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1、第十二章、好氧生物膜法,第一节 概述生物填料表面附着的生物薄膜进行污染物降解的生物处理法。于19世纪末，在研究土壤净化污水的过滤的基础上，开发并应用于生产。由于效果不如后来出现的活性污泥法，一度被长期搁置，60年代以后，由于新型合成材料的大量生产和环境保护对于水要求的进一步提高，生物膜法又获得了新的发展。好氧生物膜法构筑物有普通滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池，还有生物转盘、接触氧化法(即浸没滤池法)等。,生物填料,悬浮型生物填料,投加量 普通接触氧化 水解调节池 好氧或厌氧流化床 好氧 好氧 或厌生物塘 或厌氧滤池 反应池体积%8-13 5 15-25 3-5 40-60,悬挂型填料 弹性
2、立体填料 网片式立体填料,软性填料,生物填料上的生物膜,生物膜法和活性污泥法一样,同属好氧生物处理方法。但活性污泥法是依靠曝气池中悬浮流动着的活性污泥来分解有机物的，而生物膜法则主要依靠固着于载体表面的微生物膜来净化有机物。与活性污泥法相比，生物膜法具有以下特点。固着于固体表面上的生物膜对废水水质、水量的变化有较强的适应性，操作稳定性好。不会发生污泥膨胀运转管理较方便 由于微生物固着于固体表面，即使增殖速度慢的微生物也能生长繁殖。而在活性污泥法中，世代期比停留时间长的微生物被排出曝气池地,因此，生物膜中的生物相更为丰富，且沿水流方向膜中生物种群具有一定分布 因高营养级的微生物存在，有机物代谢时
3、较多的转移为能量，合成熟细胞即剩余污泥量较少。,采用自然通风供氧。活性生物难以人为控制，因而在运行方面灵活性较差 由于载体材料的比表面积小故设备容积负荷有限，空间效率较低国外的运行经验表明，在处理城市污水时，生物滤池处理厂的处理效率比活性污泥法处理厂略低50的活性污泥法处理厂BOD去除率高于到91%，50的生物滤池处理厂BOD去除率为83相应的出水BOD分别为14和28mgl。生物膜法设备类型很多按生物膜与废水的接触方式不同，可分为填充式和浸渍式两类在填充式生物膜法中废水和空气沿固定的填料或转动的盘片表面流过，与其上生长的生物膜接触，典型设备有生物滤池和生物转盘。在浸式生物膜法中，生物膜载体完
4、全浸没在水中，通过鼓风曝气如载体固定，称为接触氧化法；如载体流化则化为生物流化床目前所用的生物膜法多数是好氧装置，少数是厌氧形式，如厌氧滤池和厌氧流化床等，本章主要讨论好氧生物膜法。,一、生物膜的形成及特点 生物膜法处理废水就是使废水与生物膜接触进行固、液相的物质交换利用膜内微生物将有机物氧化使废水获得净化，同时，生物膜内微生物不断生长与繁殖。生物膜在载体上的生长过程：当有机废水或由活性污泥悬浮液培养而成的接种液流过载体时，水中的悬浮物及微生物被吸附于固相表面上 其中的微生物利用有机底物而生长繁殖逐渐在载体表面形成一层粘液状的生物膜这层生物膜具有生物化学活性，又进一步吸附、分解废水中呈悬浮、胶
