生物转盘接触氧化和流化床

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,*,11-3生物转盘,(Rotating Biological Contactors),生物转盘又称,浸没式生物滤池，也叫,旋转式生物反应器。,1954年在联邦德国的Heilbronn建成世界上第一座生物转盘污水处理厂。,1,生物转盘的工作特点,（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）适应不同浓度、不同水质的污水；,（5）剩余污泥量少，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）一般需加开孔防护罩保护、保温。,2,生物转盘的主要组成部分,1.生物转盘的构造,转动轴,盘片,废水处理槽,驱动装置,一、生物转盘的构造和工作原 理,3,4,5,1.生物转盘的构造,盘片：高强度、轻质、耐腐蚀。,直径：23m，转速23r/min，间距2030mm。,受材料、污水与膜的接触均匀性、外缘膜易脱落等影响，直径不可能做大。,转动轴：具有足够的强度和刚度，防止断裂和挠曲。,直径：50mm以上，长度0.57m。,处理槽：与盘片相吻合的半圆形或多边形，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。,6,转盘曝气机安装结构示意.,转轴与驱动装置：,清晰可见的生物转盘上的生物膜,7,生物转盘的主体是垂直固定在水平轴上的一组圆形盘片和一个同它配合的半圆形水槽。,微生物生长并形成一层生物膜附着在盘片表面，约40%50%的盘面（转轴以下的部分）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，浸没时吸附废水中的有机物，敞露时吸收大气中的氧气。转盘的转动,带进空气,并引起水槽内废水紊动, 使溶解氧均匀分布。,生物膜的厚度约为0.52.0mm，随着膜的增厚，内层的微生物呈厌氧状态，失去活性时使生物膜脱落，并随同出水流至二次沉淀池。,8,2工作原理,生物膜的形成、生长及降解有机物的机理与生物滤池基本相同，主要的区别是它以一系列转动的盘体代替固定滤料，生物膜生长在转盘上。,生物转盘旋转时,污水在反应槽中顺盘片间隙流动, 污水中的有机物被转盘上的生物膜所吸附。当盘片转离水面时，盘层表面形成一层污水薄膜，空气中的氧不断地溶解到水膜中，生物膜中微生物吸收溶解氧，氧化分解被吸附的有机污染物。,盘片每转为一周，即进行一次吸附吸氧氧化分解的过程。,转盘不断转动，污染物不断地被氧化分解，生物膜也逐渐变厚，衰老的生物膜在水流剪切力作用下脱落，并随污水排出沉淀池。转盘转动也使槽中污水不断地搅动充氧，脱落的生物膜在槽中呈悬浮状态，继续起净化作用，因此，生物转盘兼有活性污泥池的功能。,9,二. 生物转盘的流程,工艺流程比较简单，无污泥回流系统。为了稀释进水，可考虑出水回流，但是生物膜的冲刷不依靠水力负荷的增大，而是通过控制一定的盘片转速来达到。,10,生物转盘的布置形式一般分为：,单轴单级、单轴多级和多轴多级,。,最常见的是多级转盘串联,以延长处理时间，提高处理效果。但级数一般不超过四级。,生物转盘的布置方式,11,实际应用中，生物转盘的布置形式主要是根据污水水质、水量、净化要求和现场条件而定。实践证明，对同一污水，在盘片总面积不变前提下；采用多级串联能够提高出水水质和水中溶解氧含量。,12,三、生物转盘的特征,优点：,1. 生物量大，净化效率高，适应性强；,2,.,F/M值低（F/M=0.05-0.1kgBOD5/kgss.d），出水水质较,好；,3,.,生物相丰富，食物链长，剩余污泥数量少（为活性污泥,法的1/2左右 ），易于沉淀分离和脱水干化。,4,.,采用自然曝气，污泥勿需回流，因此节能。,缺点：,1所需的场地面积一般较大，建设投资较高 ，适用于,小水量的废水处理；,2其性能受环境气温及其它因素影响较大。,13,四、生物转盘的设计计算,（一）、设计内容,生物转盘设计计算的主要内容是：,转盘总面积、盘片数、反应槽容积、转轴长度及污水停留时间等设计计算，其中主要的计算项目是确定转盘总面积。