第3章-生物处理.ppt

,*,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,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,*,第,3,章 微污染水生物处理技术,1,曝气生物滤池,(BAF),又名,:,淹没式曝气生物滤池,发展过程：,普通滴滤池高负荷生物滤池塔式生物滤池曝气生物滤池,高负荷生物滤池,构造,高负荷生物滤池是生物滤池的第二代工艺。,池体：,平面上多为圆形。,滤料层高一般为,2m,。,布水：,多使用旋转式布水器。,滤料：,滤料粒径较大，一般为,40,100mm,，工作层滤料的粒径一般为,40,70mm,，承托层则为,70,100mm,，孔隙率较高，可以防止堵,塞和提高通风能力；,滤料常采用卵石、石英砂、花岗岩等，一般以表面光滑的卵石为,好；,目前常采用塑料滤料：多用聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯等制,成；形状有波纹板式、斜管式和蜂窝式等，特点有：质量轻、强,度高、耐腐蚀、比表面积和孔隙率较大。主要缺点：造价较高，,初期投资较大。,适用：,处理浓度和流量变化比较大的水。进水水质要求：,BOD5200mg/L,，否则原水需稀释。,均化与稳定进水水质；,加大水力负荷，及时地冲刷过厚和老化的生物膜，加速生物膜的,更新，抑制厌氧层发育，保持生物膜较高的活性；,抑制滤蝇的过度滋生；,减轻散发的臭气。,适用范围及特点,高负荷生物滤池通常采用处理水回流稀释。其效果主要表现在：,特点（与曝气生物滤池相比）,无反冲洗设施；,自然通风供氧。,一、原理与特点,1,、原理,（,1,）生物降解,（,2,）过滤,曝气生物滤池是在生物接触工艺的基础上，以滤池中填装的粒状填料,(,如陶粒、焦炭、石英砂等,),为载体，以颗粒状填料及其附着生长的生物膜为主要处理介质，充分发挥生物代谢作用，生物絮凝作用，物理过滤作用，膜及填料的物理吸附和截留作用，以及反应器内沿水流方向食物链的生物多级捕食作用，实现污染物在任一单元反应器内高效去除。,2,、特点（,P74,）,（,1,）可去除低分子量有机物；,（,2,）可处理低浓度有机物废水；,（,3,）能去除氨氮、铁、锰等污染物。,二、,BAF,的结构、类型及运行方式,1,、结构（,P75,）图,3-1,（,1,）分区,（,2,）滤池池体：,缓冲配水区、承托层及滤料层、出水区,圆形、方形、矩形。,（,3,）,承托层及滤料层,滤料,3-5mm,，比表面积大，微生物吸着能力,强陶粒、焦炭等）,（,4,）布水系统,配水室和滤板上的配水滤头，,或者采用管式大阻力配水系统 ；,（,5,）配水室,缓冲配水区和滤板组成；,（,6,）布气系统,正常运行曝气和反冲洗时曝气；,（,7,）反冲洗系统,采用气水联合反冲洗；,（,8,）出水系统,周边出水和单侧堰出水等；,（,9,）管道和自控系统组成,采用,PLC,控制系统。,曝气生物滤池构造,2,、类型,按水流方向,上向流：,BIOSTYR,、,BIOFOR,下向流：,BIOCARBONE,（,1,）下向流,BAF,（,BIOCARBONE,）,具有氧化降解、生物絮凝吸附、截留悬浮物的功能，集生物作用与固,液分离作用于一身，不需后设二沉池。曝气装置设于整个滤料下面,滤料在过滤时呈压实状态。,气水同向流（上向流），并以较高的滤速过滤,采用气水联合反冲洗，主要依赖气体的擦洗作用，反冲洗时滤料基,本不膨胀。反冲污泥最终回流入初沉池。,（,2,）上向流,BAF,（,法国,）,BIOFOR,特点,：（,a),同向流，反冲洗方向与水流方向相同；,（,b),滤池内不会出现负水头及沟流现象；,（,c),截留在底部的,SS,可在气泡上升过程中被带入,滤池中上部，加大纳污率，延长运行周期。,BIOSTYR,将脱氮功能引入曝气生物滤池（曝气头抬高，下面形成缺氧区，,P134,图,4-4,）,特点,：（,a),重力流反冲洗无需反冲泵，节省动力；,（,b),滤头布置在顶部，与处理水接触不易堵，便于,更换；,（,c),反硝化、硝化脱氮。