1、水污染控制工程（下）主讲：成官文教学要求：1、掌握生物膜法的微生物学特征和工艺特征2、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。3、掌握生物接触氧化特点及其工艺设计 教学时数：8h第五章污水的生理处理第五章污水的生理处理 生物膜法生物膜法一、概 述 生物膜是使细菌、放线菌、蓝绿细菌一类的微生物和原生动物、后生动物、藻类、真菌一类的真核微生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。生物膜法：污水经过从前往后具有细菌原生动物后生动物、从表至里具好氧间氧厌氧的生物处理系统而得到净化的生物处理技术。1、生物构造及其对有机物的降解 构造：生物膜(
2、好氧层兼氧层厌氧层)附着水层(高亲水性)。微生物：沿水流方向为细菌原生动物后生动物的食物链或生态系统。具体生物以菌胶团为主、辅以球衣菌、藻类等，含有大量固着型纤毛虫（钟虫、等枝虫、独缩虫等）和游泳型纤毛虫（楯纤虫、豆形虫、斜管虫等），它们起到了污染物净化和清除池内生物（防堵塞）作用。污染物：重轻(相当多污带中污带中污带寡污带).供氧：借助流动水层厚薄变化以及气水逆向流动，向生物膜表面供氧。传质与降解：有机物降解主要是在好氧层进行，部分难降解有机物经兼氧层和厌氧层分解，分解后产生的H2S，NH3等以及代谢产物由内向外传递而进入空气中，好氧层形成的NO3 N、NO2N等经厌氧层发生反硝化，产生的N
3、2也向外而散入大气中。生物膜更新：经水力冲刷，使膜表面不断更新（DO及污染物），维持生物活性（老化膜固着不紧）。2、生物膜的主要特征：1）微生物相方面的特征：a、参与净化反应微生物多样化。与活性污泥法相比，膜法具有更好的生物多样性，生物膜固着在载体上时间长或生物平均停留时间（泥龄）长，其除细菌广泛存在外，世代时间长、比增殖速度小的微生物，如硝化菌等也大量存在，此外，丝状菌，藻类众多，线虫、纤毛虫、轮虫以及昆虫等也都较广泛地存在（见P200表5-1）。b、食物链长，污泥产率低。生物膜的生物中动物性营养所占比例较大，能栖息高营养水平的生物，其在捕食性纤毛虫，线虫之上还栖息有寡毛类和昆虫，因而污泥少
4、。c、能够存活世代较长的微生物，在生物膜法中，Qc与污水的停留时间无关，因此硝化细菌等可以增值（特别是在冬季低温）。d、可分段运行，形成优势微生物种群，提高降解能力。2）工艺方面的特征：a、对水质水量变动有较强适应性顺水流方向形成了微生态系统。b、污泥沉降性能好，宜于固液分离。膜法污泥的生物组分中动物所占比重较大，含水率相对低，且剥落泥块体积较大，故沉降性能好，宜固液分离。但若厌养层过厚，剥落污泥中有轻散颗粒，影响出水水质。c、能处理低浓度污水。生物膜能处理活性污泥法不能处理的低浓度污水和微污染的原水，使B0D5降至5-10mg/L。d、易于维护管理、节能。无污泥回系统，甚至无曝气系统，节能并
5、易运行管理。与活性污泥法相比：活性污泥法系人工强化生物处理系统，生物量大，处理能力强，而膜法更趋于自然净化原理。活性污泥法为人工强化三相传质，膜法趋向浓度差扩散传质，传质效果较活性污泥差，处理效率较活性污泥差。适于工业废水处理站和小规模生活污理厂。二、生 物 滤 池 1、概述；原理：土壤自然净化原理 进展：早期滤料为石头，砖块、陶料等。其掛膜后易堵塞，且负荷低；随着滤料轻质化，滤料可以高架与滤料层变厚，因而可以增加水力负荷，改善气液传质，提高负荷（形成高负荷生物滤池）；也可以通过曝气传质、提高负荷（接触氧化）。2、普通生物滤池：(现在少见，只需要了解）构造：池体、滤料、布水装置和排水系统(P2
