第13章生物膜法概述及原理课件

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,*,*,No.,1,?,13.0,概述,?,13.1,生物膜法的基本概念,?,13.2,生物膜的增长及动力学,原,理,?,13.3,生物滤池,?,13.4,生物转盘,?,13.5,生物接触氧化法,?,13.6,生物流化床,?,13.7,其他新型生物膜反应器和联合处理工艺,?,13.8,生物膜法的运行管理,工,艺,及,应,用,第,13,章,生物膜法,No.1?13.0 概述?13.1 生物膜法的基本概念?1,No.,2,13.0,概,述,生物膜法和活性污泥法一样，都是利用微生物来去除废水,中有机物的方法，两者是平行发展起来的污水好氧处理工艺。,生,物,膜,法,和,活,性,污,泥,法,的,区,别,活性污泥法,中的微生物在曝气池内以活性污,泥的形式呈悬浮状态，,属于悬浮生长系统；,生物膜法,中的微生物附着生长在填料或载体,上，形成膜状的活性污泥，,属于附着生长系统或,固定膜工艺。,No.213.0 概述生物膜法和活性污泥法一样，都是,?,生物膜法是土壤自净的人工强化。,?,最早人们利用污水酒浇农田，发现了土,壤渗滤作用对污水中有机物有净化作用。,?,活性污泥法是水体自净的人工强化。,?生物膜法是土壤自净的人工强化。?最早人们利用污水酒浇农田，,No.,4,生物膜法的实质,是使细菌和菌类一,类的,微生物,和原生,动物、后生动物一,类的,微型动物,附着,在滤料或某些载体,上生长繁育，并在,其上形成膜状生物,污泥,生物膜,。,污水与生物膜接触，,污水中的有机污染物,作为营养物质，为生,物膜上的微生物所摄,取，微生物自身得到,繁衍增殖，同时污水,得到净化。,净化机理概述,No.4生物膜法的实质是使细菌和菌类一类的微生物和原生动物,No.,5,初沉池,生物膜反应器,进水,回流,排泥,排泥,出水,二沉池,生物膜法的基本流程,初沉池的作用,是去除大部分悬浮,固体物质，防止生,物膜反应器堵塞，,尤其对孔隙小的填,料是必要的,二沉池的,作用是去,除脱落的,生物膜，,提高出水,水质。,出水回流,的主要作用是当进水浓度较大时，生,物膜增长过快，采用出水回流，以稀释进水有机物,浓度和提高生物膜反应器的水力负荷，加大水流对,生物膜的冲刷作用，更新生物膜，避免生物膜的过,量累积，从而维持良好的生物膜活性和合适的膜厚,度，但出水回流并不是必不可少的。,No.5初沉池生物膜反应器进水回流排泥排泥出水二沉池生物膜,空气,曝气池,进水,出水,回流污泥,剩余污泥,Q,w,二沉池,活性污泥法的基本流程,空气曝气池进水出水回流污泥剩余污泥Qw二沉池活性污泥法的基本,No.,7,13.1,生物膜法的基本概念,1,、生物膜的形成及其净化过程,2,、生物膜的载体,3,、生物膜法的特征,4,、生物膜反应器,No.713.1 生物膜法的基本概念1、生物膜的形,No.,8,1,、,生物膜的形成及其净化过程,生物膜法处理污水就是使污水与生物膜接触，,进行固、液相的物质交换，利用膜内微生物对有机,物进行降解，使污水得到净化，同时生物膜内的微,生物不断生长与繁殖。因此，生物膜废水处理技术,的,关键是形成性能良好的生物膜,，而,生物膜的形成,及其生长是实现废水有效处理的前提,。,No.81、生物膜的形成及其净化过程生物膜法处理污水就是使,No.,9,生物膜的构造（剖面图）,料,滤,生物膜,厌氧,好氧,空,气,流,动,水,层,附,着,水,层,左图所示是附着在生物滤池滤,料上的生物膜的构造。生物膜是高,度亲水的物质，在污水不断在其表,面更新的条件下，其外侧总是存在,着一层,附着水层,。生物膜又是微生,物高度密集的物质，在膜的表面和,一定深度的内部生长繁殖着大量的,各种类型的微生物和微型动物，并,形成有机污染物,细菌,原生动物,(,后生动物,),的食物链。