,（二）设计计算,通用的计算法是负荷法和经验公式法。设计采用的各项负荷值，一般应通过试验确定,。当无试验资料时，可参考国内外类似的实际运行数据来确定。,通常设计中，生物转盘的总面积按BOD,5,面积负荷（N）计算，以水力负荷或停留时间校核。,14,BOD,BOD,5,面 积负荷（N）：,是指单位盘片面积（m,2,）在1日内所能接受并达到预期效果的BOD,5,值，g/m,2,/d。,水力负荷（q）：,是指单位盘片面积（m,2,）在1日内能接受的水量，m,3,/m,2,d。,负荷值应通过实验确定，处理生活污水时，q=0.1-0.3m,3,/m,2,d，N=10-25g/m,2,d。,15,1、转盘面积（A）,（11-15）,式中：Q平均日污水量，m,3,/d；,S,i,进水BOD,5,浓度，g/m,3,；,S,e,出水BOD,5,浓度，g/m,2,d；,N面积负荷，gBOD,5,/m,2,d。,或,式中：,q,水力负荷。,16,2、转盘盘片总数（m）,（11-16）,式中：D盘片直径，m。,3、每组转盘的盘片数（m,1,）,（11-17）,式中：n转盘组数（组）,4、每组转盘转动轴有效长度（L）,L= （11-18）,式中：a盘片净间距，m；,b盘片厚度，m；,K考虑循环沟道的系数，一般取1.2。,17,5、每个氧化槽的有效容积V（半圆形）,V=AL （11-19）,对半圆形槽： （11-20）,式中：盘片边缘与氧化槽内壁之净距，一般取,=10-20mm，,可得：V= （11-21）,而净有效容积V为：,（m,3,） （11-22）,一般，r/D=0.060.1。当r/D=0.1时，系数取0.294；当r/D=0.06时，系数取0.335。,r转轴中心距水面的高度，一般为150300mm。,18,6、转盘的转速,n,数小,= （11-23）,式中：q,v,是废水处理氧化槽水力容积负荷（m,3,（废水）/m,3,（槽）,d,）， q,v,= Q,1,/V,， Q,1,是每个氧化槽的设计流量。,7、污水在氧化槽内的停留时间,（11-24）,t 应核算在0.5-2.5小时之间。（Q,1,为设计转盘的废水流量）。,19,8、转盘的轴功率,转盘的轴功率一般按去除每kgBOD,5,耗电0.1-0.3kw考虑，如果每台电机所带动的转盘片数小于200片，转轴半径小于5cm，则可用下式估算电机功率：,（11-25）,式中： N,电,电机功率，kw；,D盘片半径，cm；,n,最小,盘片转速，r/min；,a该电机带动的轴数；,N一根轴上的盘片数；,d盘片间距，cm；,c系数，根据生物膜厚度决定，见表11-6。,20,表11-6 系数c值 (Value of coefficient c),膜厚（mm）,系数c,01,2,12,3,23,4,21,五、生物转盘的新进展,空气驱动生物转盘,与沉淀池合建的生物转盘,与曝气池合建的生物转盘,22,11-4 生物接触氧化法,Bilogical contact oxidation method,又称“淹没式生物滤池或接触曝气法。,特点：,（1）在曝气池中设置填料，,污水浸没全部填料；,（2）进行曝气，提供微生物所,需的氧量；,（3）填料上长满生物膜，污水,中的有机物被生物膜上,的微生物降解，使污水,得到净化。,（4） 是介于活性污泥法和生物,滤池两者之间的生物处理,法，兼具两种方法的优点。,。,23,生物接触氧化法的特征,生物接触氧化池的性能特征：,(1)具有较高的微生物浓度，一般可达1020g/L；,(2)生物膜具有丰富的生物相，含有大量丝状菌，形成了稳,定的生态系统，污泥产量低；,(3)具有较高的氧利用率；,(4)具有较强的耐冲击负荷能力；,(5)生物膜活性高；,(6)没有污泥膨胀的问题。,缺点：填料易堵塞和更换，运行费用较高。,24,接触氧化池的主要部分,一、生物接触氧化池的构造,填料要求：,比表面积大；,空隙率大；,水力阻力小；,强度大；,化学和生物稳,定性好；,能经久耐用。,填料,池底,布水布气装置,池底用于设置填料、布水布气装置和支撑填料的栅板和格栅。,布气管可布置在池子中心、侧面和全池。