第二節(jié)生物膜法污水處理設(shè)備

第二節(jié)生物膜法污水處理設(shè)備一、生物濾池二、生物轉(zhuǎn)盤三、生物接觸氧化法四、生物流化床講述內(nèi)容：生物濾池，包括普通（低負(fù)荷）生物濾池和高負(fù)荷生物濾池

生物膜法污水處理屬于好氧生物處理方法，依靠固著在載體表面的微生物來(lái)凈化有機(jī)物。生物膜法的主要優(yōu)點(diǎn)是對(duì)水質(zhì)、水量變化的適應(yīng)性較強(qiáng)、不會(huì)發(fā)生污泥膨脹；產(chǎn)生的剩余污泥少；能夠處理低濃度污水。生物膜法的缺點(diǎn);投資大；受載體材料比表面積影響，裝置容積負(fù)荷有限、空間效率低。工藝分類：生物膜與污水的接觸方式分兩種：填充式和浸澤式。填充式典型設(shè)備：生物濾池生物轉(zhuǎn)盤；浸澤式如生物流化床。引言生物膜法的主要設(shè)施生物接觸氧化池生物流化床間歇生物濾池普通（單層）生物濾池塔式（多層）生物濾池生物轉(zhuǎn)盤生物濾池生物膜的形成：在生物膜法的構(gòu)筑物中，填充很多掛膜的固體介質(zhì)（濾料或填料），污水通過(guò)填料時(shí)填料截留了污水中的懸浮物質(zhì)，并將其吸附在表面，在供氧充足的條件下，微生物迅速繁殖，并吸附更多的懸浮物質(zhì)，逐漸形成生物質(zhì)膜。生物膜從開(kāi)始到成熟要經(jīng)歷潛伏和生長(zhǎng)兩階段，一般城市污水在20度左右的條件下大致需要30d左右時(shí)間。生物膜法凈化原理：生物膜（細(xì)菌、真菌、原生動(dòng)物）呈蓬松的絮狀結(jié)構(gòu)，具有很大的表面積和很強(qiáng)的吸附能力。微生物以吸附和沉積在膜上的有機(jī)物為營(yíng)養(yǎng)，將一部分有機(jī)物合成為細(xì)胞物質(zhì)，成為生物膜新的活性物質(zhì)；另一部分成為分解代謝產(chǎn)物，在分解代謝過(guò)程中釋放能量，供微生物繁殖生長(zhǎng)。生物質(zhì)膜老化脫落后進(jìn)入污水中，在二沉池中沉淀下來(lái)成為污泥，澄清水排出池外。生物濾池法的流程一、普通生物濾池及附屬設(shè)備設(shè)計(jì)選型建設(shè)中的生物濾池典型的生物濾池的構(gòu)造

濾床布水設(shè)備排水系統(tǒng)

濾床由濾料組成。濾料是微生物生長(zhǎng)棲息的場(chǎng)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)污水以氣膜狀態(tài)穿過(guò)生物膜；(3)有足夠的空隙率，保證通風(fēng)（即保證氧的供給）和使脫落的生物膜能隨水流出濾池；(4)化學(xué)與生物穩(wěn)定性好，不被微生物分解,沒(méi)有較好的化學(xué)性能；(5)需要一定的機(jī)械強(qiáng)度；(6)價(jià)格低廉。

濾料粒徑并非越小越好，會(huì)造成堵塞，影響通風(fēng)。早期主要以拳狀碎石為濾料，其直徑在5～8cm左右，空隙率在65％～80％左右，比表面積（可附著面積）在55～105m2/m3之間。

濾床兩種常見(jiàn)的塑料濾料濾料比表面積在98～340m2/m3之間，孔隙率為93％～95％濾料比表面積在81～195m2/m3之間，孔隙率為93％～95％

國(guó)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。濾床高度同濾料的密度有密切關(guān)系