,大,量,微,生,物,No.9生物膜的构造（剖面图）料滤生物膜厌氧好氧空气流动水,No.,10,当废水中含,有足够数量的,有机营养物、,微量元素及溶,解氧时，微生,物在作为载体,的填料表面生,长繁殖。,微生物可以,在其自身通过,代谢途径产生,的胶质粘膜内,活动，使微生,物的数量不断,增长，并使其,从载体表面向,外伸展。,好氧层的形成,由于微生物的不断,繁殖增长，生物膜的厚,度不断增加，当膜厚增,到一定程度后，在氧不,能透入的膜内侧深部即,转变为厌氧状态。,厌氧层的形成,由好氧微生物和兼性微生物组,成，由于吸收营养和溶解氧比,较容易，微生物生长繁殖迅速，,其厚度一般为,2mm,左右,好氧层的特征,内部和载体接触的部分，由,于营养物质和溶解氧的不足，,微生物的生长繁殖受到限制，,好氧微生物难以存活，兼性,微生物转为厌氧代谢方式，,而某些厌氧微生物却恢复了,活性，厌氧层在生物膜达到,一定厚度时才出现,厌氧层的特征,No.10当废水中含有足够数量的有机营养物、微量元素及溶解,No.,11,a,b,c,d,载体,载体,载体,载体,水流,水流,而微生物的生长,则是通过废水中,有,机营养物的吸附,、,传递及氧向生物膜,内部的传递扩散,等,过程促进生物膜中,微生物对有机基质,的氧化降解作用维,持的。,生物膜的形成是废水在流经载体表面的过程中，微生物,与向载体表面输送的物质结合固定化的过程实现的,.,生物膜生长于载体的表面，其中的丝状菌相互缠绕并漫伸,于水中，使生物膜呈现出立体结构。,No.11abcd载体载体载体载体水流水流而微生物的生长则,No.,12,液相中悬浮微生物,微生物向载体表面运送,固定微生物增长、形成生物膜,不可逆附着,可逆附着,No.12液相中悬浮微生物微生物向载体表面运送固定微生物增,An overview of biofilm attachment,Maturation,An overview of biofilm attachm,No.,14,生物膜的构造（剖面图）,料,滤,生物膜,厌氧,好氧,空,气,流,动,水,层,O,2,O,2,BOD,BOD,NH,3,H,2,S,CO,2,NH,3,CO,2,H,2,O,CO,2,H,2,O,O,2,BOD,O,2,BOD,附,着,水,层,在生物膜内、外，生物膜与水,层之间进行着多种物质的传递过程。,空气中的氧溶解于流动水层中，从,那里通过附着水层传递给生物膜，,供微生物呼吸；污水中有机污染物,则由流动水层传递给附着水层，然,后进入生物膜，并通过细菌的代谢,活动而被降解。这样就使污水在其,流动过程中逐步得到净化。微生物,的代谢产物如,H,2,O,等则通过附着水层,进入流动水层，并随其排走，而,CO,2,和厌氧层分解产物如,H,2,S,、,NH,3,以及,CH,4,等气态代谢产物则从水层逸出进,入空气中。,No.14生物膜的构造（剖面图）料滤生物膜厌氧好氧空气流动,No.,15,生物膜的构造（剖面图）,料,滤,生物膜,厌氧,好氧,空,气,流,动,水,层,O,2,O,2,BOD,BOD,NH,3,H,2,S,CO,2,NH,3,CO,2,H,2,O,CO,2,H,2,O,O,2,BOD,O,2,BOD,附,着,水,层,根据,Characklis,的研究，生物,膜的积累形成是一系列物理、化学,和生物过程综合作用的结果。即：,1.,废水中有机分子向生物膜,附着生长的载体表面输送；,2.,废水中的浮游微生物细胞,在载体表面的不可逆吸附；,3.,生长在生物膜内部的微生,物对废水中营养物的利用与,氧化分解,No.15生物膜的构造（剖面图）料滤生物膜厌氧好氧空气流动,No.,16,生物膜的再生,当厌氧层逐渐加厚，并达到一定的程度后，其代谢产物,也逐渐增多，这些产物向外侧逸出，必然要透过好氧层，使,好氧层生态系统的稳定状态遭到破坏，从而失去了这两种膜,层之间的平衡关系，又因气态代谢产物的不断逸出，减弱了,生物膜在惰性载体上的固着力，处于这种状态的生物膜即为,老化生物膜，老化生物膜净化功能较差而且易于脱落。