(精品)第十三章_生物膜法

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,*,13,生物膜法,1.,微生物物的形态,好氧生物处理法分类：,1.,活性污泥法,:,微生物悬浮生长型,2.,生物膜法：微生物,附着生长型,，微生物固着生长在载体的表面形成生物膜。,2.,构筑物：生物膜反应器。,按照废水与生物接触形式的不同，有：,生物滤池,、生物转盘、生物接触氧化池、曝气生物滤池、生物流化床；,3.,载体：,填料或滤料。塑料滤料：密度小、比表面积大、孔隙率大、强度高；纤维。,4.,生物膜法：,好氧法、厌氧法（厌氧滤池,/UASB,）,13,生物膜法,13-1,基本原理,13-2,生物滤池,13-3,生物转盘,13-4,生物接触氧化法,13-5,生物膜法的进展,13-1,基本原理,一,.,生物膜,:,附着生长在滤料上充满微生物的立体网状结构，具有较强的吸附和生物降解性能。（图,13-1,生物膜的基本,结构,）,结 构,：好氧层,(0.51mm):,好氧和兼性微生物，其中异养微生物位于上层，自养微生物底层；厌氧层：厌氧分解；附着水层；流动水层,组 成,：细菌（好氧、,厌氧、兼性,）为主、真菌（,包括丝状菌,）,、,藻类、原生动物、后生动物、蠕虫、昆虫的幼虫；上层为低级食物链，下层为高级食物链。,作用：吸附、氧化分解；,生物分层：随着水流方向，微生物从低级到高级分布，种类逐渐逐渐增多，个体数量减少；上层厚，下层厚度减小；,载体：填料或滤料、介质,生物膜培养：挂膜，过程为几天至几十天,生物膜生长速度的影响因素：有机负荷、水力负荷（滤率）,生物膜脱落：老化；昆虫活动；水力冲刷。,图,13-1,生物膜的基本,结构,净化有机物的过程（图,13-1,）,有机物的扩散、氧的扩散（传质）；,有机物的吸附；有机物的氧化分解,(,好氧分解,),；,好氧代谢产物扩散；,厌氧层的厌氧代谢,(,厌氧分解,),；,厌氧代谢的产物如有机酸的扩散；,生物膜的生长和脱落,活性污泥和生物膜的比较,相同点：,1.,主要利用好氧微生物吸附、氧化降解有机物；,2.,微生物以细菌为主；,3.,微生物中原生动物和后生动物的存在说明系统运行正常，能改善出水水质；,不同点,:,1.,丝状菌的大量繁殖,使生物膜具有立体结构，能疏松生物膜，有利于提高污染物的去除效果；而在活性污泥中则会对系统构成威胁，,2.,生物膜中,原生动物和后生动物,比活性污泥数量多，种类更丰富；且分层聚居，在水流的下层出现。,二、影响生物膜法污水处理效果的主要因素,进水底物的组分和浓度及其变化规律,营养物质,有机负荷和水力负荷,有机负荷：,kgBOD,5,/m,3,(,滤料,)d,水力负荷,(,滤率,),：,m,3,(,污水,),/m,2,(,滤料,)d,有机负荷受到滤床性质的影响，即受到滤料性能的影响；,高的有机负荷，需要高的水力负荷；,在高负荷生物滤池中，提高滤率是改善生物滤池堵塞的常用措施；（表,13-1,）,DO,生物膜量,：厚度和密度与进水有机物浓度影响；,pH,温度,有毒物质,表,13-1,几种生物膜法工艺的负荷,比较对象,普通生物滤池,高负荷生物滤池,塔式生物滤池,生物接触氧化池,生物转盘,滤率,(,m/d,),1,5,940,90150,100,160,0.1,0.2,有机负荷,(kgBOD,5,/m,3,d),-1,0.1,0.3,0.5,1.5,1.02.5,2.5,4.0,BOD,去除效率,85,95,80,90,80,90,85,90,85,90,三、生物膜法污水处理工艺特征,与传统活性污泥法相比较，生物膜法的特点：抗冲击负荷、剩余污泥量少、操作方便；,适合中小型污水处理厂采用,。,微生物特征：,微生物种类丰富、量多、食物链长；,微生物中存在世代时间较长的菌种，有利于不同功能的优势菌群分段运行；,处理工艺特征：,对水质、水量的变化有较强的适应性；,可用于低浓度污水的处理；,剩余污泥量少；,运行管理方便：无污泥回流、无需调节反应器内污泥浓度、无丝状菌膨胀的危险；,需预处理：设初沉等为了,去除原水中悬浮物以免堵塞滤料；,水质均化。