第3章微污染水生物處理技術§1曝氣生物濾池(BAF)

又名:淹沒式曝氣生物濾池

發(fā)展過程：普通滴濾池→高負荷生物濾池→塔式生物濾池→曝氣生物濾池第3章微污染水生物處理技術§1曝氣生物濾池(BAF)發(fā)1高負荷生物濾池

構(gòu)造

高負荷生物濾池是生物濾池的第二代工藝。池體：

平面上多為圓形。濾料層高一般為2m。布水：

多使用旋轉(zhuǎn)式布水器。高負荷生物濾池構(gòu)造高負荷生物濾池是生物濾池的第二代工藝2濾料：

濾料粒徑較大，一般為40

100mm，工作層濾料的粒徑一般為

4070mm，承托層則為70100mm，孔隙率較高，可以防止堵塞和提高通風能力；濾料常采用卵石、石英砂、花崗巖等，一般以表面光滑的卵石為好；目前常采用塑料濾料：多用聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯等制成；形狀有波紋板式、斜管式和蜂窩式等，特點有：質(zhì)量輕、強度高、耐腐蝕、比表面積和孔隙率較大。主要缺點：造價較高，初期投資較大。濾料：濾料粒徑較大，一般為40100mm，工作層濾料的粒3適用：處理濃度和流量變化比較大的水。進水水質(zhì)要求：

BOD5<200mg/L，否則原水需稀釋。

均化與穩(wěn)定進水水質(zhì)；

加大水力負荷，及時地沖刷過厚和老化的生物膜，加速生物膜的更新，抑制厭氧層發(fā)育，保持生物膜較高的活性；

抑制濾蠅的過度滋生；減輕散發(fā)的臭氣。

適用范圍及特點

高負荷生物濾池通常采用處理水回流稀釋。其效果主要表現(xiàn)在：

特點（與曝氣生物濾池相比）

無反沖洗設施；

自然通風供氧。適用：處理濃度和流量變化比較大的水。進水水質(zhì)要求：均化與4一、原理與特點

1、原理（1）生物降解（2）過濾

曝氣生物濾池是在生物接觸工藝的基礎上，以濾池中填裝的粒狀填料(如陶粒、焦炭、石英砂等)為載體，以顆粒狀填料及其附著生長的生物膜為主要處理介質(zhì)，充分發(fā)揮生物代謝作用，生物絮凝作用，物理過濾作用，膜及填料的物理吸附和截留作用，以及反應器內(nèi)沿水流方向食物鏈的生物多級捕食作用，實現(xiàn)污染物在任一單元反應器內(nèi)高效去除。一、原理與特點（1）生物降解曝氣生物濾池是在生物52、特點（P74）（1）可去除低分子量有機物；（2）可處理低濃度有機物廢水；（3）能去除氨氮、鐵、錳等污染物。2、特點（P74）（1）可去除低分子量有機物；6生物處理-PPT課件7生物處理-PPT課件82、類型按水流方向上向流：BIOSTYR、BIOFOR下向流：BIOCARBONE（1）下向流BAF（BIOCARBONE

）2、類型按水流方向上向流：BIOSTYR、BIOFOR（1）9

具有氧化降解、生物絮凝吸附、截留懸浮物的功能，集生物作用與固液分離作用于一身，不需后設二沉池。曝氣裝置設于整個濾料下面濾料在過濾時呈壓實狀態(tài)。

氣水同向流（上向流），并以較高的濾速過濾采用氣水聯(lián)合反沖洗，主要依賴氣體的擦洗作用，反沖洗時濾料基本不膨脹。反沖污泥最終回流入初沉池。（2）上向流BAF（法國）①BIOFOR

具有氧化降解、生物絮凝吸附、截留懸浮物的功能，集生物作用與10特點：（a)同向流，反沖洗方向與水流方向相同；（b)濾池內(nèi)不會出現(xiàn)負水頭及溝流現(xiàn)象；（c)截留在底部的SS可在氣泡上升過程中被帶入濾池中上部，加大納污率，延長運行周期。特點：（a)同向流，反沖洗方向與水流方向相同；11②BIOSTYR

將脫氮功能引入曝氣生物濾池（曝氣頭抬高，下面形成缺氧區(qū)，P134圖4-4）特點：（a)重力流反沖洗無需反沖泵，節(jié)省動力；（b)濾頭布置在頂部，與處理水接觸不易堵，便于更換；（c)反硝化、硝化脫氮。②BIOSTYR121.采用氣水平行上向流，使得氣水進行極好均分；2.濾料層對氣泡的切割作用使氣泡在濾池中的停留時間延長，提高了氧的利用率；池內(nèi)生物量大，可達8000-23000mg/l（折算成MLVSS）；3.由于濾池極好的截污能力，使得BAF后面不需再設二次沉淀池；

