第17章生物膜法

了解曝氣生物濾池的一般結(jié)構(gòu)和工藝特點；熟悉生物轉(zhuǎn)盤和生物流化床特點、工藝流程及其計算；掌握高負荷生物濾池和塔式生物濾池的特點、結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計；掌握生物接觸氧化池的概念和設(shè)計計算。第十七章生物膜法教學目的與要求

重點：生物膜法的基本概念與流程、生物接觸氧化法、生物流化床。

難點：生物接觸氧化法。第十七章生物膜法17.1概述17.2生物濾池17.3生物轉(zhuǎn)盤17.4生物接觸氧化法17.5生物流化床17.6其它生物膜法工藝17.7復(fù)合式、聯(lián)合式生物膜處理工藝17.8生物膜法的運行管理生物膜法內(nèi)涵：定義：附著在構(gòu)筑物掛膜介質(zhì)上，并在其上生長和繁殖，由細胞內(nèi)向外伸展的胞外多聚物使微生物細胞形成纖維狀的纏結(jié)結(jié)構(gòu),生物膜法又稱固定膜法與活性污泥法并列的一類廢水好氧生物處理技術(shù)；是土壤自凈過程的人工化和強化；與活性污泥法一樣，生物膜法主要去除廢水中溶解性的和膠體狀的有機污染物，同時對廢水中的氨氮還具有一定的硝化能力；

17.1概述實質(zhì)是使細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-----生物膜

生物膜法的歷史及發(fā)展：1865年德國科學家發(fā)現(xiàn)生物過濾作用；1893年英國將污水噴灑在粗濾料上，作為膜生物反應(yīng)器的生物濾池問世；20世紀20—30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；70年代新的反應(yīng)器以獨特的優(yōu)勢受關(guān)注?；钚晕勰喾ㄖ械奈⑸锸浅蕬腋顟B(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17.1.1生物膜及其形成過程生物膜的形成（1）生物膜的形成必須具有以下幾個前提條件：①起支撐作用、供微生物附著生長的載體物質(zhì)：在生物濾池中稱為濾料；在接觸氧化工藝中成為填料；在好氧生物流化床中成為載體；②供微生物生長所需的營養(yǎng)物質(zhì)，即廢水中的有機物、N、P以及其它營養(yǎng)物質(zhì)；③作為接種的微生物。(2)生物膜的形成：含有營養(yǎng)物質(zhì)和接種微生物的污水在填料的表面流動，一定時間后，微生物會附著在填料表面而增殖和生長，形成一層薄的生物膜。(3)生物膜的成熟：在生物膜上由細菌及其它各種微生物組成的生態(tài)系統(tǒng)以及生物膜對有機物的降解功能都達到了平衡和穩(wěn)定。生物膜從開始形成到成熟，一般需要30天左右(城市污水，20C)生物膜的性質(zhì)：①高度親水，存在著附著水層；②微生物高度密集：各種細菌以及微型動物，這些微生物起著主要去除廢水中的有機污染物的作用，形成了有機污染物——細菌——原生動物(后生動物)的食物鏈。生物膜的更新與脫落

厭氧膜的出現(xiàn)：①生物膜厚度不斷增加，氧氣不能透入的內(nèi)部深處將轉(zhuǎn)變?yōu)閰捬鯛顟B(tài)；②成熟的生物膜一般都由厭氧膜和好氧膜組成；③好氧膜是有機物降解的主要場所，一般厚度為2mm。

厭氧膜的加厚：①厭氧的代謝產(chǎn)物增多，導致厭氧膜與好氧膜之間的平衡被破壞；②氣態(tài)產(chǎn)物的不斷逸出，減弱了生物膜在填料上的附著能力；③成為老化生物膜，其凈化功能較差，且易于脫落。

生物膜的更新：①老化膜脫落，新生生物膜又會生長起來；②新生生物膜的凈化功能較強17.1.2生物膜的構(gòu)造及凈化機理1）構(gòu)造好氧層：2mm土厚，有機物的降解主要在此厭氧層：2）有機物降解過程空氣中氧溶解于流動水層中；污水中有機物由流動水層傳遞到附著水層，再進入生物膜；微生物代謝有機物。生物膜的結(jié)構(gòu)

生物膜結(jié)構(gòu)示意圖17.1.3生物膜的微生物相

細菌真菌藻類原生動物后生動物17.1.4生物膜法工藝的基本流程

原廢水處理水二沉池生物膜反應(yīng)器初沉池回流污泥污泥17.1.5生物膜反應(yīng)器

生物濾池生物轉(zhuǎn)盤生物接觸氧化法生物流化床微孔膜生物反應(yīng)器移動床生物膜反應(yīng)器復(fù)合式、聯(lián)合式生物膜反應(yīng)器1）微生物種類多樣化：①相對安靜穩(wěn)定環(huán)境；②SRT相對較長；③絲狀菌也可以大量生長，無污泥膨脹問題；④線蟲類、輪蟲類等微型動物出現(xiàn)的頻率較高；⑤藻類、甚至昆蟲類也會出現(xiàn)；⑥生物膜上的生物：類型廣泛、種屬繁多、食物鏈長且復(fù)雜。1.生物相方面的特征17.1.6生物膜法的特征與發(fā)展趨勢表1生物膜和活性污泥中出現(xiàn)的微生物在類型、種屬和數(shù)量的比較

2）生物膜上微生物的食物鏈較長①動物性營養(yǎng)者所占比例較大，微型動物的存活率較高；②食物鏈長；③污泥產(chǎn)量少于活性污泥系統(tǒng)(僅為1/4左右)。3）能夠存活世代時間較長的微生物有利于硝化作用的進行。4）分段運行與優(yōu)占種屬

生物膜處理法一般多分段處理，在正常運行條件下，每段都繁衍著與進入本段污水水質(zhì)相適應(yīng)的微生物，并形成優(yōu)占種屬，這種現(xiàn)象非常有利于微生物新陳代謝功能的充分發(fā)揮和對有機污染物的降解。

