力负

18、荷：m3（水）/m3(槽)d或m3（水）/m2(盘片)d有机负荷：kgBOD5/m3(槽)d或kgBOD5/m2(盘片)d.,第三节 生物转盘法,四、生物转盘的设计计算,1、生物转盘的设计计算方法（1）通过试验求得需要得设计参数：通过试验求得设计参数如有机负荷、水力负荷、停留时间等。（2）根据资料或其他方法确定设计负荷：,第三节 生物转盘法,四、生物转盘的设计计算,第三节 生物转盘法,四、生物转盘的设计计算,2、设计参数计算（1）转盘总面积（A，单位为m2）：,第三节 生物转盘法,四、生物转盘的设计计算,2、设计参数计算（2）转盘盘片数（m）：,第三节 生物转盘法,四、生物转盘的设计计算,2、

19、设计参数计算（3）污水处理槽有效长度（L）：,第三节 生物转盘法,四、生物转盘的设计计算,2、设计参数计算（4）污水处理槽有效容积（V）：,第三节 生物转盘法,四、生物转盘的设计计算,2、设计参数计算（5）转盘得转速（n0，单位为r/min）：,第三节 生物转盘法,四、生物转盘的设计计算,第三节 生物转盘法,四、生物转盘的设计计算,第三节 生物转盘法,五、生物转盘法的应用和研究进展,1、生物转盘法的应用：主要用于水量较小的污水处理工程，近年来也用于一定规模的污水处理厂。2、生物转盘法的研究发展：有空气驱动式、于沉淀池合建式、与曝气池组合式和藻类转盘。,第三节 生物转盘法,五、生物转盘法的应用和

20、研究进展,第三节 生物转盘法,五、生物转盘法的应用和研究进展,第三节 生物转盘法,五、生物转盘法的应用和研究进展,第四节 生物接触氧化法,一、概述,1、发展历程,生物接触氧化法又称浸没式曝气生物滤池，是生物滤池的基础上发展演变而来的。1912年克洛斯获得了德国专利登记之后经过不断的技术改进和工艺完善，生物接触氧化法在欧洲、美国、日本及苏联等地区获得了广泛应用。目前，生物接触氧化法在国内的污水处理领域，特别在有机工业废水生物处理、小型生活污水处理中得到广泛应用，成为污水处理的主流工艺之一。,第四节 生物接触氧化法,2、构造示意图,第四节 生物接触氧化法,一、概述,3、特点 生物接触氧化法是介于活

21、性污泥法和生物滤池两者之间的污水生物处理技术，兼有活性污泥法和生物膜法的特点。,第四节 生物接触氧化法,1、池体,二、生物接触氧化池的构造,第四节 生物接触氧化法,二、生物接触氧化池的构造,2、填料,第四节 生物接触氧化法,第四节 生物接触氧化法,3、进水曝气装置,第四节 生物接触氧化法,第四节 生物接触氧化法,三、生物接触氧化池的工艺流程,第四节 生物接触氧化法,三、生物接触氧化法的工艺流程,第四节 生物接触氧化法,三、生物接触氧化法的工艺流程,第四节 生物接触氧化法,四、生物接触氧化法的设计计算,1、生物接触氧化池的有效容积（即填料体积）（V）,式中：Q设计污水处理量m3/d，S0、Se进

22、水、出水BOD5，mg/L;Lv填料容积负荷，kgBOD5/m3（填料）d,第四节 生物接触氧化法,四、生物接触氧化法的设计计算,2、生物接触氧化池的总面积（A）和池数（N）,式中：h0填料高度，一般采用3.0m；A1每座池子的面积，m2;,第四节 生物接触氧化法,四、生物接触氧化法的设计计算,3、池深（h）,式中：h1超高，0.50.6m；h2填料层上水深，0.40.5m；h3填料至池底的高度，一般采用0.5m。,第四节 生物接触氧化法,四、生物接触氧化法的设计计算,4、有效停留时间（t）,5、供气量（D）和空气管道系统计算,第五节 曝气生物滤池,一、概述 曝气生物滤池（biological

23、 aerated filter，BAF）,1、优点：（1）投资省：不设二沉池；水力负荷、容积负荷高；节省占地面积和建设费用。（2）处理效果好。（3）运行启动快。（4）氧利用率高，供氧动力消耗低，自动化程度高，运行管理方便。,2、缺点：（1）对进水的SS要求较高。（2）水头损失较大。（3）反冲洗是决定BAF运行的关键。,第五节 曝气生物滤池,二、曝气生物滤池的构造及工作原理,污水从池上部进入滤池，并通过滤料组成的滤层，在滤料的表面形成有微生物栖息的生物膜；同时空气从滤料下部通入，并由滤料间隙上升，与下向流的污水相向接触，空气中的氧转移到污水中，为微生物提供充足的溶解氧和丰富的有机物，在微生物的代

24、谢作用下，污水得于净化。,第五节 曝气生物滤池,三、曝气生物滤池的工艺,第五节 曝气生物滤池,根据进水流向的不同，曝气生物滤池的池型主要有下向流式和上向流式。1、下向流式BIOCARBONE,第五节 曝气生物滤池,2、上向流式（1）BIOFOR,第五节 生物膜法的进展,三、曝气生物滤池的工艺,2、上向流式（2)BIOSTYR,第五节 生物膜法的进展,四、曝气生物滤池的主要工艺设计参数,P251,第六节 生物流化床,一、流态化原理,第六节 生物流化床,1、固定床阶段2、流化床阶段3、液体输送阶段,第六节 生物流化床,第六节 生物流化床,第六节 生物流化床,二、生物流化床的类型,1、两相生物流化床,第六节 生物流化床,2、三相生物流化床,第六节 生物流化床,三、生物流化床的优缺点,