1、第4章 水質(zhì)工程學(xué)4.1 污水的性質(zhì)與特征4.2 水體污染與自凈4.3 活性污泥處理工藝4.4 生物膜處理法4.5 厭氧生物處理第4章 水質(zhì)工程學(xué)4.1 污水的性質(zhì)與特征4.4 生物膜處理法 4.4.1 生物膜法的基本概念 4.4.2 生物濾池 4.4.3 生物轉(zhuǎn)盤 4.4 生物膜處理法 4.4.1 生物膜法的基本概 概 述 生物膜法和活性污泥法一樣，都是利用微生物來去除廢水中有機(jī)物的方法，兩者是平行發(fā)展起來的污水好氧處理工藝。 生物膜法和活性污泥法的區(qū)別 活性污泥法：懸浮生長系統(tǒng)； 生物膜法：附著生長系統(tǒng)或固定膜工藝。 概 述 生物膜法和活性污泥法一樣，都是利用微生物來生物膜法的基本流程初沉

2、池生物膜反應(yīng)器進(jìn)水回流排泥排泥出水二沉池初沉池作用：去除大部分懸浮固體物質(zhì)；防止生物膜反應(yīng)器堵塞； 二沉池作用：去除脫落的生物膜，提高出水水質(zhì)。 出水回流作用：稀釋進(jìn)水有機(jī)物濃度；提高生物膜反應(yīng)器的水力負(fù)荷，加大水流對(duì)生物膜的沖刷作用，更新生物膜，避免生物膜的過量累積，從而維持良好的生物膜活性和合適的膜厚度；出水回流不是必不可少的。 生物膜作用是什么？生物膜法的基本流程初沉池生物膜反應(yīng)器進(jìn)水回流排泥排泥出水二沉4.4.1生物膜法的基本概念生物膜的形成及其生長是實(shí)現(xiàn)廢水有效處理的前提；形成性能良好的生物膜是關(guān)鍵； 定義：好氧生物膜是由多種多樣的好氧微生物和兼性厭氧微生物粘附在生物濾池濾料或粘附在

3、生物轉(zhuǎn)盤盤片上的一層粘性的微生物混合群體薄膜。是生物膜法凈化行廢）水的工作主體 普通濾池的生物膜厚度約23mm。微生物量以每平方米濾料上干燥生物膜的重量或每立方米濾料上的生物膜污泥重量表示4.4.1生物膜法的基本概念生物膜的形成及其生長是實(shí)現(xiàn)廢水有生物膜：高度親水，濾料1上厭氧層2、好氧層3；附著水層4，流動(dòng)水層5；6空氣O2，7有機(jī)物BOD，8好氧產(chǎn)物CO2、H2O，9厭氧產(chǎn)物NH3、H2S、CO2；生物膜的構(gòu)造有機(jī)物降解過程： 空氣中氧溶解于流動(dòng)水層中； 污水中有機(jī)物由流動(dòng)水層傳遞到附著水層，在進(jìn)入生物膜； 微生物代謝有機(jī)物。生物膜的構(gòu)造（剖面圖）料濾生物膜厭氧好氧空氣流動(dòng)水層O2O2BO

4、DBODNH3H2SCO2NH3CO2H2OCO2H2OO2BODO2BOD附著水層生物膜：高度親水，濾料1上厭氧層2、好氧層3；生物膜的構(gòu)造有生物膜的載體 為生物膜提供附著生長固定表面的材料稱為填料(載體),在生物膜法的發(fā)展和性能特征方面填料有著重要的影響。滴濾池，生產(chǎn)中最早，以碎石為填料。碎石比表面積小，負(fù)荷小，占地大，噴灑廢水布水方式不衛(wèi)生。所以生物膜法一直未被重視。 塑料工業(yè)發(fā)展，塑料填料引入生物膜處理系統(tǒng)，推動(dòng)生物膜法發(fā)展。 生物膜的載體 為生物膜提供附著生長固定表面的材料稱為填載體材料：無機(jī)和有機(jī)兩大類 無機(jī)類載體沙子、碳酸鹽類、各種玻璃材料、沸石類、陶瓷類、碳纖維、礦渣、活性炭等