(1)對水質(zhì)、水量變動又較強的適應(yīng)性；(2)剩余污泥的沉降性能良好，易于固液分離；(3)能夠處理低濃度污水；使BOD5=20~30mg的污水降至5~10mg/l；(4)易于維護運行，運行費用少。

2.處理工藝方面的特征

構(gòu)造：池體、濾料、布水裝置、排水系統(tǒng)17.2生物濾池17.2.1普通生物濾池又名滴濾池，是第一代的生物濾池。1.普通生物濾池的構(gòu)造與特征（1）池體生物濾池的池體多為圓形、方形或矩形；池壁可有孔洞或不帶孔洞的兩種形式，有孔洞的池壁有利于濾料的內(nèi)部通風，但在低溫季節(jié)，易受低溫的影響，使凈化功能降低；池壁一般要求高于濾料表面0.5~0.9m。（2）濾料主要特性：①大的表面積，有利于微生物的附著；②能使廢水以液膜狀均勻分布于其表面；③有足夠大的孔隙率，使脫落的生物膜能隨水流到池底，同時保證良好的通風；④適合于生物膜的形成與粘附，且應(yīng)該既不被微生物分解，又不抑制微生物的生長；⑤有較好的機械強度，不易變形和破碎。(a)波紋狀(b)管狀（c）蜂窩狀環(huán)狀濾料比表面積在98-340m2/m3之間，空隙率為93%～95%波紋板狀濾料比表面積在81～195m2/m3之間，空隙率為93%一95%（3）布水裝置作用：將廢水均勻地噴灑在濾料上。普通生物濾池多采用固定式布水裝置；

主要由投配池、布水管道和噴嘴等所組成。投配池設(shè)于濾池的一端或兩座濾池的中間，在投配池內(nèi)設(shè)置虹吸裝置。布水管道敷設(shè)在濾池濾料表面下0.5～0.8m，在其上裝有均勻排列、伸出濾料表面0.15～0.20m的豎管，在豎管頂端安裝噴嘴。優(yōu)點：運行方便，宜于管理和受氣候影響較小，缺點：需要的水頭較大，約20m。噴水周期一般為5～8min，小型污水處理廠不應(yīng)大于15min。4）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證良好的通風；一般由滲水裝置、匯水溝和總排水溝所組成；滲水裝置用于支撐濾料，其排水孔隙的總面積應(yīng)不小于濾池表面積的20%；滲水裝置與池底之間的距離一般應(yīng)在0.4m以上，以利通風，一般在出水區(qū)的四周池壁均勻布置進風孔。

普通生物濾池的流程系統(tǒng)污水預(yù)處理（格柵、沉淀池、初沉池等）生物濾池→二沉池排放優(yōu)缺點

優(yōu)點：處理效果好，BOD5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，易于堵塞，影響環(huán)境衛(wèi)生。2.普通生物濾池的設(shè)計與計算濾料容積：按負荷率計算

BOD負荷率（gBOD/m3.d）水力負荷率(m3/m3濾料.d)

濾料選定、容積與濾池結(jié)構(gòu)的工藝設(shè)計，布水裝置系統(tǒng)的計算與設(shè)計

1.設(shè)計內(nèi)容：工作層填料的粒徑為2540mm，厚度為1.31.8m；承托層填料的粒徑為70100mm，厚度為0.2m。正常氣溫條件處理城市廢水時，表面水力負荷為13m3/m2.d，BOD5容積負荷為0.150.30kgBOD5/m3.d，BOD5的去除率一般為8595%；池壁四周通風口的面積不應(yīng)小于濾池表面積的1%；濾池數(shù)不應(yīng)小于2座。2.設(shè)計參數(shù)：3.設(shè)計公式：設(shè)計內(nèi)容計算公式參數(shù)意義及取值濾料總體積(V)V=QS/LvBODV濾料總體積，m3Q進水平均流量，m3/dS進水BOD5濃度，mg/lLvBOD容積負荷，一般取0.150.3kgBOD/m3.d濾床有效面積(F)F=V/HF濾床的有效面積，m2

H濾料高度，1.52.0m表面水力負荷校核(q)q=Q/Fq表面水力負荷，應(yīng)為13m3/m2.d。

17.2.2高負荷生物濾池

1.特征

（1）大幅度地提高了濾池的負荷率；（2）高負荷生物濾池的高負荷率是通過限制進水BOD5和運行上采取處理水回流等技術(shù)措施而達到目的；（3）處理水回流可以均化與穩(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，加速生物膜更新，抑制厭氧層發(fā)育，使生物膜經(jīng)常保持較高的活性；抑制濾池蠅的過度滋長，減輕臭味。與普通生物濾池的不同之處主要有：

（1）在平面上多呈圓形，使用連續(xù)工作的旋轉(zhuǎn)布水器。旋轉(zhuǎn)布水器有2根或4根布水橫管，橫管中軸距濾池池面0.15～0.25m，污水以一定的壓力（約為0.25~1.0m）流入位于池中央處的固定豎管，再流入橫管。在橫管的同一側(cè)開有直徑為10~15mm的小孔，孔間距從池中心最大向池邊逐漸減小，以保證均勻布水。污水從孔口噴出，產(chǎn)生反作用力，從而推動橫管按與噴水方向相反的方向旋轉(zhuǎn)，保證了向濾池的連續(xù)布水。旋轉(zhuǎn)布水器的特點：布水比較均勻，淋水周期短，水力沖刷作用強；缺點時噴水孔易堵，低溫時要采用防凍措施，僅適用于圓形池。（2）濾料粒徑增大，多采用40~100mm，以提高濾料的空隙率；濾料層亦由底部的承托層（無機濾料：厚0.2m，粒徑70~100mm）和其上部的工作層（無機濾料：厚1.8m，粒徑40~70mm）兩層充填而成，總厚度2.0m，采用自然通風；也可采用由聚氯乙烯、聚苯乙烯等材料制成的呈波紋板狀、列管狀和蜂窩狀等人工濾料，這類濾料質(zhì)輕、高強、耐蝕，每m3濾料重量約43kg左右，比表面積可達200m2／m3，空隙率可高達95％，濾料層的厚度可增加到2~4m，這時一般采取人工通風措施。1）單池系統(tǒng)2.流程系統(tǒng)

