1、第八章第八章 污水的好氧生物处理污水的好氧生物处理生物生物膜法膜法第一节第一节 生物膜法的历史及其发展生物膜法的历史及其发展 一微生物在水中存在的状态一微生物在水中存在的状态 微生物在自然界到处存在，如水中、土壤中等，如细菌、原生动物、后生动物等，组成了一条食物链。例如在水中微生物多以悬浮状态存在（例如粪水曝气现象），而在土壤中多以固着状态存在（例如青苔）。这些微生物在驯化后可作为降解污水中有机物的专有微生物。这些微生物有的是厌氧的，有的是好氧的，所以利用这两种类型的微生物来处理污水就派生了两大类污水生物处理类型好氧工艺和厌氧工艺。二好氧工艺的分类二好氧工艺的分类 根据好氧微生物的生长状态，好
2、氧工艺可细分为以下两部分：1.1.好氧悬浮生长工艺好氧悬浮生长工艺活性污泥法活性污泥法 2.2.附着生长工艺附着生长工艺生物膜法生物膜法 两种工艺微生物生存状态不同，各派生出多种不同工艺流程。2023-7-291 三生物膜法的历史及其发展三生物膜法的历史及其发展 十九世纪末，国外研究人员在研究土壤净化污水的过滤田基础上，创造了生 物过滤法，即生物膜法的前身。三个例证：1 1865年德国杰出的科学家Alexandex Mueller发现带有活着的微生物的土壤过滤柱可以净化污水。2 1868年英国Edward Frankland 发现了填装有各种卵石、砂和土壤的过滤柱具有净化污水的作用，他的工作建
3、立在过滤净化过程中曝气的作用。3 1893年，英国进行将污水在粗滤料上喷洒进行净化的试验取得了良好的净化效果，作为生物膜反应器的生物滤池开始问世，并从此开始用于污水处理的实践。依据上述研究，欧美国家渐渐开始采用这种过滤方法来净化污水。当时由于美国的土壤渗透性要比欧洲好，且土地价格便宜，故多采用土壤过滤土壤过滤；而在欧洲则普遍采用较粗糙的过滤填料如碎焦碳、钢渣等工业化的副产品来净化污水，最后发展成了滴滤池最经典的生物膜法最经典的生物膜法。2023-7-292四四.生物膜法的净化过程及分类生物膜法的净化过程及分类 在生物膜法中，微生物附着在载体表面生长而形成膜状，当污水流经在生物膜法中，微生物附着
4、在载体表面生长而形成膜状，当污水流经载体表面和生物膜接触过程中，污水中的有机污染物即被微生物吸附、载体表面和生物膜接触过程中，污水中的有机污染物即被微生物吸附、稳定和氧化，最终转化为稳定和氧化，最终转化为H H2 2O O、COCO2 2、NHNH3 3和微生物细胞物质，污水得和微生物细胞物质，污水得到净化。自二十世纪到净化。自二十世纪7070年代以来，生物膜法引起了广大研究者和工程师年代以来，生物膜法引起了广大研究者和工程师们的极大兴趣，于是属于生物膜法的塔式生物滤池（好氧或厌氧滤池）、们的极大兴趣，于是属于生物膜法的塔式生物滤池（好氧或厌氧滤池）、生物转盘、生物接触氧化法、曝气生物滤池等得
5、到了较多的研究和工程生物转盘、生物接触氧化法、曝气生物滤池等得到了较多的研究和工程应用。应用。2023-7-293第二节第二节 生物膜法类型及技术现状生物膜法类型及技术现状 在在2020世纪世纪20203030年代，年代，国外开始建造了许多生物膜反应器系统，其主要形式就是生物滤池。其特点是其特点是生物量高和净化效果较好，但其水力负荷和有机负荷均较低、环境卫生条件也较差、处理构筑物占地面积较大且有可能被脱落的生物膜堵塞等缺点，在在40405050年代年代生物滤池有逐渐被活性污泥法取代的趋势。在此期间，作为生物滤池的填料主要是碎石、卵石、炉渣和焦碳等实心拳状的无机天然材料，一般具有比表面积小和孔隙
6、率低等缺点。到了到了6060年代，年代，新型的有机合成材料开始大量生产，如的波纹板状、列管状和蜂窝状等有机人工合成填料，其比表面积和孔隙率大大增加，再加上环境保护对水质要求的进一步提高，生物膜反应器获得了新的发展。到了到了7070年代，年代，除了普通生物滤池（Trick Filters，也称为滴滤池）外，生物转盘（RBC）、淹没式生物滤池（Submerged Biofilm Reactor）和生物流化（Fluidised Bed）技术都得到了比较多的研究和应用。近年来，近年来，生物膜反应器以其独特的优势独特的优势更受广大研究者和工程师们的关注，又涌现出大量新型的单一或复合式生物膜反应器（Hyb