5、。機(jī)械強(qiáng)度高，化學(xué)性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定，比表面積較大。不足：密度較大，在懸浮生物膜反應(yīng)器中應(yīng)用受限。 有機(jī)類載體聚氯乙稀PVC、聚乙烯PE、聚苯乙烯 PS、聚丙烯PP、各類樹脂、塑料、纖維以及明膠等，有機(jī)高分子類載體適用于懸浮狀態(tài)完全混合反應(yīng)器工藝（生物流化床、曝氣生物濾池等）。塑料類載體多適用于固定床（普通生物濾池）或混合型（如流化床）工藝。載體材料：無機(jī)和有機(jī)兩大類 無機(jī)類載體沙子、碳酸鹽類、各種玻選擇生物膜載體的基本原則 足夠的機(jī)械強(qiáng)度，以抵抗強(qiáng)烈的水流剪切力作用； 優(yōu)良的穩(wěn)定性，包括生物、化學(xué)和熱力學(xué)穩(wěn)定性； 親疏水性及良好的表面帶電特性，帶正電荷的載體有利； 無毒性或抑制性； 優(yōu)越的物理性狀

6、，如載體的形態(tài)、相對(duì)密度、孔隙率和比表面積等； 就地取材、價(jià)格合理。選擇生物膜載體的基本原則 足夠的機(jī)械強(qiáng)度，以抵抗強(qiáng)烈的水流剪Biofilm on rough surfaceBiofilm on smooth surfaceBiofilm on rough surfaceBiofil載體1載體1載體2載體2 生物濾池是生物膜反應(yīng)器的最初形式，已有百余年的發(fā)展史。 1893年英國將污水噴灑在粗濾料上進(jìn)行凈化試驗(yàn)凈化效果良好生物濾池問世。早期：水力負(fù)荷和BOD負(fù)荷都很低，但占地大，易堵后來：出水回流，提高水力負(fù)荷和有機(jī)負(fù)荷，為高負(fù)荷生物濾池。 現(xiàn)有：普通低負(fù)荷生物濾池高負(fù)荷生物濾池塔式生物濾池曝

7、氣生物濾池等。4.4.2 生物濾池 生物濾池是生物膜反應(yīng)器的最初形式，已有百余年的發(fā)展史生物濾池構(gòu)造與原理通氣道排水滲水裝置配水虹吸配水干管及支管濾料布水裝置：向?yàn)V池表面均勻污水。適應(yīng)水量的變化；不易堵塞和易于清通以及不受風(fēng)、雪影響等特征。普通生物濾池多采用固定噴嘴式布水系統(tǒng)，由投配池，布水管道和噴嘴等幾部分組成。（高負(fù)荷生物濾池和塔式生物濾池常用旋轉(zhuǎn)式布水裝置） 排水系統(tǒng)：池底，包括滲水裝置、匯水溝和總排水溝以及其供通風(fēng)的底部空間。兩個(gè)作用：1排除出水；2保證濾池通風(fēng)良好。滲水裝置：支撐濾料，其排水孔隙總面積不小于濾池表面積20%；與池底距離大于0.4m，以利通風(fēng)，一般在出水區(qū)的四周池壁均勻

8、布置進(jìn)風(fēng)孔。構(gòu)造：池體、濾料、布水裝置 、排水系統(tǒng)生物濾池構(gòu)造與原理通氣道排水滲水裝置配水虹吸配水干管及支管（1）. 構(gòu)造特征通氣道排水滲水裝置配水虹吸配水干管及支管濾料 池壁：磚石，圍護(hù)濾料，能承受濾料壓力。有些池壁上有許多孔洞，促進(jìn)通風(fēng)。要求池壁高于濾料表面0.50.9m。池體：平面上為方形、矩形或圓形。 池底：支撐濾料、排除出水。池底底部四周設(shè)通風(fēng)口，其總面積不小于濾池表面積的1%。 濾料：濾池主體，對(duì)濾池凈化功能有直接影響。要求：比表面積大；孔隙率足夠；機(jī)械強(qiáng)度較好，不易變形和破碎。（1）. 構(gòu)造特征通氣道排水滲水裝置配水虹吸配水干管及支管濾生物轉(zhuǎn)盤源于原聯(lián)邦德國，1954年第一套半生