5、体和溶解状态的污染物 为了保持好氧性生物膜的活性，除了提供废水营养物外还应创造一个良好的好氧条件亦即向生物膜供氧，在填充式生物膜法设备中常采用自然通风或强制自然通风供氧氧透入生物膜的深度取决于它在膜中的扩散系数，固液界面处氧的浓度和膜内微生物的氧利用率,二、微生物相方面的特征（1）参与净化反应微生物多样化,表生物膜和活性污泥上出现的微生物在类型、种属和数量上的比较,（2）生物的食物链长 在生物膜上生长繁育的生物中，动物性营养一类者所占比例较大，微型动物的存活率亦高。这就是说，在生物膜上能够栖息高层次营养水平的生物，在捕食性纤毛虫、轮虫类、线虫类之上还栖息着富毛类和昆虫，因此，在生物膜上形成的食
6、物链要长于活性污泥厂的食物链，就是这个原因。在生物膜处理系统内产生的污泥量也少于活性污泥处理系统。污泥产量低，是生物膜处理法各种工艺的共同特性。并已为大量的实际数据所证实。一般说来，生物膜处理法产生的污泥量较活性污泥处理系统少1/4左右。,（3）能够存活世代时间较长的微生物 硝化菌和亚硝化菌的世代时间都比较长，比增殖速度较小，如亚硝比单胞菌属（Nitroso monas）硝化杆茵属（Nitrobacter）的比增殖速度分别为0.21和1.12d。在一般生物固体平均停留时间较短的活性污泥处理系统中，这类细菌是难以存活的，但在生物膜处理法中，生物污泥的生物固体平均停留时间与污水的停留时间无关。因此
7、，硝化菌和亚硝化菌也得以繁衍、增殖因此，生物膜处理法的各项处理工艺都具有一定的硝化功能，采取适当的运行方式还可能具有反硝化脱氮的功能。（4）分段运行与优占种属 生物膜处理法多分段进行，在正常运行的条件下，每段都繁衍与进入本段污水水质相适应的微生物，并形成优占种属，这种现象非常有利于微生物新陈代谢功能的充分发挥和有机污染物的降解。,三、在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）污泥沉降性能良好宜于固液分离（3）能够处理低浓度的污水 活性污泥处理系统，不适宜处理低浓度的污水，如原污水的BOD值长期低于5060mg/l，将影响活性污泥絮凝体的形成和增长，净化功能降低，处理水水质低
8、下。但是，生物膜处理法对低浓度污水，也能够取得较好的处理效果，运行正常可使BOD为2030mgl的原污水，将BOD值降至510mgL。（4）易于维护运行、节能,第二节 生物滤池 一、概述 生物滤池是以土壤自净原理为依据，在污水灌溉的实践基础上，经较原始的间歇砂滤地和接触滤池而发展起来的人工生物处理技术。1893年在英国试行将污水在粗滤料上喷洒进行净化的试验，取得良好的效果。1900年以后，这种工艺得到公认，命名为生物过滤法，处理构筑物则称为生物滤池，开始用于污水处理实践，并迅速地在欧洲一些国家得到应用。早期出现的生物滤池，负荷低水量负荷口达14m3m3滤池d，BOD负荷也仅为0.10.4kgm
9、3(滤料d）,其优点是净化效果好，BOD去除率可达9095。主要的缺点是占地面积大，而且易于堵塞，在使用上受到限制。人们在运行方面采取措施，将水量负荷提高到540m3(m3d）即10倍以上，BOD负荷也提高到0.52.5kg（m3d）。条件是将进水BOD浓度限制在200mg/l以下，为此，采取处理水回流措施加大水量，使滤料不断受到冲刷，生物膜连续脱落不断更新，于是，占地大，易于堵塞的问题得到一定程度的解决。,提高负荷后的生物滤他称为高负荷生物滤地，与此相对，前者称为普通生物滤池。50年代，在原民主德国有人按化学工业中的填料塔方式，建造了直径与高度比为1：61:8,高度达824m的塔式生物滤池，