7、rid bioreactors），如微孔膜生物反应器、气提式生物膜反应器、移动床生物膜反应器、复合式活性污泥生物膜反应器、序批式生物膜反应器、升流式厌氧污泥床厌氧生物滤池（UASBAF）、曝气生物滤池及附着生长稳定塘等等。由此可见，生物膜反应器发展迅速，由单一到复合，有好氧亦有厌氧，逐步形由此可见，生物膜反应器发展迅速，由单一到复合，有好氧亦有厌氧，逐步形成了一套较完整的污水生物处理工艺系列。成了一套较完整的污水生物处理工艺系列。2023-7-294 一一.生物膜反应器的类型与技术现状生物膜反应器的类型与技术现状 根据生物膜反应器附着生长载体的状态，根据生物膜反应器附着生长载体的状态，生物膜反
8、应器可以划分为固定床固定床和流动流动床床两大类。在固定床中，在固定床中，微生物的载体固定不动，在反应器内的相对位置基本不变；而在流流动床动床中，附着生长载体不固定，在反应器内处于连续流动的状态。基于操作时是否有氧气的参与，分为好氧状态好氧状态、或者缺氧和厌氧缺氧和厌氧状态。生物膜反应器的类型可系统划分如下：2023-7-2951.1.生物滤池生物滤池 生物滤池生物滤池是生物膜反应器的最初形式，现生物滤池已由原来承受较低负荷的普通生物滤池逐步发展成为承受较高负荷的高负荷生物滤池、塔式生物滤池以及最新研制成功并投入运行的曝气生物滤池，2 2 生物转盘生物转盘 生物转盘生物转盘亦称旋转生物接触器（R
9、BCRBC），是由一系列平行的旋转圆盘、转动横轴、电机及减速装置和氧化槽等部分组成。当圆盘面积的4050%浸没于污水时，盘片上的生物膜吸附污水中的有机物，圆盘转动离开污水，生物膜上的固着水层从空气中吸收氧，被吸附的有机物在微生物酶的作用下氧化分解，从而使污水得到净化，此种操作的称之为好氧生物转盘。当圆盘面积浸没于污水中时，由于没有吸氧过程，圆盘盘片仅是微生物的附着生长载体，此种操作的称之为厌氧生物转盘。2023-7-2963 3 生物接触氧化法生物接触氧化法 1971年在日本首创，在池内充填一定密度的填料，污水浸没全部填料并与填料上的生物膜广泛接触，在微生物新陈代谢功能的作用下，污水中的有机物
10、得以去除，污水得以净化。淹没式生物滤池多在好氧状态下运行，充氧方式可以是污水预先充氧曝气再流经填料，也可以是在池内设有人工曝气装置。4 4 生物流化床生物流化床 生物流化床生物流化床用于污水处理领域始于70年代初期并率先在美国和日本进行广泛的研究与应用。所谓生物流化床生物流化床，就是以砂和活性炭等颗粒物质为载体填充于生物反应器内，因载体表面附着生长着生物膜而使其质变轻，当污水以一定流速从下向上流动时，载体便处于流化状态。按照载体流动的动力来源的不同，生物流化床一般可分为以液流为动力的流化床和以气流为动力的三相流化床两大类。在两相流化床中，按照进入流化床的污水是否预先充氧曝气，床体可处于好氧状态
11、和厌氧状态。2023-7-2975 5 复合式生物膜反应器复合式生物膜反应器 复合式生物膜反应器是近些年来发展较快、引起研究者极大兴趣的复合式处理工艺，这些反应器将各单一操作的优点复合在一起，使反应器的净化功能极大提高。有代表性且进行深入研究或应用的复合式生物膜反应器主要有复合式活性污活性污泥泥生物膜反应器生物膜反应器、序批式生物膜反应器、升流式厌氧污泥床序批式生物膜反应器、升流式厌氧污泥床厌氧生物滤池及厌氧生物滤池及附着生长稳定塘。附着生长稳定塘。2023-7-298第三节第三节 微生物膜净化污水机理微生物膜净化污水机理1 1 生物膜中参与净化的微生物群生物膜中参与净化的微生物群 生物膜主要
12、是由微生物及其胞外多聚物所组成，这些微生物种类繁多，但归纳起来主要有细菌、真菌、藻类（在有光条件下）、原生动物和后生动物等，此外还有病毒。生物膜中的生物群与活性污泥中的生物群几乎没有大的差别，只是生物膜中微生物膜中微生物的食物链比活性污泥的长而且复杂，所以也就是生物膜法的泥量小的原因。生物的食物链比活性污泥的长而且复杂，所以也就是生物膜法的泥量小的原因。2023-7-299废 水 中 的 有 机 物活 的 原 生 动 物异 养 细 菌+腐 食 性 原 生 动 物进 水无 机 物分 解 有 机 物生 物 的 尸 体轮 虫 类线 虫 类+自 养 细 菌处 理 水活 性 污 泥剩 余 污 泥处 理
