1、1,第十三章 生物膜法,第二節(jié) 生物濾池,第三節(jié) 生物轉(zhuǎn)盤,第四節(jié) 生物接觸氧化法,第五節(jié) 生物流化床,第一節(jié) 基本原理,2,1. 什么是“生物膜”？,2. 什么是“生物膜法”？,附著生長在惰性載體表面的由多種微生物形成的膜狀生物聚集體。,以生物膜作為去除廢水的污染物主體的工藝，通稱為生物膜法工藝；又稱為固定膜法，是與活性污泥法并列的一類好氧生物處理技術(shù)。,3,4,生物膜的形成,污水通過布水設(shè)備連續(xù)地、均勻地噴灑到濾床表面上，在重力作用下，污水以水滴的形式向下滲瀝，或以波狀薄膜的形式向下滲流。最后，污水到達排水系統(tǒng)，流出濾池。 污水流過濾床時，有一部分污水、污染物和細菌附著在濾料表面上，微生物

2、便在濾料表面大量繁殖，不久，形成一層充滿微生物的黏膜，稱為生物膜。這個起始階段稱為掛膜，是生物濾池的成熟期。,掛 膜,5,6,生物濾池中有機物的降解過程,同時發(fā)生著多過程,有機物在污水和生物膜中的傳質(zhì)過程,氧在污水和生物膜中的傳質(zhì)過程,生物膜的生長和脫落等過程,7,真菌,藻類,原生 動物,后生 動物,一些肉眼可見的蠕蟲、昆蟲的幼蟲（濾池蠅）,生物膜的組成,1.細菌與真菌：細菌對有機物分解起主要作用，真菌和絲狀菌能降解難降解有機物，提高污染物的去除效果。 2.原生動物與后生動物：棲息在生物膜的好氧表層內(nèi)。原生動物能吞食游離細菌改善出水水質(zhì)。原生動物與后生動物都能作為指示生物檢測出水效果。 3.濾

3、池蠅：以微生物及生物膜為食料，抑制生物膜過度生長、是生物膜疏松脫落保持活性，防止濾床堵塞。但其成蟲飛散在濾池周圍，對環(huán)境有不良影響。 4.藻類：僅出現(xiàn)于生物膜表層，對污水凈化作用不大。,8,影響生物膜法的主要因素,1.進水底物的組分和濃度：生物膜法具有較強的抗沖擊負荷能力。 2. 營養(yǎng)物質(zhì)：BOD5:N:P=100:5:1。 3. 有機負荷及水力負荷：kgBOD5/m3(濾床)d， m3(污水）/m2(濾床) d ，又稱濾率m/d 4. 溶解氧：供氧不足導致生物膜惡化變質(zhì)。 5.生物膜量：生物膜厚度與密度。生物膜密度是指單位體積濕生物膜被烘干后的質(zhì)量。 6.pH:生物膜反應(yīng)器具有較強的耐沖擊負

4、荷，一般在68，某些利用霉菌和酵母菌的生物膜工藝除外。 7.溫度：40以上生物膜將壞死脫落，5 以下失去生物活性。 8.有毒物質(zhì)：生物膜具有較強的馴化和適應(yīng)能力。,9,10,第十三章 生物膜法,第二節(jié) 生物濾池,第三節(jié) 生物轉(zhuǎn)盤,第四節(jié) 生物接觸氧化法,第五節(jié) 生物流化床,第一節(jié) 基本原理,11,第二節(jié) 生 物 濾 池,12,生物濾池與活性污泥法的比較,實際上生物膜法中的生物濾池法早于活性污泥法，是在污水灌溉的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的；活性污泥法的發(fā)明之初是以生物濾池的替代工藝出現(xiàn)的；但生物濾池至今仍有大量應(yīng)用,主要用于中小規(guī)模污水處理。,表1 生物膜法與活性污泥法的比較,13,生物濾池的基本原理,污