塑料濾料每立方米質(zhì)量?jī)H為100kg左右，孔隙率高達(dá)93％～95％，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(guó)外一般采用雙層濾床，高7m左右；國(guó)內(nèi)常采用多層的“塔式”結(jié)構(gòu)，高度在10m以上。

濾床四周一般設(shè)池壁，池壁起圍護(hù)濾料、減少污水的飛濺的作用。常用磚、石或混凝土塊砌筑。

石質(zhì)拳狀濾料組成的濾床高度一般在1～2.5m之間。一方面是由于孔隙率低，濾床過(guò)高會(huì)影響通風(fēng)；另一方面由于太重,過(guò)高會(huì)影響排水系統(tǒng)和濾池基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。

布水設(shè)備設(shè)置目的為了使污水能均勻地分布在整個(gè)濾床表面上生物濾池的布水設(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(jìn)水管銜接。其所需水頭在0.6～1.5m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。移動(dòng)式（常用回轉(zhuǎn)式）布水器脈沖式生物濾池配水系統(tǒng)

排水系統(tǒng)作用收集濾床流出的污水與生物膜保證通風(fēng)支撐濾料池底排水系統(tǒng)的組成池底排水假底集水溝

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5％～8％，高于池底0.4～0.6m。

池底除支撐濾料外，還要排泄濾床上的來(lái)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1％～2％。集水溝要有充分的高度，并在任何時(shí)候不會(huì)漫流，確?？諝饽茉谒嫔蠒惩o(wú)阻，使濾池中空隙充滿空氣。

低負(fù)荷生物濾池又稱普通生物濾池。優(yōu)點(diǎn)：處理效果好，BOD5的去除率可達(dá)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(diǎn)：占地面積大，灰蠅很多，影響環(huán)境衛(wèi)生。生物濾池法的流程影響生物濾池性能的主要因素這些過(guò)程的發(fā)生和發(fā)展決定了生物濾池凈化污水的性能。影響這些過(guò)程的主要因素有：濾池高度負(fù)荷率回流供氧

生物濾池中有機(jī)物的降解過(guò)程

同時(shí)發(fā)生著多過(guò)程有機(jī)物在污水和生物膜中的傳質(zhì)過(guò)程氧在污水和生物膜中的傳質(zhì)過(guò)程生物膜的生長(zhǎng)和脫落等過(guò)程有機(jī)物的好氧和厭氧代謝過(guò)程濾床影響生物濾池性能的主要因素——濾池高度

濾床上層,污水中有機(jī)物濃度較高,微生物繁殖速率高,種屬較低級(jí),以細(xì)菌為主,生物膜量較多,有機(jī)物去除速率較高。

隨著濾床深度增加,微生物從低級(jí)趨向高級(jí)，種類逐漸增多,生物膜量從多到少。

濾床的上層和下層相比,生物膜量、微生物種類和去除有機(jī)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(guò)程中的生物遞變。

當(dāng)濾床各層的進(jìn)水水質(zhì)互不相同時(shí),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。濾床有機(jī)負(fù)荷率：以BOD5為準(zhǔn)，kg（BOD5或特定污染物質(zhì)）/m3·d。影響生物濾池性能的主要因素——負(fù)荷率生物濾池的負(fù)荷率有三種表達(dá)形式：

表面水力負(fù)荷率：m3（水）/（m2·d），又稱平均濾率，m/d

。

由于生物濾池的作用是去除污水中有機(jī)物或特定污染物，因此，它的負(fù)荷率通常以有機(jī)物或特定污染物質(zhì)為準(zhǔn)較合理。

有機(jī)負(fù)荷率：以BOD5為準(zhǔn)，kg（BOD或特定污染物質(zhì)）/（m3·d）。

水力負(fù)荷率：以流量為準(zhǔn)，m3(水)/m3(濾料)

