第3章生物處理

1、第第3 3章章 微污染水生物處理技術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n高負荷生物濾池高負荷生物濾池 構造構造 高負荷生物濾池是生物濾池的第二代工藝。高負荷生物濾池是生物濾池的第二代工藝。池體：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。布水：布水： 多使用旋轉式布水器。多使用旋轉式布水器。濾料：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

2、隙率較高，可以防止堵，孔隙率較高，可以防止堵 塞和提高通風能力；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；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：質量輕、強成；形狀有波紋板式、斜管式和蜂窩式等，特點有：質量輕、強 度高、耐腐蝕、比表面積和孔隙率較大。主要缺點：造價較高，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。初期投資較大。適用：適用：處理濃度和流量

3、變化比較大的水。進水水質要求：處理濃度和流量變化比較大的水。進水水質要求： BOD5200mg/L，否則原水需稀釋。，否則原水需稀釋。 均化與穩(wěn)定進水水質；均化與穩(wěn)定進水水質； 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；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；抑制濾蠅的過度滋生； 減輕散發(fā)的臭氣。減輕散發(fā)的臭氣。 適用范圍及特點適用范圍及特點 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：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：

4、 特點（與曝氣生物濾池相比）特點（與曝氣生物濾池相比） 無反沖洗設施；無反沖洗設施； 自然通風供氧。自然通風供氧。一、原理與特點一、原理與特點 1、原理、原理（1）生物降解）生物降解（2）過濾）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，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高效去除。2、特點（、特點（P74）（1）可去除低分子量有機物；）可去除低分子量有機物；（2）可處理低

5、濃度有機物廢水；）可處理低濃度有機物廢水；（3）能去除氨氮、鐵、錳等污染物。）能去除氨氮、鐵、錳等污染物。二、二、BAF的結構、類型及運行方式的結構、類型及運行方式 1、結構（、結構（P75）圖）圖3-1（1） 分區(qū)分區(qū) （2）濾池池體）濾池池體 ： 緩沖配水區(qū)、承托層及濾料層、出水區(qū)緩沖配水區(qū)、承托層及濾料層、出水區(qū)圓形、方形、矩形。圓形、方形、矩形。（3） 承托層及濾料層承托層及濾料層 濾料濾料3-5mm，比表面積大，微生物吸著能力，比表面積大，微生物吸著能力 強陶粒、焦炭等）強陶粒、焦炭等）（4）布水系統(tǒng)）布水系統(tǒng) 配水室和濾板上的配水濾頭，配水室和濾板上的配水濾頭， 或者采用管式大阻力

6、配水系統(tǒng)或者采用管式大阻力配水系統(tǒng) ； （5）配水室）配水室 緩沖配水區(qū)和濾板組成；緩沖配水區(qū)和濾板組成；（6）布氣系統(tǒng)）布氣系統(tǒng) 正常運行曝氣和反沖洗時曝氣；正常運行曝氣和反沖洗時曝氣；（7）反沖洗系統(tǒng)）反沖洗系統(tǒng) 采用氣水聯(lián)合反沖洗；采用氣水聯(lián)合反沖洗；（8）出水系統(tǒng)）出水系統(tǒng) 周邊出水和單側堰出水等；周邊出水和單側堰出水等；（9）管道和自控系統(tǒng)組成）管道和自控系統(tǒng)組成 采用采用PLC控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)。曝氣生物濾池構造2 2、類型、類型按水流方向按水流方向上向流：BIOSTYR、BIOFOR下向流：BIOCARBONE（1 1）下向流）下向流BAFBAF（BIOCARBONE ） 具有氧

7、化降解、生物絮凝吸附、截留懸浮物的功能，集生物作用與固具有氧化降解、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)。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。本不膨脹。反沖污泥最終回流入初沉池。（2 2）上向流）上向流BAFBAF（法國）

8、 BIOFORBIOFOR 特點：（a)同向流，反沖洗方向與水流方向相同； （b)濾池內不會出現(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。BIOSTYR 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。1 .采用氣水平行上向流，使得氣水進行極好均分；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，提高了氧的濾料層對氣泡的切割作

9、用使氣泡在濾池中的停留時間延長，提高了氧的利用率；池內生物量大，可達利用率；池內生物量大，可達8000-23000mg/l（折算成（折算成MLVSS）；）；3 .由于濾池極好的截污能力，使得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；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、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的轉的轉移效率高，曝氣量低，供氧動力消耗低；移效率高，曝氣量低，供氧動力消耗低；5 .可截留可截留SS，脫落的生物膜，勿需沉淀池，占地少，基建投資??；，脫落的生物膜，勿需沉淀池，占地少，基建投資??；6