5、水長時間以滴狀噴灑在濾料層的表面，在污水流經(jīng)的表面上就會形成生物膜，待生物膜成熟后，棲息在生物膜上的微生物即攝取流經(jīng)污水中的有機物作為營養(yǎng)，從而使污水得到凈化。,14,建設(shè)中的生物濾池,生物濾池的基本結(jié)構(gòu),15,生物濾池的基本結(jié)構(gòu),16,生物濾池的基本結(jié)構(gòu),17,典型的生物濾池的構(gòu)造,18,濾床由濾料組成。濾料是微生物生長棲息的場所，理想的濾料應(yīng)具備下述特性：,(1)能為微生物附著提供大量的面積；,(2)使污水以液膜狀態(tài)流過生物膜；,(3)有足夠的空隙率，保證通風（即保證氧的供給）和使脫落的生物膜能隨水流出濾池；,(4)不被微生物分解, 也不抑制微生物的生長，有較好的化學性能；,(5)有一定的

6、機械強度；,(6)價格低廉。,濾料粒徑并非越小越好，會造成堵塞，影響通風。早期主要以拳狀碎石為濾料，其直徑在38cm左右，空隙率在4550左右，比表面積（可附著面積）在65100m2/m3之間。,19,兩種常見的塑料濾料,濾料比表面積在98340m2/m3之間，孔隙率為9395,濾料比表面積在81195m2/m3之間，孔隙率為9395,20,21,國內(nèi)目前采用的玻璃鋼蜂窩狀塊狀濾料，孔心間距在20mm左右，孔隙率95左右，比表面積在200m2/m3左右。,22,23,塑料濾料每立方米質(zhì)量僅為100kg左右，孔隙率高達9395，濾床高度不但可以提高，而且可以采用雙層或多層構(gòu)造。,國外一般采用雙層

7、濾床，高7m左右；國內(nèi)常采用多層的“塔式”結(jié)構(gòu)，高度在10m以上。,石質(zhì)拳狀濾料組成的濾床高度一般在12.5m之間。一方面是由于孔隙率低，濾床過高會影響通風；另一方面由于太重, 過高會影響排水系統(tǒng)和濾池基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。,24,設(shè)置目的,生物濾池的布水設(shè)備分為兩類,固定式噴嘴 布水系統(tǒng),回轉(zhuǎn)式布水器的中央是一根空心的立柱，底端與設(shè)在池底下面的進水管銜接。其所需水頭在0.61.5m左右。,固定式布水系統(tǒng)是由虹吸裝置、饋水池、布水管道和噴嘴組成。這類布水系統(tǒng)需要較大的水頭，約在2m左右。,25,26,旋轉(zhuǎn)布水系統(tǒng),27,28,29,30,脈沖式生物濾池配水系統(tǒng),31,作 用,32,池底,排水假底,集水溝,

8、排水假底是用特制砌塊或柵板鋪成，濾料堆在假底上面。假底空隙率不小于濾池面積58，高于池底0.40.6m。,池底除支撐濾料外，還要排泄濾床上的來水，池底中心軸線上設(shè)有集水溝，兩側(cè)底面向集水溝傾斜，池底和集水溝的坡度約12。 集水溝要有充分的高度，并在任何時候不會漫流，確?？諝饽茉谒嫔蠒惩o阻，使濾池中空隙充滿空氣。,33,34,生物濾池法的流程,35,又稱低負荷生物濾池 優(yōu)點：處理效果好，BOD5的去除率可達90以上，出水 BOD5可下降到25mg/L以下，硝酸鹽含量在10mg/L左右，出水水質(zhì)穩(wěn)定。 缺點：占地面積大，灰蠅很多，影響環(huán)境衛(wèi)生。,普通生物濾池,36,交替式二級生物濾池法的流程,

9、交替式二級生物濾池法比并聯(lián)流程負荷率可提高兩三倍。,運行時，濾池是串聯(lián)工作的，污水經(jīng)初步沉淀后進入一級生物濾池，出水經(jīng)相應(yīng)的中間沉淀池去除殘膜后用泵送入二級生物濾池，二級生物濾池的出水經(jīng)過沉淀后排出污水廠。,工作一段時間后，一級生物濾池因表面生物膜累積，即將出現(xiàn)堵塞，改作二級生物濾池，而原來的二級生物濾池則改作一級生物濾池。,高負荷生物濾池,37,回流式二級生物濾池法的流程,高負荷生物濾池,38,高負荷生物濾池,高負荷生物濾池中，處理水回流的效應(yīng)： （1）均化與穩(wěn)定進水水質(zhì)； （2）加大水力負荷，及時地沖刷過厚和老化的生物膜，加速生物膜更新，抑制厭氧層發(fā)育，使生物膜經(jīng)常保持較高的活性； （3）

