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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,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。不能作为科学依据。,第十二章 污水生物处理法（二）,生物膜法,1/134,重点,：生物膜法基本概念与流程、生物,接触氧化法、生物流化床。,难点,：生物接触氧化法。,2/134,12.0 概述,生物膜法,是与活性污泥法平行发展一个污水处理技术方法；,实质是,使细菌类微生物和原生动物、后生动物类微型动物附着在滤料或一些载体上，并在其上形成膜状生物污泥-,生物膜,生物膜法历史及发展,：,1865年德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，作为膜生物反应器生物滤池问世；20世纪2030年代建造了许多生物膜反应器；40 50年代生物滤池逐步被活性污泥取代,3/134,趋势；70年代新反应器以独特优势受关注。,活性污泥法中微生物是呈悬浮状态，属于悬浮生长体系；而生物膜法中生物呈附着膜状，属于附着生长系统或固定膜工艺,4/134,生物膜法基本流程,初沉池,初沉池作用：去除大部分悬浮固体物质，预防生物膜反应器堵塞，尤其对空隙小填料是非常必要。,二沉池,初沉池作用：去除脱落生物膜，提升出水水质,出水回流,出水回流作用：提升生物膜反应器水力负荷，加大水流对生物膜冲刷作用，更新生物膜，防止生物膜过量累积，从而维持良好生物膜活性和适当膜厚度。,生物膜反应器,处理水,原污水,5/134,12.1 生物膜法基本概念,12.1.1 生物膜形成及其净化过程,生物膜结构,挂膜：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。,结构：从外面到里面次序为污水、流动水层、附着水层、生物膜（分为好氧层和厌氧层）、滤料。,生物膜法是经过生物膜来处理水，所以生物膜污水处理关键就是生物膜质量，生物膜形成及其生长是实现污水有效处理前提。,6/134,生物膜特征,高度亲水物质:在污水不停更新条件下，外测总是存在附着水层,微生物高度密集物质：在膜表面和一定深度内部生长这微生物,和微型动物，并形成有机污染物细菌原,生动物（后生动物）食物链。,生物膜成熟标志,真正生态系组成及对有机物降解功效都到达了平衡状态,7/134,生物膜生长阶段,潜伏期、生长久。普通要20到30天左右。,8/134,生物膜净化污水机理及优势,1.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0.1-2mm好氧生物膜内进行,空气,流动水层,附着水层,生物膜,微生物呼吸,污染物,流动水层,附着水层,生物膜,生物降解,H,2,O,附着水层,流动水层,CO,2,、H,2,S、NH,3,水层,溢入空气中,微生物代谢产物,3.各种物质传递过程：,9/134,4.厌氧层与好氧层关系:,厌氧层与好氧层到达生态平衡,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。,10/134,生物膜形成,当污水均匀地淋洒在介质表面上，在充分供氧条件下，介质表面微生物吸附污水中有机物，快速进行降解有机物，逐步在介质表面形成黏液状生长有极多微生物膜，即称之为生物膜。,伴随微生物不停繁殖增加，使生物膜厚度不停增加，膜表面吸收营养和溶解氧比较轻易，微生物生长繁殖快速，形成了好氧微生物和兼性微生,11/134,物组成好氧层（12mm）。在其内部因为营养料和溶解氧供给条件差，微生物生长繁殖受到限制，好氧微生物难以生活，厌氧微生物恢复了活性，形成了厌氧微生物和兼性微生物组成厌氧层。厌氧层只有生物膜到达一定厚度后才能出现，而且伴随生物膜增厚和外伸变厚，不过有机物主要是在好氧层内进行。