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1、第十讲 好氧生物膜法 生物转盘,生物膜法的一种 在生物滤池的基础上发展起来的,发展概况,1900年，生物转盘的初始概念已在德国提出；1930年首次完成了用铁皮做介质的转盘试验；世界上第一套有价值的生产设施是1930年以后在德国建成的,它的应用则延迟到20世纪50年代塑料工业兴起之后，并取得了实质性进展；到1979年，德国和欧洲其它国家已有2000座投入运行，1981年日本安装了1323座。70年代美国安装了600套。到目前，全世界使用和安装的不下于4000多套；国内从1972年开始，如北京市环境保护科学研究院等40多个单位也开展了应用实验研究。,一、基本概念,废水处于半静止状态，而微生物则在转
2、动的盘面上；转盘40%的面积浸没在废水中，盘面低速转动；盘面上生物膜的厚度与废水浓度、性质及转速有关，一般0.10.5mm。,转盘工作简图,生物转盘的特征：,运行能耗较低；生物量多，净化率高，适应性强，出水水质较好；生物膜上生物的食物链长，污泥产量少，为活性污泥法的1/2左右；维护管理简单，功能稳定可靠，无噪音，无灰蝇；受气候影响较大，顶部需要覆盖，有时需要保暖；占地面积较大，建设投资较高。,二、生物转盘的组成,盘片接触反应槽转轴与驱动装置等。,生物转盘的构成与系统组成,转速一般为18m/min；有一轴一段、一轴多段、以及多轴多段等形式；废水的流动方式，有轴直角流与轴平行流。,1、盘片：,盘片
3、的形状：外形：圆形、多角形及圆筒形；盘面：平板、凹凸板、波形板、蜂窝板、网状板等。盘片的厚度与材质：要求质轻、薄、强度高，耐腐蚀等；一般厚度为0.51.0cm；常用材料有聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯及玻璃钢等。转盘的直径：2.0、2.5、3.0、3.5m。盘片间距：一般为30mm，高密度型则为1015mm。,2、接触反应槽：,钢板或钢筋混凝土制成，横断面呈半圆形或梯形；槽内水位一般达到转盘直径的40%，超高为2030cm；转盘外缘与槽壁之间的间距一般为2040cm。,三、生物转盘的工艺流程与组合,1、生物转盘为主体的工艺流程 以去除BOD为主要目的的工艺流程,沉砂池,沉淀池,生物转盘,二
4、沉池,出水,废水,1、生物转盘为主体的工艺流程,以深度处理（去除BOD、硝化、除磷、脱氮）为目的,初沉池,生物转盘(BOD去除),生物转盘(硝化),二沉池,生物转盘(缺氧脱氮),生物转盘(再曝气),终沉池,废水,出水,絮凝剂(除磷),甲醇,2、生物转盘与其它工艺的组合流程,3、其它形式的生物转盘,（1）空气驱动的生物转盘,3、其它形式的生物转盘,（2）与沉淀池合建的生物转盘,3、其它形式的生物转盘,（3）与曝气池合建的生物转盘,四、工艺选择和评价,1、处理目标可用于去除生物可降解有机物，以及将氨氮和有机氮转化成 硝酸盐氮。其五天生物需氧量和总悬浮固体值很容易降到30mg/L以下，在某些情况下甚
5、至可以更低。转盘在过高的有机负荷下，只能达到对有机物的部分去除。碳氧化和氮硝化的合并处理，也可以在一个转盘系统中完成。异养和自养细菌在生物膜好氧区内存在空间竞争，一般在链的第一级中有机物浓度较高，异养菌占优势，可去除大部分有机物，在后面的级中，自养菌为优势菌种，进行氨氮的转化。用于单独硝化，对于含有相对较高的氨氮浓度和较低的有机物浓度，划分单独硝化的临界点是，进水溶解性BOD5浓度小于15mg/L.用于反硝化，转盘单元整个浸没在水中，并加盖以隔绝空气。,2、转盘驱动方式和选用,转盘轴的转动通常分为机械驱动、空气驱动和日本发明的水力驱动。机械驱动系统含一个电机和皮带或传动链，能够提供可靠的、恒定