10、抑制濾池蠅的過渡滋長； （4）減輕散發(fā)的臭味。,39,國外的運行經(jīng)驗表明，在處理城市污水時，回流式生物濾池的處理效率大致如下：,生物濾池的一個主要優(yōu)點是運行簡單，因此，適用于小城鎮(zhèn)和邊遠地區(qū)。,單級濾池法 當濾池負荷率在1.7kg （BOD5）/(m3d)(濾料)以下時，出水的BOD5約為濾池進水的 BOD5的1/3。,二級濾池法 如果一級濾池的進水不經(jīng)沉淀直接流向二級濾池，則一級濾池出水的BOD5為進水BOD5的1/2；二沉池的出水的BOD5為二級池進水BOD5的1/2。 ；,40,塔式生物濾池的流程,從普通生物濾池發(fā)展而來，具有負荷高、生物相分層明顯、濾床不易堵塞、占地小等特點。一般高81

11、2m。,41,塔式生物濾池,42,43,影響生物濾池性能的主要因素,濾池高度,負 荷 率,回 流,供 氧,有機物在污水和生物膜中的傳質(zhì)過程,氧在污水和生物膜中的傳質(zhì)過程,生物膜的生長和脫落等過程,44,影響生物濾池性能的主要因素濾池高度,濾床的上層和下層相比, 生物膜量、微生物種類和去除有機物的速率均不相同。,濾床中的這一遞變現(xiàn)象，類似污染河流在自凈過程中的生物遞變。,當濾床各層的進水水質(zhì)互不相同時,各層生物膜的微生物就不相同,處理污水的功能也隨之不同。,45,影響生物濾池性能的主要因素濾池高度,46,影響生物濾池性能的主要因素濾池高度,有機物的去除效果隨濾床深度的增加而提高,47,有機負荷率

12、：以BOD5為準，kg（BOD5或特定污染物質(zhì)）/m3d。,影響生物濾池性能的主要因素負 荷 率,生物濾池的負荷率有三種表達形式：,表面水力負荷率：m3（水）/（m2d），又稱平均濾率， m/d 。,水力負荷率：以流量為準，m3(水)/m3(濾料) d 。,48,49,影響生物濾池性能的主要因素回 流,回流利用污水廠的出水或生物濾池出水稀釋進水的做法稱回流，回流水量與進水量之比叫回流比。,回流對生物濾池性能的影響：,（1）回流可提高生物濾池的濾率，它是使生物濾池負荷率由低變高的方法之一；,（2）提高濾率有利于防止產(chǎn)生灰蠅和減少惡臭；,（3）當進水缺氧、腐化、缺少營養(yǎng)元素或含有有害物質(zhì)時，回流可

13、改善進水的腐化狀況、提供營養(yǎng)元素和降低毒物質(zhì)濃度；,（4）進水的質(zhì)和量有波動時，回流有調(diào)節(jié)和穩(wěn)定進水的作用。,50,影響生物濾池性能的主要因素供 氧,溫度差越大，通風條件越好； 當水溫較低，濾池內(nèi)的溫度低于水溫時（夏季），池內(nèi)氣流向下流動； 當水溫較高，池內(nèi)溫度高于氣溫時（冬季），氣流向上流動； 若池內(nèi)外無溫度差，則停止通風； 正常運行的生物濾池，自然通風可以提供生物降解所需的氧量，自然通風不能滿足時，應(yīng)考慮強制通風。,生物濾池中，微生物所需的氧一般直接來自大氣，靠自然通風供給。,51,300mg/L,400mg/L,500mg/L,進水有機物濃度對供氧的影響,高,52,生物濾池系統(tǒng)的功能設(shè)計

14、,濾池類型和流程選擇,濾池個數(shù)和濾床尺寸的確定,二次沉淀池的形式、個數(shù)和工藝尺寸的確定,布水設(shè)備的計算,53,濾 池 類 型 的 選 擇,低負荷生物濾池現(xiàn)在已經(jīng)基本上不常用，僅在污水量小、地區(qū)比較偏僻、石料不貴的場合尚有可能使用。,大多采用高負荷生物濾池,兩種類型,回流式,塔式（多層式）,濾池類型的選擇，只有通過方案的比較，才能得出合理的結(jié)論。 占地面積，基建費用和運行費用的比較，常起關(guān)鍵作用。,54,流 程 的 選 擇,確定流程時要解決的問題,是否設(shè)初次沉淀池,采用幾級濾池,是否采用回流，回流方式和回流比的確定,當廢水含懸浮物較多，采用拳狀濾料時,須有初次沉淀池,以避免生物濾池阻塞。處理城市

