生物膜法與工藝

1、最新生物膜法與工藝 重點(diǎn)重點(diǎn)： 生物膜法的基本概念與流程、生物生物膜法的基本概念與流程、生物 接觸氧化法、生物流化床。接觸氧化法、生物流化床。 難點(diǎn)難點(diǎn)： 生物接觸氧化法。生物接觸氧化法。最新生物膜法與工藝概述概述 生物膜法生物膜法是與活性污泥法平行發(fā)展的一種污水處理技術(shù)方法；是與活性污泥法平行發(fā)展的一種污水處理技術(shù)方法； 實(shí)質(zhì)是實(shí)質(zhì)是使細(xì)菌類微生物和原生動物、后生動物類的微型動物附著使細(xì)菌類微生物和原生動物、后生動物類的微型動物附著 在濾料或某些載體上，并在其上形成膜狀生物污泥在濾料或某些載體上，并在其上形成膜狀生物污泥-生物膜生物膜 生物膜法的歷史及發(fā)展生物膜法的歷史及發(fā)展：1865年德國

2、科學(xué)家發(fā)現(xiàn)生物過濾作年德國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)生物過濾作 用；用；1893年英國將污水噴灑在粗濾料上，作為膜生物反應(yīng)器的生年英國將污水噴灑在粗濾料上，作為膜生物反應(yīng)器的生 物濾池問世；物濾池問世；20世紀(jì)世紀(jì)2030年代建造了許多生物膜反應(yīng)器；年代建造了許多生物膜反應(yīng)器；40 50年代生物濾池逐漸被活性污泥取代的趨勢；年代生物濾池逐漸被活性污泥取代的趨勢；70年代新的反應(yīng)器年代新的反應(yīng)器 以獨(dú)特的優(yōu)勢受關(guān)注。以獨(dú)特的優(yōu)勢受關(guān)注。 活性污泥法中的微生物是呈懸浮狀態(tài)的，屬于懸浮生長體系；而生活性污泥法中的微生物是呈懸浮狀態(tài)的，屬于懸浮生長體系；而生 物膜法中的生物呈附著膜狀，屬于附著生長系統(tǒng)或固定膜工藝物膜

3、法中的生物呈附著膜狀，屬于附著生長系統(tǒng)或固定膜工藝最新生物膜法與工藝 生物膜法的基本流程生物膜法的基本流程初沉池初沉池初沉池作用：去除大部分懸浮固體物初沉池作用：去除大部分懸浮固體物質(zhì)，防止生物膜反應(yīng)器堵塞，尤其對質(zhì)，防止生物膜反應(yīng)器堵塞，尤其對空隙小的填料是非常必要的?？障缎〉奶盍鲜欠浅１匾?。二沉池二沉池二沉池作用：去除脫落的生物二沉池作用：去除脫落的生物膜，提高出水水質(zhì)膜，提高出水水質(zhì)出水回流出水回流出水回流作用：提高生物膜反應(yīng)器的水力負(fù)出水回流作用：提高生物膜反應(yīng)器的水力負(fù)荷，加大水流對生物膜的沖刷作用，更新生荷，加大水流對生物膜的沖刷作用，更新生物膜，避免生物膜的過量累積，從而維持良

4、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膜厚度。好的生物膜活性和合適膜厚度。生物膜反應(yīng)器生物膜反應(yīng)器處理水處理水原污水原污水14.1 生物膜法的基本概念生物膜法的基本概念14.1.1 生物膜的形成及其凈化生物膜的形成及其凈化 過程過程 生物膜的構(gòu)造生物膜的構(gòu)造 生物膜法是通過生物膜來處理水的，所以生物膜污水處理的關(guān)鍵就生物膜法是通過生物膜來處理水的，所以生物膜污水處理的關(guān)鍵就是生物膜的質(zhì)量，生物膜的形成及其生長是實(shí)現(xiàn)污水有效處理的前提。是生物膜的質(zhì)量，生物膜的形成及其生長是實(shí)現(xiàn)污水有效處理的前提。最新生物膜法與工藝n 生物膜特性生物膜特性 高度親水的物質(zhì)高度親水的物質(zhì):在污水

5、不斷更新的條件下，外測總是存在附著水層在污水不斷更新的條件下，外測總是存在附著水層 微生物高度密集的物質(zhì)：在膜的表面和一定深度的內(nèi)部生長這微生物微生物高度密集的物質(zhì)：在膜的表面和一定深度的內(nèi)部生長這微生物 和微型動物，并形成有機(jī)污染物細(xì)菌原和微型動物，并形成有機(jī)污染物細(xì)菌原 生動物（后生動物）的食物鏈。生動物（后生動物）的食物鏈。n 生物膜成熟標(biāo)志生物膜成熟標(biāo)志 真正生態(tài)系組成及對有機(jī)物的降解功能都達(dá)到了平衡狀態(tài)真正生態(tài)系組成及對有機(jī)物的降解功能都達(dá)到了平衡狀態(tài) 生物膜生長階段生物膜生長階段 潛伏期、生長期。一般要潛伏期、生長期。一般要20到到30天左右。天左右。最新生物膜法與工藝n 生物膜凈