2）二段處理系統(tǒng)

兩級串聯(lián)交替式兩級串聯(lián)1）設(shè)計內(nèi)容：3.工藝設(shè)計與計算濾池池體的工藝計算使用廣泛的是負荷率法，按日平均污水量計算，進水BOD5必須低于200mg/l，常用的負荷率有：

BOD---容積負荷率：一般小于1200gBOD5/m3.dBOD---面積負荷率：一般取1100--2200gBOD5/m2.d2）濾池運行技術(shù)參數(shù)的計算

其中：n——回流稀釋倍數(shù)S0——原污水的BOD值

Sa和n值的計算Sa=a×Se

其中：Sa——稀釋后進入濾池的BOD5值Se——濾池處理后的出水(mg/l)a——系數(shù)，按濾層高度和污水冬季平均溫度及年平均氣溫查表選取3）濾料濾池計算設(shè)計內(nèi)容計算公式參數(shù)意義及取值濾料高度(H)以碎石為濾料時，H=0.92.0m用塑料濾料時，H=24m濾料總體積(V)V=QS/NvQ廢水量，m3/dV=Q(n+1)Sa/NvS未經(jīng)回流稀釋時的BOD5濃度，mg/lNv容積負荷，一般不大于1.2kgBOD/m3.dSa——稀釋后進入濾池的BOD5值濾池面積(F)F=V/HNA—面積負荷率，NA的值1100-2000g/m2.dF=Q(n+1)Sa/NANq的值10-30m3/M2.dF=Q(n+1)/Nq直徑(D)n濾池個數(shù)回流比(R)R=Fq/Q-1q表面水力負荷，通常在1030m3/m2.d之間高負荷單級生物濾池的出水水質(zhì)與濾池高度以及水力負荷之間存在如下的關(guān)系：式中：——出水BOD5濃度，mg/l；

——進水濃度；mg/l；H——濾池高度，m；q——水力負荷，m3/m2.d;K——常數(shù)，min-1；n——常數(shù)。出水水質(zhì)與濾池高度和水力負荷之間的關(guān)系

需氧量與供氧量的計算式中：a——每公斤BOD完全降解所需要的氧量（kg）BODr——去除的BOD的量b——單位重量活性生物膜的需氧量p——每m3濾料上的活性生物膜量（kg/m3濾料）供氧量：氧是在自然條件下，通過池內(nèi)外空氣的流通轉(zhuǎn)移到水中，進而通過擴散傳遞到生物膜內(nèi)部的。O2=a·BODr+b·p（kg/m3濾料）需氧量1.塔式生物濾池的特征（1）在構(gòu)造方面的特征（2）在工藝方面的特征①高負荷率；②濾層內(nèi)部的分層，能夠承受較高的有機污染物的沖擊負荷。17.2.3塔式生物濾池2.塔式生物濾池的設(shè)計計算

當前，塔式生物濾池主要按BOD—容積負荷率進行計算。對生活污水和城市污水可以參考國內(nèi)、外的運行數(shù)據(jù)選定。

（1）塔濾的濾料容積：式中V——濾料容積，m3;Sa——進水BOD5，也可按BODu考慮，g/m3；Q——污水流量，取平均日污水量，m3/d；Na——BOD容積負荷或BODu容積允許負荷，（gBOD5/m3濾料?d）或gBODu/（m3濾料?d）（2）濾塔的表面面積

式中：A——濾塔的表面面積，m2；

H——濾塔的工作高度，m；其值根據(jù)下表18-1所列數(shù)據(jù)確定。進水BODu/（mg/L）250300350450500濾塔高度（m）810121416表18-1進水BODu與塔濾高度的關(guān)系（3）塔濾的水力負荷式中q——水力負荷，m3/(m2?d)。

當有條件式，水力負荷q應(yīng)由試驗確定，并行用上式校核，如通過試驗所得到的水力負荷值，若q′=q，說明設(shè)計是可行的；q′>q，則可考慮適當降低濾池高度；q′<q，則應(yīng)考慮加大濾池高度或采用回流或多級濾池串聯(lián)。17.2.4曝氣生物濾池

1）系統(tǒng)與構(gòu)造集生物氧化和截留懸浮固體于一體，并節(jié)省了后續(xù)二次沉淀池。2）特點（1）氧轉(zhuǎn)移率高，動力消耗低；(2)自身具有截留原污水中懸浮物與脫落的生物污泥的功能，不需設(shè)沉淀池，占地面積少；(3)比表面積大，微生物附著力強。(4)池內(nèi)能夠保持大量的生物量，由于截留作用，污水處理效果良好。(5)不需污泥回流，也無污泥膨脹之慮。國內(nèi)上萬噸規(guī)模的曝氣生物濾池工藝的污水處理廠約30家左右。

曝氣生物濾池的建設(shè)難度比較大，建設(shè)成本、運營成本也不算太低，反沖洗也比較麻煩，對自控要求較高，但該工藝對低濃度廢水、污水深度處理適用性很好，硝化效果特別好。馬欄河模型工程實例

廣東省肇慶市藍帶啤酒廠，年產(chǎn)20萬T藍帶啤酒。藍帶啤酒廠污水處理站設(shè)計污水處理量為6000m3/d，設(shè)計污水水質(zhì)為：COD＝3000mg/L，BOD5=800mg/L，SS＝300mg/L，色度＝100，PH＝6～9，溫度40℃。