,1.,采用气水平行上向流，使得气水进行极好均分；,2.,滤料层对气泡的切割作用使气泡在滤池中的停留时间延长，提高了氧的利用率；,池内生物量大，可达,8000-23000mg/l,（折算成,MLVSS,）；,3.,由于滤池极好的截污能力，使得,BAF,后面不需再设二次沉淀池；,4.,三相接触，有机物容积负荷高，水力停留时间短、基建投资少、,O,2,的转移效率高，,曝气量低，供氧动力消耗低,；,5.,可截留,SS,，脱落的生物膜，勿需沉淀池，占地少,，基建投资省,；,6.,勿需污泥回流，无污泥膨胀，,污泥易处理；,7.,处理水质高，可满足回用要求；,8.,抗冲击负荷能力强，适应的温度范围广，且耐低温；,9.,易挂膜，启动快，反应时间短；,10.,曝气生物滤池无需二沉池，采用模块化结构，便于后期改建、扩建；,11.,该工艺可以单独建立，也可以与其它工艺组合应用。,上向流工艺特点,3,、运行,（,1,）挂膜：自然挂膜与人工挂膜,（,2,）运行,效果：上向流（,BIOFOR,、,BIOSTYR,）,优于下向流；,溶解氧：,2,3mg/L;,反冲洗周期：,3,7d.,反冲洗流程,三、,BAF,的计算,1,、水力负荷（,q,）,微污染水：,2,4m,3,/(m,2,h),2,、有机负荷（,N,V,）,3,、氨氮负荷（硝化负荷,N,D,BIOSTYR,的重要考核指标）,定义：单位容积滤料每天所负荷的,NH,3,-N,量。,4,、滤料层高度：,2m,5,、滤料：,2,5mm(2,8mm),过小：密实，易堵；,过大：比表面小，生物量低。,6,、气水比（,G/W,）,：,(,0.5,1.2):1,四、应用,THMFP,：三卤甲烷前体物；,UV254,：用水稳定性指标，水中吸收紫外线的不饱和有机物、含氮化合物（腐殖质类大分子有机物及含,C=C,和,C=O,的芳香族化合物）。,工艺流程实例（污水处理）,过滤、生物吸附与生物氧化作用，滤料表面为好氧环境，内部为缺氧、厌氧的微环境，使得硝化、反硝化作用同时进行。,生物接触氧化法,：,介于活性污泥法与生物滤池之间的,生物膜法处理工艺；又称为淹没式生物滤,池、接触曝气法。,2,生物接触氧化,(BCO),1971,年开始于日本,应用领域十分广泛，深受重视,生物接触氧化法以高效的处理效果受到亲睐，原因：,1.,生物活性高；,2.,传质条件好,3.,充氧效率高,3kg O,2,/,（,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（,2-3g/l,）。,实质之二：采用与曝气池相同的曝气方法，向微生物提供其所需的氧，并起到搅拌与混合作用，相当于在曝气池内充填供微生物栖息的填料,接触曝气法。,实质之一：在池内充填填料，已经充氧的污水浸没全部填料，并以一定流速流经填料，在填料上布满生物膜，污水与生物膜广泛接触，在生物膜上微生物新陈代谢功能作用下，有机污染物得到去除，污水得到净化,淹没式生物滤池；,一、原理及特征,1,、原理,BCO,与,BAF,的区别,（,1,）填料：,接触氧化：软性填料、组合填料、立,体弹性填料，等；,曝气生物滤池：粒状填料，如陶粒、沸石、,焦炭等。,（,2,）反冲洗：,接触氧化：不需反冲洗，连续运行；,曝气生物滤池：需反冲洗，周期性运行。,BCO,与高负荷生物滤池的区别,（,1,）填料：,接触氧化：填料质轻，在池中装一填料支,架，不易堵；,高负荷生物滤池：粒状填料，如碎石、卵石、,等，需承托层。,（,2,）结构：,接触氧化：淹没式，填料完全浸没于水中；,高负荷生物滤池：类似于渗滤，非淹没。,（,3,）供氧：,接触氧化：有专门曝气系统、与活性污泥类似；,高负荷生物滤池：不需曝气系统，通风供氧。