1、第六章 污水的好氧生物处理 生物膜法生物膜法是依靠固着于固体介质表面的微生物来净化有机物的，因而这种方法亦称为生物过滤法。 污水中的有机污染物作为营养物质，被生物膜上的微生物所摄取，污水得到净化，微生物自身也得到增值。生物膜法是与活性污泥法并列的一类废水好氧生物处理技术；与活性污泥法一样，生物膜法主要去除废水中溶解性的和胶体状的有机污染物，同时对废水中的氨氮还具有一定的硝化能力；一、生物膜法的概念一、生物膜法的概念真菌藻类原生动物后生动物一些肉眼可见的蠕虫、昆虫的幼虫细菌（好氧、厌氧、兼性）生物膜的组成二、生物膜法的净化机理二、生物膜法的净化机理生物膜生物膜的形成的形成生物膜的生物膜的构造与净
2、构造与净化机理化机理生物膜的生物膜的更新脱落更新脱落1. 1.生物膜的形成生物膜的形成起支撑作用、供微生物附着生长的载体物质：在生物滤池中称为滤料；在接触氧化工艺中称为填料；在好氧生物流化床中称为载体；转盘供微生物生长所需的营养物质，即废水中的有机物、N、P以及其它营养物质；作为接种的微生物2. 2.生物膜的构造与净化机理生物膜的构造与净化机理|(1) 生物膜的形成： 含有营养物质和接种微生物的污水在填料的表面流动，一定时间后，微生物会附着在填料表面而增殖和生长，形成一层薄的生物膜。|(2) 生物膜的成熟：在生物膜上由细菌及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都达到了平衡和
3、稳定。生物膜从开始形成到成熟，一般需要30天左右(城市污水，20C)|生物膜的构造与净化机理 生物膜由好氧层和厌氧层两层组成。好氧层的厚度一般在2mm左右，有机物的降解主要是在好氧层内进行。|厌氧膜的出现出现： 生物膜厚度不断增加，氧气不能透入的内部深处将转变为厌氧状态； 成熟的生物膜一般都由厌氧膜和好氧膜组成。|厌氧膜的加厚加厚： 厌氧的代谢产物增多，导致厌氧膜与好氧膜之间的平衡被破坏； 气态产物的不断逸出，减弱了生物膜在填料上的附着能力； 成为老化生物膜，其净化功能较差，且易于脱落。|生物膜的更新更新： 老化膜脱落，新生生物膜又会生长起来； 新生生物膜的净化功能较强。 3. 3.生物膜的更
4、新与脱落生物膜的更新与脱落|附着水层内的有机物大多已被氧化，其浓度比滤池进水的有机物浓度低很多；|由于浓度差的作用，有机物会从污水中转移到附着水层中去，进而被微生物膜所吸附。同时，空气中的氧在溶入污水后，进入生物膜，在此条件下，微生物对有机物进行氧化分解和同化合成；|微生物的代谢产物通过附着水层进入流动水层，并随其排走，CO2及厌氧层分解产物从水层逸出进入空气中，循环往复，使污水得到净化。 4. 4.生物膜法的主要特点生物膜法的主要特点微生物方面的特征微生物种类多样化，浓度高 生物膜上微生物的食物链较长 能够存活世代时间较长的微生物 在处理工艺方面的特征对水质、水量变动有较强的适应性；剩余污泥
5、少，且沉降性能良好，易于固液分离；能够处理低浓度污水；易于维护运行，运行费用少；有机物去除率较低。|反应器内微生物浓度高反应器内微生物浓度高 单位容积反应器内的微生物量可达活性污泥法的520倍，不会出现污泥膨胀现象。|剩余污泥产量低剩余污泥产量低 生物膜中食物链较长，剩余污泥产量低，一般比活性污泥处理系统少1/4左右。|适应冲击负荷变化能力强适应冲击负荷变化能力强 微生物主要固着于填料的表面，微生物量比活性污泥法要高得多，具有较强的冲击负荷适应能力，适用于高浓度难降解的工业废水。生物膜反应器可以处理BOD5低于5060mg/L（该浓度活性污泥效果不好）的进水，可将BOD5降至510mg/L。|