6、的转速。它们对生物膜的集聚很敏感，当有机负荷超载，或遭受高硫化物负荷时，转盘的正常运行会收到影响。空气驱动是依赖于设在整个轴的长度下的布气管和喷气口，通过里面喷出的空气推动转盘。它增强了氧的传输，有助于剩余生物膜的去除，因而空气驱动的转盘对有机负荷超载和高硫化物负荷的承受能力要大于机械驱动的转盘，但空气驱动对于转盘的脉动更为敏感。水力驱动方式是日本栗田工业公司开发的。在介质的外周边缘上焊接有塑料集水杯，废水从介质周边上约1m高处滴入塑料杯中。落下的废水可带动3.6m直径的转盘盘片旋转。,3、工艺优缺点评价,优点：所用设备简单，维护管理方便；其次是工艺不复杂，日常操作量少；对能耗需求相对低，只需
7、转动转盘；另外，它在制造上已标准化，设计施工均较方便。缺点:（1）对水质和负荷较为敏感。高的有机负荷可引起生物膜的过分生长，使介质和轴在结构上出现超重。转盘不具有富余的处理能力去抵御冲击负荷，会导致出水水质变差。当高峰负荷超过平均负荷的1.5倍时，则应该在生物转盘前设置调节池，依靠均衡的方法缓冲高峰负荷的影响。（2）生物转盘的应用规模受到每个转盘轴的尺寸限制。（3）对废水需要优足够的预处理。如碎布、塑料片和纤维材料等，如果有一定的数量，均可堵赛转盘介质。,4、典型应用,生物转盘目前主要应用在城市废水的二级处理，也用于城市废水的硝化处理。处理规模一般在4104m3/d以下。也用于中低浓度的工业废
8、水和含硫化氢浓度较低的工业废水处理中。日本除用于城市废水处理和工业废水处理外，还用于给水处理厂受污染源水源水的预处理，即去除源水中的有机污染和氨氮。,五、运行影响因素,1、有机负荷 生物转盘有机负荷相当于生物滤池的表面有机负荷（SOL）；生物易降解有机物的去除速率通常随SOL的增加而增加，但其增加的速率是逐渐下降的。这样的结果是随SOL的增加而有机物去除百分比反而下降。转盘的有机负荷承受能力受单个轴的供氧能力所限。供氧能力受限出现在单轴的SOL值32g总BOD5/(m2.d)，其相应的溶解性BOD5是1220g/(m2.d)，而相当于溶解性可降解COD是2035g/(m2.d).SOL一旦超过
9、该值，将会造成有害生物体贝式硫细菌属（Beggiatoa)的过分生长。在转盘系统中有机负荷将影响硝化反应。一旦水中溶解性有机物降到COD20mg/L(BOD515mg/L)以下时，硝化细菌对生物膜内的空间将进行有效竞争。,SOL决定什么时候发生硝化反应。SOL影响碳氧化和氮硝化合并处理过程中，影响氨氮的硝化速率已获得可靠的经验公式：fNHs(4.3s14.3)fNH:在伴随有碳氧化同时发生的情况下氨氮硝化的区间系数，其变化范围为01。该方程式表明，当SOL14.3g可降解COD/(m2.d)时没有硝化反应发生，当SOL14.3g可降解COD/(m2.d)时，不受限制的硝化反应将发生COD/硝化
10、。在这两个数之间,异养菌和自养菌之间将发生明显的竞争，其结果是降低了氨氮的硝化速率。,无明显碳氧化情况下，在一级内氨氮浓度浓度对氨氮氧化速率的影响,2、水力负荷,转盘系统的总水力负荷（THL），是基于介质表面积的，与其存在反比的关系(F/Ast)。转盘系统的运行历来与THL相关。转盘制造商研发并介绍了在生活污水处理中，出水水质作为THL的函数的运行曲线。利用制造商提供的资料可定性地了解生产规模转盘的运行情况。然而，必须注意的是，某些制造商所提供的负荷能力等运行参数，可能是过于乐观，因此，在采用时要留有适当的余地。,在城市废水处理中转盘水力负荷与溶解性BOD5关系,3、分级,转盘的分级可改进其整