4.三相接觸，有機物容積負荷高，水力停留時間短、基建投資少、O2的轉(zhuǎn)移效率高，曝氣量低，供氧動力消耗低；5.可截留SS，脫落的生物膜，勿需沉淀池，占地少，基建投資??；6.勿需污泥回流，無污泥膨脹，污泥易處理；7.處理水質(zhì)高，可滿足回用要求；8.抗沖擊負荷能力強，適應的溫度范圍廣，且耐低溫；9.易掛膜，啟動快，反應時間短；10.曝氣生物濾池無需二沉池，采用模塊化結(jié)構(gòu)，便于后期改建、擴建；11.該工藝可以單獨建立，也可以與其它工藝組合應用。

上向流工藝特點1.采用氣水平行上向流，使得氣水進行極好均分；上向流工133、運行（1）掛膜：自然掛膜與人工掛膜（2）運行效果：上向流（BIOFOR、BIOSTYR）優(yōu)于下向流；溶解氧：2~3mg/L;反沖洗周期：3~7d.3、運行（1）掛膜：自然掛膜與人工掛膜（2）運行效果：上向流14反沖洗流程反沖洗流程15三、BAF的計算1、水力負荷（q）微污染水：2~4m3/(m2·h)

2、有機負荷（NV）3、氨氮負荷（硝化負荷ND,BIOSTYR的重要考核指標）定義：單位容積濾料每天所負荷的NH3-N量。三、BAF的計算1、水力負荷（q）微污染水：2~4m3/(m164、濾料層高度：≥2m5、濾料：2~5mm(2~8mm)

過?。好軐崳锥?；過大：比表面小，生物量低。6、氣水比（G/W）：(0.5~1.2):1四、應用THMFP：三鹵甲烷前體物；UV254：用水穩(wěn)定性指標，水中吸收紫外線的不飽和有機物、含氮化合物（腐殖質(zhì)類大分子有機物及含C=C和C=O的芳香族化合物）。4、濾料層高度：≥2m5、濾料：2~5mm(2~8mm)6、17生物處理-PPT課件18

工藝流程實例（污水處理）

過濾、生物吸附與生物氧化作用，濾料表面為好氧環(huán)境，內(nèi)部為缺氧、厭氧的微環(huán)境，使得硝化、反硝化作用同時進行。工藝流程實例（污水處理）過濾、生物吸附與生19生物接觸氧化法：介于活性污泥法與生物濾池之間的生物膜法處理工藝；又稱為淹沒式生物濾池、接觸曝氣法。

§2生物接觸氧化(BCO)1971年開始于日本應用領域十分廣泛，深受重視生物接觸氧化法以高效的處理效果受到親睞，原因：

1.生物活性高；2.傳質(zhì)條件好3.充氧效率高——3kgO2/（kw.h），比無填料高30%；4.有絲狀菌存在；5.有較高的生物膜濃度（10-20g/l），而活性污泥（2-3g/l）。生物接觸氧化法：介于活性污泥法與生物濾池之間的20實質(zhì)之二：采用與曝氣池相同的曝氣方法，向微生物提供其所需的氧，并起到攪拌與混合作用，相當于在曝氣池內(nèi)充填供微生物棲息的填料——接觸曝氣法。實質(zhì)之一：在池內(nèi)充填填料，已經(jīng)充氧的污水浸沒全部填料，并以一定流速流經(jīng)填料，在填料上布滿生物膜，污水與生物膜廣泛接觸，在生物膜上微生物新陳代謝功能作用下，有機污染物得到去除，污水得到凈化——淹沒式生物濾池；一、原理及特征1、原理實質(zhì)之二：采用與曝氣池相同的曝氣方法，向微生物提供其所需的氧21BCO與BAF的區(qū)別

（1）填料：

接觸氧化：軟性填料、組合填料、立體彈性填料，等；曝氣生物濾池：粒狀填料，如陶粒、沸石、焦炭等。

（2）反沖洗：

接觸氧化：不需反沖洗，連續(xù)運行；曝氣生物濾池：需反沖洗，周期性運行。BCO與BAF的區(qū)別（2）反沖洗：22BCO與高負荷生物濾池的區(qū)別

（1）填料：

接觸氧化：填料質(zhì)輕，在池中裝一填料支架，不易堵；高負荷生物濾池：粒狀填料，如碎石、卵石、等，需承托層。BCO與高負荷生物濾池的區(qū)別23（2）結(jié)構(gòu)：