6、04 图5-2)。a、池体、一般深22.5m，池壁超高0.50.9m(防风),其底部为承托层(排水系统和大块滤料(起支撑、排水以及通水)中部为工作层（掛膜），上部为配水系统，壁可设孔也可不开孔，开孔在冬季有影响。b、滤料：碎石、卵石、炉渣、焦炭等，总厚度1.52.0m,其中工作层1.3-1.8m,粒径20-40mm;承托层0.2m,粒径70-100mm。这种滤料比表面积较大,且较粗糙,易掛膜,孔隙率一般,利于供氧与传质,且易就地取材,但材料比重大,荷载重,工作层不厚,工作效率不变,占地大。c、布水装置：固定喷咀式布水系统即投配池、布水管、喷咀组成。污水流入投配池是连续的，但布水是间歇式，喷水周
7、期5-8min。投配池内设虹吸装置(间歇供水，使滤料排水后间歇充氧，生物膜再生)。排水干管布设在滤池表面下0.5-0.8m，支(竖)管依据喷咀服务半径设置,高出滤料之上0.15-0.2m，竖管上安装喷咀，通过喷咀均匀布水。d、排水系统：包括渗水装置、汇水沟、总排水沟(或集水槽),见图5-2，汇水沟i=0.01-0.02(横向)、集水槽i=0.05-0.01(纵向书中出错)。作用：排放处理后出水，保证间歇阶段的通风(底部h0.6m)；汇水沟宽0.15m，间距2.5-4.0m(与布水间距一致)；排水沟内流速0.7m/s；渗水装置可以是大块滤料,也可以是图5-4混凝土板,渗水装置排水口面积占滤池总面
8、积的20%以上。3、高负荷生物滤池：1）特征：通过限制进水BOD值(200mg/L)或采用处理水回流，均化水质，提高或加大水力负荷(10倍)，及时冲刷和更新过厚生物膜，保持较高生物活性，改善处理环境状况（抑制厌氧、减少臭味散发）。设原污水量Q、回流水量QR、则回流比RQR/Q，喷总水量（1+R）Q，进水BOD浓度Sa(S0RSe）/(1+R)，具体工艺回流比R建议值见P207表5-3，城市生活污水一般一段1.5，二段各段1.0；对工业废水可参照选取。2）工艺流程a、一段法（见P207图5-5共5种典型流程）部分污泥回流，图中排剩余污泥无。工艺1：污泥回流初沉池，滤池出水回流滤池，利于改善水力负
9、荷，减轻二沉池负荷。工艺2：污泥回流初沉池，二沉池出水回流过滤池，（较工艺1比，二沉池负荷略重）。工艺3：污泥与二沉池出水同时回流初沉池，加大初沉池负荷（二者回流量大）。工艺4：具有吸附再生工艺特点，但出水水质差，初沉水力负荷大。工艺5：滤池出水与污泥均回流到初沉池，初沉水力负荷大b、当污水浓度较高时或对处理出水要求较高时，建议考虑二段法（见P208图5-6、7）。二段法强化了优势生物种群，但第二段因污染物少或负荷率低，生物膜生长差，其容积负荷未充分发挥。但二段法能很好解决一段法生物膜积存与堵塞现象。为充分发挥二段法工艺效果与作用，建议采用图5-7的交替出水工艺。3）构造特点：构造与普通生物滤
10、池同（池体、滤料、出水与排水系统），不同之处如下：a、池形.圆形（P210图5-9）b、滤料：聚氯乙烯、聚苯乙烯和聚酰胺等制成的人工滤料，滤料质轻、耐蚀、高强，呈波状、管状和蜂窝状，使滤料表面积大，空隙率高（具体见P209表5-4）。当采用自然通风时，滤层厚度2m，其中工作层1.8m，承托层0.2m；当采用人工通风时，滤层厚度24m。c、施转式排水器（见P216图5-10），在横管的同一侧开有一系列间距不等的孔口，中心疏，二头密，使污水从孔口喷出时产生反作用力，从而反向自由旋转布水（间歇或周期）。竖管连接装置具体见P210图5-8。4）装置的需氧与供氧a、生物膜量：由于在不同厚度的污水浓度不一