,生物接触氧化技术的发展依赖于填料的发展,蜂窝式填料、波纹板状填料,软性填料,组合填料,弹性立体填料,悬浮填料,BCO,处理微污染水的理论,微污染水：低基质浓度，,Rittmann,等按照稳定工况下生长速度等于消耗速度及,Monod,方程，推导得最小基质浓度：,K,s,：,Monod,半速率常数,b,：内源呼吸系数,Y,：产率系数,k,：最大比基质利用率,即理论上稳态生物膜法水处理工艺中，出水基,质不可能小于,S,min,。实际对于饮用水生物预处理，常,可将进水有机物浓度降至,S,min,以下，原因：,二级利用：,P81,微生物的应激性：,P81,2,、工艺,特征,（,1,）采用多种形式填料，微生物丰富，可生长氧化能力强 的丝状菌，可生长硝化菌；,（,2,）可起到类似,“,过滤,”,的作用；,（,3,）生物膜活性高，处理效率高，可承受较高负荷；,（,4,）抗冲击负荷，间歇运行仍能保持良好的处理效果；无需污泥回流，无污泥膨胀；污泥生成量少，污泥易沉淀。,缺点：填料可能堵塞（如软性填料，板结）；布水、曝气,不易均匀，可能在局部出现死角。,二、构造及工艺,由池体、填料、布水系统和曝气系统等组成；填料高度一般为,3.0m,左右，填料层上部水层高约为,0.5m,，填料层下部布水区的高度一般为,0.51.5m,之间；,池型：,方形、圆形，顶部稳,定水层,填料：,对接触氧化池中生物,量、氧的利用率、水流条件,和废水与生物膜的接触反应,情况等有较大影响。,1,、构造,曝气：机械曝气、鼓风曝气,2,、池型：分流式与直流式,（,1,）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置；较适用于深度处理。,中心曝气型：,P83,图,3-7,单侧曝气型：,P83,图,3-8,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。,3,、主要影响因素,（,1,）原水水质,NH,3,-N,：,1,3mg/L,，,NH3,80,90%,；,3.5mg/L,，,NH3,75,85%,。,有机物体积负荷,N,V,：,0.1,0.3kgBOD/(m,3,d),。,（,2,）水温：夏季冬季,（,3,）,pH,：中性（,6.5,8.5,）,（,4,）,DO,：,2.0,4.0mg/L,G/W=0.8,1.2,（,5,）,HRT,：空床停留时间,20,30min,（,6,）填料性能,4,、工艺计算与组合工艺,（,1,）计算（接触时间法，,P85,）,（,2,）组合工艺：,P85,。,低分子量可生物降解有机物含量较高时，,BCO,前置；含大分子量（相对分子量,10000,以上）有机物较多，色度、浊度高，悬浮颗粒或胶体多，后置。,3,生物活性炭法,(BAC),Biological Activated Carbon,，以活性炭为载体,表面长有,微生物的处理工艺,生物活性炭材料,一、原理,将活性炭作为微生物聚集、繁殖生长的良好载体，在适当的温度及营养条件下，发挥活性炭的吸附和微生物生物降解作用。,生物再生理论：由于活性炭上的生物膜对吸附的污染物持续的生物降解作用，使活性炭得到生物再生。,物理吸附和化学吸附的比较,物理吸附,化学吸附,吸附力,范德华力,化学键力,吸附热,较小,近于液化热,较大,近于反应热,选择性,无选择性,有选择性,分子层,单层或多层,单分子层,吸附速度,较快,温度影响较小,不需活化能,较慢,温度升高,速度加快,需活化能,脱附,(,解吸,),较容易,需要能量小,很难,需要能量大,对于生物活性炭技术,按照污染物被活性炭吸附性,和被微生物的降解性可将其分为四类,:,1.,可被活性炭吸附也可被微生物的降解,2.,可被活性炭吸附但不可被微生物的降解,3.,不可被活性炭吸附但可被微生物的降解,4.,不被活性炭吸附也不可被微生物的降解,Porrotti,和,Rodman 1974,年细胞外酶假说：,微生物个体尺寸,1,万埃左右,微生物的 胞外酶,10,埃大小,微孔隙区的 等效直径大约,20-40,埃,胞外酶,污染物,酶基质复合体,产物,或,活性炭,争论：,1,）酶能否进入微孔,2,）胞外酶除水解酶外是否有其,他的酶,溶质扩散理论,：,炭表面的微生物虽然在降解水中的 有机污染物的同时 也降解炭内吸附的有机污染物，但是这是由于炭内已吸附的污染物与炭表面的生物膜中的浓度差，获得了保持吸附平衡的解吸力，而向其表面扩散的的结果。