接觸氧化：淹沒式，填料完全浸沒于水中；

高負荷生物濾池：類似于滲濾，非淹沒。

（3）供氧：

接觸氧化：有專門曝氣系統(tǒng)、與活性污泥類似；

高負荷生物濾池：不需曝氣系統(tǒng)，通風供氧。（2）結(jié)構(gòu)：（3）供氧：24生物接觸氧化技術的發(fā)展依賴于填料的發(fā)展

蜂窩式填料、波紋板狀填料軟性填料組合填料彈性立體填料懸浮填料生物接觸氧化技術的發(fā)展依賴于填料的發(fā)展蜂窩式填料、波紋板狀填25生物處理-PPT課件26生物處理-PPT課件27生物處理-PPT課件28生物處理-PPT課件29生物處理-PPT課件30生物處理-PPT課件31BCO處理微污染水的理論微污染水：低基質(zhì)濃度，Rittmann等按照穩(wěn)定工況下生長速度等于消耗速度及Monod方程，推導得最小基質(zhì)濃度：Ks：Monod半速率常數(shù)b：內(nèi)源呼吸系數(shù)Y：產(chǎn)率系數(shù)k：最大比基質(zhì)利用率BCO處理微污染水的理論微污32

即理論上穩(wěn)態(tài)生物膜法水處理工藝中，出水基質(zhì)不可能小于Smin。實際對于飲用水生物預處理，?？蓪⑦M水有機物濃度降至Smin以下，原因：二級利用：P81微生物的應激性：P81即理論上穩(wěn)態(tài)生物膜法水處理工藝中，出水基二級利用：P332、工藝特征（1）采用多種形式填料，微生物豐富，可生長氧化能力強的絲狀菌，可生長硝化菌；（2）可起到類似“過濾”的作用；（3）生物膜活性高，處理效率高，可承受較高負荷；（4）抗沖擊負荷，間歇運行仍能保持良好的處理效果；無需污泥回流，無污泥膨脹；污泥生成量少，污泥易沉淀。缺點：填料可能堵塞（如軟性填料，板結(jié)）；布水、曝氣不易均勻，可能在局部出現(xiàn)死角。2、工藝特征（1）采用多種形式填料，微生物豐富，可生長氧化能34二、構(gòu)造及工藝

由池體、填料、布水系統(tǒng)和曝氣系統(tǒng)等組成；填料高度一般為3.0m左右，填料層上部水層高約為0.5m，填料層下部布水區(qū)的高度一般為0.5~1.5m之間；

池型：方形、圓形，頂部穩(wěn)定水層

填料：對接觸氧化池中生物量、氧的利用率、水流條件和廢水與生物膜的接觸反應情況等有較大影響。

1、構(gòu)造二、構(gòu)造及工藝由池體、填料、布水系統(tǒng)和曝氣系統(tǒng)等組成；填35曝氣：機械曝氣、鼓風曝氣曝氣：機械曝氣、鼓風曝氣362、池型：分流式與直流式（1）分流式——國外多用填料區(qū)水流較穩(wěn)定，有利于生物膜的生長，但沖刷力不夠，生物膜不易脫落；可采用鼓風曝氣或表面曝氣裝置；較適用于深度處理。中心曝氣型：P83圖3-7單側(cè)曝氣型：P83圖3-82、池型：分流式與直流式（1）分流式——國外多用中心曝氣型：37生物處理-PPT課件38直流式——國內(nèi)用曝氣裝置多為鼓風曝氣系統(tǒng)；可充分利用池容；填料間紊流激烈，生物膜更新快，活性高，不易堵塞；檢修較困難。直流式——國內(nèi)用393、主要影響因素（1）原水水質(zhì)