,12/134,生物膜中物质迁移：,因为生物膜吸附作用，在其表面有一层很薄水层，称之为附着水层。附着水层内有机物大多已被氧化，其浓度比滤池进水有机物浓度低得多。因为浓度差作用，有机物会从污水中转移到附着水层中去，进而被生物膜所吸附。空气中氧也会进入生物膜。在此条件下，微生物对有机物进行氧化分解和同化合成，产生二氧化碳和其它代谢产物一部分溶入附着水层，一部分到空气中去，污水从而得到净化。,13/134,因为生物膜厚度增大，致使其深层因氧不足而发生厌氧分解，积蓄了硫化氢、氨气、有机酸等代谢产物。会减弱生物膜在惰性载体上固着力，处于这种状态生物膜为老化生物膜，它不但轻易脱落净化功效也不好。但供氧充分时，能够加紧好氧膜更新，使生物膜不集中脱落。,14/134,12.1.2 生物膜载体,填料,为生物膜提供附着生长固定材料。,分类,为无机类填料和有机类填料两大类,1.无机类载体,当前惯用无机类载体有砂子、碳酸盐类、各种玻璃材料、沸石类、陶瓷材料、炭纤维、矿渣、活性炭、金属等。,无机类载体含有机械强度较高、化学性质较稳定、比表面积较大优,点。缺点为密度较大，不宜做流态化运动，,15/134,使其在悬浮生物膜反应器工艺中应用受到限制。通常情况下，微生物以附着形式固定在载体表面从而形成生物膜，特殊情况下，有一些微生物是以包裹附着形式实现固定化。,16/134,2.有机类载体,有机类载体是生物膜技术发展中应用最广泛主要载体材料。这类载体主要有PVC、PE、PS、PP、各类树脂、塑料、软性或半软性纤维等，其比表面积和孔隙率都很大，从而使有机负荷大为提升，也不易堵塞，在生产实践中被广为采取，因为它便于沉淀分离，提升了活性污泥处理厂性能。各种有机材料载体对比。,17/134,18/134,选择生物膜载体基本标准,选择滤料时应该从以下方面考虑：,1.足够机械强度，以抵抗强烈水流剪切力作用；,2.优良稳定性，生物稳定性、化学稳定性、热力学稳定性。,3.亲疏水性及良好表面带电特征，微生物在通常为带负电 ，载体要是带正电荷，轻易结合。,4.有毒性或抑制性。,5.良好物理性状,19/134,6.就地取材，价格合理。,在生物膜法中应用载体应满足以下条件：,1.易流化，但不易流失；,2.易成膜，但无毒害作用；,3.能提供大比表面积，以增加生物附着量；,4.价格低廉，轻易取材。,20/134,12.1.3 生物膜法特征,优点：,与活性污泥法相比，生物膜法含有以下优点：生物膜体积小、微生物量高、水力停留时间较短、生物相相对稳定、对毒物和冲击负荷抵抗性强、处理效果高、操作方便、剩下污泥少，适合用于小型污水处理厂,21/134,缺点：,1.需要较多填料和支撑结构，基建投资高。,2.出水常携带较大脱落生物膜片，大量非活性细小 悬浮物分散在水中使处理水澄清度降低,3.活性生物量难控制，在运行方面灵活性差,22/134,1.微生物多样化,生物膜是由细菌、真菌、藻类、原生动物、后生动物以及一些肉眼 可见蠕虫、昆虫幼虫组成。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,，组成,很好生物膜，促进其脱落功效。与活性污泥法生物相对比：增加了藻类，寡毛类、后生动物、昆虫类等生物。而真菌，肉足虫，纤毛虫，轮虫，线虫含量都大大增多。,微生物相方面特征,23/134,2.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,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。,24/134,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,污泥比重较大,3.能够处理低浓度废水,25/134,12.2 生物膜增加及动力学,12.2.1生物膜增加过程,生物膜增长过程与悬浮微生物增长过程相似，主要经历了适应期、对数增长久、稳定时及衰减期。