6、同时存在硝化和反硝化过程：同时存在硝化和反硝化过程： 操作管理简单，费用较低，生物膜反应器适合世代时间长的硝化细菌生长，而且其中固着生长的微生物使硝化细菌和反硝化细菌各有其适合生长的环境。因而，生物膜法反应器内部，也会同时存在硝化和反硝化过程。 生物滤池、转盘等生物膜法采用自然通风功能，装置不会出现泡沫，操作稳定性较好。氨氧化细菌（氨氧化细菌（AOBAOB）和古菌（和古菌（AOAAOA）氨氧化是氨氧化是硝化反应的第一步，将硝化反应的第一步，将NHNH4 4+ +氧化成氧化成NONO2 2- -，是海洋生态系统中氮素循环的限速步骤。，是海洋生态系统中氮素循环的限速步骤。三、生物膜法的主要影响因素
7、三、生物膜法的主要影响因素|温度|pH|水力负荷|溶解氧|填料类型及特征|生物膜量及活性|有毒物质|营养物质|温度 好氧微生物的适宜温度范围是10-35，一般水温低于10对生物处理的净化效果将产生不利影响。|水力负荷 水力负荷的大小直接关系到污水在反应器中与载体上生物膜的接触时间。水力负荷愈小，污水与生物膜接触时间愈长，处理效果愈好。水力负荷的大小在控制生物膜厚度、改善传质方面也有一定的作用。|pH 对好氧微生物来说，pH在6.5-8.5之间较为适宜，微生物对pH值的波动十分敏感。|溶解氧（DO） 如果溶氧不足，好氧微生物的活性受到影响，使得污水中的有机物质氧化不彻底，导致生物膜恶化变质，发臭
8、发黑，处理效果显著下降。溶解氧一般以4mg/L左右为宜，一般不低于2mg/L。|填料类型及特征 载体的表面属性包括比表面积、表面亲水性及表面电荷、表面粗糙度、载体的密度、堆积密度、孔隙率、强度等。|生物膜量及活性 (1) 生物膜的厚度反映了生物膜量的大小，也影响着溶解氧和基质的传递； （2）总厚度和活性厚度要区分，在活性厚度范围内，基质降解速率随厚度的增加而增加，适宜的生物膜厚度应控制在2mm以下，超过6mm即发生脱落。|有毒物质 工业废水存在对微生物具有抑制和杀害作用的化学物质，如重金属离子、酚、氰等。|营养物质 主要营养物质比例：BOD:N:P=100:5:1四、生物膜法的分类四、生物膜法
9、的分类生物膜法的主要设施生物流化床生物转盘生物接触氧化池生物滤池高负荷生物滤池塔式生物滤池普通生物滤池1. 1.生物滤池生物滤池建设中的生物滤池|需要有预处理（初沉池）及二沉池|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|塔式生物滤池|高负荷生物滤池限制进水BOD浓度200mg/L,常常采用回流水稀释。水量负荷提高10倍至40m/m.d; BOD负荷上升至0.5-2.5kg/m.d。径高比1：61：8，H=26米，通风良好，解决占地，水量负荷80-200m/m.dBOD负荷2-3 kg/m.d(1)生物滤池的工作原理含有污染物的废水从上而
10、下从长有丰富生物膜的滤料的空隙间流过，与生物膜中的微生物充分接触、降解，使得废水得以净化；主要依靠滤料表面的生物膜对废水中有机物的吸附氧化作用。(2)工艺流程 |与活性污泥工艺流程不同的是，在生物滤池中常采用出水回流，而基本不会采用污泥回流，因此从二沉池排出的污泥全部作为剩余污泥进入污泥处理流程进行进一步的处理。初沉池生物滤池 二沉池出水回流出水进水剩余污泥典型的生物滤池的构造典型的生物滤池的构造 滤 床 布水设备排水系统自然通风，不设曝气系统。自然通风，不设曝气系统。(3)生物滤池的构造|在20世纪30、40年代以前，生物滤池的池体多为方形或矩形；在出现了旋转布水器之后，则大多数的生物滤池均
11、采用圆形池体，主要是便于运行；高负荷生物滤池通常是圆形；|一般要求池壁高于滤料0.5m；在寒冷地区，有时需要考虑防冻、采暖、或防蝇等措施。|池壁可有孔洞或不带孔洞的两种：有孔洞的池壁有利于滤料的内部通风，但在冬季易受低气温的影响；|滤料是生物膜赖以生长的载体，其主要特性有：| 大的表面积，有利于微生物的附着； 有足够大的孔隙率，使脱落的生物膜能随水流到池底，同时保证良好的通风； 适合于生物膜的形成与粘附，且应该既不被微生物分解，又不抑制微生物的生长； 有较好的机械强度，不易变形和破碎； 价格低廉,能够就地取材。比表面积在比表面积在81195m2/m3孔隙率为孔隙率为9395比表面积比表面积65
