污水的生物处理生物膜法省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第五章第五章 污水生物处理污水生物处理生物膜法生物膜法5.1 概述概述生物膜法与活性污泥法平行发展一个污水处理技术生物膜法与活性污泥法平行发展一个污水处理技术方法实质：微生物附着在滤料或一些载体上，并在其上形成膜状方法实质：微生物附着在滤料或一些载体上，并在其上形成膜状 生物污泥生物污泥-生物膜生物膜生物膜法历史及发展生物膜法历史及发展：古老又在不停发展中处理技术，古老又在不停发展中处理技术，1865年德年德国科学家发觉生物过滤作用；国科学家发觉生物过滤作用；1893年英国将污水喷洒在粗滤料上，年英国将污水喷洒在粗滤料上，作为膜生物反应器生物滤池问世；作为膜生物反应器生物滤池问世；20世纪世纪2030年代建造了许多年代建造了许多生物膜反应器；生物膜反应器；4050年代生物滤池逐步被活性污泥取代趋势；年代生物滤池逐步被活性污泥取代趋势；70年代新反应器以独特优势受关注。年代新反应器以独特优势受关注。生物膜法类型及主要技术现实状况；固定床、流动床生物转盘：用于硝化、反硝化研究取得进展生物接触氧化：1971年日本首创，进得到广泛应用生物流化床：70年代早期在美国和日本得到研究与应用微孔膜生物反应器：近几年人们关注革新生物膜反应器复合式生物膜反应器：序批式膜生物反应器第1页（1 1）挂膜）挂膜）挂膜）挂膜污水流经滤料，污水和细菌附着在有机物被污水流经滤料，污水和细菌附着在有机物被污水流经滤料，污水和细菌附着在有机物被污水流经滤料，污水和细菌附着在有机物被分解形成生物膜并逐步成熟，这一起始阶段常称为：挂膜分解形成生物膜并逐步成熟，这一起始阶段常称为：挂膜分解形成生物膜并逐步成熟，这一起始阶段常称为：挂膜分解形成生物膜并逐步成熟，这一起始阶段常称为：挂膜5.1.1 生物膜结构与净化机理1、结构第2页（3）生物膜成熟标志）生物膜成熟标志真正生态系组成及对有机物降真正生态系组成及对有机物降 解功效都到达了平衡状态解功效都到达了平衡状态 （4）生物膜生长阶段）生物膜生长阶段潜伏期、生长久潜伏期、生长久（5）形成厌氧、耗氧层）形成厌氧、耗氧层2、净化有机物机理、净化有机物机理 （1）生物膜表面积大，能大量吸附水中有机物）生物膜表面积大，能大量吸附水中有机物 （2）有机物降解是在生物膜表层）有机物降解是在生物膜表层0.1-2mm好氧生物膜好氧生物膜内进行内进行 （3）各种物质传递过程：）各种物质传递过程：空气空气 流动水层流动水层附着水层附着水层生物膜生物膜微生物呼吸微生物呼吸污染物污染物由流动水层由流动水层附着水层附着水层生物膜生物膜生物降解生物降解H2O附着水层附着水层流动水层流动水层 CO2、H2S、NH3水层水层溢入空气中溢入空气中微生物代谢产物微生物代谢产物（2）生物膜特征）生物膜特征高度亲水物质，同时也是微生物高度高度亲水物质，同时也是微生物高度 密集物质密集物质第3页（4）厌氧层与好氧层关系 厌氧层不厚时，与好氧层平衡，稳定 厌氧层增厚时，代谢产物高于好氧层 （5）理想生物膜法情况减缓老化，防止厌氧层过分生长，加紧好氧层更新，不使膜集中脱落。5.1.2 生物膜处理法主要特征1、微生物相方面特征 （1）微生物多样化 生物相生物膜上生物种类，数量及其生活状态概括。细菌、真菌|微型动物|滤池蝇含有抑制生物膜过速增加功效线虫 含有很好生物膜，促进其脱落功效 （2）生物食物链长 生物膜上食物链要长于活性污泥污泥量少于活性污泥系统（3）能够存活世代时间长微生物第4页 SRT与HRT无关（Nitrosomonas:0.21 d-1）(Nitrobacter,:1.12 d-1)（4）分段运行与优势菌种 分多段运行，每段繁衍于本段水质相适应微生物 2、处理工艺方面特征（1）对水质、水量变动有较强适应性 一段时间中止进水，对生物膜也不会有致命影响，通水后易恢复（2）污泥沉淀性良好无机成份高，比重较大 厌氧层过厚时，水澄清度下降（3）能够处理低浓度废水活性污泥：不适合处理低浓度污水，若BOD长久低于 50-60mg/l，会影响污泥絮体形成。