10、.勿需污泥回流，無污泥膨脹，污泥易處理；勿需污泥回流，無污泥膨脹，污泥易處理；7.處理水質高，可滿足回用要求；處理水質高，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；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；易掛膜，啟動快，反應時間短；10.曝氣生物濾池無需二沉池，采用模塊化結構，便于后期改建、擴建；曝氣生物濾池無需二沉池，采用模塊化結構，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。該工藝可以單獨建立，也可以與其它工藝組合應用。 上向流工藝特點上向流工藝特點3 3、運行、運行（1）掛膜：自然掛膜與人工掛膜（2

11、）運行效果：上向流（BIOFOR、BIOSTYR） 優(yōu)于下向流；溶解氧：23mg/L;反沖洗周期：37d.反沖洗流程三、BAF的計算AQq241、水力負荷（q）微污染水：24m3/(m2h) 2、有機負荷（NV）VQSNV03、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。4、濾料層高度：2m5、濾料：25mm(28mm) 過小：密實，易堵； 過大：比表面小，生物量低。6、氣水比（G/W）：(0.51.2):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（腐殖質類大分子有機物及含C

12、=C和C=O的芳香族化合物）。 工藝流程實例（污水處理）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，內部為過濾、生物吸附與生物氧化作用，濾料表面為好氧環(huán)境，內部為缺氧、厭氧的微環(huán)境，使得硝化、反硝化作用同時進行。缺氧、厭氧的微環(huán)境，使得硝化、反硝化作用同時進行。生物接觸氧化法生物接觸氧化法：介于活性污泥法與生物濾池之間的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生物膜法處理工藝；又稱為淹沒式生物濾 池、接觸曝氣法。池、接觸曝氣法。 2 生物接觸氧化(BCO) 1971年開始于日本年開始于日本 應用領域十分廣泛，深受重視應用領域十分廣泛，

13、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：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；生物活性高；2.傳質條件好傳質條件好3.充氧效率高充氧效率高3kg O2/（kw .h），比無填料高），比無填料高30% ；4.有絲狀菌存在；有絲狀菌存在；5.有較高的生物膜濃度（有較高的生物膜濃度（10-20g/l），而活性污泥（），而活性污泥（2-3g/l）。）。實質之二：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，相當于在曝氣池內充填供微生物棲息的填料接觸曝氣法。實質之一：在池內充填填料，已經充氧的污水浸沒全部填料，并以一定流速流經填料，在

14、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、原理及特征一、原理及特征1、原理nBCO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。nBCO與高負荷生物濾池的區(qū)別 （1）填料： 接觸氧化：填料質輕，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。（2）結構： 接觸氧化：淹沒式，填料完全浸沒于水中； 高負荷

15、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。n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nBCO處理微污染水的理論 微污染水：低基質濃度，Rittmann等按照穩(wěn)定工況下生長速度等于消耗速度及Monod方程，推導得最小基質濃度：bYkbkSsminKs：Monod半速率常數b：內源呼吸系數Y：產率系數k：最大比基質利用率 即理論上穩(wěn)態(tài)生物膜法水處理工藝中，出水基質不可能小于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：

16、二級利用：P81微生物的應激性：P812、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）；布水、曝氣 不易均勻，可能在局部出現(xiàn)死角。二、構造及工藝二、構造及工藝 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左右，填料層上部水層高約為0.5m，

17、填料層下部布水區(qū)的，填料層下部布水區(qū)的高度一般為高度一般為0.51.5m之間；之間； 池型：池型：方形、圓形，頂部穩(wěn)方形、圓形，頂部穩(wěn) 定水層定水層 填料：填料：對接觸氧化池中生物對接觸氧化池中生物 量、氧的利用率、水流條件量、氧的利用率、水流條件 和廢水與生物膜的接觸反應和廢水與生物膜的接觸反應 情況等有較大影響。情況等有較大影響。 1、構造、構造曝氣：機械曝氣、鼓風曝氣2、池型：分流式與直流式、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單側曝氣型：

18、P83圖3-8直流式國內用 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。3、主要影響因素（1）原水水質 NH3-N：13mg/L，NH38090%； 3.5mg/L，NH3 7585%。 有機物體積負荷NV：0.10.3kgBOD/(m3d)。（2）水溫：夏季冬季（3）pH：中性（6.58.5）（4）DO：2.04.0mg/L,G/W=0.81.2（5）HRT：空床停留時間2030min（6）填料性能 4、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