,需设二沉池截留脱落的生物膜,四、生物膜法反应动力学介绍,13-2,生物滤池,一、概述,生物滤池是生物膜法的传统工艺。,分 类,负荷不同：,低负荷生物滤池,：滤料为碎石、卵石、炉渣、焦炭；,高负荷生物滤池,：采用处理水回流；,塔式生物滤池,：采用性能改善的滤料；营养物、氧气和微生物三者充分接触、水流紊动剧烈、通风条件好；,布水方式不同：,回转式布水；（图,13-3 a,）,固定喷嘴式布水；（图,13-3 b,）,二、,(,图,13-4),1.,滤床及池体,（,1,）滤料：,主要参数：比表面积,A,、孔隙率,P,、密度、机械强度、生物化学稳定性,(,不能被微生物分解、不能抑制微生物生长,),；,早期滤料：碎石、卵石、焦炭、炉渣等颗粒滤料；,d,为,3,8cm,（拳状）；孔隙率为,45%50%;,比表面积为,65,100m,2,/m,3,;,材料：塑料、玻璃钢、树脂；形状：波纹状、蜂窝管、环状、空心浮球、多孔颗粒。图,13-5,环状 图,13-6,波纹状,滤料高度：石质拳状滤料,1,2.5m,高；塔式滤池高,10m;,（,2,）池壁：砖石、钢筋混凝土；高度高出滤池表面,0.4,0.5m,；,蜂窝斜管和蜂窝斜板,浮球填料,陶粒滤料,立体弹性填料,聚丙烯半软性填料,2.,布水系统,：要求布水均匀；,有固定式喷嘴布水系统（现基本不用）和旋转式布水器,(,图,13-3 a),；,布水中心管，布水横管；布水横管的一侧开于小孔，小孔直径,10,15mm,；间距不等，愈近池心间距愈大，保证单位面积的滤池面积接受的水量相等；,3.,排水系统,：渗水装置、集水沟、排水渠；收集并排出污水和生物膜，保证滤池通风，支承滤料；,几种滤料主要参数的比较,滤料种类,38cm,的,s,石质滤料,环状塑料滤料,波纹板塑料滤料,玻璃钢蜂窝板（,f=20,）,比表面积,A(m,2,/m,3,),65,100,98,340,81,195,200,空隙滤,P,45,50,93,95,93,95,95,-,密度,(kg/m,3,),11001400,100,三、生物滤池法的工艺流程初沉池生物滤池二沉池,a.,普通生物滤池,(,低负荷生物滤池、滴滤池,),水力负荷,q,低：,1,5m,3,(m,2,滤料,d),-1,有机物滤料负荷,q,F,低：,100,300mgBOD,5,(m,3,滤料,d),-1,BOD,5,去除率高：,85,90,；出水水质好,BOD,5,2030mg,L,-1,;,采用拳状颗粒滤料，,d,3,8cm,；,工作,H,1.2,1.8m,；,承脱层颗粒,h,0.2m,；滤料的总,H,1.5,2.0m30mg,L,-1,;,卵石或石英石滤料；,H,2,4m,；,布水系统：旋转式布水系统；,出水无,DO,和硝酸盐；二沉池的污泥稳定性差，泥量大；,生物膜经常性地脱落：主要由于水力冲刷,为保证高负荷、出水水质好，采用,回流,的运行方式,(,一般回流后的进水,BOD,5,200g,L,-1,;),二级生物滤池：提高处理效率；,两个高负荷生物滤池串连,(,图,13-10c,、,d),，第二级池中有硝酸盐和,DO,；,交替式二级生物滤池,(,图,13-9),高负荷生物滤池的两种,回流,方式,(,图,13-10a,，,b),生物滤池,二沉池,初沉池,回 流,rQ,进 水,出 水,Q(1+r),L,1,生物滤池,二沉池,初沉池,回 流,rQ,进 水,Q,出 水,Q(1+r),图,13-9,交替式生物滤池流程,生物滤池,二沉池,初沉池,生物滤池,二沉池,c.,塔式生物滤池,(,图,13-11),流 