10、通风畅行 净化功能良好、这种滤池的问世，使占地大的问题，进一步得到解决。由于塑料工业的发展、开始使用由塑料制备的列管式或蜂窝式轻质滤料，促进了生物滤池的发展。生物滤池也有效地用于工业废水处理，其预处理技术则不限于沉淀地、视原废水水质而定。,表3-1 生物过滤法与活性污泥法的比较,横向纵向各不相同,滤扫生物,膜面生物,膜生物,生物滤池（塔）中的分层特征表,相当于多污带,相当于中污带,相当于寡污带,同一类型废水好氧活性污泥法与生物滤池法处理效果对比,据微生物生态学,优缺点对比,生物滤池一般由钢筋混凝土或砖石砌筑而成，池平面有矩形、圆形或多边形，其中以圆形为多，主要组成部分是滤料、池壁、排水系统和布
11、水系统。,二、生 物 滤 池构造,普通生物滤池,1、滤料 滤料是生物滤池的主体，它对生物滤池的净化功能有直接影响。其一般要求：大的表面积；有足够大的孔隙率；有较好的机械强度，不易变形和破碎。,1）普通生物滤池滤料一般采用实心拳状滤料，如碎石、卵石、炉渣等。2)高负荷生物滤池滤料 滤料粒径较大，一段为40100mm孔隙率较高、能够防止堵塞和提高通风能力。其中工作层滤料的粒径为4070 mm，承托层为70100mm。滤料采用卵石、石英石、花岗石等、但以表面光滑的卵石为好。近年来已开始应用塑料滤料、有聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯等制成的波纹板式、斜管式和蜂窝式塑料滤料等。目前还在不断发展、开发出新的塑
12、料滤料。这种滤料质轻、强度高、耐腐蚀、比表面积和孔隙率都较大。主要缺点是价格较高，初期投资较大。3)塔式生物滤池滤料采用质轻、比表面积大和孔隙率高的人工合成滤料。,立体蜂窝网状填料,纤维状填料,2、池壁,生物滤池池壁只起围挡滤料的作用，一些滤池的池壁上带有许多孔洞，用以促进滤层的内部通风。一般池壁顶应高出滤层表面0.40.5m，以免因风吹而影响废水在池表面上的均匀分布。池壁下部通风孔总面积不应小于滤池表面积的1。,3、排水及通风系统,排水及通风系统用以排除处理水，支承滤料及保证通风。排水系统通常分为两层，即包括滤料下的渗水装置和底板处的集水沟和排水沟。,布水装置,布水装置的目的是将废水均匀地喷
13、洒在滤料上。主要有两种：固定式布水装置（普通生物滤池多采用）；旋转式布水装置（高负荷生物滤池和塔式生物滤池常用）。,三、影响生物滤池性能的主要因素（1）负荷 生物滤池的负荷是反映生物滤池工作性能以及设计的关键参数，它分有机负荷与水力负荷两种。有机负荷从本质上反映了生物滤池的处理能力，常以BOD5计量，单位为kg(m3d)。水力负荷、即单位面积或滤床容积每日处理的废水量，前者又称水力表面负荷，单位为m3(m2.d)，或m/d,故又称为滤率；后者又称为水力容积负荷，单。位为m3(m3d)。有机负荷高的生物滤池、生物膜的增长快、就需要较高的水力负荷。但对浓度一定的有机废水，当有机负荷确定以后、水力负
14、荷即也已确定。使二沉池出水即处理水回流、可以调节有机负荷和水力负荷之间的矛盾关系。对所设计的滤池，也可以通过调整滤床高度与表面积的关系，解决这一矛盾。,（2）处理水回流 对高负荷生物滤池与塔式生物滤池，常采用处理水回流这措施。回流有下述优点；不论原废水的流量如何波动，滤池都可得到连续投配的废水，因而其工作较稳定；可以使进水保持新鲜而减少臭味；用细菌连续接种滤池；除去失去活性的生物膜、因而降低膜的厚度并抑制滤池蝇的孳生；均衡滤池负荷、提高滤池效率；当原废水缺少营养元素或含有有意物质时，回流可补充营养物质，稀释和降低有毒有害物质的浓度，缓解其有害程度。（3）供氧生物滤池中微生物所需的氧通常是依靠自