6、化污水的機(jī)理及優(yōu)勢生物膜凈化污水的機(jī)理及優(yōu)勢 1. 生物膜表面積大，能大量吸附水中有機(jī)物生物膜表面積大，能大量吸附水中有機(jī)物 2. 有機(jī)物降解是在生物膜表層有機(jī)物降解是在生物膜表層0.1-2mm的好氧生物膜內(nèi)進(jìn)行的好氧生物膜內(nèi)進(jìn)行 3. 多種物質(zhì)的傳遞過程：多種物質(zhì)的傳遞過程： 空氣空氣 流動水層流動水層附著水層附著水層生物膜生物膜微生物呼吸微生物呼吸污染物污染物流動水層流動水層附著水層附著水層生物膜生物膜生物降解生物降解 H2O附著水層附著水層流動水層流動水層 CO2 、H2S、NH3水層水層溢入空氣中溢入空氣中微生物代謝產(chǎn)物微生物代謝產(chǎn)物4. 厭氧層與好氧層的關(guān)系厭氧層與好氧層的關(guān)系 厭氧

7、層與好氧層達(dá)到生態(tài)平衡厭氧層與好氧層達(dá)到生態(tài)平衡5. 理想生物膜法的狀況理想生物膜法的狀況減緩老化，避免厭氧層過分生長，加快好氧減緩老化，避免厭氧層過分生長，加快好氧 層更新，不使膜集中脫落。層更新，不使膜集中脫落。最新生物膜法與工藝 生物膜的形成生物膜的形成 當(dāng)污水均勻地淋灑在介質(zhì)表面上，在充分供氧的條件下，介質(zhì)表面的當(dāng)污水均勻地淋灑在介質(zhì)表面上，在充分供氧的條件下，介質(zhì)表面的微生物吸附污水中的有機(jī)物，迅速進(jìn)行降解有機(jī)物，逐漸在介質(zhì)表面形微生物吸附污水中的有機(jī)物，迅速進(jìn)行降解有機(jī)物，逐漸在介質(zhì)表面形成黏液狀的生長有極多微生物的膜，即稱之為生物膜。成黏液狀的生長有極多微生物的膜，即稱之為生物膜

8、。 隨著微生物的不斷繁殖增長，使生物膜的厚隨著微生物的不斷繁殖增長，使生物膜的厚度不斷增加，膜的表面吸取營養(yǎng)和溶解氧比較度不斷增加，膜的表面吸取營養(yǎng)和溶解氧比較容易，微生物生長繁殖迅速，形成了好氧微生容易，微生物生長繁殖迅速，形成了好氧微生物和兼性微生物組成的好氧層（物和兼性微生物組成的好氧層（12mm）。）。在其內(nèi)部由于營養(yǎng)料和溶解氧的供應(yīng)條件差，在其內(nèi)部由于營養(yǎng)料和溶解氧的供應(yīng)條件差，微生物生長繁殖受到限制，好氧微生物難以生微生物生長繁殖受到限制，好氧微生物難以生活，厭氧微生物恢復(fù)了活性，形成了厭氧微生活，厭氧微生物恢復(fù)了活性，形成了厭氧微生物和兼性微生物組成的厭氧層。厭氧層只有生物和兼性

9、微生物組成的厭氧層。厭氧層只有生物膜達(dá)到一定厚度后才能出現(xiàn)，而且隨著生物物膜達(dá)到一定厚度后才能出現(xiàn)，而且隨著生物膜的增厚和外伸變厚，但是有機(jī)物主要是在好膜的增厚和外伸變厚，但是有機(jī)物主要是在好氧層內(nèi)進(jìn)行。氧層內(nèi)進(jìn)行。 最新生物膜法與工藝n 生物膜中的物質(zhì)遷移：生物膜中的物質(zhì)遷移： 由于生物膜的吸附作用，在其表面有一層很薄的水層，稱之為附著水由于生物膜的吸附作用，在其表面有一層很薄的水層，稱之為附著水層。附著水層內(nèi)的有機(jī)物大多已被氧化，其濃度比濾池進(jìn)水的有機(jī)物濃層。附著水層內(nèi)的有機(jī)物大多已被氧化，其濃度比濾池進(jìn)水的有機(jī)物濃度低得多。由于濃度差的作用，有機(jī)物會從污水中轉(zhuǎn)移到附著水層中去，度低得多。

10、由于濃度差的作用，有機(jī)物會從污水中轉(zhuǎn)移到附著水層中去，進(jìn)而被生物膜所吸附?？諝庵械难跻矔M(jìn)入生物膜。在此條件下，微生進(jìn)而被生物膜所吸附?？諝庵械难跻矔M(jìn)入生物膜。在此條件下，微生物對有機(jī)物進(jìn)行氧化分解和同化合成，產(chǎn)生的二氧化碳和其它代謝產(chǎn)物物對有機(jī)物進(jìn)行氧化分解和同化合成，產(chǎn)生的二氧化碳和其它代謝產(chǎn)物一部分溶入附著水層，一部分到空氣中去，污水從而得到凈化。一部分溶入附著水層，一部分到空氣中去，污水從而得到凈化。 由于生物膜厚度增大，致使其深層因由于生物膜厚度增大，致使其深層因氧不足而發(fā)生厭氧分解，積蓄了硫化氫、氧不足而發(fā)生厭氧分解，積蓄了硫化氫、氨氣、有機(jī)酸等代謝產(chǎn)物。會減弱生物膜氨氣、有機(jī)酸

11、等代謝產(chǎn)物。會減弱生物膜在惰性載體上的固著力，處于這種狀態(tài)的在惰性載體上的固著力，處于這種狀態(tài)的生物膜為老化生物膜，它不僅容易脫落凈生物膜為老化生物膜，它不僅容易脫落凈化功能也不好。但供氧充足時，可以加快化功能也不好。但供氧充足時，可以加快好氧膜的更新，使生物膜不集中脫落。好氧膜的更新，使生物膜不集中脫落。最新生物膜法與工藝14.1.2 生物膜的載體生物膜的載體 填料填料 為生物膜提供附著生長固定的材料。為生物膜提供附著生長固定的材料。 分類分類 為無機(jī)類填料和有機(jī)類填料兩大類為無機(jī)類填料和有機(jī)類填料兩大類 1. 無機(jī)類載體無機(jī)類載體 目前常用的無機(jī)類載體有砂子、碳酸鹽類、各種玻璃材料、沸石類