,BAC,的优点：,增加水中溶解性有机物的去除效率，提高出水水质；,延长了活性炭的再生周期，减少运行费用；,水中,NH,3,-N,和,NO,2,-N,可被微生物氧化为,NO,3,-N,，减少后氯化的投氯量，降低,THMs,生成量；,有效去除水中可生化有机物（,BDOC,）和无机物，提高出厂水的生物稳定性。,二、,BAC,的工艺结构及有关设计参数,1,、工艺结构及设计参数,（,1,）粒径：,0.9-1.2mm,（,2,）空床停留时间：,20-30min,（,3,）床高：,2-4m,（,4,）容积负荷：,0.25-0.75kgBOD/(m,3,d),（,5,）水力负荷：,8-10m,3,/(m,2,h),（,6,）运行周期：,3-4,年（延长,3-4,倍）,（,7,）预臭氧投加量：,1.5-2.5mg/L,2,、运行控制,BAC,的运行阶段：投入新炭快速吸附,吸附容量逐渐减少,慢速吸附,活性炭表面生长出微生物,吸附有机物降解,生物吸附平衡（,5-20d,）；,挂膜：投菌法挂膜较快；,充氧：曝气充氧；,O,3,（,O,3,-BAC,；,OBAC,）,失效指标：,COD,（,15-45%,）；,UV,254,（,20-25%,）,预处理：不宜预氯化；,指标：不宜用碘值及亚甲基蓝作为控制指标。,双层生物活性炭反应器,1,、容器，,2,、膨胀层，,3,、密实层，,4,、气提器，,5,、中心区，,6,、污水进水管，,7,、底部配水管，,8,、中部配水管，,9,、循环水管，,10,、净化水收集槽，,11,、反冲洗水收集槽，,12,、保护水层,几种生物活性炭净水工艺,双层生物活性炭反应器工艺示意图,1,、反应器，,2,、曝气柱，,3,、水泵，,4,、布水系统，,5,、集水装置，,6,、反冲洗出水集水槽，,7,、净化后出水集水槽，,8,、锥型收缩装置，,9,、密实过滤层，,10,、膨胀炭层,三、组合工艺流程,1,、常规处理,-BAC-,超滤,常规处理：去除大部分,SS,，降低,BAC,负荷；,BAC,：去除可溶性有机物、,NH,3,-N,等；,超滤：去除剩余不溶性杂质，提高出水安全性。,2,、常规处理,-OBAC,工艺,臭氧的作用：,（,1,）初步氧化分解水中有机物；,（,2,）为活性炭提供,DO,；,（,3,）氧化活性炭表面吸附的部分有机物，腾出吸附位。,BAC,的作用：,（,1,）破坏水中残余的,O,3,；,（,2,）吸附残余有机物及臭氧化的副产物；,（,3,）微生物降解。,3,、生物预处理,+,常规处理,+BAC,联合工艺,生物预处理的作用：,（,1,）生物处理中比较容易进行生物氧化作用的物质多数为亲水性；活性炭吸附多为疏水性，协同作用；,（,2,）生物预处理可将大分子有机物小分子有机物。,4,、微污染水臭氧,+,沸石,+,颗粒炭（,GAC,）组合工艺,臭氧的作用：分解水中嗅、味、色度、有机物及铁锰；,沸石的作用：交换吸附水中的,NH,3,-N,；,GAC,的作用：吸附降解臭氧化后的小分子有机物及其他有毒有害物质。,4,膜生物反应器,(MBR),Membrane Bioreactor,，以膜组件取代二沉池的泥水分离单元设备，常用一体式、分体式两种。,2,、存在问题,（,1,）建设和运行费用高；,（,2,）膜污染问题；,（,3,）经济可行性。,一、原理及特点,1,、优点,（,1,）固液分离效率高，出水水质好、浊度低；污泥膨胀对固液分离无影响；,（,2,）微生物泥龄长；,（,3,）,F/M,低，微生物处于内源呼吸期，剩余污泥量少；,（,4,）全自动运行，占地少。,二、类型及工艺设计,按结构,膜分离生物反应器（,MSBR,）,膜曝气生物反应器（,MABR,）,萃取膜生物反应器（,EMBR,）,按膜组件的放置方式,分体式（分置式）,一体式,按是否需氧,好氧,MBR,厌氧,MBR,