,25,接触氧化池外观图,接触氧化池反应区的构造,26,酚醛树脂蜂窝填料,常用填料的类型,27,正六角行蜂窝状斜管,聚乙烯蜂窝填料,聚乙烯蜂窝填料,28,半软性填料,半软性填料,29,弹性立体填料,软性纤维填料,30,软性、复合填料,组合填料,31,YHT型弹性生物的环填料,立体弹性填料,32,立体弹性填料,漂浮填料,33,SQC型丝球形悬浮填料,34,生物接触氧化法填料,35,新型的纤维网状填料,新型的纤维网状填料,36,37,生物填料框架,框架与生物填料,38,框架与生物填料,新型的三维立体网状填料,39,挂膜后的网状填料,40,反应区曝气系统的布置,牛腿与槽钢的布置,41,曝气装置安装,42,43,生物接触氧化法的基本流程,三、工艺流程,1. 一段法,2. 二段法,初沉池一般可在城市污水中采用，而在工业废水中由于水质波动激烈，多数安设调节池，调节池兼有一次沉淀池的作用。,44,Screening,Grit,Sludge,Return activated sludge,Sludge,Return activated sludge,B,1,=71%,2,=85%,Primary,clarifier,Influent,经沉砂,后污水,接触氧化池,Contact oxidation,tank,Secondary,clarifier,Effluent,One stage biological contact oxidation process,Influent,经沉砂,后污水,Primary,clarifier,一级接触氧化池,First stage,contact,oxidation tank,Secondary,clarifier,排渣 sludge,排泥 sludge,排渣 sludge,排泥 sludge,二级接触氧化池,Second stage,contact,oxidation tank,Secondary,clarifier,Effl-,uent,排泥 sludge,Two stages biological contact oxidation process,45,四、生物接触氧化池的计算,1. 一般原则,一般采用有机负荷法进行设计；,有机负荷最好通过试验确定，一般处理城市废水,时可采用,1.01.8,kgBOD,5,/m,3,.d,；,废水在池中的水力停留时间不应小于,1.0,h,（按填,料体积计算）；,进水,BOD,5,浓度过高时，应考虑出水回流。,46,2设计计算,（1） 生物接触氧化池的容积V,（11-26）,式中：Q平均日污水量，m,3,/d；,S,i,进水BOD,5,值，g/m,3,或mg/L；,S,e,出水BOD,5,值，g/m,3,或mg/L；,F,v,容积负荷，gBOD,5,/m,3,d。,（2） 氧化池总面积A,（11-6）,式中：H滤料层高度,47,（3） 氧化池格数n,（11-27）,式中：f每格氧化池面积，m,2,，一般,f25m,2,。,（4）接触时间t,（11-28）,（5）池深H,o,H,O,= H + h,1,+ h,2,+ h,3,（11-29）,式中： h,1,-超高，0.5,0.6 m,h,2,-填料层上水深， 0.4,0.5 m,h,3,-填料至池底的高度，0.5,1.5 m,48,五、接触氧化法的优缺点,1. 优点：,（1）生物量丰富，能够形成一个密集而稳定的生,态系，处理效果好；,（2）应器中生物量大，容积负荷高，水力停留时,间短，处理能力强；,（3）出水水质稳定，耐负荷冲击能力强；,（4）无污泥回流,动力消耗低，污泥产量低（与活,性污泥法相比）；,（5）,兼有活性污泥的特点。,2. 缺点（与活性污泥法相比）：,（1）,投资大，造价高；,（2）,易堵塞；,（3）,维修困难；,（4）,设计、施工操作管理技术难度大。,49,11-5 生物流化床,(Fluidized-Bed Bioreactors, FBBR),流态化原理,美国Ecolotrol公司19731975年研制成功的HyFlo生物流化床。,以比重大于1的细小惰性颗粒如砂、焦碳、陶粒、活性炭等为载体；废水以较高的上升流速使载体处于流化状态；生物固体浓度很高，传质效率也很高，是一种高效的生物处理构筑物。,50,床层的三种状态,固定床阶段,流化床阶段,液体输送阶段,流态化原理,51,流化生物膜反应池,52,载体颗粒的流化，是由于上升的水流(或水流与气流)所造成的。