13、水无 机 物分 解 有 机 物废 水 中 的 有 机 物进 水生 物 膜生 物 的 尸 体异 养 细 菌菌 类腐 食 性 原 生 动 物线 虫 类轮 虫 类寡 毛 类昆 虫+脱 落 污 泥活 的 原 生 动 物自 养 细 菌101 1）细菌、真菌类、藻类细菌、真菌类、藻类（1 1）细菌）细菌 细菌是微生物膜的主体，根据所需营养的不同，细菌可分为无机营养型的自养菌和有机营养型的异养菌，其中异养菌是生物膜中的主要细菌类型，能够从流经生物膜表面的水中获得足够的营养底物。（2 2）真菌类）真菌类 真菌是具有明显细胞核而没有叶绿素的真核生物，生物膜上的真菌类和活性污泥不同，繁殖很快，在营养和生物环境方面
14、和细菌有竞争关系。如真菌类过分地占有优势，生物膜得以较快增殖并变厚。真菌类占优势的条件是：温度、PH值、废水的性质、负荷等因素。一般来说，生物膜中还是以细菌占优势为宜。2023-7-2911（3 3）藻类）藻类 藻类藻类是受阳光照射下的生物膜中的主要成分，由于出现藻类的地方只限于生物膜反应器中表层很小部分，因而对污水净化不起很大作用。2 2）原生动物原生动物 原生动物原生动物是动物界中最低等的单细胞动物，在成熟的生物膜中它们不断捕食生物膜表面的细菌，因而在保持生物膜细菌处于活性物理状态方面起着积极作用。原生动物或者以胞饮方式（一部分细胞壁凹入摄取外部环境中大分子并夹紧形成其体内液泡）摄取有机物
15、质，或者以噬菌的方式吞噬细菌、藻类和其他粒子并消化作为它们的营养物质。3 3）后生动物后生动物 后生动物后生动物是由多个细胞组成的多细胞动物多细胞动物，属无脊锥型。生物膜中经常出现的后生动物有轮虫类、线虫类、寡毛类和昆虫及其幼虫类。2023-7-2912二微生物膜及其降解有机物的机理二微生物膜及其降解有机物的机理 污水长期与滤料或某种载体流动接触，就会在其表面形成生物膜，并逐渐成熟，其其标志是：标志是：生物膜沿水流方向的分布、生物膜上由细菌及各种微生物组成的生态系、对有机物的降解功能都达到了平衡和稳定状态。从开始到成熟，生物膜要经过潜伏潜伏和生长生长两个阶段，生物膜有时均匀地分布在载体表面，而
16、有时却非常不均匀；有时仅由单层的细胞组成，而有时却相当厚，随着营养底物、时间和空间的改变而发生变化。由于生物膜主要是由微生物细胞和他们所产生的胞外多聚物所组成，因而生物膜通常具有孔状结构，生物膜通常具有孔状结构，并具有很强的吸附性能并具有很强的吸附性能。结果，我们所观察到的生物膜通常还含有大量被吸附和镶嵌于内的溶质和无机颗粒，从这个角度上说，生物膜是由有生命的细胞和无生命的无机物所组成的结构。2023-7-2913厌氧层好氧层附着水层流动水层载体污水2023-7-2914 生物膜附着在载体的表面，在污水不断流动的条件下，在其外侧总是存在着一层附着液膜（附着水层）。在生物膜的表面上和一定深度的内
17、部生长繁殖大量的各种类型的微生物和微型动物，并形成有机污染物有机污染物细菌细菌原生动物原生动物后生动物的食物链后生动物的食物链。在污水流过载体表面的过程中，污水中的有机污染物被生物膜中的微生物吸附，并通过氧向生物膜内部的扩散，在膜中发生生物氧化等作用，从而完成对有机污染物的分解。污染物、溶解氧及各种必须营养物首先要经过液相扩散到生物膜表面，进而到生物膜内部，只有扩散到生物膜表面或内部的污染物才能有机会被生物膜微生物所分解与转化，最终形成各种代谢产物。生物膜表层生长的是好氧和兼氧微生物，其厚度约2mm，在这里，有机污染物经微生物好氧代谢而降解，终点产物是H2O、CO2、NH3等。由于氧在生物膜表
18、层已耗尽，而在好氧层的深部由于扩散作用制约了溶解氧的渗透往往形成厌氧区，使生物膜内层的微生物处于厌氧状态，在这里，进行的是有机物的厌氧代谢，终点产物为有机酸、乙醇、醛和H2S等。由于微生物的不断繁殖，生物膜逐渐增厚，超过一定厚度后，吸附的有机物在传递到生物膜内层的微生物以前，已被代谢掉。当厌氧层还不够厚时，它与好氧层保持着一种平衡稳定的关系，好氧层能够保持良好的净化功能，当厌氧层逐渐加厚时，其内层微生物因得不到充分的营养而进入内源代谢，这些代谢产物向外逸出时，必然要透过好氧层，从而破坏了好氧层生态系统的稳定性，同时厌氧层气态代谢产物的不断逸出又减弱了生物膜在载体上的固着力，促进了生物膜的脱落，