12、、目前常用的無機(jī)類載體有砂子、碳酸鹽類、各種玻璃材料、沸石類、 陶瓷材料、炭纖維、礦渣、活性炭、金屬等。陶瓷材料、炭纖維、礦渣、活性炭、金屬等。 無機(jī)類載體具有機(jī)械強(qiáng)度較高、化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定、比表面積較大的優(yōu)無機(jī)類載體具有機(jī)械強(qiáng)度較高、化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定、比表面積較大的優(yōu) 點(diǎn)。缺點(diǎn)為密度較大，不適宜做流態(tài)化運(yùn)動，點(diǎn)。缺點(diǎn)為密度較大，不適宜做流態(tài)化運(yùn)動， 使其在懸浮生物膜反應(yīng)器工藝中的應(yīng)用受到使其在懸浮生物膜反應(yīng)器工藝中的應(yīng)用受到 限制。限制。 通常情況下，微生物以附著的形式固定在通常情況下，微生物以附著的形式固定在 載體表面從而形成生物膜，特殊情況下，有載體表面從而形成生物膜，特殊情況下，有 一些微

13、生物是以包裹附著的形式實(shí)現(xiàn)固定化的。一些微生物是以包裹附著的形式實(shí)現(xiàn)固定化的。最新生物膜法與工藝 2. 有機(jī)類載體有機(jī)類載體 有機(jī)類載體是生物膜技術(shù)發(fā)展中應(yīng)用最廣泛的主要載體材料。這類載有機(jī)類載體是生物膜技術(shù)發(fā)展中應(yīng)用最廣泛的主要載體材料。這類載 體主要有體主要有PVC、PE、PS、PP、各類樹脂、塑料、軟性或半軟性纖維、各類樹脂、塑料、軟性或半軟性纖維 等，其比表面積和孔隙率都很大，從而使有機(jī)負(fù)荷大為提高，也不易堵等，其比表面積和孔隙率都很大，從而使有機(jī)負(fù)荷大為提高，也不易堵 塞，在生產(chǎn)實(shí)踐中被廣為采用，由于它便于沉淀分離，提高了活性污泥塞，在生產(chǎn)實(shí)踐中被廣為采用，由于它便于沉淀分離，提高了

14、活性污泥 處理廠的性能。處理廠的性能。 各種有機(jī)材料載體的對比。各種有機(jī)材料載體的對比。最新生物膜法與工藝 選擇生物膜載體的基本原則選擇生物膜載體的基本原則 選擇濾料時應(yīng)該從以下方面考慮：選擇濾料時應(yīng)該從以下方面考慮： 1.足夠的機(jī)械強(qiáng)度，以抵抗強(qiáng)烈的水流剪切力的作用；足夠的機(jī)械強(qiáng)度，以抵抗強(qiáng)烈的水流剪切力的作用； 2.優(yōu)良的穩(wěn)定性，生物穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、熱力學(xué)穩(wěn)定性。優(yōu)良的穩(wěn)定性，生物穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、熱力學(xué)穩(wěn)定性。 3.親疏水性及良好的表面帶電特性，微生物在通常為帶負(fù)電的，載體親疏水性及良好的表面帶電特性，微生物在通常為帶負(fù)電的，載體 要是帶正電荷的，容易結(jié)合。要是帶正電荷的，容易結(jié)合

15、。 4.有毒性或抑制性。有毒性或抑制性。 5.良好的物理性狀良好的物理性狀 6.就地取材，價格合理。就地取材，價格合理。 在生物膜法中應(yīng)用的載體應(yīng)滿足如下條件：在生物膜法中應(yīng)用的載體應(yīng)滿足如下條件： 1.易流化，但不易流失；易流化，但不易流失； 2.易成膜，但無毒害作用；易成膜，但無毒害作用； 3.能提供大的比表面積，以增加生物附著量；能提供大的比表面積，以增加生物附著量； 4.價格低廉，容易取材。價格低廉，容易取材。 最新生物膜法與工藝14.1.3 生物膜法的特征生物膜法的特征 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 與活性污泥法相比，生物膜法具有以下優(yōu)點(diǎn)：生物膜體積小、微生與活性污泥法相比，生物膜法具有以下優(yōu)點(diǎn)：生

16、物膜體積小、微生物量高、水力停留時間較短、生物相相對穩(wěn)定、對毒物和沖擊負(fù)荷抵物量高、水力停留時間較短、生物相相對穩(wěn)定、對毒物和沖擊負(fù)荷抵抗性強(qiáng)、處理效果高、操作方便、剩余污泥少，適用于小型污水處理抗性強(qiáng)、處理效果高、操作方便、剩余污泥少，適用于小型污水處理廠廠 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 1.需要較多的填料和支撐結(jié)構(gòu)，需要較多的填料和支撐結(jié)構(gòu)， 基建投資高?；ㄍ顿Y高。 2.出水常攜帶較大的脫落的生物出水常攜帶較大的脫落的生物 膜片，大量非活性細(xì)小的懸浮物分膜片，大量非活性細(xì)小的懸浮物分 散在水中使處理水的澄清度降低散在水中使處理水的澄清度降低 3.活性生物量難控制，在運(yùn)行方活性生物量難控制，在運(yùn)行方 面靈