,三种状态：1)固定状态；,2)流化状态；,3)输送状态,下图载体颗粒的三种状态,载体颗粒流化原理,53,当液体以很小的速度流经床层时，固体颗粒处于静止不动的状态，床层高度也基本维持不变，这时的床层称固定床。,固定床,阶段,上图中的,ab,段：液体通过床层的压力降,p,随空塔速度,v,的上升而增加，呈幂函数关系，在双对数坐标图纸上呈直线。,上图中的,b,点：液体滤速增大到压力降,p,大致等于单位面积床层重量，固体颗粒间的相对位置略有变化，床层开始膨胀，固体颗粒仍保持接触且不流态化。,54,流化床,阶段,当液体流速大于,b,点流速，床层不再维持于固定状态，颗粒被液体托起而呈悬浮状态，且在床层各个方向流动，在床层上部有一个水平界面，此时由颗粒所形成的床层完全处于流化态状态，这类床层称流化床。,上图中的,bc,段：流化层的高度,h,是随流速上升而增大，床层压力降,p,则基本不随流速改变。,b,点的流速,v,min,是达到流态化的起始速度，称临界流态化速度。临界速度值随颗粒的大小、密度和液体的物理性质而异。,55,生物流化床中的载体颗粒表面有一层微生物膜，因此其流化特性与普通的流化床不同。,流化床床层的膨胀程度可以用膨胀率,K,或膨胀比,R,表示：,流化床,阶段,式中：,v、v,e,分别为固定床层和流化床层体积。,式中：,h,、,h,e,分别为固定床层和流化床层高度。,在生物流化床中，相同的流速下，膨胀率随着生物膜厚度的增加而增大，如右图所示。一般,K,采用50200。,生物颗粒粒径与,膨胀率的关系,56,液体输送,阶段,当液体流速提高至超过,c,点后，床层不再保持流化，床层上部的界面消失，载体随液体从流化床带出，这阶段称液体输送阶段。在水处理工艺中，这种床称“移动床”或“流动床”。,上图中的,c,点的流速,v,max,称颗粒带出速度或最大流化速度。,流化床的正常操作应控制在,v,min,和,v,max,之间。,57,流化床的类型,根据生物流化床的供氧、脱膜和床体结构的不同，好氧生物流化床主要有两种类型：,两相生物流化床,三相生物流化床,58,两相生物流化床,废水与回流水在充氧设备中与氧混合，使废水中的溶解氧达到32-40mg/L（氧气源）或9mg/L（空气源），然后进入流化床进行生物氧化反应，再由床顶排出。随着床的操作，生物粒子直径逐渐增大，定期用脱膜器对载体机械脱膜,其脱膜后的载体返回流化床，脱除的生物膜则作为剩余污泥排出。,对于一般浓度的废水，一次充氧不足以保证生物处理所需要的氧量，必须回流水循环充氧。在两相流化床系统中，污水的充氧和充氧污水与载体的接触在两个设备中进行。为了更新生物膜，系统中应设置间歇工作的脱膜设备。,59,三相生物流化床,在三相流化床中，污水和空气从底部一起进入，设备中气、液、固三相强烈搅动接触，使有机物降解，由于生物膜能自行脱落，可不设脱膜设备。,60,生物流化床的优缺点,生物流化床的主要优点,滤床具有巨大的表面积容积负荷高，抗冲击负荷能力强,微生物活性强,传质效果好,生物流化床每单位体积表面积比其他生物膜大，单位床体的生物量很高（1040g/L），传质速度快，废水一进入床内，很快被混合稀释。,对同类废水，在相同处理条件下，其生物膜的呼吸速率约为活性污泥的两倍，可见其反应速率快，微生物的活性较强。,由于载体颗粒在床体内处于剧烈运动状态，气固液界面不断更新，因此传质效果好，这有利于微生物对污染物的吸附和降解，加快了生化反应速率。,61,生物流化床的优缺点,生物流化床的主要缺点,防堵塞,曝气方法,进水配水系统的选用,生物颗粒流失,设备的磨损较固定床严重，载体颗粒在湍动过程种会被磨损变小。,设计时存在着生产放大方面的问题：,实际生产运行的经验较少，对于床体内的流动特征尚无合适的模型描述，在进行放大设计时有一定的不确定性。,62,生物流化床的进展载体的研究,生物流化床工作性能的提高，关键在于载体的革新,试验研究表明，这种工艺尤其适用于高浓度有机污水的预处理以及低BOD,5,值污水的处理，有较好的发展前景。