19、失去其粘附在载体上的性能，脱落下来随水流出反应器，载体表面再从新生长出新的生物膜。生物膜的周期更新，是维持生物膜净化功能的重要因素。2023-7-2915三生物膜法的特征三生物膜法的特征 1微生物相方面的特征（1 1）参与净化反应的微生物的多样化）参与净化反应的微生物的多样化 在生物膜上生长繁育的生物类型丰富、种属繁多，食物链长且复杂。主要有：细菌、真菌、藻类、鞭毛虫、肉足虫、纤毛虫缘毛类、纤毛虫吸管虫类、轮虫、线虫、寡毛类、其它后生动物、昆虫类。（2 2）微生物量多，处理能力大，净化功能显著提高）微生物量多，处理能力大，净化功能显著提高 由于微生物附着生长并使生物膜具有较低的含水率，单位反应
20、器内的生物量可高达活性污泥法的520倍，因而生物膜反应器具有较高的处理能力。又由于有世代时间较长的硝化菌生长繁殖，生物膜反应器不仅能够去除有机污染物，而且更具有较好的硝化功能，因而其净化功能显著提高。2023-7-2916（3 3）能够生长硝化菌）能够生长硝化菌 硝化菌和亚硝化菌的世代时间都比较长，其比增殖速率很小，在活性污泥法系统中，这类细胞是难以存活的，但在生物膜法中，生物膜的污泥龄与污水的停留时间无关，因此，象硝化细菌这样世代时间比较长的细胞也得以增殖。2处理工艺方面的特征（1 1）对水量、水质变动有较强的适应性）对水量、水质变动有较强的适应性 生物膜法中的各种工艺，对流入水水质、水量的
21、变动都具有较强的适应性，即或中间停止一段时间进水，对生物膜的净化功能也不会带来明显的障碍，系统能够很快地得到恢复。（2 2）在低水温条件下也能保持一定的净化功能）在低水温条件下也能保持一定的净化功能 由于生物膜生物相的多样性，在低水温条件下，生物膜仍能够保持较为良好的净化功能，温度变化对它的影响较小。2023-7-2917（3 3）易于固液分离）易于固液分离 从生物膜上脱落下来的生物污泥，所含动物成分较多，比重较大，易于固液分离，即或大量增殖丝状菌，也没有产生污泥膨胀之虑。（4 4）能够处理低浓度污水）能够处理低浓度污水 活性污泥法处理系统，如进水BOD在5060mg/l以下，絮凝体由于营养物
22、质不足而形成恶化，处理水水质低下；但是，生物膜法处理系统对有机物浓度低的污水，也能够取得较好的处理效果，可使进水BOD为20mg/l的污水降至出水BOD为510mg/l。（5 5）动力费用低）动力费用低 生物膜法中的生物滤池、生物转盘等工艺，都是节省能源的，其动力费用都较低，使去除单位重量的BOD的耗电量较少。2023-7-2918（6 6）产生的污泥量少）产生的污泥量少 与活性污泥相比，在生物膜中出现了比较大型的生物，因而食物链也比活性污泥的长，故剩余污泥量明显减少，特别是在生物膜较厚时，底部厌氧层的厌氧菌能够降解好氧过程合成的剩余污泥，从而使总的剩余污泥量大大减少。正是这些原因，使生物膜法
23、产生的污泥量比活性污泥法少得多，因而可减轻污泥处理与处置的费用。一般来说，产生的污泥量较活性污泥法能够少25%30%。（7 7）具有较好的硝化与脱氮功能）具有较好的硝化与脱氮功能 生物膜法的各项工艺具有良好的硝化功能，采取措施适当，还有进行脱氮的性能。（8 8）易于运行管理，无污泥膨胀问题）易于运行管理，无污泥膨胀问题 生物膜反应器具有较高的生物量，不需要污泥回流，易于维护与管理。另外，在生物膜反应器由于微生物附着生长，即使丝状菌大量生长，也不会导致污泥膨胀，相反还可利用丝状菌较强的分解氧化能力，提高处理效果。2023-7-2919第四节第四节 普通生物滤池普通生物滤池一普通生物滤池的构造一普
24、通生物滤池的构造 下图为两种典型的普通生物滤池结构图，它们都是由滤床（滤料层）、滤床（滤料层）、布水系统、排水系统和通风（供氧）系统布水系统、排水系统和通风（供氧）系统组成。图2-2 塔式生物滤池填料通风孔集水槽检查孔格栅进水布水管图2-1 普通生物滤池配水干管及支管渗水装置通气道滤料层进水喷嘴出水2023-7-29201 1滤床滤床 滤床由滤料组成。滤料是微生物生长栖息的场所滤料是微生物生长栖息的场所，理想的滤料应具备下述特性：能为微生物附着提供大量的表面积；使污水以液膜状态流过生物膜；有足够的空隙率，保证通风（即保证氧的供给）和使脱落的生物膜能随水流出滤池；不被微生物分解，也不抑制微生物的
