生物膜法原理与应用.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,内容：,生物滤池,生物转盘,目标与要求：,掌握生物膜法原理,掌握生物滤池工艺原理,生物膜法,1/75,一、生物膜法,生物膜,微生物（真核）附着在滤料或一些载体表面上生长繁殖，并在其上形成膜状生物污泥。,生物膜法：污水经过（从前往后含有细菌原生动物后生动物、从表至里具好氧间氧厌氧）生物膜,系统而得到净化生物处理技术。,2/75,1893,年英国,Corbett,在,Salford,创建了第一个含有喷嘴布水装置生物滤池。,生物膜法是对污水土地模拟和强化。,生物膜法主要用于从污水中去除溶解性有机污染物，是一个被广泛采取生物处理方法。,生物膜法主要,优点,是对水质、水量改变适应性较强。,生物膜法,共同特点,是微生物附着在介质“滤料”表面上，形成生物膜，污水同生物膜接触后，溶解有机污染物被微生物吸附转化为,H,2,O,、,CO,2,、,NH,3,和微生物细胞物质，污水得到净化，所需氧气普通来自大气。,3/75,废水流过生物膜时，有机物经附着水层向膜内扩散。膜内微生物在氧参加下对有机物进行分解和机体新陈代谢。代谢产物沿底物扩散相反方向，从生物膜传递返回水相和空气中。,微生物生长繁殖,生物膜厚度增大,底物和氧传递阻力加大,膜内营养不足,出现厌氧层,厌氧层产气,+,膜附着力减小,+,水力冲刷,膜脱落,新膜生长,4/75,生物膜法,主要设施,生物接触氧化池,生物流化床,间歇生物滤池,普通（单层）生物滤池,塔式（多层）生物滤池,生,物,转,盘,生,物,滤,池,5/75,6/75,生 物 滤 池,7/75,生物滤池法流程,8/75,建设中生物滤池,9/75,10/75,11/75,12/75,经典生物滤池结构,滤 床,布水设备,排水系统,13/75,滤床由滤料组成。滤料是微生物生长栖息场所，理想滤料应具备下述特征：,(1),能为微生物附着提供大量面积；,(2),使污水以液膜状态流过生物膜；,(3),有足够空隙率，确保通风（即确保氧供给）和使脱落生物膜能随水流出滤池；,(4),不被微生物分解,也不抑制微生物生长，有很好化学性能；,(5),有一定机械强度；,(6),价格低廉。,滤料粒径并非越小越好，会造成堵塞，影响通风。早期主要以拳状碎石为滤料，其直径在,3,8cm,左右，空隙率在,45,50,左右，比表面积（可附着面积）在,65,100m,2,/m,3,之间。,滤 床,14/75,两种常见塑料滤料,滤料比表面积在,98,340m,2,/m,3,之间，孔隙率为,93,95,滤料比表面积在,81,195m,2,/m,3,之间，孔隙率为,93,95,国内当前采取玻璃钢蜂窝状块状滤料，孔心间距在,20mm,左右，孔隙率,95,左右，比表面积在,200m,2,/m,3,左右。,15/75,16/75,滤床高度同滤料密度有亲密关系,塑料滤料每立方米质量仅为,100kg,左右，孔隙率高达,93,95,，滤床高度不但能够提升，而且能够采取双层或多层结构。,国外普通采取双层滤床，高,7m,左右；国内常采取多层“塔式”结构，高度在,10m,以上。,石质拳状滤料组成滤床高度普通在,1,2.5m,之间。首先是因为孔隙率低，滤床过高会影响通风；另首先因为太重,过高会影响排水系统和滤池基础结构。,17/75,布 水 设 备,设置目标,为了使污水能均匀地分布在整个滤床表面上,生物滤池布水设备分为两类,固定式喷嘴,布水系统,回转式布水器中央是一根空心立柱，底端与设在池底下面进水管衔接。其所需水头在,0.6,1.5m,左右。,固定式布水系统是由虹吸装置、馈水池、布水管道和喷嘴组成。这类布水系统需要较大水头，约在,2m,左右。