但是又由生物膜法具体运行情况，在这四个阶段基础上划分成六个阶段：,26/134,潜伏期或适应期,微生物在经历不可逆附着过程后，开始逐步适应生存环境，并在载 体表面逐步形成小，分散微生物。这些初始菌落首先在载体表面不规则处形成。这一阶段连续时间取决于进水第五浓度以及载体表面特征。在实际生物膜反应器开启时，要控制这一阶段是很困难。,27/134,对数期或动力学增长久,在适应期形成分散菌落开始迅速增长，逐渐覆盖载体表面。生物膜厚度可以达到几十m。多聚糖及蛋白质产率增加，大量消耗溶解氧，后期氧成为限制因素，此阶段结束时，生物膜反应器出水底物浓度基本达到稳定值，这个阶段决定了生物膜反应器内底物去除效率及生物膜自身增长代谢功能。,28/134,生物膜稳定时,生物膜新生细胞与因为各种物理力所造成生物膜损失到达平衡。次阶段，生物膜相及液相均已到达稳定状态。在生物膜反应器运行中，生物膜稳定时维持一直认为是过程稳定性必要确保，而在三相流化床等生物反应器中，在高底物浓度、高剪切力作用下，这一阶段时间很短，甚至不出现。,29/134,线性增长久,生物膜在载体表面以恒速率增长，出水底物浓度不随生物量积累而显著变化；其好氧速率保持不变；生物膜生物量Mb可以表示为：,此阶段生物膜总量积累主要源于非活性物质。此时生物膜活性生物量所占比例很小，且随生物膜总量增长呈下降趋势。原因是：可剩余有效载体表面饱和；禁锢作用明显，有毒或抑制性物质积累。这个阶段对底物去除没有明显贡献，但在流化床反应器内，这个阶段可以改变生物颗粒体积特征。,M,b,M,a,M,i,30/134,减数增长久,由于生存环境质量改变以及谁理学作用，出现了生物膜增长速率变慢，这一阶段是生物膜在某一质量和膜厚上达到稳定过渡期。此时生物膜对水力学剪切作用极为敏感。生物膜结构疏松，出水中悬浮物浓度明显增高，末期，生物膜质量及厚度都趋于稳定，运行系统也接近稳定。,31/134,脱落期,伴随生物膜成熟，部分生物膜发生脱落。生物膜内微生物本身氧化、内部厌氧层过厚以及生物膜与载体表面间相互作用等原因可加速生物膜脱落。另外，一些物理作用也能够造成生物膜脱落。此阶段中，出水悬浮物浓度增高，直接影响出水水质；底物降解过程受到影响，其结果是底物去除率降低，而我们在运行生物膜反应器时候应该尽可能防止生物膜同时大量脱落。,32/134,以上是生物膜增加规律分析，能够帮助我们更加好控制生物膜反应器，同时也引出了生物膜法几个主要参数。,33/134,12.2.2 生物膜理论中几个主要参数,生物膜比增加速率,描述生物膜增加繁殖特征最惯用参数之一。它反应了微生物增加活性。则微生物比增加速率定义式为,34/134,其中：X-微生物浓度,微生物比增加速率。,1.生物膜最大比增加速率（,0,）,2.生物膜平均比增加速率（,）,35/134,底物去除速率,反应了生物膜群体活性，底物去除速率越高，说明生物膜生化反应活性越高。,36/134,式中qobs底物比去除速率,Q 进水流量,So进水底物浓度,S 出水底物浓度,Ao载体表面积,37/134,12.3 生物滤池,以土壤自净原理为依据，在污水浇灌实践基础上发展,需要有预处理及二沉池,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.d,高负荷生物滤池,12.3.0 概述,38/134,塔式生物滤池,限制进水BOD浓度200mg/l），经常采取回流水稀释。,水量负荷提升3.0倍至40m/m.d;BOD负荷上升至0.5-2.5kg/m.d。,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,39/134,12.3.1 生物滤池概念,生物滤池工作原理,含有污染物废水从上而下从长有丰富生物膜滤料空隙间流过，与生物膜中微生物充分接触，其中有机污染物被微生物吸附并深入降解，使得废水得以净化；主要净化功效是依靠滤料表面生物膜对废水中有机物吸附氧化作用。