25、生长，有较好的化学稳定性；有一定的机械强度，且价格低廉。早期滤床的滤料主要以拳状碎石为主，此外，碎钢渣、焦碳等也可作为滤料，其粒径在38mm左右，空隙率在45%50%左右，比表面积（可附着面积）在65100m2/m3之间。从理论上来讲，这类滤料粒径愈小，滤床的微生物可附着面积愈大，则生物膜的面积将愈大，滤床的工作能力也愈大。但粒径愈小，滤料间的空隙就愈小，滤床愈易被生物膜堵塞，滤床的通风也愈差，可见滤料的粒径不宜太小。2023-7-2921 60年代中期，塑料滤料开始被广泛采用，常用的有环状塑料滤料和波纹状塑料滤料。环状塑料滤料环状塑料滤料比表面积在98340m2/m3之间，空隙率为93%95
26、%；波纹状塑料滤料波纹状塑料滤料比表面积在81195m2/m3之间，空隙率为93%95%。国内目前还采用玻璃钢蜂窝状块状滤料玻璃钢蜂窝状块状滤料，空心间距在20mm左右，空隙率在95%左右，比表面积在200m2/m3左右。滤床高度滤床高度与滤料的密度滤料的密度有密切关系。石质拳状滤料组成的滤床高度一般在12.5m之间。一方面由于孔隙率低，滤床过高会影响通风；另一方面由于滤料太重将影响排水系统和滤池基础的结构。而塑料滤料比重很轻，每立方米仅重100kg左右，孔隙率则高达93%95%，使滤床高度不但可以提高，而且可以采用双层或多层构造。国外一般采用双层滤床，高7m左右；国内常采用多层的塔氏结构，高
27、度常在10m以上。滤池四周一般设池壁，池壁起围护滤料、减少污水飞溅的作用。常用滤池四周一般设池壁，池壁起围护滤料、减少污水飞溅的作用。常用砖、石或混凝土块砌筑。砖、石或混凝土块砌筑。2023-7-29222 2布水系统布水系统 设置布水系统的目的：设置布水系统的目的：为了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，即回转式布水器回转式布水器和固定式喷嘴布水系统固定式喷嘴布水系统。如图8-5所示，回转式布水器的中央是一根空心的立柱，底端与设在池底下面的进水管衔接。布水横管位于滤池上方，在其一侧开有喷水孔口，孔口直径1015mm，间距不等，愈距池心间距愈大，使滤池单位平面面积接
28、受的污水量基本上相等。布水器的横管可为两根（小池）或四根（大池），对称布置。污水通过中央立柱流入布水横管，由喷水孔口分配到滤池表面。污水喷出孔口时，作用于横管的反作用力推动布水器绕立柱旋转，转动方向与孔口喷嘴方向相反，所需水头在0.6m1.5m左右，如果水头不足，可用电动机转动布水器。进水竖管配水短管滤料图13-5 旋转式布水器2023-7-2923 如图8-6所示，固定式布水系统：固定式布水系统：由虹吸装置、馈水池、布水管道和喷嘴组成。污水经过初沉池后流入馈水池，当馈水池水位上升到某一高度时，池中积蓄的污水通过设在池内的虹吸装置，倾泻到布水管系，喷嘴开始喷水，且因水头较大，喷水直径较大。由于
29、出流水量大于入流水量，池中水位逐渐下降，因此喷嘴的水头逐渐降低，喷水半径也随之逐渐收缩。当池中水位降落到一定程度时，空气进入虹吸装置，虹吸被破坏，喷嘴即停止喷水。由于馈水池的调节作用，固定喷水系统的喷水是间隙的。这类布水系统需要较大的水头，约在2m左右。馈水池配水虹吸配水干管 及支管喷嘴滤料渗水装置通气道排水图1-4 固定式布水系统2023-7-29243 3排水系统排水系统 排水系统一般设于池底，一方面是收集滤床流出的污水与生物膜，另一方面保证通风供氧和支撑滤料。池底排水系统由池底、排水假底和集水沟组成。排水假底早期都采用混凝土栅板，或用金属栅板作为排水假底。假底的假底的空隙（过水面积）所占
30、面积不宜小于滤池平面的空隙（过水面积）所占面积不宜小于滤池平面的5%5%8%8%，与池底的距离不，与池底的距离不宜小于宜小于0.40.40.6m0.6m。池底除支撑滤料外，还要排泄滤后水，池底中心轴线上设有集水沟，两侧底面向集水沟倾斜，池底和集水沟的坡度约1%2%。集水沟要有充分的高度，并在任何时候不会满流，确保空气能在水面上畅通无阻，使滤池中空隙充满空气。4 4通风系统通风系统 通风系统主要是供给滤池中微生物需要的氧分。通风系统主要通过排水假底下部池壁上的通风孔进入空气，并靠滤池的自然拔风作用使空气均匀通过排水假底而进入滤料层。通风系统效果的好坏受滤池高度、滤池上下部的温差而影响较大。202