,移动式（惯用回,转式）布水器,18/75,19/75,20/75,脉冲式生物滤池配水系统,21/75,排 水 系 统,作,用,搜集滤床流出污水与生物膜,确保通风,支撑滤料,22/75,池底排水系统组成,池底,排水假底,集水沟,排水假底是用特制砌块或栅板铺成，滤料堆在假底上面。假底空隙率大于滤池面积,5,8,，高于池底,0.4,0.6m,。,池底除支撑滤料外，还要排泄滤床上来水，池底中心轴线上设有集水沟，两侧底面向集水沟倾斜，池底和集水沟坡度约,1,2,。,集水沟要有充分高度，并在任何时候不会漫流，确保空气能在水面上通畅无阻，使滤池中空隙充满空气。,23/75,24/75,25/75,26/75,低负荷生物滤池又称普通生物滤池。,优点：,处理效果好，,BOD,5,去除率可达,90,以上，出水,BOD,5,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，灰蝇很多，影响环境卫生。,生物滤池法流程,27/75,交替式二级生物滤池法流程,交替式二级生物滤池法比并联流程负荷率可提升两三倍。,运行时，滤池是串联工作，污水经初步沉淀后进入一级生物滤池，出水经对应中间沉淀池去除残膜后用泵送入二级生物滤池，二级生物滤池出水经过沉淀后排出污水厂。,工作一段时间后，一级生物滤池因表面生物膜累积，即将出现堵塞，改作二级生物滤池，而原来二级生物滤池则改作一级生物滤池。,28/75,回流式二级生物滤池法流程,29/75,国外运行经验表明，在处理城市污水时，回流式生物滤池处理效率大致以下：,生物滤池一个主要优点是运行简单，所以，适合用于小城镇和边远地域。,单级滤池法,当滤池负荷率在,1.7kg,（,BOD,5,）,/(m,3,d)(,滤料,),以下时，出水,BOD,5,约为滤池进水,BOD,5,1/3,。,二级滤池法,二沉池出水,BOD,5,为二级池进水,BOD,5,1/2,；假如一级滤池进水不经沉淀直接流向二级滤池，则一级滤池出水,BOD,5,为进水,BOD,5,1/2,。,30/75,生物滤池工作情况,生物滤池,机理,污水经过布水设备连续地、均匀地喷洒到滤床表面上，在重力作用下，污水以水滴形式向下渗沥，或以波状薄膜形式向下渗流。最终，污水抵达排水系统，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，很快，形成一层充满微生物黏膜，称为生物膜。这个起始阶段称为挂膜，是生物滤池成熟期。,挂 膜,31/75,污水流过成熟滤床时，污水中有机污染物被生物膜中微生物吸附、降解，从而得到净化。,生物膜表层生长是好氧和兼性微生物，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,H,2,O,、,CO,2,、,NH,3,等。,因为氧在生物膜表层已耗尽,生物膜内层微生物处于厌氧状态。在这里,进行是有机物厌氧代谢,终点产物是有机酸,乙醇、醛和,H,2,S,等。,因为微生物不停繁殖，生物膜不停加厚，超出一定厚度后，吸附有机物在传递到生物膜内层微生物以前，已被代谢掉。此时，内层微生物因得不到充分营养而进入内源代谢，失去其黏附在滤料上性质，脱落下来随水流出滤池，滤料表面再重新长出新生物膜。,生物滤池工作情况,生物滤池,机理,32/75,有机物转化深度,生物膜脱落原因,真菌,藻类,原生,动物,后生,动物,一些肉眼可见蠕虫、昆虫幼虫,细菌（好氧、,厌氧、兼性）,低负荷滤池,：原因复杂，昆虫及其幼虫活动促使生物膜脱落。,生物膜组成,高负荷滤池,：水力冲刷使生物膜不停脱落，生物膜厚度与滤率大小相关。,低负荷滤池,：有机物被深度转化，出水中硝酸盐含量较高，残膜呈深棕色，类似腐殖质，沉淀性能很好。,高负荷滤池,：只有在负荷率较低时，出水才含有较低硝酸盐，残膜易腐化。,33/75,影响生物滤池性能主要原因,这些过程发生和发展决定了生物滤池净化污水性能。