11、体运行情况。第一级的SOL值高于整个系统的SOL值。即使整体的SOL值升高了，由于工艺出水水质取决于最后一级SOL，只要最后一级SOL值是足够低的，仍可产生很好的出水水质。在碳氧化和氮硝化的合并处理中，分级是特别有效的。在链的上游部分分级，产生一个很高的SOL值，结果有机物被高速地去除，降低了后面级中的SOL值，使得硝化细菌可在链的后面的几个级中稳定地生长。分级也有不利之处，它会影响生物膜对有机污染物的去除能力。在碳氧化和氮硝化的合并处理的转盘中，第一级生物膜主要生长了异养菌，较高的有机物通量使它非常活跃。在后面的级数中，硝化细菌逐渐增加，尽管硝化能力被强化，但有机物去除能力却被减弱了。,4、
12、温度,温度对转盘系统运行的影响，与其它附着型生物处理工艺相似。由于反应速率主要是受基质扩算的影响，在一个很大的范围内，水温的影响是很小的。尽管在较低的温度下，其去除速率要降低，但在15以上可以忽略不记。对于温度的影响，目前有两种表示方式。,图的方式转盘内水温对所需介质面积的影响,运用图确定转盘介质表面积的说明,首先根据水质水量直接确定在温度高于13时所需的转盘介质表面积。然后根据实际运行温度，在图中选取一个对应于实际运行温度大于1的系数，将所确定的介质面积通过乘以系数加以扩大，以求得运行温度下的转盘介质面积。,表的表示方式,首先确定预期的生物膜界面通量，不考虑温度的影响。然后在表内确定预期温度
13、下的一个小于1的相关系数。将预期的通量乘以折扣系数去获得一个縮小了设计通量值，再依据它，去确定所需的转盘介质面积。,若干制造商推荐的水温对反应速率的水温折扣系数,5、废水特性,废水中颗粒状、大分子和降解慢的成分，其进入生物膜界面的通量，要比溶解状的、小分子和易降解的成分的少。特别是颗粒状有机物的存在，有可能减少溶解物质进入生物膜的通量。被捕获在生物膜内的颗粒有机物质，由于其逐渐水解，释放出溶解性物质，会减少溶解有机物从液膜进入生物膜的扩散。另外对转盘系统运行有特殊影响的废水组分是硫化氢。废水中硫化氢浓度的升高，会引起贝式硫化物氧化细菌属的增长，从而干扰生物转盘的正常运行。,6、生物膜特性,在转
14、盘上所形成的生物膜，其特性对转盘运行状况有较大影响，而运行状况反过来又会影响生物膜自身。在链上各级形成的生物膜是不同的。在前级上主要去除有机物，并且形成稳定、厚度正常、可以控制、呈灰褐色的生物膜。它主要由好氧性异养菌组成、其中也捕获了颗粒状的有机物，并生存了一些真核生物。如果有机负荷不高的话，在后面的级中，硝化细菌将生长和发展。硝化型生物膜是微红的、褐色的，通常比异养性的厚度要薄。在单独硝化系统中生物膜呈棕黄色或古铜色。,6、生物膜特性,在某些情况下，转盘上会形成白色黏性生物膜，很不易被水流冲刷掉，并不断地增长，最后导致转盘在结构上超重而无法运行，使介质直接损坏，或从轴上脱落。这种生物膜的形成
15、主要是贝式丝状硫细菌属的生长导致，它使生物膜的附着力和抵御水力剪切的能力过强，减少了生物膜的脱落。这种生物膜是呈苍白色。,6、生物膜特性,解决贝式硫细菌过分生长的方法。用不同的方法产出根源，用投加氯、过氧化氢和增加充氧，或用 铁沉淀，或改变废水管道收集系统的运行条件等办法，来降低进水中硫化氢的浓度。降低工艺中超负荷级的SOL值，或减少整个工艺的SOL值，或对进水负荷重新分配。用一系列有效的物理和化学方法去除每个转盘轴上剩余的生物质，如用氯来氧化生物质，用熟石灰来提高水的pH,增加空气冲刷，改变转盘旋转方向来改变剪切力特性，出水回流，停运行或让若干轴干透等。需经常监测个别轴上剩余生物质的积聚情况