31、3-7-2925二普通生物滤池法的工艺流程二普通生物滤池法的工艺流程 低负荷生物滤池又称普通生物滤池，其处理流程主要都由初沉池、生物滤池和二沉池组成。初沉池的作用：初沉池的作用：主要是去除原污水中的大块悬浮物，一方面可去除部分有机物，另一方面是防止滤池的堵塞。二沉池的作用：二沉池的作用：主要是使生物滤池流出水中的生物膜进行泥水分离。普通生物滤池工艺的优点：普通生物滤池工艺的优点：处理效果好，BOD的去除率可达90%以上，出水BOD可下降到25mg/l以下，硝酸盐含量在10mg/l左右，出水水质稳定。缺点：占地面积大，易于堵塞，灰蝇很多，影响环境卫生。缺点：占地面积大，易于堵塞，灰蝇很多，影响环
32、境卫生。后来，人们通过采用新型滤料，革新流程，提出多种形式的高负荷生物滤池，使负荷率比普通生物滤池提高数倍，池子体积大大缩小。2023-7-2926原水初次沉淀池二次沉淀池生物滤池出水回流原水初次沉淀池二次沉淀池生物滤池出水回流图2-4 单级回流生物滤池法流程 图2-3 交替式生物滤池流程生物滤池生物滤池初次沉淀池二次沉淀池二次沉淀池泵出水泵原水 初次沉淀池原水生物滤池一级二次沉淀池生物滤池生物滤池原水初次沉淀池一级生物滤池二次沉淀池出水一级回流二级出水二级回流一级回流二级回流二级分流图2-5 两级回流生物滤池法流程两级回流流程27三普通生物滤池的机理三普通生物滤池的机理1 1普通生物滤池的工
33、作情况普通生物滤池的工作情况 普通生物滤池正常工作时，原污水通过布水设备连续地、均匀地喷洒到滤床表面上，污水以水滴地形成向下渗沥，或以波状薄膜的形式向下渗流。最后，污水到达排水系统，流出滤池。污水流过滤床时，有一部分污水、污染物和细菌附着在滤料表面上，微生物便在滤料表面大量繁殖，不久，形成一层充满微生物的粘膜，称为生物膜。这个起始阶段通常叫“挂膜”，是生物滤池的成熟期，只有在“挂膜”过程完成后生物滤池才能进入正常运行。2023-7-29282 2影响普通生物滤池性能的主要因素影响普通生物滤池性能的主要因素 （1 1）滤池高度滤池高度 对于下向流生物滤池，滤床的上层和下层相比，生物膜量、微生物种
34、类和去除有机物的速率均不相同。滤床上层，污水中有机物浓度较高，微生物繁殖速率高，种属较低级以细菌为主，生物膜量较多，有机物去除速率较高。随着滤床深度增加，微生物从低级趋向高级，种类逐渐增多，生物膜量从多到少。滤床中的这一递变现象，类似污染河流在自净过程中的生物递变。因为微生物的生长和繁殖同环境因素息息相关，所以当滤床各层的进水水质互不相同时，各层生物膜中的微生物就不相同，处理污水（特别是含多种性质相异的有害物质的工业废水）的功能也随着不同。2023-7-2929 （2 2）负荷率负荷率 生物滤池的负荷以污水流量表示以污水流量表示时，负荷率的单位是m3m3（水）（水）/m3d/m3d或或m3m3
35、（水）（水）/m2d/m2d，后一单位相当于m/dm/d，又称为平均滤率平均滤率。但是，由于生物滤池的作用是去除污水中的有机物或特定污染物，因此，它的负荷率应以有机物或特定污染物为准较合理，对于一般污水则常以有机物或特定污染物为准较合理，对于一般污水则常以B0D5B0D5为准，为准，负荷率的单位以kgkg（B0D5B0D5或特定物质）或特定物质）/m3/m3滤料滤料.d.d表示表示。这样，生物滤池的负荷率有三种表达方式。以流量为准的负荷率常称水力负荷率；水力负荷率以流量为准的负荷率常称水力负荷率；水力负荷率采用滤率为单位时，又称为表面水力负荷率；以采用滤率为单位时，又称为表面水力负荷率；以B0
36、D5B0D5为准的负荷率常称有为准的负荷率常称有机负荷率。机负荷率。普通生物滤池，滤率一般在1-2m/d左右，不超过4m/d。在此低负荷率的条件下，随着滤率的提高，污水中有机物的传质速率加快，生物膜量增多，滤床特别是它的表层很容易堵塞；但是，当滤率提高到8m/d以上时，下渗污水对生物膜的水力冲刷作用，使生物滤池堵塞现象又获改善。在高负荷条件下，随着滤率的提高，污水在生物滤池中的停留时间缩短，出水水质将相应下降。为此，可以利用污水厂出水回流（回流滤池），或提高滤床高度（塔式生物滤池）来改善进水水质，从而提高滤率和保证出水水质。2023-7-2930 （3 3）回流回流 回流：回流：利用污水厂的出