·d。影響生物濾池性能的主要因素——負(fù)荷率

在高負(fù)荷條件下，隨著濾率的提高，污水中有機(jī)物的傳質(zhì)速率加快，生物膜量增多，濾床特別是它的表面很容易堵塞。

在低負(fù)荷條件下，隨著濾率的提高，污水在生物濾床中停留的時(shí)間縮短，出水水質(zhì)將相應(yīng)下降。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(jìn)水的做法稱回流，回流水量與進(jìn)水量之比叫回流比?；亓鲗?duì)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(fù)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(dāng)進(jìn)水缺氧、腐化、缺少營(yíng)養(yǎng)元素或含有有害物質(zhì)時(shí)，回流可改善進(jìn)水的腐化狀況、提供營(yíng)養(yǎng)元素和降低毒物質(zhì)濃度；

（4）進(jìn)水的質(zhì)和量有波動(dòng)時(shí)，回流有調(diào)節(jié)和穩(wěn)定進(jìn)水的作用。影響生物濾池性能的主要因素——供氧溫度差越大，通風(fēng)條件越好；當(dāng)水溫較低，濾池內(nèi)的溫度低于氣溫時(shí)（夏季），池內(nèi)氣流向下流動(dòng)；當(dāng)水溫較高，池內(nèi)溫度高于氣溫時(shí)（冬季），氣流向上流動(dòng)；若池內(nèi)外無(wú)溫度差，則停止通風(fēng)；正常運(yùn)行的生物濾池，自然通風(fēng)可以提供生物降解所需的氧量，自然通風(fēng)能不滿足時(shí)，應(yīng)考慮強(qiáng)制通風(fēng)。

生物濾池中，微生物所需的氧一般直接來(lái)自大氣，靠自然通風(fēng)供給。影響生物濾池通風(fēng)的主要因素是濾床自然風(fēng)和風(fēng)速。自然風(fēng)的推動(dòng)力是池內(nèi)溫度與氣溫之差以及濾池的高度。生物濾池系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)濾池類型和流程選擇濾池個(gè)數(shù)和濾床尺寸的確定二次沉淀池的形式、個(gè)數(shù)和工藝尺寸的確定布水設(shè)備的計(jì)算濾池類型的選擇

低負(fù)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(chǎng)合尚有可能使用。大多采用高負(fù)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(guò)方案的比較，才能得出合理的結(jié)論。占地面積，基建費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用的比較，不是關(guān)鍵作用。

流程的選擇確定流程時(shí)要解決的問(wèn)題設(shè)初次沉淀池用幾級(jí)濾池不采用回流，回流方式和回流比的確定

當(dāng)廢水含懸浮物較不多，采用拳狀濾料時(shí),須有初次沉淀池,以避免生物濾池阻塞。處理城市污水時(shí),一般都設(shè)置初次沉淀池。

下述三種情況應(yīng)考慮用一次沉淀池出水回流：入流有機(jī)物濃度較高，可能引起供氧不足時(shí)；水量很小，無(wú)法維持水力負(fù)荷率在最小經(jīng)驗(yàn)值以下時(shí)；污水中某種污染物在高濃度時(shí)，可能抑制微生物生長(zhǎng)的情況下。普通生物濾池設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)參數(shù)：池體：普通生物濾池池體的平面形狀多為方形、矩形和圓形。池壁一般采用磚砌或混凝土建造，有的池壁上帶有小孔，促進(jìn)濾池內(nèi)部通風(fēng)。為防止風(fēng)吹而影響污水的均勻分布，池壁頂應(yīng)高出濾層表面0.4-0.5m，濾池壁下部通氣孔總面積不應(yīng)小于濾池表面積的1%。濾床：濾床由濾料組成，微生物就生長(zhǎng)在濾料表面上。濾料應(yīng)采用強(qiáng)度高、耐腐蝕、質(zhì)輕、顆粒均勻、比表面大、空隙率高的材料。常用球狀濾料如碎石、爐渣、焦炭等。濾料分成工作層和承托層兩層：工作層粒徑25-40mm，厚度1.3-1.8m；承托層粒徑為60-100mm，厚度0.2m。近年來(lái)常采用塑料濾料，其表面積可達(dá)100-200m2/m3，孔隙率高達(dá)80%-90%.布水裝置：在池面均勻分配污水，適應(yīng)水量變化、不易阻塞和易于清通。排水系統(tǒng)：設(shè)在池底部，包括滲水裝置、集水渠和總排水渠。濾池個(gè)數(shù)或分格數(shù)不應(yīng)少于兩個(gè)，并按同時(shí)工作設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)流量按平均日污水流量計(jì)算。處理生活污水時(shí)，BOD5的容積負(fù)荷可按下表數(shù)據(jù)選用水力負(fù)荷為1-4m3/(m2.d).工業(yè)污水應(yīng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。濾池個(gè)數(shù)和濾床尺寸的確定⑴濾床總體積（V）式中：V——濾床總體積，m3；La——污水進(jìn)濾池前的BOD5平均值，mg/L；Lt——濾池出水的BOD5濃度，mg/L；Q——污水日平均流量，m3/d，采用回流式生物濾池時(shí)，此項(xiàng)應(yīng)為Q(1+r)，回流比r可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定；M——有機(jī)負(fù)荷率，kgBOD5/（m3·d）。當(dāng)濾池?zé)o回流時(shí)，Q等于原污水量，La等于原污水濃度L0；當(dāng)有回流時(shí)（回流比為R）濾池個(gè)數(shù)和濾床尺寸的確定