要求處理后出水水質(zhì)達到廣東省污水排放標準的二級二類標準。

COD≤110mg/L，BOD5≤50mg/L，SS≤100mg/L，色度≤80，PH＝6～9。該污水處理廠的工藝流程為：

塔式生物濾池設(shè)計容積負荷1.8KgBOD5/(m3/d)，有效容積400m3，采用4座，每座濾池直徑3.09m，濾池面積7.5m2塔高18.5m，濾池高度13.5m。水力負荷為200m3/(m2?d)，COD去除率65％，出水COD為142mg/L。

轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)盤接觸反應(yīng)槽驅(qū)動裝置

轉(zhuǎn)軸高于水面10-25cm生物膜厚度0.5-2.0mm

17.3.1基本構(gòu)造及凈化原理17.3生物轉(zhuǎn)盤1．盤片1）材質(zhì)：要求輕質(zhì)高強、耐腐不變形、取材加工方便，一般采用聚氯乙烯或聚脂玻璃鋼制作。ζ=3~7mm（ζ=10~15）2）形狀、大?。簣A形、正多角形，為波紋狀盤片，此時表面積可提高一倍。直徑Φ：2~3.6m，最大Φ5.0m3）盤片間距：一般為30mm，多級轉(zhuǎn)盤前級數(shù)為25~35mm，后級數(shù)10~20mm。2．接觸反應(yīng)槽半圓形，盤片直徑40%浸沒于污水中，盤片邊緣與槽內(nèi)面間距≥150mm，進出水采用鋸齒形溢流堰，槽底設(shè)放空管。對于多級生物轉(zhuǎn)盤在級與級之間設(shè)導流槽。3．轉(zhuǎn)軸與驅(qū)動裝置1）轉(zhuǎn)軸：實心鋼軸或無縫鋼管，長L=0.5~7.0m，否則易擾曲變形，發(fā)生折斷或扭斷，直徑d=50~80mm。2）驅(qū)動裝置：電機→減速器→轉(zhuǎn)動鏈條→軸，轉(zhuǎn)速0.8~3.0r/min，線速度10~20m/min。不能過高或過低。

生物轉(zhuǎn)盤凈化原理

盤片交替與污水和空氣相接觸，在盤片上產(chǎn)生一層滋生著大量微生物的生物膜。當生物膜與反應(yīng)槽內(nèi)污水接觸時，污水中有機物被生物膜所吸附降解，當生物膜與空氣接觸時，一方面繼續(xù)降解生物膜表面吸附水層中的有機物，一方面吸附水層吸收空氣中的氧使之成為溶解氧而進入生物膜中，同時也使槽內(nèi)的DO達到一定濃度。而老化了的生物膜在剪切力作用下而脫落，然后進入二沉池。17.3.2生物轉(zhuǎn)盤系統(tǒng)的特征

1）微生物濃度高，達40~60g/l，F(xiàn)/M=0.05~0.1，∴處理效率高。2）生物相分級：第一級異養(yǎng)菌；第二級原、后生動物；第三~四級絲狀性藻類。3）污泥齡長，具有硝化、反硝化功能。4）能處理高濃度有機廢水，耐沖擊負荷。Sa=10000mg/l→10mg/l，效果好。5）食物鏈長，污泥量少，為活性污泥法的1/2左右，約0.25Kg/KgBOD5。6）能耗小，不需曝氣與污泥回流，0.7Kw·h/KgBOD5。7）便于維護管理。8）不會發(fā)生二次污染現(xiàn)象。9）流態(tài)：完全混合—推流式。1.生物轉(zhuǎn)盤處理系統(tǒng)基本工藝流程17.3.3生物轉(zhuǎn)盤處理系統(tǒng)的工藝流程與組合

2.生物轉(zhuǎn)盤處理系統(tǒng)工藝流程組合

生物轉(zhuǎn)盤宜于采用多級處理方式,一般可分為單軸單級、單軸多級和多軸多級等。圖所示的是生物轉(zhuǎn)盤二級處理流程。生物轉(zhuǎn)盤布置工程實例

濟南市南郊賓館污水凈化站采用的生物轉(zhuǎn)盤為主體的二級生化處理工藝，近期安裝二組直徑為3m的轉(zhuǎn)盤，其中一級為三級轉(zhuǎn)盤，另一組為四級轉(zhuǎn)盤。二組轉(zhuǎn)盤并聯(lián)運行處理流量42m3/h（1000m3/d）。當污水量小于21m3/h，只用一組轉(zhuǎn)盤。遠期再安裝一組生物轉(zhuǎn)盤。遠期處理流量為63m3/h（1500m3/d）。

工藝流程：原污水水質(zhì)：COD＝133.2～178mg/L,BOD5=67～89.2mg/L,SS＝45～92mg/L。

出水水質(zhì)：CODcr≤50mg/L,BOD5≤10mg/L,SS≤10mg/L，濁度≤10度，總大腸桿菌≤3個/L.處理后出水達到CJ25.1—89《生活雜用水水質(zhì)標準》，作為賓館人工湖補給水和澆灌果樹、綠地及洗車等用途。17.3.4生物轉(zhuǎn)盤的設(shè)計與計算1.設(shè)計參數(shù)（1）生物轉(zhuǎn)盤的組數(shù)應(yīng)不步于2組，并按同時工作設(shè)計。當污水量很少，而且允許間歇運行時，可考慮只設(shè)l組。（2）二級處理的轉(zhuǎn)盤設(shè)計能力，一般按平均日污水量計算。有季節(jié)性變化的污水，應(yīng)按最大季節(jié)的平均日污水量計算。（3）進入轉(zhuǎn)盤污水的BOD濃度，按經(jīng)調(diào)節(jié)沉淀后的平均值計算。（4）轉(zhuǎn)盤所需面積按BOD面積負荷計算，以水力負荷或停留時間校核。不同性質(zhì)的污水BOD、水力負荷不同，由實驗或經(jīng)驗確定。（5）轉(zhuǎn)盤的級數(shù)不少于三級，轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)數(shù)0.8~3.0轉(zhuǎn)/分，線速度15~18米/分。（6）轉(zhuǎn)盤浸沒率（轉(zhuǎn)盤浸在水中的面積與總面積之比）20~40%；轉(zhuǎn)盤產(chǎn)泥量0.3~0.5kg污泥/kgBOD5。2.設(shè)計計算