37、水或生物滤池出水稀释进水的做法。回流比：回流比：回流水量与进水量之比。回流对生物滤池性能有下述影响：回流可提高生物滤池的滤率，它是使生物滤池由低负荷率演变为高负荷率的方法之一（增大滤床高度也可提高负荷率）；提高滤率有利于防止滴滤池中产生灰蝇和减少恶臭（淹没式生物滤池不存在此现象）；当进水缺氧、腐化、缺少营养元素或含有有害物质时，回流可改善进水的腐化状况，提供营养元素和降低毒物浓度；进水的质和量有波动时，回流有调节和稳定进水的作用。回流将降低入流污水的有机物浓度，减少流动水与附着水中有机物的浓度差，因而降低传质和有机物去除速率。另一方面，回流增大流动水的紊动程度，增快传质和有机物的去除速率，当后
38、者的影响大于前者时，回流可以改善滤池的工作。2023-7-2931四其它形式的生物滤池四其它形式的生物滤池1 1塔式生物滤池塔式生物滤池 塔式生物滤池也称高负荷生物滤池，其在构造上与普通生物滤池基本相同，它与普通生物滤池的区别：它与普通生物滤池的区别：将滤料在滤池中分层叠加，所以把每层滤床作为独立单元时，可看成是多段滤床的串联。它比普通生物滤池大幅度提高了滤池的负荷率，BOD容积负荷率比普通生物滤池高68倍，水力负荷则高达10倍。当原污水中有机物浓度较大且处理后的出水水质要求较高时，塔式生物滤池一般都需要将处理水进行回流，这样可以均化与稳定进水水质，降低进入高负荷滤池的BOD值，同时加大了水力
39、负荷，及时冲刷过厚和老化的生物膜，一方面避免堵塞，另一方面使生物膜迅速更新并经常保持较高的活性。2023-7-29322 2 活性生物滤池活性生物滤池 活性生物滤池：活性生物滤池：将生物滤池与活性污泥曝气池串联运行在一起形成组合的生物膜活性污泥工艺，污水与回流污泥一同进入滤池进行生物处理。活性生物滤池在进水时由于采用了较多的活性污泥回流，滤床中具有大量的活性微生物，滤池中就发生了较高的微生物的同化作用，也就是说活性生物滤池就好象高效的微生物合成器，进水中大量的有机物首先在此被活性污泥所吸附和氧化，并进行微生物的大量合成。但由于污水和活性污泥在此滤池中的停留时间较短，微生物对吸附在活性污泥上的有
40、机物还没有完全氧化，故滤池出水尚需在后续的曝气池中进一步曝气处理以达到良好的出水水质，也正是由于活性生物滤池的这种作用，使得后续曝气池的负荷大为减轻且波动减小。活性生物滤池的构造基本上同塔式生物滤池，只是滤床高度较低而已，一般为5m左右，采用的滤料一般有水平安放的木板条，这些板条在滤床中交错排列。此外还有采用塑料蜂窝填料，其孔径不小于25mm。2023-7-2933 （4 4）供氧供氧 普通生物滤池中，微生物所需的氧一般直接来自于大气，并靠自然通风供给。影响生物滤池通风的主要因素:滤床自然拨风能力和风速。自然拨风的推动力是池内温度和气温之差，以及滤池的高度。温度差愈大，通风条件愈好。当水温较低
41、，滤池内温度低于气温时（夏季），池内气流向下流动；当水温较高，池内温度高于气温时（冬季），气流向上流动。若池内外无温差时，则停止通风。正常运行的生物滤池，自然通风可以提供生物降解所需的氧量。当入流污水有机物浓度较高时，供氧条件可能成为影响生物滤池工作的主要因素。对于普通生物滤池，当进水有机物浓度低时，氧的供给一般是充足的；而当COD400500mg/l时，生物滤池供氧严重不足，生物膜好氧层厚度变薄，厌氧层变厚。所以为保证生物滤池正常工作，有人建议滤池进水COD应小于400mg/l，当进水浓度高于此值时，必须通过回流的方法，降低滤池进水有机物浓度，以保证生物滤池供氧充足，正常运行，但由此使得生物
42、滤池的体积和占地面积大大增加。2023-7-2934五普通生物滤池的计算五普通生物滤池的计算 普通生物滤池处理系统的构成：初沉池、滤池本身普通生物滤池处理系统的构成：初沉池、滤池本身和后续的二沉池后续的二沉池，另外有时还有回流系统回流系统。其功能设计一般包括：其功能设计一般包括：滤池类型和流程选择滤池类型和流程选择；滤池个数滤池个数和滤床尺寸和滤床尺寸的确定；初沉池、二沉池的形式初沉池、二沉池的形式、个数和工艺尺寸的确定个数和工艺尺寸的确定；布水布水设备计算设备计算。1 1 滤池类型的选择滤池类型的选择 低负荷生物滤池仅在污水量小、地区偏僻、石料不贵的场合尚有可能选用。目前，大多数工程采用高负