9、產(chǎn)性生物轉(zhuǎn)盤試驗(yàn)裝置在西德海爾布隆(Heilbronn)污水處理廠建成。原聯(lián)邦德國斯圖加特工業(yè)大學(xué)勃?jiǎng)e爾(Popel)教授和哈特曼(Hartman)教授進(jìn)行了大量研究，于1964年發(fā)表生物轉(zhuǎn)盤的設(shè)計(jì)、計(jì)算與性能論文，奠定生物轉(zhuǎn)盤技術(shù)發(fā)展基礎(chǔ)。 4.4.3 生物轉(zhuǎn)盤 生物轉(zhuǎn)盤源于原聯(lián)邦德國，4.4.3 生物轉(zhuǎn)盤 生物轉(zhuǎn)盤構(gòu)造特征 由盤片、接觸反應(yīng)槽、轉(zhuǎn)軸及驅(qū)動(dòng)裝置組成。盤片串聯(lián)成組，中心貫以轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸兩端安設(shè)在半圓型接觸反應(yīng)槽兩端的支座上。轉(zhuǎn)盤面積的40左右浸沒在槽內(nèi)的污水中，轉(zhuǎn)軸高出槽內(nèi)水面1025cm。如下圖所示。 生物轉(zhuǎn)盤構(gòu)造特征 由盤片、接觸反應(yīng)槽、轉(zhuǎn)軸及驅(qū)動(dòng)裝置組成。盤給排水科學(xué)與工程

10、概論課件第4章(下)給排水科學(xué)與工程概論課件第4章(下)給排水科學(xué)與工程概論課件第4章(下) 盤片 1）主要部件，應(yīng)具有輕質(zhì)高強(qiáng)，耐腐蝕、耐老化、易于掛膜、不變形，比表面積大，易于取材、便于加工安裝等性質(zhì)。一般采用聚氯乙烯或聚脂玻璃鋼制作。 =37mm（ =1015）2）形狀、大?。簣A形、正多角形，為波紋狀盤片，此時(shí)表面積可提高一倍。直徑：23.6m，最大5.0m3）盤片間距：一般為30mm，多級(jí)轉(zhuǎn)盤前級(jí)數(shù)為2535mm，后級(jí)數(shù)1020mm。 接觸反應(yīng)槽各部位尺寸和長度，據(jù)轉(zhuǎn)盤直徑和軸長決定，半圓形。盤片邊緣與槽內(nèi)面間距不小于100mm。槽底設(shè)放空管，槽兩側(cè)面設(shè)有進(jìn)出水設(shè)備，多采用鋸齒形溢流堰

11、。多級(jí)生物轉(zhuǎn)盤的接觸反應(yīng)槽分為若干格，格與格之間設(shè)導(dǎo)流槽 。 盤片 1）主要部件，應(yīng)具有輕質(zhì)高強(qiáng)，耐腐蝕、耐老化、易于轉(zhuǎn)軸實(shí)心鋼軸或無縫鋼管，長L=0.57.0m，否則易擾曲變形，發(fā)生折斷或扭斷，直徑d=5080mm。轉(zhuǎn)軸中心距槽內(nèi)水面的距離(b) /轉(zhuǎn)盤直徑(D)= 0.050.15，取0.060.1，轉(zhuǎn)軸在液面之上b 150mm。驅(qū)動(dòng)裝置電機(jī)減速器轉(zhuǎn)動(dòng)鏈條軸，轉(zhuǎn)速0.8-3.0r/min，線速度15-18m/min 。不能過高或過低，過高損設(shè)備機(jī)械強(qiáng)度，消耗電能，盤面產(chǎn)生較大剪切力，易使生物膜過早剝離。綜合考慮各項(xiàng)因素，轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速以0.8-3.0 r/min，外緣的線速度以為宜。 轉(zhuǎn)軸與驅(qū)