,40/134,41/134,影响生物滤池功效主要原因,1、滤床比表面积和孔隙率,滤料表面积愈大，生物膜量就愈多，净化功效就愈强；且孔隙率大则滤床不易堵塞，通风效果好，可为生物膜好氧代谢提供足够氧；滤床比表面积和孔隙率愈大，扩大了传质界面，促进了水流紊动，有利于提升净化功效。,42/134,2、滤床高度,滤床上层，废水中有机物浓度高，微生物繁殖速度快，生物膜量多且主要以细菌为主，有机污染物去除速度高；滤池下层，废水中有机物量少，生物膜量少，微生物从低级趋向高级，有机物去除速度降低；有机物去除效果随滤床深度增加而提升，但去除速率却随深度增加而降低。,43/134,3、有机负荷与水力负荷,有机负荷：单位时间供给单位体积滤料有机物量，他实际上表征是F/M值，有机物不能超出生物膜分解能力，不然出水质下降。单位为kgBOD,5,/m,3,.d水力负荷：单位表面积滤池或单位体积滤料每日处理废水量。表征滤池接触时间和水流冲刷时间。,44/134,水力表面负荷单位为m3/m2.d，或m/d；同滤速；水力容积负荷单位为 m3/m3.d有机负荷较高，生物膜增加较快，引发滤料堵塞，需要调整水力负荷。水力负荷增加，提升水力冲刷力，维持生物膜厚度。普通是经过出水回流来处理。,45/134,4、回流,对于高负荷生物滤池与塔式生物滤池，常采取回流。其优点：,不论原废水流量怎样波动，滤池可得到连续投配废水，因而其工作较稳定；,能够冲刷去除老化生物膜，降低膜厚度，并抑制滤池蝇孳生；,均衡滤池负荷，提升滤池效率；,能够稀释和降低有毒有害物质浓度以及进水有机物浓度。,46/134,5、供氧,生物滤池普通时经过自然通风来确保供氧；影响生物滤池自然通风主要原因有：,池内温度与气温之差；,滤池高度；,滤料孔隙率及风力等；,滤池堵塞也会影响通风。,47/134,12.3.2 普通生物滤池,结构,普通生物滤池又称滴滤池，水力负荷和BOD负荷低。,48/134,在平面上多为方形、矩形或圆形，高出滤池1.50.9m。在严寒地 区，有时需要考虑防冻、采暖、或防蝇等办法,池壁：围护填料，应该能承受压力，分为有孔池壁和无孔池壁。有孔洞池壁有利于滤料内部通风，但在冬季易受低气温影响；,池底：支撑滤料和排除处理后水，池底四面设置通风口。,1.池体：,49/134,普通为实心拳状滤料，如碎石、卵石、炉渣等；,工作层滤料粒径为25,40mm,，承托层滤料粒径为70,100mm,；,同一层滤料要尽可能均匀，以提升孔隙率；,滤料粒径愈小，比表面积 就愈大，处理,能力能够提升；但粒径过 小，孔隙率降低，,则滤料层易被生物膜堵塞；,普通当滤料孔隙率在45%左右时，滤料,比表面积约为65,100m,2,/m,3,2.滤料：,50/134,3.布水装置：,布水装置目标是将废水均匀地喷洒在滤料上；主要有两种：固定式布水装置、旋转式布水装置；普通生物滤池多采取固定式布,水装置；高负荷生物滤池和塔式生物滤池则惯用旋转布水装置：,固定式布水装置,旋转式布水系统,51/134,52/134,4.排水系统,排水系统处于滤床底部，其作用是搜集、排出处理后废水和确保良好通风。,普通由渗水顶板、集水沟和排水渠所组成；渗水顶板用于支撑滤料，其排水孔总面积应大于滤池表面积20%；渗水顶板下底与池底之间净空高度普通应在0.6m以上，以利通风，普通在出水区四面池壁均匀布置进风孔。,不淤流速0.7m/s,渗水装置：与池底距离0.4m,53/134,普通生物滤池设计与计算,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),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,1.设计内容：,2.设计参数：,54/134,工作层填料粒径为25,40mm,，厚度为1.3,1.8m,；承托层填料粒径为70,100mm,，厚度为0.2m。