43、荷生物滤池高负荷生物滤池，其主要有两种类型两种类型：带回流的生带回流的生物滤池物滤池和塔式生物滤池塔式生物滤池。滤池类型的选择，应通过占地面积、基建费用和运行费用的比较而定。2023-7-29352 2 流程的选择流程的选择 确定流程需要解决的问题：是否设初沉池；采用几级滤池；是否采用回流，回流方式和回流比的确定。当废水含悬浮物较多时，宜设置初沉池，以避免曝气生物滤池阻塞。处理城市污水时，一般都设置初沉池。当进水有如下三种情况时，应考虑用二沉池出水进行回流：入流有机物浓度较高，可能引起供氧不足时；水量很小，无法维持水力负荷在最小经验值以下时；污水中某种污染物在高浓度时可能抑制微生物生长的情况下
44、，应考虑回流。2023-7-29363 3 滤池个数和滤床尺寸的确定滤池个数和滤床尺寸的确定 生物滤池的工艺设计内容：确定滤床总体积、面积和高度生物滤池的工艺设计内容：确定滤床总体积、面积和高度。设计时可按负荷率计算，或经过试验后用经验公式计算。（1）滤床总体积（V）（8-1）式中：滤床总体积，m3；污水进滤池前的BOD平均值，mg/l；污水日平均流量，m3/d，采用回流式生物滤池时，此项应为 ，回流比 可根据经验确定；有机负荷率，kgBOD5/m3d NqVvs0V0sVq)1(rqvrN2023-7-2937（2 2）滤床的高度确定）滤床的高度确定 滤床的高度一般是根据经验或试验结果确定的
45、。例如低负荷滤池滤床高度一般在2m左右；两级回流生物滤池滤床高度一般在11.8m左右；塔式生物滤池滤床高度一般在8m以上。在滤床的总体积和高度确定之后，滤床的总面积就可以计算出。当总面积不大时，可采用单座或双座或多座滤池组合。4.4.回转式布水器的计算回转式布水器的计算计算的主要内容：确定布水横管数量 布水管上的空口数和在布水横管上的位置 布水器的转速2023-7-2938（1 1）布水横管数量直径布水横管数量直径 布水横管数量决定于池子和滤率的大小，布水量大时用四根，一般用两根。如果每根布水横管的最大设计流量为qV,横管进水端流速v，布水横管直径D1，则：（m）当每座滤池处理水量为qV,横管
46、数量为n，回流比为R时，则：式中：qV 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；qV 每座滤池处理水量，m3/s；n 横管数量。D1 布水横管直径，m。21)2(DvSvqVvqvqDVV124nqRqVV)1(2023-7-2939（2 2）孔口数及在布水管上的位置）孔口数及在布水管上的位置 假定每个出水孔口喷洒的面积基本相同，孔口数m可按下面公式计算：式中：d 孔口直径，一般为1015mm，孔口流速不小于2m/s；D2 回转布水器直径（mm），比滤池内径小200mm；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
47、的排列顺序。224111DdmmiDri222023-7-2940（3 3）布水器的转速）布水器的转速 布水横管的回转速度与速率、横管数量有关，见下表：滤率（m/d)转速（r/min）（4根横管）转速（r/min）（2根横管）15 1 2 20 2 3 25 2 4 也可以按下面近似公式计算：也可以按下面近似公式计算：（4 4）其它要求其它要求布水管材质：布水管材质：钢管或铝管安装位置：安装位置：管底离滤床表面的距离一般为150250mm，以避免风力影响布水器所需水头：布水器所需水头：0.51.0m2261078.34VqDmdn2023-7-29415.5.按有机物降解动力学公式进行生物滤池
48、的设计计算按有机物降解动力学公式进行生物滤池的设计计算 在生物滤池中，各个时刻反应的速度和该时刻水中的有机物含量成正比，具有以下关系：式中：L1 滤池进水的有机物浓度（mg/L）；L2 滤池出水的有机物浓度（mg/L）；K 有机物降解反应常数（d-1）；t 污水与滤料平均接触时间（d）。由于污水与滤料平均接触时间与滤料厚度及滤池的水力负荷有关，并有以下公式：式中：H 滤池内滤料厚度（m）；q 滤池水力负荷，m3/m2d；c、n 与滤料及其比表面有关的函数值（常数）tKLL1012nqcHt 2023-7-2942将该式代入上式即得：取：则：其中K值与处理水温有关，其与标态下的K(20)有如下关系：K(T)=K(20)1.035T-20nqCHKLL/1210CKKnqKHLL/12102023-7-2943