12、動(dòng)裝置轉(zhuǎn)軸 轉(zhuǎn)軸與驅(qū)動(dòng)裝置生物轉(zhuǎn)盤的凈化機(jī)理 盤片交替與污水和空氣相接觸，在盤片上產(chǎn)生一層滋生著大量微生物的生物膜。當(dāng)生物膜與反應(yīng)槽內(nèi)污水接觸時(shí)，污水中有機(jī)物被生物膜所吸附降解，當(dāng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)離開污水生物膜與空氣接觸時(shí)，一方面生物膜表面吸附水層中的有機(jī)物繼續(xù)降解，一方面吸附水層吸收空氣中的氧，供生物膜利用和將其傳遞到污水中使槽內(nèi)的DO達(dá)到一定濃度。而老化了的生物膜在剪切力作用下而脫落，然后進(jìn)入二沉池。生物轉(zhuǎn)盤的凈化機(jī)理 盤片交替與污水和空氣相接觸，在盤片上產(chǎn)生生物轉(zhuǎn)盤凈化反應(yīng)過程與物質(zhì)傳遞過程 生物轉(zhuǎn)盤凈化反應(yīng)過程與物質(zhì)傳遞過程 第4章 水質(zhì)工程學(xué)4.1 污水的性質(zhì)與特征4.2 水體污染與自凈4.

13、3 活性污泥處理工藝4.4 生物膜處理法4.5 厭氧生物處理第4章 水質(zhì)工程學(xué)4.1 污水的性質(zhì)與特征4.5.1 厭氧生物處理的基本原理4.5.2 厭氧生物處理工藝與反應(yīng)器4.5 厭氧生物處理4.5.1 厭氧生物處理的基本原理4.5 厭氧生物處理4.5.1 厭氧生物處理的基本原理 厭氧生物處理法是在無氧或缺氧條件下，利用專性和兼性厭氧微生物的生命活動(dòng)對(duì)有機(jī)物進(jìn)行生物降解，從而達(dá)到處理有機(jī)廢水或污泥的目的，又稱為厭氧消化法。概念 厭氧消化的終產(chǎn)物為CH4和CO2； 中高濃度的工業(yè)廢水 難降解有機(jī)廢水 低濃度的城鎮(zhèn)污水4.5.1 厭氧生物處理的基本原理 厭氧生物處理法是廢水濃度4.5.1 厭氧生物

14、處理的基本原理污水生物處理好氧處理厭氧處理耦合技術(shù)高多低濃度耦合技術(shù)低少中、高濃度能耗剩余污泥廢水濃度4.5.1 厭氧生物處理的基本原理污水生物處理好氧處4.5.1 厭氧生物處理的基本原理過程 厭氧消化的兩階段理論 碳水化合物、蛋白質(zhì)及脂肪 有機(jī)物合成分解新細(xì)胞小分子有機(jī)物 揮發(fā)酸、醇類、H2、CO2、H2S及NH4+能量合成分解新細(xì)胞CH4和CO2能量產(chǎn)酸菌專性厭氧菌、兼性厭氧菌產(chǎn)甲烷菌 專性厭氧菌 第一階段 產(chǎn)酸階段（酸性發(fā)酵階段） 第二階段產(chǎn)甲烷階段（堿性發(fā)酵階段）pH 56 pH 78 4.5.1 厭氧生物處理的基本原理過程 厭氧消化的兩階段理論4.5.1 厭氧生物處理的基本原理 厭氧

15、消化的三階段理論復(fù)雜有機(jī)物H2 , CO2CH3COOH揮發(fā)性有機(jī)酸和醇類CH4+CO2 第一階段 水解發(fā)酵階段 第二階段產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段 第三階段產(chǎn)甲烷階段 產(chǎn)甲烷菌不能直接利用除甲酸、乙酸、甲醇、甲胺、 H2 及CO2之外有機(jī)酸和醇類。4.5.1 厭氧生物處理的基本原理 厭氧消化的三階段理論 CH4+CO24.5.1 厭氧生物處理的基本原理 厭氧消化的四階段理論簡單有機(jī)化合物單糖、雙糖、氨基酸及多肽揮發(fā)性有機(jī)酸和醇丙酸、丁酸、戊酸及乙醇H2 , CO2CH3COOH3. 同型產(chǎn)乙酸菌復(fù)雜有機(jī)物 2. 產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌 4. 產(chǎn)甲烷菌1. 水解發(fā)酵細(xì)菌4.5.1 厭氧生物處理的基本原理 厭氧消化的