程：,单级进水（图,13-3a,）,二级进水（图,13-3b,）,直径,R,为,1,3.5m,；高度,H,为,8,24m,；,R/H=68,；,进水,BOD,5,500mg,L,-1,;,填料要求密度低、装填的填料分层，每层,2m,；,BOD,去除率降低，常用于有机废水的预处理，以大幅度去除有机物；,三种生物滤池的性能比较,比较对象,普通生物滤池,高负荷生物滤池,塔式生物滤池,滤床高度,(m),低，,7m,滤床直径,大,小,小,出水,高度硝化，,BOD,5,25,未充分硝化，,BOD,5,30,有限度硝化，,BOD,5,30,BOD,去除效率,85,90,80,90,80,90,二次污泥,颜色深,高度氧化易沉淀,颜色浅，未充分氧化，易腐化,滤率,(,m/d,),1,5,940,90150,有机负荷,(kgBOD,5,/m,3,d),0.1,0.3,0.5,1.5,2.54.0,缺点,占地多，易堵塞，卫生差,优点,运行简单，耐冲击负荷强，生物膜在二沉池易分离,三、影响生物滤池的因素,1.,滤床高度,H,位置不同，微生物种群不同；,E,在一定调节下，与,H,正相关，但在,H,超过一定值时，不经济；,滤床位置,上层,下层,微生物种类,低级,高级,生物膜量,多,少,去除速率,快,慢,2.,负荷：集中反映生物滤池工作性能的参数。,（,1,）水力负荷：,表征生物滤池的接触时间和冲刷能力。,水力表面负荷：,滤率,/m,3,(m,2,d),-1,水力体积负荷,/m,3,(m,3,d),-1,（,2,）有机负荷,/kgBOD,5,(m,3,d),-1,:,每天供给单位体积滤料的有机物量，,表征,F/M,值,比较对象,普通生物滤池,高负荷生物滤池,塔式生物滤池,生物接触氧化池,生物转盘,滤率,(,m/d,),1,5,940,90150,100,160,0.1,0.2,有机负荷,(kgBOD,5,/m,3,d),-1,0.1,0.3,0.5,1.5,1.02.5,2.5,4.0,BOD,去除效率,85,95,80,90,80,90,85,90,85,90,回流的出发点,提高水力负荷（滤率），防止滤池堵塞，改善卫生状况；,保证滤池在有机负荷高的条件下能正常工作；,改善进水状况；,调节和稳定进水。,回流影响出水水质的原因,稀释进入到生物滤池中的有机物浓度，有利于提高出水水质,滤率提高后，流动水的紊流程度增大；有利,微生物周围有机物的浓度梯度减小；不利,废水在滤池中的停留时间,t,减小；不利,3.,回流：在高负荷生物滤池中，多采用回流，一般要求回流后,BOD5200mg/L,（表,13-3,回流滤池回流比与进水浓度之间的过关系）,进水,BOD,5,/(mgL,-1,),150,150300,300450,450600,500750,750900,一级,0.75,1.50,2.25,3.00,3.75,4.50,二级,0.5,1.0,1.5,2.0,2.5,3.0,4.,供氧,（,1,）正常运行的生物滤池，自然通风可以提供生物降解所需的氧量。,（,2,）入流有机物浓度较高时，供氧可能成为限制因素：一般高负荷生物滤池保证进水,COD400mg,L,-1,。,表征生物滤池工作性能的参数,1.,有机负荷,N/kgBOD,5,(m,3,d),-1,N,值高，滤池单位体积单位时间内去除的有机污染物多。,对于一定的有机污染物，所需要的滤池体积小。,2.,处理效果或出水水质,出水的有机物浓度、,SS,；,3.,处理效率,E,如无回流，则指生物滤池的处理效率,如有回流，则指整个系统的处理效率,五、生物滤池系统的功能设计,处理系统：生物滤池、二沉池、和初沉池、回流泵,1,滤池类型,2,流程选择,流程,(1),是否设置初沉池；,(2),采用几级生物滤池；,(3),是否采用回流，回流方式和回流比的确定。,3,滤池个数和滤床尺寸确定,工艺设计内容：确定滤床总体积,V,，面积,A,，和高度,h,。,4,布水设备计算,滤池个数和滤床尺寸的确定,(1),滤床总体积（,V,）,L,V,有机容积负荷，,kgBOD,5,/m,3,d,。,城镇污水生物滤池的负荷率取值表,13-4,(2),滤床高度,h,的确定,(3),校核滤率，是否合理,回流式滤池深较浅时，水力负荷要求,30m/d,。