17、活性差面靈活性差最新生物膜法與工藝 2. 生物的食物鏈長生物的食物鏈長 生物膜上的食物鏈要長于活性污泥生物膜上的食物鏈要長于活性污泥污泥量少于活性污泥系統(tǒng)污泥量少于活性污泥系統(tǒng)3.能夠存活世代時間長的微生物能夠存活世代時間長的微生物 4.分段運(yùn)行與優(yōu)勢菌種分段運(yùn)行與優(yōu)勢菌種 分多段運(yùn)行，每段繁衍于本段水質(zhì)相適應(yīng)的微生物分多段運(yùn)行，每段繁衍于本段水質(zhì)相適應(yīng)的微生物 1. 微生物的多樣化微生物的多樣化 生物膜是由細(xì)菌、真菌、藻類、原生動物、后生動物以及一些肉眼生物膜是由細(xì)菌、真菌、藻類、原生動物、后生動物以及一些肉眼 可見的蠕蟲、昆蟲的幼蟲組成。生物膜上生物的種類，數(shù)量及其生活可見的蠕蟲、昆蟲的幼

18、蟲組成。生物膜上生物的種類，數(shù)量及其生活 狀態(tài)的概括。細(xì)菌、真菌、微型動物、濾池蠅狀態(tài)的概括。細(xì)菌、真菌、微型動物、濾池蠅、具有抑制生物膜的過具有抑制生物膜的過 速增長的功能線蟲速增長的功能線蟲 ，組成，組成較好的生物膜，促進(jìn)其脫落的功能。較好的生物膜，促進(jìn)其脫落的功能。 與活性污泥法的生物相對比：增加了藻類，寡毛類、后生動物、昆與活性污泥法的生物相對比：增加了藻類，寡毛類、后生動物、昆 蟲類等生物。而真菌，肉足蟲，纖毛蟲，輪蟲含量都大大增蟲類等生物。而真菌，肉足蟲，纖毛蟲，輪蟲含量都大大增 多。多。 微生物相方面的特征微生物相方面的特征最新生物膜法與工藝 處理工藝方面的特征處理工藝方面的特征

19、 1.對水質(zhì)、水量變動有較強(qiáng)的適應(yīng)性對水質(zhì)、水量變動有較強(qiáng)的適應(yīng)性 一段時間中斷進(jìn)水，對生物膜也不會有致命影響，通水后易恢復(fù)一段時間中斷進(jìn)水，對生物膜也不會有致命影響，通水后易恢復(fù)2.污泥沉淀性良好污泥沉淀性良好污泥比重較大污泥比重較大 3.能夠處理低濃度廢水能夠處理低濃度廢水 活性污泥：不適合處理低濃度的污水，若活性污泥：不適合處理低濃度的污水，若BOD長期低于長期低于50-60mg/l， 會影響污泥絮體的形成會影響污泥絮體的形成 。 生物膜：生物膜：20-30mg/L時，能降解到時，能降解到5-10mg/l4.易于維護(hù)運(yùn)行，節(jié)能，動力費(fèi)用低易于維護(hù)運(yùn)行，節(jié)能，動力費(fèi)用低最新生物膜法與工藝1

20、4.2 生物膜的增長及動力學(xué)生物膜的增長及動力學(xué)14.2.1生物膜的增長過程生物膜的增長過程 潛伏期或適應(yīng)期潛伏期或適應(yīng)期 微生物在經(jīng)歷不可逆附著過程后，開始逐漸適應(yīng)生存環(huán)境，并在載微生物在經(jīng)歷不可逆附著過程后，開始逐漸適應(yīng)生存環(huán)境，并在載 體表面逐漸形成小的，分散的微生物。這些初始菌落首先在載體表面體表面逐漸形成小的，分散的微生物。這些初始菌落首先在載體表面 不規(guī)則處形成。這一階段的持續(xù)時間取決于進(jìn)水第五濃度以及載體表不規(guī)則處形成。這一階段的持續(xù)時間取決于進(jìn)水第五濃度以及載體表 面特性。在實(shí)際生物膜反應(yīng)器啟動時，要控制這一階段是很困難的。面特性。在實(shí)際生物膜反應(yīng)器啟動時，要控制這一階段是很困

21、難的。 生物膜的增長過程與懸浮微生物的增長過程相似，主要經(jīng)歷了適生物膜的增長過程與懸浮微生物的增長過程相似，主要經(jīng)歷了適應(yīng)期、對數(shù)增長期、穩(wěn)定期及衰減期。但是又由生物膜法的具體運(yùn)應(yīng)期、對數(shù)增長期、穩(wěn)定期及衰減期。但是又由生物膜法的具體運(yùn)行情況，在這四個階段的基礎(chǔ)上劃分成六個階段：行情況，在這四個階段的基礎(chǔ)上劃分成六個階段：最新生物膜法與工藝 對數(shù)期或動力學(xué)增長期對數(shù)期或動力學(xué)增長期 在適應(yīng)期形成的分散菌落開始迅速增長，逐漸覆蓋載體表面。生物在適應(yīng)期形成的分散菌落開始迅速增長，逐漸覆蓋載體表面。生物膜厚度可以達(dá)到幾十膜厚度可以達(dá)到幾十m m。多聚糖及蛋白質(zhì)產(chǎn)率增加，大量消耗溶解。多聚糖及蛋白質(zhì)產(chǎn)