12、100m2/m3孔隙率孔隙率4550比表面积在比表面积在98340m2/m3孔隙率为孔隙率为9395 滤床高度：12.5 m。孔隙率低，滤床过高会影响通风；太重, 过高会影响排水系统和滤池基础结构。滤床滤床高度同高度同滤料滤料种类的关系种类的关系 石质拳状滤料石质拳状滤料塑料滤料塑料滤料 比重小，孔隙率高，滤床高度可以提高，采用双层或多层构造。 国外一般采用双层滤床，高7 m左右；国内常采用多层的“塔式”结构，高度在10 m以上。布水设备布水设备 为使污水能均匀地分布在整个滤床表面上生物滤池的布水设备分为两类固定式喷嘴布水系统移动式（常用回转式）布水器旋转布水器的优点是布水比较均匀，淋水周期短
13、，水力冲刷作用强；缺点时喷水孔易堵，低温时要采用防冻措施，仅适用于圆形池。 工作中的旋转布水器工作中的旋转布水器固定式布水装置间断布水，所以布水不均匀，配水的水头要高（配水面高0.92.1m），目前应用较少。 排水系统排水系统作用收集污水与生物膜保证通风支撑滤料组成渗水顶板：支撑滤料，其排水孔的总面积应不小于滤池表面积的20%排水渠集水沟生物滤池普通生物滤池高负荷生物滤池塔式生物滤池优点：处理效果好，BOD5去除率可达90%以上，出水水质稳定。缺点：占地面积大，易于堵塞，影响环境卫生。 普通生物滤池滤料粒径较小滤料粒径较小(25(2570mm)70mm)，滤料层高度通常只有，滤料层高度通常只有
14、2 23m3m左右，左右，多多不采用回流措施不采用回流措施；第一代工艺1、构造 高负荷生物滤池高负荷生物滤池1）高负荷生物滤池池体： 平面上多为圆形。 滤料层高一般为2m。2） 高负荷生物滤池的布水： 多使用旋转式布水器。3） 高负荷生物滤池的滤料：轻质、高强、耐腐蚀第二代工艺使负荷率比普通生物滤池提高了数倍，如BOD容积负荷率提高6-8倍，水力负荷率提高达10倍。池子体积小，BOD5去除率较低。负荷率提高，有机物降解不彻底，排出的生物膜容易腐化。2、特点： 塔式生物滤池（1）内部形成较强的拔风状态，通风良好。污水、空气、滤料接触充分，充氧效果良好，传质速度快；（2）高负荷率。水力负荷为高负荷
15、生物滤池210倍，生物膜活性高，净化效率也较高；（3）滤层内部的分层。能够承受较高的有机污染物的冲击负荷。高度达20m之多，常采用回流措施。采用塑料滤料。第三代生物滤池 工艺特点：五、生物转盘五、生物转盘|生物膜法的一种|在生物滤池基础上发展起来的|1954年在德国建立第一座生物转盘污水厂。|生物转盘技术具有一系列优点，在国际范围内得到广泛应用，是一种净化效果好、能源消耗低的生物处理技术。1. 1.生物转盘的基本原理生物转盘的基本原理微生物生长并形成一层生物膜附着在盘片表面，约45%-50%的盘面（转轴以下的部分）浸没在废水中，上半部分在空气中。工作时，废水流过水槽，转盘转动，生物膜和大气与废
16、水轮替接触，浸没时吸附废水中的有机物，敞露时吸收氧气，转盘的转动，带进空气，并引起水槽内废水紊动，使溶解氧均匀分布。生物膜的厚度约为0.5-2.0mm，随着膜的增厚，内层的微生物呈厌氧状态，失去活性时使生物膜脱落，并随同出水流至二沉池。2. 2.生物转盘的构造生物转盘的构造生物转盘的主要组成部分盘片转动轴接触反应槽驱动装置系统组成：盘片串联成组，其中贯以转轴，转轴的两端设在接触反应槽的支座上，转盘面积的45%-50%浸没在污水中，转轴在水面之上10-25cm。3. 3.生物转盘的特征生物转盘的特征 微生物浓度高，处理效率高。 生物相有分级，细菌和原生动物种类分级明显 耐冲击负荷BOD值10-1