生物,膜脱落后生成新的生物膜，新生生物膜必须在经过一段时间,后才能充分发挥其净化功能。,比较理想的情况是：减缓生物膜的老化进程，不使,厌氧层过分增长，加快好氧膜的更新，并且尽量使生物,膜不集中脱落。,No.16生物膜的再生当厌氧层逐渐加厚，并达到一定的程度后,No.,17,生物膜成熟的标志,生物膜沿水流方向分布，在其上由细菌,及各种微生物组成的生态系统及其对有机物,的降解功能都达到了平衡和稳定的状态。从,开始形成到成熟，生物膜要经历,潜伏,和,生长,两个阶段，一般的城市污水，在20左右的,条件下大致需要,30d,的时间。,No.17生物膜成熟的标志生物膜沿水流方向分布，在其上由细,No.,18,2,、,生物膜的载体,为生物膜提供附着生长固定表面的材料称为填料（或载体），,在生物膜法的发展和性能特征方面填料有着重要的影响。,生产中最早采用的生物,膜法构筑物是以碎石为填料,的滴滤池。碎石能够为微生,物附着生长的表面积小，因,而滴滤池的负荷不可能很大，,使其占地面积较大，加之废,水以喷洒方式在滴滤池表面,布水，卫生状况也不好。所,以生物膜法一直未被重视。,由于塑料工,业的发展以及,塑料填料引入,生物膜处理系,统，有力地推,动了生物膜法,的进一步发展。,No.182、生物膜的载体为生物膜提供附着生长固定表面的材,No.,19,废水生物处理中所使用的载体材料有无机和有机两大类,无,机,类,载,体,无机类载体主要有沙子、碳酸盐类、各种玻璃材料、,沸石类、陶瓷类、碳纤维、矿渣、活性炭等。无机类载,体普遍具有机械强度高，化学性质相对稳定的特点，可,提供较大的比表面积。主要不足是密度较大，使其在悬,浮生物膜反应器中的应用受到限制。,有,机,类,载,体,有机类载体是生物膜法中使用的主要载体材料。主要,有,PVC,、,PE,、,PS,、,PP,、,各类树脂、塑料、纤维以及明胶等，,其中有机高分子类载体适用于悬浮状态完全混合反应器,工艺,（生物流化床、曝气生物滤池等）,的微生物固定化，而塑,料类载体多适用于固定床,（普通生物滤池）,或混合型,（如流,化床）,工艺。,No.19废水生物处理中所使用的载体材料有无机和有机两大类,No.,20,选择生物膜载体的基本原则,?,足够的机械强度，以抵抗强烈的水流剪切力的作用；,?,优良的稳定性，主要包括生物稳定性、化学稳定性和,热力学稳定性；,?,亲疏水性及良好的表面带电特性，通常废水,pH,在,7,左,右时，微生物表面带负电荷，而载体为带正电荷的材料,时，有利于生物体与载体之间的结合程度；,?,无毒性或抑制性；,?,优越的物理性状，如载体的形态、相对密度、孔隙率,和比表面积等；,?,就地取材、价格合理。,No.20选择生物膜载体的基本原则?足够的机械强度，以抵抗,Biofilm on,rough,surface,Biofilm on,smooth,surface,Biofilm on roughsurfaceBiofilm,No.,22,No.22,No.,23,No.23,No.,24,No.24,No.,25,No.25,No.,26,No.26,No.,27,No.27,No.,28,No.28,No.,29,3,、,生物膜法的特征,微,生,物,相,方,面,的,特,征,(1),生物膜中微生物的多样化,?,由于生物膜上的微生物不象活性污泥法中的悬浮生长微生物那,样承受强烈的曝气搅拌冲击，生物膜反应器为微生物的繁衍、增,殖及生长栖息创造了,安稳的环境,。,?,生物膜上除以细菌生长为主外，还可能出现大量丝状菌，但,不,会发生污泥膨胀,。线虫类、轮虫类以及寡毛虫类的微型动物出现,的频率也较高。,?,生物膜上的,生物固体停留时间较长,，故还能够生长世代时间较,长、比增殖速度很小的微生物，如硝化菌等。,No.293、生物膜法的特征微生物相方面的特征(1)生物膜,No.,30,微生物种类,活性污泥法,生物膜法,细菌,+,