影响这些过程主要原因有：,滤池高度,负 荷 率,回 流,供 氧,生物滤池中有机物降解过程,同时发生着多过程,有机物在污水和生物膜中传质过程,氧在污水和生物膜中传质过程,生物膜生长和脱落等过程,有机物好氧和厌氧代谢过程,34/75,滤 床,影响生物滤池性能主要原因,滤池高度,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。,伴随滤床深度增加,微生物从低级趋向高级，种类逐步增多,生物膜量从多到少。,滤床上层和下层相比,生物膜量、微生物种类和去除有机物速率均不相同。,滤床中这一递变现象，类似污染河流在自净过程中生物递变。,当滤床各层进水水质互不相同时,各层生物膜微生物就不相同,处理污水功效也随之不一样。,滤 床,35/75,影响生物滤池性能主要原因,滤池高度,36/75,有机负荷率：以,BOD,5,为准，,kg,（,BOD,5,或特定污染物质）,/m,3,d,。,影响生物滤池性能主要原因,负 荷 率,生物滤池负荷率有三种表示形式：,表面水力负荷率：,m,3,（水）,/,（,m,2,d,），又称平均滤率，,m/d,。,因为生物滤池作用是去除污水中有机物或特定污染物，所以，它负荷率通常以有机物或特定污染物质为准较合理。,有机负荷率：以,BOD,5,为准，,kg,（,BOD,5,或特定污染物质）,/,（,m,3,d,）。,水力负荷率：以流量为准，,m,3,(,水,)/m,3,(,滤料,),d,。,37/75,影响生物滤池性能主要原因,负 荷 率,在,低负荷,条件下，伴随滤率提升，污水中有机物传质速率加紧，生物膜量增多，滤床尤其是它表面很轻易堵塞。,在,高负荷,条件下，伴随滤率提升，污水在生物滤床中停留时间缩短，出水水质将对应下降。,38/75,39/75,影响生物滤池性能主要原因,回 流,回流,利用污水厂出水或生物滤池出水稀释进水做法称回流，回流水量与进水量之比叫回流比。,回流对生物滤池性能影响：,（,1,）回流可提升生物滤池滤率，它是使生物滤池负荷率由低变高方法之一；,（,2,）提升滤率有利于预防产生灰蝇和降低恶臭；,（,3,）当进水缺氧、腐化、缺乏营养元素或含有有害物质时，回流可改进进水腐化情况、提供营养元素和降低毒物质浓度；,（,4,）进水质和量有波动时，回流有调整和稳定进水作用。,40/75,影响生物滤池性能主要原因,供 氧,温度差越大，通风条件越好；,当水温较低，滤池内温度低于水温时（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；,若池内外无温度差，则停顿通风；,正常运行生物滤池，自然通风能够提供生物降解所需氧量，自然通风不能满足时，应考虑强制通风。,生物滤池中，微生物所需氧普通直接来自大气，靠自然通风供给。,影响生物滤池通风主要原因是滤床自然拔风和风速。,自然拔风推进力是池内温度与气温之差以及滤池高度。,41/75,生物滤池系统功效设计,滤池类型和流程选择,滤池个数和滤床尺寸确实定,二次沉淀池形式、个数和工艺尺寸确实定,布水设备计算,42/75,滤 池 类 型 选 择,低负荷生物滤池现在已经基本上不惯用，仅在污水量小、地域比较偏僻、石料不贵场所还有可能使用。,大多采取高负荷生物滤池,两种类型,回流式,塔式（多层式）,滤池类型选择，只有经过方案比较，才能得出合理结论。,占地面积，基建费用和运行费用比较，常起关键作用。,43/75,流 程 选 择,确定流程时要处理问题,是否设首次沉淀池,采取几级滤池,是否采取回流，回流方式和回流比确实定,当废水含悬浮物较多，采取拳状滤料时,须有首次沉淀池,以防止生物滤池阻塞。处理城市污水时,普通都设置首次沉淀池。,下述三种情况应考虑用二次沉淀池出水回流：,入流有机物浓度较高，可能引发供氧不足时；,水量很小，无法维持水力负荷率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情况下。