11、样，其微生物量不一样，进水端生物膜厚，出水端生物膜薄，故生物量计算困难。生物膜量计算有二种方法。一种是测膜的厚度（不同深度）用显微镜，后按表面积计算；另一种方法是称重法，先取定量的滤料或一定面积的膜称重，挂膜后再取一定量滤料或一定面积的滤料称重（烘干），得出单个滤料或单位面积的生物量。b、需氧量O2aBODrbPaSabPa（S0Se）bP式中：a：降解1KgBOD5所需氧量。对城市污水取1.46.b：单位重量生物膜的所需氧量，取值：对城市污水0.18kg/kg.P：每m3滤料上的生物膜量。C、滤池供氧：生物滤池供氧是通过气水逆向运动，由污水或膜表面扩散传质的。其通风传质的影响因素有：滤池内外
12、的温差、风力、滤料类型、水力负荷（布水量），其中主要是温差。由于滤池内部温度较水温略高（冬季），空气向上流动；夏季滤池内温度低于池外气温，空气下向流动。温差与空气流速的关系为：V0.075T-0.15(m/min)，当温差=2时，V=O，供氧效果不好。一般情况下温差在6左右，V=0.3m/min=432m/d.，即每m3滤料通过气量432m3，总供氧量4320.28=120.96kg。尽管其氧的利用率低（5%左右），但供气富裕，实际可利用氧量6kg/m3。故采用BOD负荷1.2kg/m3d时，供氧是没问题的。池体：一般采用负荷法计算。取值：容积负荷1.2kgBOD5/（m3滤料.d）；表面面积
13、负荷1.12kgBOD5/（m3滤料.d）；水力负荷1030m3/（m3.d），其主要取决于污水浓度或回流比：a、进水浓度（BOD）SaSe（Se为出水浓度），见表5-5的取值，它反映了其可降解的能力（1）Se。b、回流稀释倍数 n（S0Sa）/(Sa-Se)c、滤料容积V=Q(n+1)Sa/NV 为容积负荷.d、滤池表面积A=V/D D为滤料层高度。或按表面负荷计算A=Q(n+1)Sa/NA NA面积负荷 或按水力负荷计算A=Q(n+1)/Nq Nq 水力负荷 例题见213 例5-2 旋转布水器计算与设计。a、旋转布水器的直径D=D-200mm （D滤池直径）b、布水横管的数目及其管径D，横
14、管数目一般2-4根 选择数目依据管中流速v0.51.0m/s D（q/4 v）0.5 q设计流量。c、布水横管的出水孔口数（m）、孔口直径（d）及每个孔口距池中心的距离(ri)设计依据：V0.5m/s以及每个孔口的喷洒面积基本相等。则 m1/1-(1-a/D)a为最末端2个出流孔口间距的2倍，取0.08m；出口孔径一般10-15mm，不得小于10mm。每个出流孔口距滤池中心的距离(ri)riR（i/m）0.5 （中间间距大、外侧小）R为布水半径（D/2），i为从池中心算起，每个孔口的排列顺序，一般从300mm，开始逐步减少到40mm。d.每分钟的施转周数n34.78106/md2D e.工作水头（包括沿程水程、局部水损，而局部水损又含孔口阻力，管口降速水头）Hh1h2h3，其中h1294Dq2/103k2式中：h1294Dq2/103k2 （沿程）h2256106q2/m2d4（孔口局部水损）h381106q2/D4（流速恢复水头）（孔口局部水损）（流速恢复水头）k的取值见表5-6 C阻力系数=式中 n为粗糙系数。R为水力强 。书中已降K的经验值编成表5-6，直接查阅 按上式计算，所需H一般为0.21.0m，水头较小（布水器的优点），实践证明，上述计算结果偏小（实际水头），工程设计中应在计算结果上放大50-100%。