計(jì)算濾床總體積（V）時(shí)，應(yīng)注意下述問(wèn)題：計(jì)算時(shí)采用的負(fù)荷率應(yīng)與設(shè)計(jì)處理的效率相應(yīng)。通常，負(fù)荷率是影響處理效果的主要因素，兩者常相提并論。下表所示數(shù)據(jù)是城市污水一般經(jīng)驗(yàn)的概括。影響處理效果的因素很多，除負(fù)荷率之外，主要的還有污水的濃度、水質(zhì)、溫度、濾料特性和濾床的高度。對(duì)于回流濾池，則還有回流比。沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)可以援用的工業(yè)廢水，應(yīng)經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，確定其設(shè)計(jì)的負(fù)荷率。試驗(yàn)性生物濾池的濾料和濾床高度應(yīng)與設(shè)計(jì)相一致。85~9575~9065~85根據(jù)計(jì)算結(jié)合經(jīng)驗(yàn)確定。在濾床的總體積和高度確定后，濾床的總面積可以算出。H:濾層總高度，取值1.5-2.0m。當(dāng)總面積大時(shí)，可采用多個(gè)濾池。目前生物濾池的最大直徑為50m，通常是在35m以下。最后應(yīng)該核算濾率（水力負(fù)荷），看它是否合理。回流生物濾池濾率一般不超過(guò)40m/d，其濾率的確定與進(jìn)水BOD有關(guān)，如下表所示。q：表面水力負(fù)荷，一般取值1-5m3/(m2.d)濾池個(gè)數(shù)和濾床尺寸的確定（2）濾床面積的確定