,44/75,滤 池 个 数 和 滤 床 尺 寸 确 定,滤床总体积（,V,）,式中：,V,滤床总体积，,m,3,；,s0,污水进滤池前,BOD,5,平均值，,mg/L,；,q,v,污水日平均流量，,m,3,/d,，采取回流式生物滤池时，此项应为,q,v,(1+,r,),，回流比,r,可依据经验确定；,N,有机负荷率，,kg BOD,5,/,（,m,3,d,）。,45/75,滤 池 个 数 和 滤 床 尺 寸 确 定,计算滤床总体积（,V,）时，应注意下述问题：,计算时采取负荷率应与设计处理效率对应。通常，负荷率是影响处理效果主要原因，二者常相提并论。,下表所表示数据是城市污水普通经验概括。,影响处理效果原因很多，除负荷率之外，主要还有污水浓度、水质、温度、滤料特征和滤床高度。对于回流滤池，则还有回流比。,没有经验能够援用工业废水，应经过试验，确定其设计负荷率。试验性生物滤池滤料和滤床高度应与设计相一致。,8595,7590,6585,46/75,依据计算结合经验确定。,在滤床总体积和高度确定后，滤床总面积能够算出。当总面积不大时，可采取,2,个滤池。,当前生物滤池最大直径为,60m,，通常是在,35m,以下。,最终应该核实滤速，看它是否合理。回流生物滤池池深浅，滤速普通不超出,30m/d,，其滤率确实定与进水,BOD,5,相关，以下表所表示。,滤 池 个 数 和 滤 床 尺 寸 确 定,（,2,）滤床高度确实定,进水,BOD,5,/,（,mg,L,-1,）,120,150,200,滤率,/(m,3,m,-2,d,-1,),25,20,15,47/75,已知某城镇人口,80000,人，排水量定额为,100L/,（人,d,），,BOD,5,为,20g/,（人,d,）。设有一座工厂，污水量为,m,3,/d,，其,BOD,5,为,2200mg/L,。拟混合采取回流式生物滤池进行处理，处理后出水,BOD,5,要求到达,30mg/L,。,基本设计参数计量,（设在此不考虑首次沉淀池计算）,生活污水和工业废水总水量：,生活污水和工业废水混合后,BOD,5,浓度：,因为生活污水和工业废水混合后,BOD,5,浓度较高，应考虑回流，设回流稀释后滤池进水,BOD,5,为,300mg/L,回流比为：,例,:,解,:,48/75,生物滤池个数和滤床尺寸计算,设生物滤池有机负荷率采取,1.2kgBOD,5,/,（,m,3,d,），于是生物滤池总体积为：,设池深为,2.5m,则滤池总面积为：,若采取,6,个滤池，每个滤池面积：,滤池直径为：,校核,经过计算，采取,6,个直径,21m,、高,2.5m,高负荷生物滤池。,49/75,采取公式进行计算步骤,第一步是选定滤料和进水方式，然后进行试验，求得,K,、,m,和,n,等常数值,第二步确定是否回流，若需要回流，则要确定回流比,最终计算滤池尺寸,50/75,已知某工业废水,COD,B,为,700mg/L,，水量为,7080m,3,/d,。选取塑料滤料，在满足出水水质要求条件下，其最小水力负荷为,24.4m,3,/,（,m,2,d,），最大水力负荷为,244m,3,/,（,m,2,d,）。试验得到,K,=128,、,m,=-0.45,、,n,=-0.55,。要求出水,COD,B,小于,30 mg/L,。,因为入流污水浓度较高，应考虑用二次沉淀池回流。当回流比为,1,时，滤池进水,COD,B,365 mg/L,。而回流比为,2,时，滤池进水,COD,B,253mg/L,。,例,:,解,:,回流比为,1,时：,要求池子最小面积为（,70802,）,/244=58m,2,，最大面积为（,70802,）,/24.4=580m,2,。,回流比为,2,时：,要求池子最小面积为（,70803,）,/244=87m,2,，最大面积为（,70803,）,/24.4=870m,2,。