22、率增加，大量消耗溶解氧，后期氧成為限制因素，此階段結(jié)束時，生物膜反應(yīng)器的出水底物氧，后期氧成為限制因素，此階段結(jié)束時，生物膜反應(yīng)器的出水底物濃度基本達(dá)到穩(wěn)定值，這個階段決定了生物膜反應(yīng)器內(nèi)底物的去除效濃度基本達(dá)到穩(wěn)定值，這個階段決定了生物膜反應(yīng)器內(nèi)底物的去除效率及生物膜自身增長代謝的功能。率及生物膜自身增長代謝的功能。 線性增長期線性增長期 生物膜在載體表面以恒速率增長，出水底物濃度不隨生物量的積累生物膜在載體表面以恒速率增長，出水底物濃度不隨生物量的積累而顯著變化；其好氧速率保持不變；生物膜的生物量而顯著變化；其好氧速率保持不變；生物膜的生物量M Mb b可以表示為：可以表示為： 此階段生物

23、膜總量的積累主要源于非活性物質(zhì)。此時生物膜活性生物此階段生物膜總量的積累主要源于非活性物質(zhì)。此時生物膜活性生物量所占比例很小，且隨生物膜總量的增長呈下降趨勢。原因是：可剩量所占比例很小，且隨生物膜總量的增長呈下降趨勢。原因是：可剩余有效載體表面飽和；禁錮作用明顯，有毒或抑制性物質(zhì)的積累。這余有效載體表面飽和；禁錮作用明顯，有毒或抑制性物質(zhì)的積累。這個階段對底物的去除沒有明顯的貢獻(xiàn)，但在流化床反應(yīng)器內(nèi)，這個階個階段對底物的去除沒有明顯的貢獻(xiàn)，但在流化床反應(yīng)器內(nèi)，這個階段可以改變生物顆粒的體積特性。段可以改變生物顆粒的體積特性。MbMaMi最新生物膜法與工藝 減數(shù)增長期減數(shù)增長期 由于生存環(huán)境質(zhì)量

24、的改變以及誰理學(xué)的作用，出現(xiàn)了生物膜增長速由于生存環(huán)境質(zhì)量的改變以及誰理學(xué)的作用，出現(xiàn)了生物膜增長速率變慢，這一階段是生物膜在某一質(zhì)量和膜厚上達(dá)到的穩(wěn)定的過渡期。率變慢，這一階段是生物膜在某一質(zhì)量和膜厚上達(dá)到的穩(wěn)定的過渡期。此時生物膜對水力學(xué)剪切作用極為敏感。生物膜結(jié)構(gòu)疏松，出水中懸此時生物膜對水力學(xué)剪切作用極為敏感。生物膜結(jié)構(gòu)疏松，出水中懸浮物的濃度明顯增高，末期，生物膜質(zhì)量及厚度都趨于穩(wěn)定，運(yùn)行系浮物的濃度明顯增高，末期，生物膜質(zhì)量及厚度都趨于穩(wěn)定，運(yùn)行系統(tǒng)也接近穩(wěn)定。統(tǒng)也接近穩(wěn)定。 生物膜穩(wěn)定期生物膜穩(wěn)定期 生物膜新生細(xì)胞與由于各種物理力所造成的生物膜損失達(dá)到平衡。生物膜新生細(xì)胞與由于各

25、種物理力所造成的生物膜損失達(dá)到平衡。次階段，生物膜相及液相均已達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。在生物膜反應(yīng)器運(yùn)行中，次階段，生物膜相及液相均已達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。在生物膜反應(yīng)器運(yùn)行中，生物膜穩(wěn)定期的維持一直認(rèn)為是過程穩(wěn)定性的必要保證，而在三相流生物膜穩(wěn)定期的維持一直認(rèn)為是過程穩(wěn)定性的必要保證，而在三相流化床等生物反應(yīng)器中，在高底物濃度、高剪切力作用下，這一階段時化床等生物反應(yīng)器中，在高底物濃度、高剪切力作用下，這一階段時間很短，甚至不出現(xiàn)。間很短，甚至不出現(xiàn)。最新生物膜法與工藝 脫落期脫落期 隨著生物膜的成熟，部分生物膜發(fā)生脫落。生物膜內(nèi)微生物自身氧隨著生物膜的成熟，部分生物膜發(fā)生脫落。生物膜內(nèi)微生物自身氧化、內(nèi)部厭

26、氧層過厚以及生物膜與載體表面間相互作用等因素可加速化、內(nèi)部厭氧層過厚以及生物膜與載體表面間相互作用等因素可加速生物膜脫落。另外，某些物理作用也可以導(dǎo)致生物膜脫落。此階段中，生物膜脫落。另外，某些物理作用也可以導(dǎo)致生物膜脫落。此階段中，出水懸浮物濃度增高，直接影響出水水質(zhì)；底物降解過程受到影響，出水懸浮物濃度增高，直接影響出水水質(zhì)；底物降解過程受到影響，其結(jié)果是底物去除率降低，而我們在運(yùn)行生物膜反應(yīng)器的時候應(yīng)該盡其結(jié)果是底物去除率降低，而我們在運(yùn)行生物膜反應(yīng)器的時候應(yīng)該盡量避免生物膜同時大量脫落。量避免生物膜同時大量脫落。 以上是生物膜增長規(guī)律的分析，可以幫助我們更好的控制生物膜反以上是生物膜增

27、長規(guī)律的分析，可以幫助我們更好的控制生物膜反應(yīng)器，同時也引出了生物膜法的幾個重要參數(shù)。應(yīng)器，同時也引出了生物膜法的幾個重要參數(shù)。最新生物膜法與工藝14.2.2 生物膜理論中的幾個重要參數(shù)生物膜理論中的幾個重要參數(shù) 生物膜的比增長速率生物膜的比增長速率 描述生物膜增長繁殖特性的最常用參數(shù)之一。它反映了微生物增長的描述生物膜增長繁殖特性的最常用參數(shù)之一。它反映了微生物增長的活性。則微生物比增長速率的定義式為活性。則微生物比增長速率的定義式為 X XdX/dtdX/dt 其中：其中： X-微生物濃度微生物濃度 微生物比增長速率。微生物比增長速率。 1.生物膜最大比增長速率（生物膜最大比增長速率（ 0