16、四階段理論3.4.5.2 厭氧生物處理工藝與反應(yīng)器第一代厭氧反應(yīng)器 化糞池1895年，英國的Donald設(shè)計(jì)了世界上第一個(gè)厭氧化糞池，是厭氧處理工藝發(fā)展史上的一個(gè)重要里程碑。主要用于處理來自廁所的糞便污水，通常設(shè)于獨(dú)立的居住或公共建筑的下水管道上，或郊區(qū)的別墅式建筑。A septic tank system4.5.2 厭氧生物處理工藝與反應(yīng)器第一代厭氧反應(yīng)器 化糞池4.5.2 厭氧生物處理工藝與反應(yīng)器化糞池是一個(gè)矩形密閉的池子，用隔墻分為兩室或三室，各室之間用下水連接管接通。上層為浮渣層，下層為污泥層，中間為水流，通過各室后由另一端排出?；S池采用污泥與廢水完全混合的模式，SRT與HRT相同，

17、厭氧微生物的濃度低，處理效果不佳。 化糞池進(jìn)水出水浮渣污泥4.5.2 厭氧生物處理工藝與反應(yīng)器化糞池是一個(gè)矩形密閉的池4.5.2 厭氧生物處理工藝與反應(yīng)器第一代厭氧反應(yīng)器 厭氧接觸法對(duì)于懸浮物較高的有機(jī)廢水，可以采用厭氧接觸法。沼氣出水剩余污泥真空脫氣器冷卻器4.5.2 厭氧生物處理工藝與反應(yīng)器第一代厭氧反應(yīng)器 厭氧接4.5.2 厭氧生物處理工藝與反應(yīng)器 厭氧接觸法特點(diǎn)：在消化池后設(shè)沉淀池，將沉淀污泥回流至消化池，使SRT與水HRT分開，厭氧反應(yīng)器內(nèi)能維持較高的污泥濃度，同時(shí)可大大降低HRT；存在的問題是從厭氧反應(yīng)器排出的混合液中的污泥由于附著大量氣泡，在沉淀池中易于上浮到水面而被出水帶走；進(jìn)

18、入沉淀池的污泥仍有產(chǎn)甲烷菌在活動(dòng)，產(chǎn)生沼氣，使已沉下的污泥上翻，固液分離效果不佳。可采取以下辦法解決： （1）在反應(yīng)器與沉淀池之間設(shè)真空脫氣器； （2）在反應(yīng)器與沉淀池之間設(shè)冷卻器；4.5.2 厭氧生物處理工藝與反應(yīng)器 厭氧接觸法特點(diǎn)：4.5.2 厭氧生物處理工藝與反應(yīng)器第二代厭氧反應(yīng)器提高系統(tǒng)內(nèi)生物量、強(qiáng)化傳質(zhì)作用、延長SRT、縮短HRT；包括厭氧生物濾池（AF）、厭氧流化床（AFB）、升流式厭氧污泥床（UASB） 厭氧生物濾池裝填料的厭氧反應(yīng)器。微生物以生物膜的形態(tài)生長在濾料表面，避免了厭氧污泥隨出水流失。分為升流式和降流式兩種類型。4.5.2 厭氧生物處理工藝與反應(yīng)器第二代厭氧反應(yīng)器提高

19、系統(tǒng)4.5.2 厭氧生物處理工藝與反應(yīng)器 厭氧生物濾池降流式升流式生物膜的吸附微生物的代謝濾料的截留優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)了SRT和HRT的分離控制；缺陷：容易出現(xiàn)堵塞和短流現(xiàn)象，需要定期清洗，增加運(yùn)行成本。4.5.2 厭氧生物處理工藝與反應(yīng)器 厭氧生物濾池降流式升流4.5.2 厭氧生物處理工藝與反應(yīng)器 升流式厭氧污泥床第二代厭氧反應(yīng)器目前應(yīng)用最為廣泛的高速厭氧反應(yīng)器，對(duì)廢水厭氧生物處理具有劃時(shí)代的意義。集生物反應(yīng)器與沉淀于一體的厭氧反應(yīng)器，污水從下部流入，通過布水系統(tǒng)、厭氧顆粒污泥層、三相分離器，最終從上部溢流堰流出。 （1）在反應(yīng)器的上部設(shè)置了氣、固、液三相分離器； （2）在反應(yīng)器底部設(shè)置了均勻布水系統(tǒng)； （3）反應(yīng)器內(nèi)的污泥