,51/75,回转式布水器计算,计算主要内容,确定布水横管根数（普通是,2,根和,4,根）和直径,布水管上孔口数和在布水横管上位置,布水器转速,52/75,53/75,1.,布水横管根数与直径,布水横管根数：布水横管根数决定于池子和滤速大小，,n,取偶数，布水水量大时用,4,根，普通用,2,根。,布水横管直径,D,1,：,式中：,q,v,每根布水横管最大设计流量，,m,3,/s,；,v,横管进水段流速，,m/s,；,q,v,每个滤池处理水量，,m,3,/s,；,n,横管数。,54/75,2.,洒水孔数及在布水横管上位置,假定每个出水孔口喷洒面积基本相同，孔口数,(,m,),计算公式为：,式中,:,d,孔口直径，普通为,1015mm,，孔口流速,2m/s,左右或更大些；,D,2,回转布水器直径，,mm,，比滤池内径小,200mm,。,第,i,个孔口距滤池中心距离（,r,i,）为：,55/75,3.,布水器转速,布水横管回转速度与滤速、横管根数相关，以下表所表示。,布水横管能够采取钢管或铝管，其管底离滤床表面距离，普通为,150,250mm,，以防止风力影响。布水器所需压力为,0.5,1.0m,。,也能够近似地用下式计算：,滤率,/,（,m,d,-1,）,转速,/,（,r,min,-1,）,(4,根横管,),转速,/,（,r,min,-1,）,(2,根横管,),15,1,2,20,2,3,25,2,4,56/75,生物滤池正式运行之后，有一个“挂膜”阶段，即培养生物膜阶段。在这个始运行阶段，洁净无膜滤床逐步长了生物膜，处理效率和出水水质不停提升，终于进入正常运行状态。当温度适宜时，始运行阶段历时约一周。,处理含有毒物质工业废水时，生物滤池运行要按设计确定方案进行，普通说来，这种有毒物质正是生物滤池处理对象，而能分解氧化这种有毒物质微生物常存在于普通环境中，无需从外界引入；不过，在普通环境中，它们在微生物群体中并不占优势，或对这种有毒物质还不太适应，所以，在滤池正常运行前，要有一个让它们适应新环境、繁殖壮大始运行阶段，称为“驯化挂膜”阶段。,驯化挂膜方式：,一个方式是从其它工厂废水站或城市废水厂取来活性污泥或生物膜碎屑,进行驯化，挂膜。,另一个方式是用生活污水、城市污水、河水或回流出水代替部分工业废水进行运行，运行过程中把二次沉淀池中污泥不停回流到滤池进水中。,生物滤池运行及其经验,57/75,生 物 转 盘,60,年代起源于德,国，我国,70,年代引,进，能耗低，效果,好技术,适用范围广（城市,污水、各类工业,水）,58/75,生物转盘流程,59/75,生物转盘工作特点,（,1,）不需曝气和回流，运行时动力消耗和费用低；,（,2,）运行管理简单，技术要求不高；,（,3,）工作稳定，适应能力强；,（,4,）适应不一样浓度、不一样水质污水；,（,5,）剩下污泥量少，易于沉淀脱水；,（,6,）没有滤池蝇、恶臭、堵塞、泡沫、噪音等问题；,（,7,）可多层立体布置；,（,8,）普通需加开孔防护罩保护、保温。,1954,年在联邦德国,Heilbronn,建成世界上第一座生物转盘污水处理厂。,60/75,生物转盘主要组成部分,生物转盘结构,转动轴,盘片,废水处理槽,驱动装置,61/75,盘片：高强度、轻质、耐腐蚀。,直径：,23m,，转速,23r/min,，间距,2030mm,。,受材料、污水与膜接触均匀性、外缘膜易脱落等影响，直径不可能做大。,生物转盘结构,转动轴：含有足够强度和刚度，预防断裂和挠曲。,直径：,50mm,以上，长度,0.57m,。,处理槽：与盘片相吻合半圆形或多边形，净空相距,2050mm,，设排泥和放空管。,驱动装置：,机械驱动装置；,空气驱动装置；,水轮驱动装置。,62/75,生物转盘主体是垂直固定在水平轴上一组圆形盘片和一个同它配合半圆形水槽。,微生物生长并形成一层生物膜附着在盘片表面，约,40%50%,盘面（转轴以下部分）浸没在废水中，上半部敞露在大气中。