生物轉(zhuǎn)盤的設(shè)計和計算包括：所需轉(zhuǎn)盤總面積；接觸氧化槽總體積、轉(zhuǎn)軸長度以及污水在接觸反應(yīng)槽內(nèi)的停留時間。（1）轉(zhuǎn)盤總面積A其中：Q——平均日污水量，m3/d；L0——原污水的BOD5值，mg/L；A——盤片總面積，m2。Ng——水力負荷率，m3/（m2·d）NA——面積負荷率，gBOD5/(m2·d)（2）轉(zhuǎn)盤的總片數(shù)MM＝0.637·A/D2（3）轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)軸長度LL=m·（d＋b）·K（4）接觸反應(yīng)槽的容積V半圓形接觸反應(yīng)槽時，總有效容積V和凈有效容積V′分別為V＝（0.294～0.335）·（D＋2δ）2LV′＝（0.294～0.335）·（D＋2δ）2（L－mb）（5）平均接觸時間ta17.3.5生物轉(zhuǎn)盤的新進展

（1）空氣驅(qū)動的生物轉(zhuǎn)盤

（2）與沉淀池合建的生物轉(zhuǎn)盤

（3）與曝氣池合建的生物轉(zhuǎn)盤

主要特點：a.提高原有設(shè)備的處理效果，BOD去除率由60~70%提高到90%。b.處理效果穩(wěn)定，生物量高，且活性強。c.動力消耗少，利用原有曝氣裝置提供生物轉(zhuǎn)盤的能量。d.產(chǎn)泥量少，且易于沉淀。17.4生物接觸氧化法

生物接觸氧化處理技術(shù)的實質(zhì)之一是在池內(nèi)充填填料，已經(jīng)充氧的污水浸沒全部填料，并以一定的流速流經(jīng)填料。在填料上布滿生物膜，污水與生物膜廣泛接觸，在生物膜上微生物的新陳代謝功能的作用下，污水中有機污染物得到去除，污水得到凈化。生物接觸氧化處理技術(shù)的另一項技術(shù)實質(zhì)是采用與曝氣池相通的曝氣方法，向微生物提供氣所需要的氧，并起到攪拌與混合作用。據(jù)上所述，生物接觸氧化是一種介于活性污泥法與生物濾池兩者之間的生物處理技術(shù)，兼具兩者的優(yōu)點，也可以說是具有活性污泥法特點的生物膜法。由池體、填料、進水裝置、曝氣系統(tǒng)組成17.4.1生物接觸氧化的基本構(gòu)造接觸氧化池構(gòu)造示例1）池體：圓形、矩形、方形。填料高3~3.5m，底部布氣層高為0.6~0.7m，頂部穩(wěn)定水層0.5~0.6m，H總=4.5~5.0m2）填料：·蜂窩式填料·波紋板狀填料·半軟性填料·彈性立體填料·不規(guī)則粒狀填料·球狀填料酚醛樹脂蜂窩填料聚乙烯蜂窩填料正六角行蜂窩狀斜管聚乙烯蜂窩填料半軟性填料彈性立體填料YHT型彈性生物的環(huán)填料軟性、復(fù)合填料組合填料軟性纖維填料生物接觸氧化法填料立體彈性填料漂浮填料新型的纖維網(wǎng)狀填料新型的三維立體網(wǎng)狀填料17.4.2形式按曝氣裝置的位置分為：分流式和直流式按水流循環(huán)方式分為：填料內(nèi)循環(huán)與外循環(huán)式1）分流式接觸氧化池：充氧與填料分置與單獨的區(qū)間，使污水在充氧間與填料間循環(huán)流動。（國外多采用）（1）中心曝氣型（2）單側(cè)曝氣型

分流式接觸氧化池有利于微生物的生長繁殖，供氧狀況良好。但水流對生物膜沖刷力小，膜更新慢，易堵塞。

2)直流式生物接觸氧化池（國內(nèi)多采用）3）多段串聯(lián)射生物接觸氧化池：居民小區(qū)，實質(zhì)上為混合-推流式。17.4.3生物接觸氧化法的特點(1)具有較高的微生物濃度，一般可達10~20g/L；(2)不需污泥回流，沒有污泥膨脹的問題；(3)具有較強的耐沖擊負荷能力；(4)生物膜具有豐富的生物相，污泥產(chǎn)量低。缺點：填料易堵塞和更換，運行費用較高。17.4.4生物接觸氧化處理技術(shù)的工藝流程生物接觸氧化處理技術(shù)的工藝流程一般分為：一段處理流程、二段處理流程和多段處理流程。1.一段處理流程2.二段處理流程3.多段處理流程工程實例

河南江海啤酒業(yè)有限公司（原為鄭州市啤酒廠）廢水處理一期工程：

設(shè)計水量Q＝2400m3/d，設(shè)計水質(zhì)為CODcr＝1500mg/L,BOD5＝900mg/L,SS＝500mg/L，PH＝6～9。設(shè)計出水水質(zhì)要求達到《污水綜合排放標準》GB8978-1996的二級標準：CODcr≤150mg/L,BOD5≤60mg/L,SS≤200mg/L，PH＝6～9。