15、污水時,一般都設(shè)置初次沉淀池。,下述三種情況應(yīng)考慮用二次沉淀池出水回流： 入流有機物濃度較高，可能引起供氧不足時； 水量很小，無法維持最小經(jīng)驗值以下的水力負荷率時； 污水中某種污染物在高濃度時，可能抑制微生物生長的情況下。,55,濾 池 個 數(shù) 和 濾 床 尺 寸 的 確 定,濾床總體積（V）,式中：V濾床總體積，m3； S0污水進濾池前的BOD5平均值，g/L； Q污水日平均流量，m3/d，采用回流式生物濾池時，此項應(yīng)為Q(1+r)，回流比r可根據(jù)經(jīng)驗確定； LV容積負荷率， kg BOD5/（m3d）。,56,濾 池 個 數(shù) 和 濾 床 尺 寸 的 確 定,濾床總體積（V）,57,根據(jù)計算

16、結(jié)合經(jīng)驗確定。 低負荷生物濾池下層（粒徑60100mm）厚0.2m，上層（粒徑3050mm）厚1.31.8m，高負荷生物濾池一般下層（粒徑70100mm）厚0.2m，上層（粒徑4070mm）厚不大于1.8m，填料塔一般812m，每層不大于2m。,濾 池 個 數(shù) 和 濾 床 尺 寸 的 確 定,（2）濾床高度的確定,58,在濾床的總體積和高度確定后，濾床的總面積可以算出。 目前生物濾池的最大直徑為60m，通常是在35m以下。 最后應(yīng)該核算濾速，看它是否合理?；亓魃餅V池池深淺，濾率一般不超過30m/d，其濾率的確定與進水BOD5有關(guān)，如下表所示。,濾 池 個 數(shù) 和 濾 床 尺 寸 的 確 定,

17、（2）濾池面積和個數(shù),回流式生物濾池的水力負荷,59,已知某城鎮(zhèn)人口80000人，排水量定額為100L/（人d），BOD5為20g/（人 d）。設(shè)有一座工廠，污水量為2000m3/d，其BOD5為2200mg/L。擬混合后采用回流式生物濾池進行處理，設(shè)回流稀釋后濾池進水BOD5為300mg/L，處理后出水的BOD5要求達到30mg/L。設(shè)池深為2.5m，有機負荷率采用1.2kgBOD5/（m3d），計算回流比、生物濾池容積等參數(shù)。,例:,60,已知某城鎮(zhèn)人口80000人，排水量定額為100L/（人d），BOD5為 20g/（人 d）。設(shè)有一座工廠，污水量為2000m3/d，其BOD5為2200

18、mg/L。擬混合采用回流式生物濾池進行處理，處理后出水的BOD5要求達到30mg/L。 基本設(shè)計參數(shù)計量（設(shè)在此不考慮初次沉淀池的計算） 生活污水和工業(yè)廢水總水量： 生活污水和工業(yè)廢水混合后的BOD5濃度： 由于生活污水和工業(yè)廢水混合后BOD5濃度較高，應(yīng)考慮回流，設(shè)回流稀釋后濾池進水BOD5為300mg/L,回流比為：,例:,解:,61,生物濾池的個數(shù)和濾床尺寸計算 設(shè)生物濾池的有機負荷率采用1.2kgBOD5/（m3d），于是生物濾池總體積為： 設(shè)池深為2.5m,則濾池總面積為： 若采用6個濾池，每個濾池面積： 濾池直徑為： 校核 經(jīng)過計算，采用6個直徑21m、高2.5m的高負荷生物濾池。