28、）b b0 0b bM Md dt td dM M2.生物膜平均比增長速率（生物膜平均比增長速率（ ）b bs sb bo ob bs sM Mt tM MM M最新生物膜法與工藝 底物去除速率底物去除速率 反映了生物膜群體的活性，底物的去除速率越高，說明生物膜生反映了生物膜群體的活性，底物的去除速率越高，說明生物膜生化反應(yīng)活性越高?；磻?yīng)活性越高。 式中式中qobs底物比去除速率底物比去除速率 Q 進(jìn)水流量進(jìn)水流量 So進(jìn)水底物濃度進(jìn)水底物濃度 S 出水底物濃度出水底物濃度 Ao載體表面積載體表面積 b bo oo oobsobsM MA AS)S)- -Q(SQ(Sq q最新生物膜法與工藝

29、14.3 生物濾池生物濾池 以土壤自凈原理為根據(jù)，在污水灌溉的實(shí)踐基礎(chǔ)上發(fā)展以土壤自凈原理為根據(jù)，在污水灌溉的實(shí)踐基礎(chǔ)上發(fā)展 需要有預(yù)處理及二沉池需要有預(yù)處理及二沉池 早期生物濾池（普通生物濾池）早期生物濾池（普通生物濾池） 水量負(fù)荷低，（水量負(fù)荷低，（1-4m/m.d）；）；BOD負(fù)荷負(fù)荷0.1-0.4kg/m.d 高負(fù)荷生物濾池高負(fù)荷生物濾池 塔式生物濾池塔式生物濾池限制進(jìn)水限制進(jìn)水BOD濃度濃度200mg/l），常常采用回流水稀釋。），常常采用回流水稀釋。水量負(fù)荷提高水量負(fù)荷提高3.0倍至倍至40m/m.d;BOD負(fù)荷上升至負(fù)荷上升至0.5-2.5kg/m.d。徑高比徑高比1：61：8，

30、H=26米，通風(fēng)良好，解決占地，米，通風(fēng)良好，解決占地，水量水量80-200m/m.dBOD負(fù)荷負(fù)荷2-3 kg/m.d14.3.0 概述概述最新生物膜法與工藝14.3.1 生物濾池的概念生物濾池的概念 生物濾池的工作原理生物濾池的工作原理含有污染物的廢水從上而下從長有豐富生物膜的濾料的空隙間流過，含有污染物的廢水從上而下從長有豐富生物膜的濾料的空隙間流過，與生物膜中的微生物充分接觸，其中的有機(jī)污染物被微生物吸附并進(jìn)與生物膜中的微生物充分接觸，其中的有機(jī)污染物被微生物吸附并進(jìn)一步降解，使得廢水得以凈化；主要的凈化功能是依靠濾料表面的生一步降解，使得廢水得以凈化；主要的凈化功能是依靠濾料表面的生

31、物膜對廢水中有機(jī)物的吸附氧化作用。物膜對廢水中有機(jī)物的吸附氧化作用。最新生物膜法與工藝 影響生物濾池功能的主要因素影響生物濾池功能的主要因素1、濾床的比表面積和孔隙率、濾床的比表面積和孔隙率 濾料表面積愈大，濾料表面積愈大， 生物膜的量就愈多，凈化功能就愈強(qiáng)；且孔隙率大，生物膜的量就愈多，凈化功能就愈強(qiáng)；且孔隙率大， 則濾床不易堵塞，通風(fēng)效果好，可為生物膜的好氧代謝提供足夠的氧；濾則濾床不易堵塞，通風(fēng)效果好，可為生物膜的好氧代謝提供足夠的氧；濾 床的比表面積和孔隙率愈大，擴(kuò)大了傳質(zhì)的界面，促進(jìn)了水流的紊動，有床的比表面積和孔隙率愈大，擴(kuò)大了傳質(zhì)的界面，促進(jìn)了水流的紊動，有 利于提高凈化功能。利

32、于提高凈化功能。 2、濾床的高度、濾床的高度 濾床的上層，廢水中的有機(jī)物濃度高，微生物繁殖速度快，生物膜量多濾床的上層，廢水中的有機(jī)物濃度高，微生物繁殖速度快，生物膜量多 且主要以細(xì)菌為主，有機(jī)污染物的去除速度高；濾池的下層，廢水中的有且主要以細(xì)菌為主，有機(jī)污染物的去除速度高；濾池的下層，廢水中的有 機(jī)物量少，生物膜量少，微生物從低級趨向高級，有機(jī)物去除速度降低；機(jī)物量少，生物膜量少，微生物從低級趨向高級，有機(jī)物去除速度降低； 有機(jī)物的去除效果隨濾床深度的增加而提高，但去除速率卻隨深度的增加有機(jī)物的去除效果隨濾床深度的增加而提高，但去除速率卻隨深度的增加 而降低。而降低。最新生物膜法與工藝3、