19、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。)ln()75(33. 0046. 00LLLPt 初次沉淀池接觸氧化池 二次沉淀池原污水處理水污泥圖1 8 - 1 4 生物接觸氧化技術一段處理流程 初次沉淀池一段接觸氧化 中間沉淀池二段接觸氧化 二次沉淀池原污水處理水污泥圖1 8 - 1 5 生物接觸氧化技術二段處理流程 初次沉淀池一段接觸氧化 最終沉淀池原污水處理水污泥二段接觸氧化n 段接觸氧化圖1 8 - 1 6 多段生物接觸氧化技術處理流程3 生物活性炭法(BAC) Biological Activated Carbon，以活性炭為載體, 表面長有微生

20、物的處理工藝生物活性炭材料一、原理一、原理 將活性炭作為微生物聚集、繁殖生長的良好載體，在適當的溫度及營養(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。 物理吸附和化學吸附的比較物理吸附和化學吸附的比較 物理吸附物理吸附化學吸附化學吸附吸附力吸附力范德華力范德華力化學鍵力化學鍵力吸附熱吸附熱較小較小, 近于液化熱近于液化熱較大較大, 近于反應熱近于反應熱選擇性選擇性無選擇性無選擇性有選擇性有選擇性分子層分子層單層或多層單層或多層單分子層單分子層吸附速度吸附速度較快較快, 溫度影響較小溫度影響較小,不需活

21、化能不需活化能較慢較慢, 溫度升高溫度升高, 速度加速度加快快, 需活化能需活化能脫附脫附(解吸解吸)較容易較容易, 需要能量小需要能量小很難很難, 需要能量大需要能量大 p 對于生物活性炭技術對于生物活性炭技術, 按照污染物被活性炭吸附性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不被活性炭吸附也不

22、可被微生物的降解Porrotti 和和 Rodman 1974年細胞外酶假說：年細胞外酶假說： 微生物個體尺寸微生物個體尺寸1萬埃左右萬埃左右 微生物的微生物的 胞外酶胞外酶 10 埃大小埃大小 微孔隙區(qū)的微孔隙區(qū)的 等效直徑大約等效直徑大約20-40埃?；蛉苜|擴散理論溶質擴散理論： 炭表面的微生物雖然在降解水中的炭表面的微生物雖然在降解水中的 有機污染物的有機污染物的同時同時 也降解炭內吸附的有機污染物，但是這是由于炭也降解炭內吸附的有機污染物，但是這是由于炭內已吸附的污染物與炭表面的生物膜中的濃度差，獲內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

23、的結得了保持吸附平衡的解吸力，而向其表面擴散的的結果。果。 BAC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；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。二、二、BACBAC的工藝結構及有關設計參數的工藝結構及有關設計參數1、工藝結構及設計參數（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/(m3d)（5）水力負荷：8-10m3/(m2h)（6）

24、運行周期：3-4年（延長3-4倍）（7）預臭氧投加量：1.5-2.5mg/L2、運行控制pBAC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）；p掛膜：投菌法掛膜較快；p充氧：曝氣充氧；O3（O3-BAC；OBAC）p失效指標：COD（15-45%）；UV254（20-25%）p預處理：不宜預氯化；p指標：不宜用碘值及亞甲基藍作為控制指標。幾種生物活性炭凈水工藝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

25、，10、 膨脹炭層三、組合工藝流程三、組合工藝流程1 1、常規(guī)處理、常規(guī)處理-BAC-BAC-超濾超濾p常規(guī)處理：去除大部分SS，降低BAC負荷；pBAC：去除可溶性有機物、NH3-N等；p超濾：去除剩余不溶性雜質，提高出水安全性。2 2、常規(guī)處理、常規(guī)處理-OBAC-OBAC工藝工藝n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。nBAC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物；（3）微生物降解。3 3、生物預處理、生物預處理+ +常規(guī)處理常規(guī)處理+BAC+BAC聯(lián)合工藝聯(lián)合工藝n生物預處理的

26、作用：（1）生物處理中比較容易進行生物氧化作用的物質多數為親水性；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 4、微污染水臭氧、微污染水臭氧+ +沸石沸石+ +顆粒炭（顆粒炭（GACGAC）組合工藝）組合工藝n臭氧的作用：分解水中嗅、味、色度、有機物及鐵錳；n沸石的作用：交換吸附水中的NH3-N；nGAC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。4 膜生物反應器(MBR) Membrane Bioreactor，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。2、存在問題（1）建設和運行費用高；（2）膜污染問題；（3）經濟可行

27、性。一、原理及特點1、優(yōu)點（1）固液分離效率高，出水水質好、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，微生物處于內源呼吸期，剩余污泥量少；（4）全自動運行，占地少。二、類型及工藝設計按結構 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MBR1、分體式MBR書P94圖3-16（b) 膜組件與生物反應膜組件與生物反應器分開，便于研究，起器分開，便于研究，起初應用廣泛，技術較成初應用廣泛，技術較成熟。熟。分體式MBR用于中水回用處理典型缺點：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。2、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