,砂质载体虽耐磨但相对密度大（2.65左右），不易流化,颗粒活性炭不耐磨,空心塑料载体：密度略小于水而又耐磨的粒状或近于粒状（即体积小）的载体,63,64,滤池形式,比表面积/,（m,2,m,-3,）,平均值,大致比值,备注,普通生物滤池,4070,50,1,块状滤料，粒径平均8cm左右,生物转盘,100,100,2,以,D,=3.6m转盘为例,塔式生物滤池,100,160,3,以,25蜂窝为例,生物流化床,1000 3000,2000,40,以粒径11.5mm砂粒为例,容积负荷率,工艺名称,普通生物滤池,生物转盘,塔式,滤池,接触,氧化池,普通,活性污泥法,纯氧曝气活性污泥法,生物,流化床,低负荷,高负荷,kg(BOD,5,),.,m,-,3.,d,-1,0.2,0.8,1.0,2.0,3.5,0.5,3.0,10.0,几种生物处理法容积负荷率的比较,几种生物滤床比表面积的比较,几种生物处理系统比表面积和负荷率的比较,65,11-6生物膜法的运行管理,一、生物膜的培养与驯化,生物膜的培养常称为挂膜。挂膜过程必须使微生物吸附在固体支承物上，同时还应不断供给营养物，使附着的微生物能在载体上繁殖，不被水流冲走。,挂 膜,污水通过布水设备连续地、均匀地喷洒到滤床表面上，在重力作用下，污水以水滴的形式向下渗沥，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黏膜，称为生物膜。这个起始阶段称为挂膜，是生物滤池的成熟期。,挂膜后应对生物膜进行驯化，使之适应所处理工业废水的环境。,66,二、生物膜法的日常管理,生物膜法的日常管理较活性污泥法简单。,3当发现滤池堵塞时，应采用高压水表面冲洗，或停止进,入废水让其干燥脱落。,有时也可以加入少量氯或漂白粉，,破坏滤粒层部分生物膜。,1要控制好进水量、浓度、温度及所需投加的营养（N、P）,等。,在废水水质变化，形成负荷冲击情况下，出水水质恶,化，但很快就能恢复。,2生物滤池运行中应注意的主要问题是布水装置及滤料,的堵塞问题。,67,5停产后，膜的水分会大量蒸发,一旦重新开车,可能有大量膜脱落,因此,开始投入工作时,水,量应逐步增加,防止干化生物膜脱落过多,一旦,微生物适应后,即可得到恢复。,4生物膜设备检修或停产时，应保持膜的活性。,对生物滤池只要保持自然通风，或打开各层的,观察孔，保持池内空气流动；对生物转盘，可,以将氧化槽放空，或用人工营养液循环。,68,11-7活性污泥法与生物膜法的比较,一、净化机理和生物相比较,（一）相同之处,1净化有机物的机理没有本质区别。,2生物相具有一定的相似性。,组成活性污泥和生物膜的微生物主要是细菌，真,菌，原生动物，后生动物等，由多种微生物群体,结合构成各自的生态体系。,（二）不同之处,1微生物群体固着的载体不同；,2从生物相而言，生物膜较活性污泥法具有微生物,种属多、食物链长、且种属和数目沿池深不同而,不同等特点。,69,二、活性污泥法和生物膜法优缺点比较,（一）活性污泥法的优缺点,1优点,（1）一般而言，处理效率高于生物膜法，卫生条件,也比生物滤池和生物转盘好；,（2）因其BOD,5,表面或容积负荷率较普通生物滤池,大，因而较其具有占地少的优点。,（3）基建投资省。,2主要缺点,（1）运行费用高；,（2）对于进入负荷变化的适应性不及生物膜法；,（3）产生污泥膨胀和泡沫问题；,（4）需要较高的管理技术。,70,（二）生物膜法的优缺点,1优点,（1）,运行费用较少；,（2）,管理比较简单；,（3）,不产生污泥膨胀问题；,（4）,对进水水质水量的变化适应性较强，,而且接触氧化池的面积还可大大小于,普通活性污泥法曝气池的面积。,2主要缺点,（1）处理效率一般不及活性污泥法；,（2）环境卫生条件较差；,（3）存在占地面积较大等；,（4）基建投资高。,71,在实际废水处理中，究竟采用那种处理方法，应对进出水的要求，基建投资，运行费用，操作管理等几方面的情况进行全面比较来确定。 对于难处理的废水或对于出水水质要求特别高的情况，也可根据不同情况采用两级滤池，多级生物转盘，两级曝气池或生物膜法和活性污泥法联合使用等，有时甚至需要对生物处理后的出水采用其它方法做进一步的处理。,72,思考题,1. 与活性污泥法相比，生物膜法的特点体现,在哪些方面？,2. 生物滤池的主要结构是什么？,3. 影响生物滤池处理污水的主要影响因素有,哪些？,4. 生物转盘处理污水的主要过程和原理？,5. 什么是生物接触氧化法？,6. 什么是生物流化床？其特点有哪些？,73,