生物膜：20-30mg/L时，能降解到5-10mg/l（4）易于维护运行，节能，动力费用低第5页5.2 生物滤池5.2.1 概述1、以土壤自净原理为依据，在污水浇灌实践基础上发展起来2、需要有预处理及二沉池3、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.d4、高负荷生物滤池限制进水BOD浓度200mg/l）回流水水量负荷提升3.0倍至40m/m.d;BOD负荷上升至0.5-2.5kg/m.d5、塔式生物滤池径高比1：61：8，H=26米，通风良好，处理占地，水量80-200m/m.dBOD负荷2-3 kg/m.d第6页5.2.2 普通生物滤池 1、结构（1）池体池壁有孔和无孔之分 高出滤池1.5-0.9M（2）滤料 质坚，稳定性好适于生物膜附着 适于污水流动有较高比表面积有较大孔隙比 就地取材第7页第8页（3）布水装置首要任务向滤池表面均匀布水布水装置 投配池（调整作用）优点：运行方便布水管道（间歇工作）缺点：需要水头较大，2m，进水流量喷嘴：喷水周期5-8min固定喷嘴式第9页高度及坡度 底部高度不少于0.6米 冲水装置于池底距离0.4米不淤流速0.7m/s 渗水装置：与池底距离0.4m2、设计与计算（1）滤料容积：按负荷率计算 BOD负荷率（gBOD/m.d）水力负荷率 (m/m滤料.d)（2）滤料选定、容积与滤池结构工艺设计 布水装置系统计算与设计3、适用范围与优缺点（1）适用范围 水量：不高于1000m3/d小城镇（2）优点：BOD去除率高，运行稳定，节约能源 缺点：占地面积大，易堵塞，有滤池蝇，气味问题（4）排水系统生物滤池排水系统设于池底排除处理后水作用；确保通风、冲洗滤料第10页1、结构 基本与普通相同，特殊之处：是用轻质、高强、耐腐蚀滤料，滤层高普通为2.0m多使用旋转布水器2、工艺设计与计算 滤池池体工艺计算使用广泛是负荷率法，按日平均污水量计算，进水BOD5必须低于200 mg/l，惯用负荷率有：BOD-容积负荷率：普通小于1200gBOD5/m.dBOD-面积负荷率：普通取1100-2200gBOD5/m2.d水力负荷率：普通取3050m/m2.d Sa和n值计算 Sa：稀释后进入滤池BOD5值|Se:滤池处理后出水(mg/l)Sa=aSe a系数，按滤层高度和污水冬季平均温度及年平均气温查 表选取 S0-Sa n=,回流稀释倍数，S0原污水BOD值 Sa-Se 5.2.3 高负荷生物滤池（1）滤池池体工艺计算与设计第11页滤料容积，滤池面积滤料容积，滤池面积滤料容积，滤池面积滤料容积，滤池面积 计算计算计算计算n nBOD-BOD-容积负荷率计算容积负荷率计算NvNvV=Q(n+1)Sa/NvV=Q(n+1)Sa/Nv;V V:滤料容积滤料容积；NvNv:BOD-BOD-容积负荷率；容积负荷率；Q:Q:原污水日均流量原污水日均流量m/dm/dA=V/DA=V/DA:A:滤池表面积；滤池表面积；D D：滤料层高度，：滤料层高度，m;m;NvNv值值 1200g/m.d1200g/m.dn nBODBOD面积负荷率计算面积负荷率计算N NA AA=Q(n+1)Sa/NAA=Q(n+1)Sa/NAA:A:滤池表面积滤池表面积;N;NA A:BODBOD面积负荷率，面积负荷率，N NA A值值1100-g/m.d1100-g/m.dV=DAV=DA 水力负荷率计算水力负荷率计算NqNqA=Q(n+1)/NqA=Q(n+1)/Nq Nq Nq 值值10-10-30m3/M.d 30m3/M.d V V计算同上计算同上(取面积负荷进行计算，所得结果按取面积负荷进行计算，所得结果按BOD-BOD-容积负荷和水力负荷率容积负荷和水力负荷率进行校核）进行校核）第12页(2)旋转布水器计算与设计确定旋转布水器直径D D=D-200mm确定旋转布水器横管数目及管径D”，D”=(q/4v)1/2,q为计算流量（m/s）确定旋转布水器布水器横管出水孔口数(m)及每个孔口距池中心距离（ri）m=1/1-(1-a/D),a：为最末端两个出流孔口间距离（约为80mm）ri=R(i/m)1/2,i：为孔口排列次序；R：为布水器半径确定旋转布水器转数（n）n=34.78106/m.d.D 确定工作水头（H）详细公式P215，自学 H=h1+h2+h3 h1：沿程阻力，m;h2:出水孔口局部阻力，m;h3：布水横管流速恢复水头，m。第13页（3）需氧量与供氧量计算l需氧量 O2=aBODr+bp（kg/m3滤料）a每千克BOD完全降解所需要氧量（kg）BODr去除BOD量 b单位重量活性生物膜需氧量 p每m滤料上活性生物膜量（kg/m3滤料）l供氧量 氧是在自然条件下，经过池内外空气流通转移到水中，进而经过扩散传递到生物膜内部。