16、。由于贝式硫细菌的出现外观是很明显的，可以检查外观。也可以在每个轴上装配荷重测量元件，确定生物质是否增加了。,六、工艺参数和设计计算,由于转盘情况复杂，其设计基本模式始终处于发展中，因而经验方法成为当前流行的设计方法；有机物的去除设计；硝化物的去除设计；,1、可生物降解有机物的去除,去除可生物降解有机物的转盘系统的一般设计，包括下列步骤：选择设计公式。主要是一些经验公式，在国内外的手册中有很大的不同；确定出水水质目标，考虑工艺运行的不确定性和工艺的易变性；在保证第一级SOL值低于32gBOD5/(m2.d)前提下，确定第一级的所需介质面积，以避免贝式硫细菌属的过分生长；选择链数、每个链的级数以
17、及每个级的轴数，在选用轴数时考虑转盘制造的标准，按整轴选取。,2 单独硝化,单独硝化的设计方法与可降解碳有机物的设计方法相似。实现单独硝化的前提是，溶解性可生物降解的COD浓度必须低于20mg/L,这样才能允许高组装密度转盘轴在整个转盘链中使用.此外，单独硝化在运行启动时遵循线型模式。,3、转盘设计的一些其它考虑因素,转盘系统的设计除了考虑它的正常运行外，还要考虑它的不正常运行状况。因而，运行的灵活性不需提供。需被考虑的因素或应该提供的措施包括：对机械驱动的转盘需附加空气曝气设备。附加空气曝气有助于控制盘上的生物膜，并且使转盘SOL接近于氧转移的限制时有较好的适应性。当进水中含H2S浓度有可能
18、升高时，附加曝气尤其需要。去除剩余生物膜。方法有用空气或水流进行剥落，投加化学药剂，控制旋转速度或改变转盘旋转方向。尽可能采用多个处理链，以减少维修对出水水质的影响。多个链运行过程中，个别链脱离生产线进行维修，对水质影响不大。在所有级间设可移动挡板，以便对分级程度进行选择。,3、转盘设计的一些其它考虑因素,5.对每个链的流量要有均衡控制措施；6.选择合适的运行模式，如阶段投配。7.当附加空气曝气器时，或用空气驱动设备时，要注意对每轴的空气流量能进行均布。8.出水回流到第一级中，可降低进水浓度，并且提高溶解氧，有利于氧化进水中的H2S。9.去除H2S，可从进水中去除（如氧化或沉淀）或减少进水有机
19、负荷（在上游初沉池中投加药剂）。10.如果在某个轴上可能出现生物膜的过分累积，设计中要提供采用水力的机械的措施等，以便及时去除过分生长的生物膜。,七、运行,转盘系统的有效运行是靠上述系统原理来实现的。总体的和每个级的有机负荷和氨氮负荷需维持在适当的范围内。当长期负荷低于设计值时，为仅仅满足对碳氧化的需要，可从流水线上去掉一些链，以节省能耗。当出现负荷不足时，将硝化反应减小到最小这可能是必要的。另一方面，如果需要硝化，应使足够数量的链在待用中，以备去除水中的有机物和硝化。要保持链上生物膜的湿润。生物转盘的有效运行，需要定期的取样和分析，以及需要定期修理和经常进行预防性维护。,运行实例淮阴市北京新
20、村污水处理厂实例,处理能力4000t/d；处理效果低负荷时：处理量为2000m3/d时，转盘水力负荷为0.0417m/d,BOD5面积负荷为4.1g/(m2.d),末级转盘出水DO浓度大于4.5mg/L.满负荷时：当处理量为3900m3/d时，转盘水力负荷为0.0812m/d,BOD5面积负荷为7.7g/(m2.d),末级转盘出水DO浓度大于2mg/L.,八、管理,气动生物转盘法运行简单，生物膜微生物吸附在转盘填料上，与活性污泥法相比，不需污泥回流，即使在缺氧的条件下，产生丝装菌也不会产生污泥膨胀。如需停止运行一段时间，重新运行后，处理效果很快得到恢复。在汛期，由于管网分流不完善，进水BOD小于40mg/L时，仍需进行处理，这是传统的活性污泥法不能达到的。经验证明，在正常负荷下，只要初沉池和二沉池每天排泥一到两次，生物转盘速率维持在2r/min左右，出厂水质都都能达标。,存在的问题,转盘材质；风量调节；偏重。,期中作业,（1）分组，选题，确定时间演讲。（2）打分标准。（3）对课程有什么要求跟我提出来，,谢谢各位！,