15、然通风提供。影响滤池通风的主要因素有：池内温度与气温之差。滤池高度、滤料孔隙率及风力等。当水温高于气温的差值愈大、滤池愈高、滤床孔隙率愈大、风力愈大时，自然通风的条件就愈好。,滤床高度与处理效率之间的关系和滤床不同深度处的生物膜状况,（4）滤床的比表面积和空隙率S大，生物膜量大，净化效果好；空隙率大，通风效果好，不易阻塞，净化效果好。（5）滤床的高度滤床的上层和下层，生物膜量，微生物种类不同。H大，去除效果好，但去除率逐步下降。,第三节 生 物 转 盘,一、生物转盘的构造与原理 盘片作为生物膜的载体，当生物膜处于浸没状态时，废水有机物被生物膜吸附，当它处于水面以上时，大气的氧向生物膜传递，生物
16、膜内所吸附有机物氧化分解，生物膜恢复活性。生物转盘每转动一圈即完成一个吸附-氧化的周期。由于转盘旋转及水滴挟带氧气，所以氧化槽也被充氧，起一定的氧化作用。增厚的生物膜在盘面转动时形成的剪切力作用下，从盘面剥落下来，悬浮在氧化槽的液相中，并随废水流入二次沉淀池进行分离。二次沉淀池排出的上清液即为处理后的废水，沉泥作为剩余污泥排入污泥处理系统。,普通生物滤池,生物转盘在实际应用上有各种构造型式，最常见是多级转盘串联，以延长处理时间、提高处理效果。但级数一般不超过四级，级数过多，处理效率提高不大。根据圆盘数量及平面位置，可以采用单轴多级或多轴多级形式。生物转盘的盘片直径一般为13m，最大的达到4.0
17、m。过大时可能导致转盘边缘的剪切力过大。盘片间距（净距）一般为2030mm，原水浓度高时，应取上限，以免生物膜堵塞。盘片厚度一般为15mm，视盘材而定。转盘转速通常为0.83.0r/min，边缘线速度为1020m/min为宜。,二、生物转盘的优缺点,与活性污泥法相比，生物转盘具有以下优点。操作管理简便，无活性污泥膨胀，生产上易于控制。剩余污泥量小，污泥含水率低，易于分离干化。设备构造简单，运转费用低，耗电量低。可采用多层布置，设备灵活性大，可节省占地面积。可处理高浓度废水，承受BOD5达1000mg/L，耐冲击能力强。国外还将生物 转盘建成去除BOD-硝化-厌氧脱氮-曝气充氧组合处理系统。废水
18、在氧化槽内停留时间短，处理效率高。BOD5去除率可达90以上。同一般生物滤池相比，生物转盘也具有一系列优点：无堵塞现象。生物膜与废水接触均匀，盘面面积的利用率高，无沟流现象。废水与生物膜接触时间较长，易于控制，可以调整转速改善接触条件和充氧能力。同一般低负荷滤池相比，它占地较小，如采用多层布置。系统的水头损失小，能耗省。,生物转盘也有它的缺点。盘材较贵，投资大。从造价考虑，生物转盘仅运用于小水量低浓度的废水处理。因为无通风设备，转盘的供氧依靠盘面的生物膜接触大气，这样，废水中挥发性物质将会产生污染。采用从氧化槽的底部进水可以减少挥发物的散失，比从氧化槽表面进水好，但是，挥发物质污染依然存在。因此，生物转盘最好作为第二级生物处理装置。生物转盘的性能受环境气温及其它因素影响较大，所以，在北方设置生物转盘时，一般置于室内，并采取一定的保温措施。建于室外的生物转盘都应加设雨棚，防止雨水淋洗，使生物膜脱落。,作业：1、生物膜法与活性污泥法在处理污水方面有哪些优缺点？2、生物滤池的主要结构是什么？3、影响生物滤池处理污水的主要影响因素又哪些？4、生物转盘处理污水的主要过程和原理？,