NH3-N：1~3mg/L，ηNH3≥80~90%；＞3.5mg/L，ηNH375~85%。有機物體積負荷NV：0.1~0.3kgBOD/(m3·d)。（2）水溫：夏季＞冬季（3）pH：中性（6.5~8.5）（4）DO：2.0~4.0mg/L,G/W=0.8~1.2（5）HRT：空床停留時間20~30min（6）填料性能3、主要影響因素（1）原水水質(zhì)（2）水溫：夏季＞冬季404、工藝計算與組合工藝（1）計算（接觸時間法，P85）（2）組合工藝：P85。低分子量可生物降解有機物含量較高時，BCO前置；含大分子量（相對分子量10000以上）有機物較多，色度、濁度高，懸浮顆?；蚰z體多，后置。4、工藝計算與組合工藝（1）計算（接觸時間法，P85）41生物處理-PPT課件42§3生物活性炭法(BAC)BiologicalActivatedCarbon，以活性炭為載體,表面長有微生物的處理工藝§3生物活性炭法(BAC)BiologicalAct43生物活性炭材料一、原理

將活性炭作為微生物聚集、繁殖生長的良好載體，在適當?shù)臏囟燃盃I養(yǎng)條件下，發(fā)揮活性炭的吸附和微生物生物降解作用。生物再生理論：由于活性炭上的生物膜對吸附的污染物持續(xù)的生物降解作用，使活性炭得到生物再生。生物活性炭材料一、原理44

物理吸附和化學吸附的比較

物理吸附化學吸附吸附力范德華力化學鍵力吸附熱較小,近于液化熱較大,近于反應熱選擇性無選擇性有選擇性分子層單層或多層單分子層吸附速度較快,溫度影響較小,不需活化能較慢,溫度升高,速度加快,需活化能脫附(解吸)較容易,需要能量小很難,需要能量大物理吸附和化學吸附的比較

物理吸附化學吸附吸附力范德華力化45

對于生物活性炭技術,按照污染物被活性炭吸附性和被微生物的降解性可將其分為四類:1.可被活性炭吸附也可被微生物的降解2.可被活性炭吸附但不可被微生物的降解3.不可被活性炭吸附但可被微生物的降解4.不被活性炭吸附也不可被微生物的降解

46Porrotti和Rodman1974年細胞外酶假說：

微生物個體尺寸1萬埃左右微生物的胞外酶10埃大小微孔隙區(qū)的等效直徑大約20-40埃胞外酶污染物酶基質(zhì)復合體產(chǎn)物或活性炭爭論：1）酶能否進入微孔

2）胞外酶除水解酶外是否有其他的酶Porrotti和Rodman1974年細胞外酶假說47溶質(zhì)擴散理論：炭表面的微生物雖然在降解水中的有機污染物的同時也降解炭內(nèi)吸附的有機污染物，但是這是由于炭內(nèi)已吸附的污染物與炭表面的生物膜中的濃度差，獲得了保持吸附平衡的解吸力，而向其表面擴散的的結(jié)果。