33、有機(jī)負(fù)荷與水力負(fù)荷、有機(jī)負(fù)荷與水力負(fù)荷 有機(jī)負(fù)荷：單位時間供給單位體積濾料的有機(jī)物量，他實(shí)際上表征的有機(jī)負(fù)荷：單位時間供給單位體積濾料的有機(jī)物量，他實(shí)際上表征的 是是F/M值，有機(jī)物不能超過生物膜的分解能力，否則出水值，有機(jī)物不能超過生物膜的分解能力，否則出水 水質(zhì)下降。單位為水質(zhì)下降。單位為kgBOD5/m3.d； 水力負(fù)荷：單位表面積的濾池或單位體積濾料每日處理的廢水量。表水力負(fù)荷：單位表面積的濾池或單位體積濾料每日處理的廢水量。表 征濾池的接觸時間和水流的沖刷時間。征濾池的接觸時間和水流的沖刷時間。 水力表面負(fù)荷單位為水力表面負(fù)荷單位為m3/m2.d，或，或m/d；同濾速；同濾速； 水力

34、容積負(fù)荷單位為水力容積負(fù)荷單位為 m3/m3.d 有機(jī)負(fù)荷較高，生物膜的增長較快，引起濾料堵塞，需要調(diào)整水力有機(jī)負(fù)荷較高，生物膜的增長較快，引起濾料堵塞，需要調(diào)整水力 負(fù)荷。水力負(fù)荷增加，提高水力沖刷力負(fù)荷。水力負(fù)荷增加，提高水力沖刷力 ，維持生物膜的厚度。一般是，維持生物膜的厚度。一般是 通過出水回流來解決。通過出水回流來解決。最新生物膜法與工藝4、回流、回流 對于高負(fù)荷生物濾池與塔式生物濾池，常采用回流。其優(yōu)點(diǎn)：對于高負(fù)荷生物濾池與塔式生物濾池，常采用回流。其優(yōu)點(diǎn)： 不論原廢水的流量如何波動，濾池可得到連續(xù)投配的廢水，因而其不論原廢水的流量如何波動，濾池可得到連續(xù)投配的廢水，因而其 工作較

35、穩(wěn)定；工作較穩(wěn)定； 可以沖刷去除老化生物膜，降低膜的厚度，并抑制濾池蠅的孳生；可以沖刷去除老化生物膜，降低膜的厚度，并抑制濾池蠅的孳生； 均衡濾池負(fù)荷，提高濾池的效率；均衡濾池負(fù)荷，提高濾池的效率； 可以稀釋和降低有毒有害物質(zhì)的濃度以及進(jìn)水有機(jī)物濃度?？梢韵♂尯徒档陀卸居泻ξ镔|(zhì)的濃度以及進(jìn)水有機(jī)物濃度。5、供氧、供氧 生物濾池一般時通過自然通風(fēng)來保證供氧的；影響生物濾池自然通生物濾池一般時通過自然通風(fēng)來保證供氧的；影響生物濾池自然通 風(fēng)的主要因素有：風(fēng)的主要因素有： 池內(nèi)溫度與氣溫之差；池內(nèi)溫度與氣溫之差； 濾池高度；濾池高度； 濾料孔隙率及風(fēng)力等；濾料孔隙率及風(fēng)力等； 濾池堵塞也會影響通風(fēng)。

36、濾池堵塞也會影響通風(fēng)。最新生物膜法與工藝14.3.2 普通生物濾池普通生物濾池 構(gòu)造構(gòu)造 普通生物濾池又稱滴濾池，水力負(fù)荷和普通生物濾池又稱滴濾池，水力負(fù)荷和BOD負(fù)荷低。負(fù)荷低。最新生物膜法與工藝 在平面上多為方形、矩形或圓形，高出濾池在平面上多為方形、矩形或圓形，高出濾池1.50.9m。在寒冷地在寒冷地 區(qū)，有時需要考慮防凍、采暖、或防蠅等措施區(qū)，有時需要考慮防凍、采暖、或防蠅等措施 池壁：圍護(hù)填料，應(yīng)該能承受壓力，分為有孔池壁和無孔池壁池壁：圍護(hù)填料，應(yīng)該能承受壓力，分為有孔池壁和無孔池壁 。 有孔洞的池壁有利于濾料的內(nèi)部通風(fēng)，但在冬季易受低氣溫有孔洞的池壁有利于濾料的內(nèi)部通風(fēng)，但在冬季

37、易受低氣溫 的影響；的影響； 池底：支撐濾料和排除處理后的水，池底四周設(shè)置通風(fēng)口。池底：支撐濾料和排除處理后的水，池底四周設(shè)置通風(fēng)口。 一般為實(shí)心拳狀濾料，如碎石、卵石、爐渣等；一般為實(shí)心拳狀濾料，如碎石、卵石、爐渣等； 工作層的濾料粒徑為工作層的濾料粒徑為25 40mm，承托層濾料粒徑為，承托層濾料粒徑為70 100mm； 同一層濾料要盡量均勻，以提高孔隙率；同一層濾料要盡量均勻，以提高孔隙率； 濾料的粒徑愈小，比表面積濾料的粒徑愈小，比表面積 就愈大，處理就愈大，處理 能力可以提高；但粒徑過能力可以提高；但粒徑過 小，孔隙率降低，小，孔隙率降低， 則濾料層易被生物膜堵塞；則濾料層易被生物膜

38、堵塞； 一般當(dāng)濾料的孔隙率在一般當(dāng)濾料的孔隙率在45%左右時，濾料左右時，濾料 的比表面積約為的比表面積約為65 100m2/m31. 池體：池體：2. 濾料：濾料：最新生物膜法與工藝3. 布水裝置：布水裝置： 布水裝置的目的是將廢水均勻地噴灑在濾料上；主要有兩種：固布水裝置的目的是將廢水均勻地噴灑在濾料上；主要有兩種：固 定式布水裝置、旋轉(zhuǎn)式布水裝置；普通生物濾池多采用固定式布定式布水裝置、旋轉(zhuǎn)式布水裝置；普通生物濾池多采用固定式布 水裝置；高負(fù)荷生物濾池和塔式生物濾池則常用旋轉(zhuǎn)布水裝置：水裝置；高負(fù)荷生物濾池和塔式生物濾池則常用旋轉(zhuǎn)布水裝置： 固定式布水裝置固定式布水裝置 旋轉(zhuǎn)式布水系統(tǒng)旋