3、工艺特征（1）进水BOD200mg/l）回流比：R=QR/Q,QR回流水量 QT=Q+QR(喷洒在滤池表面总水量)Q原污水量 F=QT/Q=1+R(循环比)Sa=(S0+RSe)/(1+R)（3）匀化水质，加大水力负荷，减轻臭味，抑制滤池蝇（4）流程系统（自学）依据回流水回流方式，负荷，有各种形式 第14页5.2.4 塔式生物滤池1、结构（1）塔身：8-24m，直径1-3.5m，径高比：1：6-1：8分层建造：每层高度小于2.5mBODu与塔高之间关系:滤塔高度能够依据进水浓度确定（2）滤料：玻璃纸蜂窝滤料（3）布水装置：固定式与旋转式（4）通风：自然风（0.4-0.6m空间）机械通风（上部吸风，下部鼓风）第15页2、设计与计算按BOD-容积负荷率计算可参见P219图5-13、5-14，依据水量（400m3);和污水在冬季平均温度,确定允许容积负荷率。（1）塔滤滤料容积 V=SaQ/Na ，式中:Sa进水 BOD5；Q污水流量（日平均）Na容积负荷率；v滤料体积（2）滤塔面积 A=V/H,H工作高度，是由进水BOD5值确定，查表P220 A表面面积（3）塔滤水力负荷 q=Q/A,qm/m.d3、工艺特征（1）高负荷率:Na:1000gBOD5/md,BOD5在500mg/l以下.（2）滤层内部分层：微生物优势菌种（3）能够抵抗较高冲击负荷（4）普通规模上不超出10000m3/d，（工业、生活污水均可）第16页5.2.5 曝气生物滤池（Biological Aerated Filter即BAF）1、结构缓冲配水区、承托层及滤料层、出水区；滤池池体:园形、方形和矩形；承托层及滤料层：粒状滤料、软性填料等；布水系统：配水室和滤板上配水滤头，或者采取管式大阻力配水系统 ；配水室：缓冲配水区和滤板组成；布气系统：正常运行曝气和反冲洗时曝气；反冲洗系统：采取气水联合反冲洗；出水系统：周围出水和单侧堰出水等；管道和自控系统组成：采取PL控制系统。20世纪80年代末在普通生物滤池基础上，借鉴给水滤池开发污水处理新工艺。第17页2、工艺流程与原理 过滤、生物吸附与生物氧化作用净化污水，滤料表面为好氧环境，内部为缺氧、厌氧微环境，使得硝化、反硝化作用同时进行。第18页4、影响原因（1）负荷（2）水温（3）进水SS和BOD浓度，（4）pH值6.59.5 3、工艺特征（1）三相接触，有机物容积负荷高，水力停留时间短、基建投资少、O2转移效率高，动力消耗低（2）可截留SS，脱落生物膜，勿需沉淀池，占地少（3）滤料3-5mm，比表面积大，微生物吸着能力强（陶粒、焦炭等（4）勿需污泥回流，无污泥膨胀（5）池内生物量大，可达8000-23000mg/l（折算成MLVSS）第19页5、工艺设计主要参数 包含：池体、供气系统、配水系统、反冲洗系统、污泥产量等（1）BOD污泥负荷：依据水质定，0.2kg-1.4kgBOD/kgvss.d BOD容积负荷：0.120.18kgBOD/m滤料.d；（这么小？）考虑氨氮硝化时小于2.0 kgBOD/m滤料.d；仅考虑BOD时4-6 kgBOD/m滤料.d（2）反冲洗 8l/m2.s(水)24h,h2.1，对数增殖期 二段，F/M0.5，减速增殖期或内源呼吸期5.4.4 生物接触氧化池计算 1、计算方法（1）填料体积BOD容积负荷率法（Nw）城市污水二级处理：1.2-2.0kgBOD/m.d(国外)3.0-4.0 kgBOD/m.d(国内)（3）充氧效率高3kg O2/kw.h，比无填料高30%第37页（2）接触时间计算方法 ds/dt=-ks t=kln(S0/Se)t：接触反应时间；k、k：百分比系数；S0、Se：进、出水浓度经验公式，k=0.33S00.46 填料标准填充率为池容积 75%，实际填充率为P%k=0.33P/75S00.46 t=0.33(P/75)S00.46ln(S0/Se)（3）设计时注意问题平均日污水量计算每池面积不要大于25m，最少两座，同时工作考虑填料普通为3m；池内DO：2.5-3.5mg/l;气水比：15-20:1，停留时间2h第38页2、70年代早期起源于化工领域一项技术3、结构床体 载体 布水装置 脱膜装置5.5.2 工艺类型1、液流动力流化床（二相流化床）5.5 生物流化床（自学）5.5.1 概述1、提升单位容积内生物量；强化传质，加速有机物从污水中向微生物细胞传递过程第39页2、气流动力流化床（三相流化床）3、机械搅拌流化床第40页第41页