溶質(zhì)擴散理論：48BAC的優(yōu)點：增加水中溶解性有機物的去除效率，提高出水水質(zhì)；延長了活性炭的再生周期，減少運行費用；水中NH3-N和NO2-N可被微生物氧化為NO3-N，減少后氯化的投氯量，降低THMs生成量；有效去除水中可生化有機物（BDOC）和無機物，提高出廠水的生物穩(wěn)定性。BAC的優(yōu)點：49二、BAC的工藝結(jié)構(gòu)及有關設計參數(shù)1、工藝結(jié)構(gòu)及設計參數(shù)（1）粒徑：0.9-1.2mm（2）空床停留時間：20-30min（3）床高：2-4m（4）容積負荷：0.25-0.75kgBOD/(m3·d)（5）水力負荷：8-10m3/(m2·h)（6）運行周期：3-4年（延長3-4倍）（7）預臭氧投加量：1.5-2.5mg/L二、BAC的工藝結(jié)構(gòu)及有關設計參數(shù)502、運行控制BAC的運行階段：投入新炭→快速吸附→吸附容量逐漸減少→慢速吸附→活性炭表面生長出微生物→吸附有機物降解→生物吸附平衡（5-20d）；掛膜：投菌法掛膜較快；充氧：曝氣充氧；O3（O3-BAC；OBAC）失效指標：COD（15-45%）；UV254（20-25%）預處理：不宜預氯化；指標：不宜用碘值及亞甲基藍作為控制指標。2、運行控制51雙層生物活性炭反應器1、容器，2、膨脹層，3、密實層，4、氣提器，5、中心區(qū)，6、污水進水管，7、底部配水管，8、中部配水管，9、循環(huán)水管，10、凈化水收集槽，11、反沖洗水收集槽，12、保護水層幾種生物活性炭凈水工藝雙層生物活性炭反應器幾種生物活性炭凈水工藝52雙層生物活性炭反應器工藝示意圖1、反應器，2、曝氣柱，3、水泵，4、布水系統(tǒng)，5、集水裝置，6、反沖洗出水集水槽，7、凈化后出水集水槽，8、錐型收縮裝置，9、密實過濾層，10、膨脹炭層雙層生物活性炭反應器工藝示意圖53三、組合工藝流程1、常規(guī)處理-BAC-超濾常規(guī)處理：去除大部分SS，降低BAC負荷；BAC：去除可溶性有機物、NH3-N等；超濾：去除剩余不溶性雜質(zhì)，提高出水安全性。三、組合工藝流程542、常規(guī)處理-OBAC工藝臭氧的作用：（1）初步氧化分解水中有機物；（2）為活性炭提供DO；（3）氧化活性炭表面吸附的部分有機物，騰出吸附位。BAC的作用：（1）破壞水中殘余的O3；（2）吸附殘余有機物及臭氧化的副產(chǎn)物；（3）微生物降解。2、常規(guī)處理-OBAC工藝553、生物預處理+常規(guī)處理+BAC聯(lián)合工藝生物預處理的作用：（1）生物處理中比較容易進行生物氧化作用的物質(zhì)多數(shù)為親水性；活性炭吸附多為疏水性，協(xié)同作用；（2）生物預處理可將大分子有機物→小分子有機物。4、微污染水臭氧+沸石+顆粒炭（GAC）組合工藝臭氧的作用：分解水中嗅、味、色度、有機物及鐵錳；沸石的作用：交換吸附水中的NH3-N；GAC的作用：吸附降解臭氧化后的小分子有機物及其他有毒有害物質(zhì)。3、生物預處理+常規(guī)處理+BAC聯(lián)合工藝4、微污染水臭氧+沸56生物處理-PPT課件57§4膜生物反應器(MBR)MembraneBioreactor，以膜組件取代二沉池的泥水分離單元設備，常用一體式、分體式兩種?！?膜生物反應器(MBR)Membran582、存在問題（1）建設和運行費用高；（2）膜污染問題；（3）經(jīng)濟可行性。一、原理及特點1、優(yōu)點（1）固液分離效率高，出水水質(zhì)好、濁度低；污泥膨脹對固液分離無影響；（2）微生物泥齡長；（3）F/M低，微生物處于內(nèi)源呼吸期，剩余污泥量少；（4）全自動運行，占地少。2、存在問題一、原理及特點1、優(yōu)點59二、類型及工藝設計按結(jié)構(gòu)膜分離生物反應器（MSBR）膜曝氣生物反應器（MABR）萃取膜生物反應器（EMBR）按膜組件的放置方式分體式（分置式）一體式按是否需氧好氧MBR厭氧MBR二、類型及工藝設計按結(jié)構(gòu)膜分離生物反應器（MSBR）按膜60生物處理-PPT課件61生物處理-PPT課件62生物處理-PPT課件63生物處理-PPT課件64生物處理-PPT課件65生物處理-PPT課件661、分體式MBR書P94圖3-16（b)

膜組件與生物反應器分開，便于研究，起初應用廣泛，技術較成熟。1、分體式MBR膜組件與生物反應器分67分體式MBR用于中水回用處理分體式MBR用于中水回用處理68典型缺點：能耗問題。

MBR能耗較高，而分體式MBR能耗尤為突出。單位體積處理水的能耗是傳統(tǒng)活性污泥法的10-20倍。能耗高的原因？優(yōu)點：運行穩(wěn)定可靠，操作管理容易，易于膜的清洗、更換及增設。典型缺點：能耗問題。優(yōu)點：692、一體式MBR書P94圖3-16（a)；P95圖3-17。

將膜組件置入反應器中。一般通過真空泵或其他類型泵抽吸，得到過濾液。2、一體式MBR將膜組件置入反應器中70缺點：運行穩(wěn)定穩(wěn)定性、操作管理方面和清洗更換不及分置式。優(yōu)點：（1）體積小，整體性強；（2）工作壓力小，無需污泥回流；（3）膜置于反應器內(nèi)，在曝氣作用下污泥固體難于積聚，不易堵塞。（不宜用作厭氧）缺點：運行穩(wěn)定穩(wěn)定性、操作管理方面和清洗更換不及分置式。優(yōu)點713、隔離式系統(tǒng)

采用選擇膜將污水與生物反應器隔開，該膜只允許目標污染物透過，進入生物反應器被降解。

膜

生物反應器出水進水水，Hg2+，葡萄糖水，葡萄糖水3、隔離式系統(tǒng)采用選擇膜將