39、轉(zhuǎn)式布水系統(tǒng) 最新生物膜法與工藝4. 排水系統(tǒng)排水系統(tǒng)排水系統(tǒng)處于濾床的底部，其作用是收集、排出處理后的廢水和保排水系統(tǒng)處于濾床的底部，其作用是收集、排出處理后的廢水和保證良好的通風(fēng)證良好的通風(fēng)。一般由滲水頂板、集水溝和排水渠所組成；滲水頂板用于支撐濾料，一般由滲水頂板、集水溝和排水渠所組成；滲水頂板用于支撐濾料，其排水孔的總面積應(yīng)不小于濾池表面積的其排水孔的總面積應(yīng)不小于濾池表面積的20%；滲水頂板的下底與；滲水頂板的下底與池底之間的凈空高度一般應(yīng)在池底之間的凈空高度一般應(yīng)在0.6m以上，以利通風(fēng)，一般在出水區(qū)以上，以利通風(fēng)，一般在出水區(qū)的四周池壁均勻布置進(jìn)風(fēng)孔。的四周池壁均勻布置進(jìn)風(fēng)孔。

40、不淤流速不淤流速 0.7m/s 滲水裝置：與池底距離滲水裝置：與池底距離 0.4m最新生物膜法與工藝 普通生物濾池的設(shè)計(jì)與計(jì)算普通生物濾池的設(shè)計(jì)與計(jì)算 工作層填料的粒徑為工作層填料的粒徑為25 40mm，厚度為，厚度為1.3 1.8m；承托層填料的；承托層填料的 粒徑為粒徑為70 100mm，厚度為，厚度為0.2m。 正常氣溫條件處理城市廢水時，表面水力負(fù)荷為正常氣溫條件處理城市廢水時，表面水力負(fù)荷為1 3 m3/m2.d， BOD5容積負(fù)荷為容積負(fù)荷為0.15 0.30kgBOD5/m3.d，BOD5的去除率一般為的去除率一般為 85 95%； 池壁四周通風(fēng)口的面積不應(yīng)小于濾池表面積的池壁四

41、周通風(fēng)口的面積不應(yīng)小于濾池表面積的1%； 濾池?cái)?shù)不應(yīng)小于濾池?cái)?shù)不應(yīng)小于2座。座。 濾料容積濾料容積 ：按負(fù)荷率計(jì)算：按負(fù)荷率計(jì)算 BOD負(fù)荷率（負(fù)荷率（gBOD/m.d） 水力負(fù)荷率水力負(fù)荷率 (m/m濾料濾料.d) 濾料選定、容積與濾池結(jié)構(gòu)的工藝設(shè)計(jì)，布水裝置系統(tǒng)的計(jì)算與設(shè)濾料選定、容積與濾池結(jié)構(gòu)的工藝設(shè)計(jì)，布水裝置系統(tǒng)的計(jì)算與設(shè) 計(jì)計(jì)1. 設(shè)計(jì)內(nèi)容：設(shè)計(jì)內(nèi)容：2. 設(shè)計(jì)參數(shù)：設(shè)計(jì)參數(shù)：最新生物膜法與工藝3. 設(shè)計(jì)公式：設(shè)計(jì)公式：設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)內(nèi)容 計(jì)算公式計(jì)算公式 參數(shù)意義及取值參數(shù)意義及取值 濾料總體積濾料總體積(V) V = QS/LvBOD V濾料總體積，濾料總體積，m3 Q進(jìn)水平均流

42、量，進(jìn)水平均流量，m3/d S進(jìn)水進(jìn)水BOD5濃度，濃度，mg/l LvBOD容積負(fù)荷，一般取容積負(fù)荷，一般取0.15 0.3kgBOD/m3.d 濾床有效面濾床有效面積積(F) F = V/H F濾床的有效面積，濾床的有效面積，m2 H濾料高度，濾料高度，1.5 2.0m 表面水力負(fù)表面水力負(fù)荷校核荷校核(q) q = Q/F q表面水力負(fù)荷，應(yīng)為表面水力負(fù)荷，應(yīng)為1 3m3/m2.d。 最新生物膜法與工藝14.3.3 高負(fù)荷生物濾池高負(fù)荷生物濾池 構(gòu)造構(gòu)造 高負(fù)荷生物濾池是生物濾池的第二代工藝。高負(fù)荷生物濾池是生物濾池的第二代工藝。1. 高負(fù)荷生物濾池池體：高負(fù)荷生物濾池池體： 平面上多為圓形。平面上多為圓形。 濾料層高一般為濾料層高一般為2m。2. 高負(fù)荷生物濾池的布水：高負(fù)荷生物濾池的布水： 多使用旋轉(zhuǎn)式布水器。多使用旋轉(zhuǎn)式布水器。最新生物膜法與工藝3. 高負(fù)荷生物濾池的濾料：高負(fù)荷生物濾池的濾料： 濾料粒徑較大，一般為濾料粒徑較大，一般為40 100mm，工作層濾料的粒徑一般為，工作層濾料的粒徑一般為 40 70mm，承托層則為，承托層則為70 100mm，孔隙率較高，可以防止堵，孔隙率較高，可以防止堵 塞和提高通風(fēng)能力；塞和提高通風(fēng)能力； 濾料常采用卵石、石英砂、花崗巖等，一般