該廢水治理一期工程的工藝流程如下：

生物接觸氧化池采用二段生物接觸氧化，設(shè)計填料容積負荷率為2KgBOD5/(m3/d)池內(nèi)設(shè)組合軟性填料，高度為3m。一、二氧化池填料容積分別占填料總?cè)莘e的和。一、二氧化池平面面積分別為156m2和78m2，組合軟性填料容積分別為468m3和234m3，停留時間分別為4.68h和2.34h，池總高度均為4.8m。位于一、二氧化池間設(shè)中間沉淀池為矩形平流式沉淀池，設(shè)計表面負荷為7m3/(m2?h)，平面面積為1.5×10＝15m2，池總高度為4.8m，在1.5m高度上設(shè)一個污泥斗，斷面性狀為梯形，污泥斗內(nèi)設(shè)穿孔排泥管。該工藝運行結(jié)果表明能達到設(shè)計要求。17.4.5生物接觸氧化池的設(shè)計與計算1.設(shè)計參數(shù)（1）生物接觸氧化池的個數(shù)或分格數(shù)應(yīng)不少于兩個，并按同時工作設(shè)計。（2）填料的體積按填料容積負荷和平均日污水量計算。填料的容積負荷一般應(yīng)通過試驗確定。當無試驗資料時，對于生活污水或以生活污水為主的城市污水，容積負荷一般為1000～1800克BOD5／米3·日。（3）污水在濾池內(nèi)的有效接觸時間一般為l～2小時。（4）進水BOD5濃度應(yīng)控制在100~250毫克／升范圍內(nèi)。（5）填料層總高度一般為3米，當采用蜂窩填料時，一般應(yīng)分層裝填，每層高為l米，蜂窩孔徑應(yīng)不小于25毫米。（6）生物接觸氧化池中溶解氧含量一般應(yīng)維持在2.5～3.5毫克/升之間，氣水比為l0～15：l。（7）為保證布水布氣均勻，每格濾池面積一般應(yīng)不大于25米2。2.設(shè)計計算

設(shè)計計算包括：確定接觸氧化池內(nèi)填料的容積、總面積、總高度和污水與填料的接觸時間等，目前常用的有負荷法和接觸時間法。（1）生物接觸氧化池填料的容積式中：W——填料的總有效容積，m3；Q——日平均污水量，m3/d；L0——原污水BOD5值，mg/L；Nw——容積負荷率，kgBOD5/（m3·d）。（2）接觸氧化池面積式中：A——接觸氧化池總面積，m2；H——填料床高度，m，一般取3m。（3）接觸氧化池的總高度為H0＝H＋h1＋h2＋（m－1）h3＋h4式中：H0——接觸氧化池的總高度，m；h1——超高，m，一般取0.5～1.0m；h2——填料層上部的穩(wěn)定水層深，m，一般取0.4～0.5m；h3——填料層間隙高度，m，一般取0.2～0.3m；h4——配水區(qū)高度，m，一般取0.5～1.5m；m——填料層數(shù)。（4）若采用n座接觸氧化池，每座接觸氧化池的面積f為：（5）污水與填料的接觸時間t——污水在填料層內(nèi)的接觸時間，h。要想提高生物處理設(shè)備的效率，應(yīng)首先解決兩個問題：1.提高處理設(shè)備單元容積內(nèi)的生物量。2.強化傳質(zhì)作用，加速有機物向微生物細胞的傳遞過程。從70年代起，人們將流化床這一技術(shù)應(yīng)用于污水處理領(lǐng)域，結(jié)果表明：該技術(shù)具有強化以上兩個條件的效果，因此，專家們預(yù)測該技術(shù)可能會成為污水處理技術(shù)的發(fā)展方向。17.5生物流化床以沙、活性炭、焦炭等顆粒微載體充填于生物反應(yīng)器內(nèi)，由于載體表面附著生長著生物膜而使密度變小；當污水以一定流速從下向上流動時，載體便處于流動狀態(tài)。載體顆粒小、表面積大，為微生物生長提供了充足的場所，極大的提高了反應(yīng)器內(nèi)的微生物量：10-14g/L顆粒處于流態(tài)化狀態(tài)極大的提高了有機污染物由污水向微生物細胞膜內(nèi)的傳質(zhì)速度。17.5.1生物流化床工作原理

流化床是以砂、活性炭、焦炭一類的較小的惰性顆粒為載體充填在床內(nèi)，載體表面被覆著生物膜，其質(zhì)變輕，污水以一定流速從下向上流動，使載體處于流化狀態(tài)。17.5.2生物流化床基本構(gòu)造

生物流化床是由床體、載體、布水裝置、沖氧裝置和脫膜裝置等部分組成。1.床體：平面多呈圓形，多有鋼板焊制，也可以由鋼筋混凝土澆灌砌制。2.載體：是生物流化床的核心部件。3.布水裝置：對生物流化床能夠發(fā)揮正常的凈化功能的重要環(huán)節(jié)，又是填料的承托層。4.充氧裝置

5.脫膜裝置17.5.3生物流化床操作系統(tǒng)1.液流動力流化床也稱為二相流化床，即在流化床內(nèi)只有污水（液相）與載體（固相）相接觸。而由單獨的充氧設(shè)備對污水進行充氧。兩相生物流化床

2.氣流動力流化床

此工藝亦稱為三相生物流化床，即污水（液）、載體（固）及空氣（氣）三相同步進入床體.三相流化床設(shè)備較簡單，操作亦較容易，此外，能耗也較二相流化床低。三相生物流化床是氣、液、固三相直接在流化床體內(nèi)進行生化反應(yīng)，不另設(shè)充氧設(shè)備和脫膜設(shè)備，載體表面的生物膜依靠氣體的攪動作用，使顆粒之間劇烈摩擦而脫落。三相生物流化床的設(shè)計應(yīng)注意防止氣泡在床內(nèi)合并成大氣泡而影響充氧效率。充氧方式減壓釋放空氣充氧射流曝氣充氧3.機械攪拌流化床又稱懸浮粒子生物膜處理工藝.工藝特性載體顆粒?。?mm左右），表面積大（是普通生物濾池的50倍）（如以MLSS計算，生物量高達15g/L）該工藝具有高效能，占地少，投資省等優(yōu)點。工程實例