進(jìn)水BOD5/（mg·L-1）120150200濾率/(m3·

m-2·d-1)252015固定布水裝置設(shè)計(jì)由饋水池、虹吸裝置、配水管道和噴嘴組成，污水進(jìn)入饋水池，當(dāng)水位達(dá)到一定高度后，虹吸裝置工作，污水進(jìn)入布水管路。配水管設(shè)在濾料層中距濾層表面0.7-0.8m處，并有一定坡度以便排空。噴嘴安裝在布水管上，伸出濾料表面0.15-0.2m，噴嘴口徑一般為15-20mm。噴嘴上部設(shè)有倒錐體，使噴出的水四處分散形成水花，均勻噴灑在濾料上。當(dāng)饋水池水位下降到一定程度時(shí)，虹吸停止工作，噴水停止。固定布水受氣候影響較小，但布水不夠均勻，且需要較大水壓（19.6kPa）。排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)生物濾池的排水系統(tǒng)設(shè)在濾池的底部，其作用為排除處理后的污水、保證濾池有良好的通風(fēng)和支撐濾料。排水系統(tǒng)包括滲水裝置、集水溝和排水渠。滲水裝置有多種，常用的是混凝土板式滲水裝置。滲水裝置的作用是支撐濾料，排除濾過(guò)的污水，進(jìn)入空氣。滲水裝置上的空隙總面積不得小于濾池總面積的20％，滲水裝置與池底之間的距離不得小于0.4m.。池底以l％～2％的坡度坡向集水溝，集水溝寬0.15m，間距2.5～4.0m，并以0.5％～1.0％坡度坡向總排水溝，總排水溝的坡度不應(yīng)小于0.5％，為了通風(fēng)良好，總排水溝的過(guò)水?dāng)嗝娣e應(yīng)小于其總斷面積的50％，溝內(nèi)流速應(yīng)大于0.7m/s，以免發(fā)生沉積和堵塞。小型的普通生物濾池，池底可不設(shè)集水溝，全部做成1％的坡度，坡向總排水溝。二、高負(fù)荷生物濾池設(shè)計(jì)概念:在低負(fù)荷生物濾池的基礎(chǔ)上，通過(guò)限制進(jìn)水BOD含量并采取處理出水回流等技術(shù)獲得較高的濾速，將BOD容積負(fù)荷提高6~8倍，同時(shí)確保BOD去除率不發(fā)生顯著下降的一種生物濾池。工藝流程：高負(fù)荷生物濾池的工藝流程設(shè)計(jì)主要采用處理水回流技術(shù)來(lái)保證進(jìn)水的BOD5值低于200mg/L。處理水回流的作用（1）均化與穩(wěn)定進(jìn)水水質(zhì)；（2）增大水力負(fù)荷，及時(shí)沖刷過(guò)厚和老化的生物膜，加速生物膜更新抑制厭氧層發(fā)育，使生物膜保持較高活性；（3）抑制池蠅滋生，減輕臭味散發(fā)。

高負(fù)荷濾池流程2

段

濾

池高負(fù)荷生物濾池設(shè)計(jì)參數(shù)與計(jì)算高負(fù)荷生物濾池適宜于中小規(guī)模的污水處理，根據(jù)污水水質(zhì)條件，濾池前宜設(shè)沉砂池、初次沉淀池或混凝沉淀池、除油池、厭氧水解池等預(yù)處理設(shè)施。宜采用單級(jí)濾池系統(tǒng)，如污水污染物濃度較高且出水水質(zhì)要求嚴(yán)格，可采用二級(jí)濾池系統(tǒng)。進(jìn)水BOD5值在300mg/L以下，否則應(yīng)考慮回流，回流比經(jīng)計(jì)算可得。當(dāng)原水含有對(duì)微生物有毒性的污染物時(shí)，也應(yīng)采用回流。參數(shù)要求高負(fù)荷生物濾池的平面形狀宜采用圓形，布水采用旋轉(zhuǎn)布水裝置。濾料層和承托層的總厚度宜為2.0-4.0m，采用自然通風(fēng)式，濾料層高度不應(yīng)大于2.0m，否則應(yīng)采取人工強(qiáng)制通風(fēng)措施。高負(fù)荷生物濾池宜采用碎石或塑料制品作濾料，當(dāng)采用碎石作濾料時(shí)，應(yīng)符合：承托層粒徑宜為70-100mm，厚度0.2m；濾料層粒徑40-70mm，厚度1.8m。處理城市污水時(shí)，常溫下，水力負(fù)荷（以濾層面積計(jì)）宜為10-36m3/(m2.d)，BOD5負(fù)荷（以容積計(jì)）不宜大于1.8kg/(m3.d).設(shè)計(jì)計(jì)算濾池容積和有效面積同普通生物濾池計(jì)算。濾池直徑D，單位，m：n:濾池個(gè)數(shù)。回流比R和污水經(jīng)回流稀釋后的濃度La按下式計(jì)算：La=aL