19、,62,回轉(zhuǎn)式布水器的計算,計算的主要內(nèi)容,確定布水橫管根數(shù)和直徑,布水管上的孔口數(shù)和在布水橫管上的位置,布水器的轉(zhuǎn)速,63,64,1. 布水橫管根數(shù)與直徑,布水橫管根數(shù) 布水橫管的根數(shù)決定于池子和濾速的大小，n取偶數(shù)，布水水量大時用4根，一般用2根。,布水橫管直徑 D1：,式中：Q每根布水橫管的最大設(shè)計流量，m3/s； v橫管進水段流速，m/s； Q每個濾池處理的水量，m3/s； n橫管數(shù)。,65,2. 灑水孔數(shù)及在布水橫管上的位置,假定每個出水孔口噴灑的面積基本相同，孔口數(shù)(m)的計算公式為：,式中:d孔口直徑，一般為1015mm，孔口流速2m/s左右或更大些； D2回轉(zhuǎn)布水器直徑，mm，

20、比濾池內(nèi)徑小200mm。,第i個孔口距濾池中心的距離（ri）為：,66,3. 布水器的轉(zhuǎn)速 布水橫管的回轉(zhuǎn)速度與濾速、橫管根數(shù)有關(guān)，如下表所示。,布水橫管可以采用鋼管或鋁管，其管底離濾床表面的距離，一般為150250mm，以避免風力的影響。布水器所需壓力為0.51.0m。,也可以近似地用下式計算：,67,生物濾池正式運行之后，有一個“掛膜”階段，即培養(yǎng)生物膜的階段。在這個始運行階段，潔凈的無膜濾床逐漸長了生物膜，處理效率和出水水質(zhì)不斷提高，終于進入正常運行狀態(tài)。當溫度適宜時，始運行階段歷時約一周。 處理含有毒物質(zhì)的工業(yè)廢水時，生物濾池的運行要按設(shè)計確定的方案進行，一般說來，這種有毒物質(zhì)正是生物

21、濾池的處理對象，而能分解氧化這種有毒物質(zhì)的微生物常存在于一般環(huán)境中，無需從外界引入；但是，在一般環(huán)境中，它們在微生物群體中并不占優(yōu)勢，或?qū)@種有毒物質(zhì)還不太適應(yīng)，因此，在濾池正常運行前，要有一個讓它們適應(yīng)新環(huán)境、繁殖壯大的始運行階段，稱為“馴化掛膜”階段。,生物濾池的運行及其經(jīng)驗,68,馴化掛膜方式： 一種方式是從其他工廠廢水站或城市廢水廠取來活性污泥或生物膜碎屑,進行馴化，掛膜。 另一種方式是用生活污水、城市污水、河水或回流出水代替部分工業(yè)廢水進行運行，運行過程中把二次沉淀池中的污泥不斷回流到濾池的進水中。,生物濾池的運行及其經(jīng)驗,69,作業(yè),某工業(yè)廢水量為600m3/d，進水BOD5=43

22、0 mg/L，設(shè)回流稀釋后濾池進水BOD5為300 mg/L，要求出水BOD530mg/L。設(shè)池深為2.0m，有機負荷率采用1.0 kgBOD5/（m3d），計算高負荷生物濾池尺寸。,70,生物濾池的計算（1）計算公式,圖示表明：污水流過濾池時，污染物濃度的下降率單位濾床高度（h）去除的污染物的量（以濃度S計）與該污染物的濃度成正比，即,生物濾池的設(shè)計，在條件允許時應(yīng)盡量利用試驗成果進行，沒有條件進行試驗時，可借助于經(jīng)驗公式進行。,71,式中：dS/dh污染物濃度的下降率； S0濾池進水污染物的濃度，mg/L ； S床深為h處水中的污染物濃度，mg/L ； h離濾床表面的深度，m； K反映濾池處理效率的系數(shù)，它同污水性質(zhì)、濾池的特性（包括濾料的材料、形狀、表面積、孔隙率、堆砌方式和生物膜性質(zhì)）以及濾率有關(guān)，布水方式（如均勻程度、進水周期等）也對其有影響。,式中：Q濾池進水流量，m3/d; A濾床的面積，m2； K系數(shù)，它與進水水質(zhì)、濾率有關(guān)； m與進水水質(zhì)有關(guān)的系數(shù)； n 與濾池特性、濾率有關(guān)的系數(shù)。,K可用下式求得：,將式,積分，得,72,當采用回流濾池時，應(yīng)考慮回流的影響，按圖建立物料衡算式：,將,