17、0000mg/L，均可适应 不需曝气，污泥回流，调节污泥量；不存在污泥膨胀； 食物链长，剩余污泥少，为活性污泥法的 1/2左右 污泥龄长，存在硝化和反硝化，可以脱氮工艺特征工艺特征|转盘的负荷与供氧量 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|转盘分级与处理效果 转盘分级改进停留时间，防止短流，从而提高处理效果，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4. 4.生物转盘的主体工艺流程生物转盘的主体工艺流程（1）以去除BOD为主要目的沉砂池生物转盘 二沉池出水进水沉淀池（2）以深度处理（去除BOD、硝化、除磷、脱氮）为目的初
18、沉池生物转盘（去BOD） 二沉池出水进水生物转盘（硝化）絮凝剂（除磷）甲醇生物转盘（缺氧脱氮）生物转盘（再曝气）终沉池六、生物接触氧化法六、生物接触氧化法淹没式生物滤池淹没式生物滤池生物接触氧化法是一种浸没曝气式生物滤池，是曝气池和生物滤池综合在一起的处理构筑物，兼有两者优点。初沉池填料床二沉池空气出水剩余污泥进水1. 1.基本工艺流程基本工艺流程|淹没式生物滤池的工艺流程可分为一级、二级和多级处理方式。|二级处理流程中：两端接触氧化池串联运行，其中间可设有中间沉淀池或不设。按曝气位置 分流式国外多用填料区水流较稳定，有利于生物膜的生长，但冲刷力不够，生物膜不易脱落；可采用鼓风曝气或表面曝气装
19、置；较适用于深度处理。直流式国内用 曝气装置多为鼓风曝气系统；可充分利用池容；填料间紊流激烈，生物膜更新快，活性高，不易堵塞；检修较困难。2. 2.接触氧化池的分类接触氧化池的分类按水流循环形式 填料内循环 填料外循环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3.充氧效率高3kg O2/kw.h，比无填料高30% 4.有丝状菌存在5.有较高的生物膜浓度（10-20g/L），而活性污泥仅为2-3g/L。3. 3.生物接触氧化法的特点生物接触氧化法的特点缺点：填料易堵塞和更换难，运行费用较高。接触氧化池反应区的构造接触氧化池反应区的构造框架框架酚醛树脂蜂窝填料常用填
20、料的类型常用填料的类型聚乙烯蜂窝填料正六角行蜂窝状斜管聚乙烯蜂窝填料弹性立体填料半软性填料新型的三维立体网状填料新型的纤维网状填料七、生物流化床七、生物流化床|20世纪70年代初期，首先由美国和日本进行研究；|载体：以比重大于1的细小惰性颗粒如石英砂、焦炭、陶粒、活性炭等为载体，依附着生物膜；|反应器内污水以高流速从下向上流动，可使载体处于流化状态；|微生物浓度很高，传质效率也很高，是一种高效好氧生物反应器。 流化床是以砂、活性炭、焦炭一类的较小的惰性颗粒为载体充填在床内，载体表面被覆着生物膜，其质变轻，污水以一定流速从下向上流动，使载体处于流化状态。1. 1.流化床工作原理流化床工作原理2.
21、 2.流化床的类型流化床的类型根据生物流化床的供氧、脱膜和床体结构的不同，好氧生物流化床主要有两种类型：两相生物流化床三相生物流化床 流化床流化床3. 3.两相生物流化床两相生物流化床两相生物流化床：在生物流化床外设充氧设备和脱膜设备，在床体内只有液、固两相；进入反应器之前，废水中的DO可达89mg/L(以纯氧为气源时，可达3040mg/L)。4. 4.三相生物流化床三相生物流化床三相生物流化床 ：直接向反应器内充氧，床体内有气、固、液三相共存；气体搅动剧烈，载体颗粒之间摩擦剧烈，可使表层的生物膜自行脱落，因此一般无需体外脱膜装置。 |三相生物流化床是气、液、固三相直接在流化床体内进行生化反应，不另设充氧设备和脱膜设备，载体表面的生物膜依靠气体的搅动作用，使颗粒之间剧烈摩擦而脱落。| 三相生物流化床的设计应注意防止气泡在床内合并成大气泡而影响充氧效率；|三相流化床设备较简单，操作亦较容易，此外，能耗也较二相流化床低。 谢谢！谢谢！