,正常气温条件处理城市废水时，表面水力负荷为1,3 m,3,/m,2,.d，BOD,5,容积负荷为0.15,0.30kgBOD,5,/m,3,.d，BOD5去除率普通为85,95%,；,池壁四面通风口面积不应小于滤池表面积1%；,滤池数不应小于2座。,55/134,3.设计公式：,设计内容,计算公式,参数意义及取值,滤料总体积,(V),V=QS/LvBOD,V,滤料总体积，m,3,Q,进水平均流量，m,3,/d,S,进水BOD,5,浓度，mg/l,LvBOD容积负荷，普通取,0.150.3kgBOD/m3.d,滤床有效面积(F),F=V/H,F滤床有效面积，m2,H,滤料高度，1.5,2.0m,表面水力负荷校核(q),q=Q/F,q,表面水力负荷，应为1,3m,3,/m,2,.d。,56/134,12.3.3 高负荷生物滤池,结构,高负荷生物滤池是生物滤池第二代工艺。,1.高负荷生物滤池池体：,平面上多为圆形。,滤料层高普通为2m。,2.高负荷生物滤池布水：,多使用旋转式布水器。,57/134,3.高负荷生物滤池滤料：,滤料粒径较大，普通为40,100mm,，工作层滤料粒径普通为40,70mm,，承托层则为70,100mm,，孔隙率较高，能够预防堵塞和提升通风能力；滤料常采取卵石、石英砂、花岗岩等，普通以表面光滑卵石为好；当前常采取塑料滤料：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，早期投资较大。,58/134,适用：处理浓度和流量改变浓度比较大水。进水水质要求：BOD52.1，对数增殖期,二段，F/M0.5，减速增殖期或内源呼吸期,123/134,124/134,12.5.4,生物接触氧化处理技术计算,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),2.接触时间计算方法,ds/dt=-ks t=kln(S,0,/Se),t：接触反应时间；,k,、k：百分比系数；S,0、,Se：进、出水浓度,计算方法,125/134,注意事项,1.平均日污水量计算,2.每池面积不要大于25m，最少两座，同时工作考虑,3.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,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),126/134,12.6 生物流化床,127/134,128/134,12.7 其它新型生物膜反应器和联合处理技术,12.7.1其它新型生物膜反应器,移动床生物反应器,复合式生物膜反应器,微孔膜生物反应器,这一节自学，同学们能够课后多查查资料，多了解一下新技术。,129/134,12.7.2生物膜/悬浮生长联合处理工艺,活性生物滤池,普通生物滤池/活性污泥工艺,130/134,1.闭路循环法,2.连续法,1.生物滤池运行与管理,生物滤池挂膜阶段,12.8 生物膜法运行管理,12.8.1 生物膜培养与驯化,12.8.2 生物膜处理系统运行管理,131/134,生物滤池日常运行与管理,日常水质检测；能量消耗统计；机电设备养护与维修,常见问题及对策,滤池积水；臭味；灰蝇；表面结冰；蜗牛，苔藓；,旋转布水器；生物膜异常脱落；,132/134,3.生物接触氧化池运行与管理,开启调试：,开启调试时须培养生物膜，其方式类似活性污泥培养，可间歇或连续进水；注意营养平衡(C、N、P)、pH值、抑制物浓度等；应对生物膜生长情况经常观察，并及时调整运行条件。,2.生物转盘运行与维护管理,试运行,维护管理,133/134,日常运行管理,普通应控制溶解氧浓度为2.53.5mg/l；防止过大冲击负荷；预防填料堵塞：,1)加强前处理，降低进水中悬浮固体浓度；,2)增大曝气强度，以增强接触氧化池内紊流；,3)采取出水回流，以增加水流上升流速，方便冲刷生物膜。,134/134,
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