北京佳順油脂公司污水處理廠建設(shè)規(guī)模480m3/d。設(shè)計污水水質(zhì)：COD＝1000mg/L,BOD5=500mg/L，SS＝750mg/L。油類：750mg/L，PH＝6～8。要求處理后出水水質(zhì)：COD≤60mg/L，BOD5≤20mg/L，SS≤20mg/L，油類≤4mg/L。采用工藝流程如下：

該工藝采用生物流化床為三相氣提生物流化床，床體直徑1.8m,高6.0m，2座。生物載體是0.2～0.4mm陶粒，水力停留時間HRT＝1h，氣水比為（10～18）：1。該生物流化床對COD、BOD5、SS、油的去除率分別為63％、70％、45％、34％。

17.6.1微孔膜生物反應(yīng)器

微孔膜生物反應(yīng)器主要用于氧化、分解、去除污水中的有機耗氧物。該裝置是由微孔膜組件和生物反應(yīng)器構(gòu)成的,用無機微孔膜組件替代沉淀池實現(xiàn)泥水分離,可大大提高反應(yīng)器裝置內(nèi)的活性污泥濃度,有利于提高反應(yīng)器的容積負荷,減少占地面積。生物反應(yīng)池采用生物接觸氧化法,內(nèi)裝填PVC網(wǎng)格狀外殼、內(nèi)填有纖維絲的球形填料,比表面積為600m2/m3-1000m2/m3,球體直徑均為100mm。經(jīng)過生物降解和膜分離的共同作用,使水中有害物質(zhì)含量大大降低。該裝置具有處理效率高,操作管理方便等特點微孔膜生物反應(yīng)器裝置采用一體化定型設(shè)備。17.6其他新型生物膜反應(yīng)器

17.6.2移動床生物反應(yīng)器對現(xiàn)有固定填料式生物接觸氧化法和生物流化床的改進?；驹O(shè)計思想：處理能力高，能夠連續(xù)運行，不發(fā)生堵塞的生物膜反應(yīng)器，并且不需要反沖洗，水頭損失小，能耗低，管理運行簡單方便。

工作原理該反應(yīng)器中的投加一種圓柱狀輕質(zhì)懸浮移動填料，填料具有較高的比表面積，比重接近與1。生物膜可在填料上大量生長。在好氧反應(yīng)器中，通過曝氣的作用，推動填料隨水流移動，在缺氧或厭氧反應(yīng)器中，通過機械攪拌使填料移動。良好的水力條件，使氣液固之間維持很高的傳質(zhì)速率，填料上的生物膜具有較高的生物活性。從而使得移動生物膜反應(yīng)器具有比普通活性污泥法和生物膜法更高的處理能力，簡便的運行操作。

填料合適的比重（掛膜后比重接近于1）使填料在輕微攪拌下即可獲得完全的流態(tài)化，最大限度的降低能耗；填料自由通暢的旋轉(zhuǎn)，增加對水中氣泡的撞擊和切割，破碎大的氣泡，延長氣泡在水中停留時間，氧的利用率提高。特殊的結(jié)構(gòu)使水中空氣氣泡和污染物可自由穿過填料內(nèi)部，增加生物膜與氧氣和污染物的接觸機率，大大提高了系統(tǒng)的傳質(zhì)效率，提高生物的降解活性。移動床生物膜污水處理裝置可應(yīng)用于中小型工業(yè)廢水、城市污水、生活污水的處理。17.7復(fù)合式、聯(lián)合式生物膜處理工藝

17.7.1復(fù)合式生物膜反應(yīng)器

1.活性污泥-生物膜反應(yīng)器

特點是在活性污泥曝氣池中投加填料作為微生物附著生長的載體進而形成懸浮生長的活性污泥和附著生長的生物膜,去除污水中有機物。它將附著生長與懸浮生長的微生物結(jié)合在一起，提高了反應(yīng)器中總的生物量；ＣＯＤ和氨氮，出水水質(zhì)穩(wěn)定。系統(tǒng)的處理能力和運行穩(wěn)定性,具有更強的抗沖擊負荷能力，能較好地克服傳統(tǒng)活性污泥法的不足，而且可以較方便地在現(xiàn)有的傳統(tǒng)活性污泥法工藝基礎(chǔ)上進行改造,工程上比較可行、適用，應(yīng)用前景廣闊。

2.序批式生物膜反應(yīng)器（SBBR）將SBR的序批式運行模式引入生物膜系統(tǒng)，使其兼有活性污泥法和生物膜法的優(yōu)點，有利于提高系統(tǒng)的抗沖擊負荷能力。同時生物膜在加大反應(yīng)器內(nèi)生物量和生物種類方面有更優(yōu)的條件，并能保證世代較長的微生物（如硝化菌）生存，利于硝化反應(yīng)；另一方面生物膜載體從表面到內(nèi)部存在溶解氧濃度的梯度現(xiàn)象，相應(yīng)有好氧、缺氧和兼氧區(qū)狀態(tài)，這又為直接脫氮提供了良好的環(huán)境。3.附著生長污水穩(wěn)定塘