,工作时，废水流过水槽，电动机转动转盘，生物膜和大气与废水轮替接触，浸没时吸附废水中有机物，敞露时吸收大气中氧气。转盘转动,带进空气,并引发水槽内废水紊动,使溶解氧均匀分布。,生物膜厚度约为,0.52.0mm,，伴随膜增厚，内层微生物呈厌氧状态，失去活性时使生物膜脱落，并随同出水流至二次沉淀池。,63/75,生物转盘布置方式,64/75,空气驱动式生物转盘,65/75,66/75,曝气池与生物转盘相组合,67/75,生物转盘设计计算,生物转盘负荷率与废水性质、废水浓度、气候条件及结构、运行等各种原因相关，设计时能够经过试验或依据经验值确定。,设计主要内容是计算转盘总面积。,水力负荷和有机负荷：,水力负荷,:m,3,(,污水,)/m,3,(,槽,),d;m,3,(,污水,),/m,2,(,盘片,),d,有机负荷,:kg,(,BOD,5,),/m,3,(,槽,),d;kg,(,BOD,5,),/m,2,(,盘片,),d,68/75,生物转盘设计计算方法,设计参数如有机负荷、水力负荷、停留时间等可经过试验求得，然后进行生产规模生物转盘设计。,威尔逊等人用生活污水进行了试验研究，提议当采取,0.5m,直径转盘试验所得参数进行设计时，转盘面积宜比计算值增加,25,；当试验采取转盘直径为,2m,时，则宜增加,10,面积。,当没有条件进行试验时，能够用经验性图表、经验值（以下页表）进行计算。,经过试验求得需要设计参数,用经验图表或经验值计算,69/75,污水性质,处理程度（出水,BOD,5,）,/,（,mg,.,L,-1,),盘面负荷,/,（,g,.,m,-2.,d,-1,),备注,生活污水,60,2040,国外资料,30,1020,煮炼废水,60,1216,益阳、株洲萱麻纺织厂,3040,上海萱麻试验厂,染色废水,30,20,南京织布厂,128255,上海第三印刷厂,生活污水,10,4,生活污水,69,国营长空机械厂,16,79,北京结核病医院,164,生物转盘设计计算方法,70/75,生物转盘设计计算方法,71/75,生物转盘设计计算方法,72/75,生物转盘设计计算方法,73/75,序号,污水类型,进水,BOD,5,/(mg,.,L,-1,),进水,COD/(mg,.,L,-1,),水力负荷,/(m,3.,m,-2.,d,-1,),BOD,5,负荷,/(g,.,m,2.,d,-1,),COD,负荷,/(g,.,m,2.,d,-1,),停留时间,/h,废水水温,/C,1,含酚,酚,50250,(152),280 670,(495),0.05 0.113,(0.070),15.5 35.5,(22.8),1.5 2.7,(2.6),t15,(10.5),2,印染,100 280,(158),250 500,(392),0.04 0.24,(0.12),12 23.2,(16.2),10.3 43.9,(28.1),0.6 1.3,t10,3,煤气站含酚,130 765,(365),0.019 0.1,(0.055),12.2,26.4,1.3 4.0,(2.95),t20,4,酚醛,442 700,(600),0.031,7.15 22.8(15.7),11.7 24.5,(17.8),3.0,t=24,5,酚氰,酚,40 90,CN20 40,0.1,2.0,6,苯胺,苯胺,53,0.03,2.3,t=21 28,7,萱麻煮炼黑液,367,531,0.066,1.6,8,丙稀腈,CN,19.7 21.0,297,0.05 0.4,(0.075),9,腈纶,AN200,BOD300,0.1 0.2,(0.15),1.9,t=30,10,氯丁污水,BOD120,氯丁二烯,20,400,0.16,32.6,38.1,t=15 20,生物转盘设计计算方法,部分工业废水设计负荷,74/75,思索题,比较活性污泥法与生物膜法优缺点,75/75,