在穩(wěn)定塘內(nèi)填置載體，使之成為細菌及藻類等微生物的棲息場所，從而增加穩(wěn)定塘內(nèi)微生物的總量。填料上及其周圍可形成大量小的穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，生物相極其豐富，從細菌和藻類到原生動物和后生動物無所不有，生物量也大幅度增加，而且還改善了微生物在塘內(nèi)的空間分布。用于附著生長污水穩(wěn)定塘的填料可以是擋板、聚偏二氯乙烯纖維繩和軟纖維填料等。與常規(guī)的穩(wěn)定塘相比，附著生長污水穩(wěn)定塘由于裝填填料，縮短了污水在塘內(nèi)的水力停留時間，而且提高了穩(wěn)定塘的凈化功能，出水水質(zhì)大為改觀，具有較好的去除COD、N、P和懸浮物SS的性能；與此同時，它還能較好地去除Cd和Cr等重金屬。17.7.2聯(lián)合聯(lián)合式生物膜處理工藝1、活性生物濾池工藝生物濾塔和曝氣池串聯(lián)組成的二段生物處理系統(tǒng)。工藝流程

注意：①該工藝與通常的生物濾塔和曝氣池的二段串聯(lián)系統(tǒng)是不同的；②在生物濾塔內(nèi)，進水不僅同生物濾膜接觸反應(yīng)，同時還和活性污泥接觸反應(yīng)；③對曝氣池來講，污泥在進入曝氣池之前已在生物濾塔內(nèi)得到穩(wěn)定。構(gòu)造特征：

由于回流活性污泥，使得進生物濾池的懸浮固體濃度很高，因此濾料孔徑較大（如采用蜂窩狀濾料，孔徑不小于25mm）。塔高度較低，一般為5m左右。主要性能特征：

工作穩(wěn)定：曝氣池負荷較低，并且其進水預(yù)處理后，運行條件得到改善，不易發(fā)生污泥膨脹。

生物濾池的容積負荷為3-5kgBOD5/m3.d，水力負荷為120～200m3/m2.d，去除率可達65～70％。

曝氣池的有機負荷為0.5-0.6kgBOD5/kgMLVSS.d，HRT為1.5-2.0h。整個系統(tǒng)的有機負荷可達1.0kgBOD5/m3.d以上，與塔濾相仿，但去除率高于90％。2.普通生物濾池固體接觸工藝（TF/SC）

該工藝一般包括一個中低有機負荷的生物膜反應(yīng)器（普通生物濾池），后續(xù)一個小型接觸池。接觸池的容積一般為僅采用活性污泥法時所需容積的10％~15％。將兩者結(jié)合起來后，生物膜反應(yīng)器的尺寸要比僅采用普通生物濾池時減小10％~30％。TF/SC工藝的優(yōu)點是活性污泥部分能耗相當?shù)停ㄒ蚱胀ㄉ餅V池去除了大部分溶解性BOD）；另一個優(yōu)點是采用這種方法很容易實現(xiàn)已有石質(zhì)濾池的更新改造，通過增加活性污泥回流改善濾池出水的水質(zhì)。傳統(tǒng)的TF/SC不包括污泥再曝氣。如果同時采用接觸池和污泥再曝氣，則可以用TF/SCR來表示這種運行模式。如果去掉接觸池，在懸浮生長部分只采用污泥再曝氣，則用TF/SR表示這種運行模式。3.粗濾池/活性污泥工藝（RF/AS）

在活性污泥曝氣池的前面增加一個粗濾池。這種方法用于處理含高濃度溶解性BOD的污水或老廠的改造。在這種方法中，粗濾池容積一般僅為單獨采用普通生物濾池時的15％~30％。曝氣池中的水力停留時間一般為單獨采用活性污泥工藝時的35％~50％。RF/AS工藝和TF/SC工藝具有相同的工藝流程，但在RF/AS工藝中使用的普通生物濾池的容積要小，因此主要靠曝氣池部分提供氧氣，完成BOD去除和進行污泥消化。TF／SC工藝則與此不同，普通生物濾池較大并幾乎去除所有的溶解性BOD，接觸池僅起到增強污泥固體絮凝和出水澄清的作用。

4.普通生物濾池/活性污泥工藝（TF/AS）特點

該工藝的有機負荷與RF／AS、BF/AS相似，但TF/AS工藝具有一個獨有的特性，在生物膜反應(yīng)器和懸浮生長反應(yīng)器之間設(shè)置一個中間沉淀池。中間沉淀池去除了生物膜反應(yīng)器上脫落的生物膜，然后進入懸浮生長反應(yīng)器。采用TF／AS工藝的一個主要好處是去除含碳有機物BOD所產(chǎn)生的污泥可以在進入第二處理段之前得以分離；當工藝過程需要去除氨氮，第二段工藝單元則主要由硝化菌起作用，效能較高，常推薦這種工藝。采用本工藝的另一優(yōu)點是中間沉淀池可以減少生物膜反應(yīng)器脫落污泥對懸浮生長段的影響。

17.8生物膜法的運行管理17.8.1影響生物膜反應(yīng)器運行的主要因素（1）進水底物濃度（2）營養(yǎng)物質(zhì)（3）水力停留時間與負荷率（4）水力剪切力（5）溶解氧（6）pH值（7）溫度（8）抑制及毒性作用17.8.2生物膜的培養(yǎng)與馴化

生物膜的培養(yǎng)常稱為掛膜。1、掛膜菌種

1）大多數(shù)采用生活糞便污水或生活糞便水和活性污泥的混合液。2）由于生物膜中生物固著生長，適宜于特殊菌種的生存。所以，掛膜有時也可來用純培養(yǎng)的特異菌種菌液。特異菌種可單獨使用，也可以同活性污泥混合使用，由于所用的特異菌種比一般自然篩選的微生物更適宜于廢水環(huán)境。因此，在與活性污泥混合使用時，仍可保持特異菌種在生物相中的優(yōu)勢。

掛膜過程必須使微生物吸附在固體支承物上，同時，還應(yīng)不斷供給營養(yǎng)物，使附著的微生物能在載體上繁殖，不被水流沖走。單純的菌液或活性污泥混合液接種，即使固相支承物上吸附有微生物，但還是不牢固，因此，在掛膜時應(yīng)將菌液和營養(yǎng)液同時投加。2）連續(xù)法

在菌液和污泥循