生物轉(zhuǎn)盤、接觸氧化和流化床

生物轉(zhuǎn)盤、接觸氧化和流化床第一頁，共74頁?！?1-3生物轉(zhuǎn)盤(RotatingBiologicalContactors)

生物轉(zhuǎn)盤又稱浸沒式生物濾池，也叫旋轉(zhuǎn)式生物反應(yīng)器。

1954年在聯(lián)邦德國的Heilbronn建成世界上第一座生物轉(zhuǎn)盤污水處理廠。第二頁，共74頁。生物轉(zhuǎn)盤的工作特點

（1）不需曝氣和回流，運行時動力消耗和費用低；（2）運行管理簡單，技術(shù)要求不高；（3）工作穩(wěn)定，適應(yīng)能力強；（4）適應(yīng)不同濃度、不同水質(zhì)的污水；（5）剩余污泥量少，易于沉淀脫水；（6）沒有濾池蠅、惡臭、堵塞、泡沫、噪音等問題；（7）可多層立體布置；（8）一般需加開孔防護罩保護、保溫。第三頁，共74頁。生物轉(zhuǎn)盤的主要組成部分1.生物轉(zhuǎn)盤的構(gòu)造轉(zhuǎn)動軸盤片廢水處理槽驅(qū)動裝置一、生物轉(zhuǎn)盤的構(gòu)造和工作原理第四頁，共74頁。第五頁，共74頁。第六頁，共74頁。1.生物轉(zhuǎn)盤的構(gòu)造

盤片：高強度、輕質(zhì)、耐腐蝕。直徑：2~3m，轉(zhuǎn)速2~3r/min，間距20~30mm。受材料、污水與膜的接觸均勻性、外緣膜易脫落等影響，直徑不可能做大。

轉(zhuǎn)動軸：具有足夠的強度和剛度，防止斷裂和撓曲。直徑：50mm以上，長度0.5~7m。

處理槽：與盤片相吻合的半圓形或多邊形，凈空相距20~50mm，設(shè)排泥和放空管。

驅(qū)動裝置：機械驅(qū)動裝置；空氣驅(qū)動裝置；水輪驅(qū)動裝置。第七頁，共74頁。轉(zhuǎn)盤曝氣機安裝結(jié)構(gòu)示意.轉(zhuǎn)軸與驅(qū)動裝置：清晰可見的生物轉(zhuǎn)盤上的生物膜第八頁，共74頁。

生物轉(zhuǎn)盤的主體是垂直固定在水平軸上的一組圓形盤片和一個同它配合的半圓形水槽。

微生物生長并形成一層生物膜附著在盤片表面，約40%~50%的盤面（轉(zhuǎn)軸以下的部分）浸沒在廢水中，上半部敞露在大氣中。

工作時，廢水流過水槽，電動機轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)盤，生物膜和大氣與廢水輪替接觸，浸沒時吸附廢水中的有機物，敞露時吸收大氣中的氧氣。轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動,帶進空氣,并引起水槽內(nèi)廢水紊動,使溶解氧均勻分布。

生物膜的厚度約為0.5~2.0mm，隨著膜的增厚，內(nèi)層的微生物呈厭氧狀態(tài)，失去活性時使生物膜脫落，并隨同出水流至二次沉淀池。第九頁，共74頁。2．工作原理

生物膜的形成、生長及降解有機物的機理與生物濾池基本相同，主要的區(qū)別是它以一系列轉(zhuǎn)動的盤體代替固定濾料，生物膜生長在轉(zhuǎn)盤上。生物轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)時,污水在反應(yīng)槽中順盤片間隙流動,污水中的有機物被轉(zhuǎn)盤上的生物膜所吸附。當(dāng)盤片轉(zhuǎn)離水面時，盤層表面形成一層污水薄膜，空氣中的氧不斷地溶解到水膜中，生物膜中微生物吸收溶解氧，氧化分解被吸附的有機污染物。盤片每轉(zhuǎn)為一周，即進行一次吸附—吸氧—氧化分解的過程。轉(zhuǎn)盤不斷轉(zhuǎn)動，污染物不斷地被氧化分解，生物膜也逐漸變厚，衰老的生物膜在水流剪切力作用下脫落，并隨污水排出沉淀池。轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動也使槽中污水不斷地攪動充氧，脫落的生物膜在槽中呈懸浮狀態(tài)，繼續(xù)起凈化作用，因此，生物轉(zhuǎn)盤兼有活性污泥池的功能。第十頁，共74頁。二.生物轉(zhuǎn)盤的流程

工藝流程比較簡單，無污泥回流系統(tǒng)。為了稀釋進水，可考慮出水回流，但是生物膜的沖刷不依靠水力負荷的增大，而是通過控制一定的盤片轉(zhuǎn)速來達到。第十一頁，共74頁。

生物轉(zhuǎn)盤的布置形式一般分為：單軸單級、單軸多級和多軸多級。最常見的是多級轉(zhuǎn)盤串聯(lián)以延長處理時間，提高處理效果。但級數(shù)一般不超過四級。生物轉(zhuǎn)盤的布置方式第十二頁，共74頁。

實際應(yīng)用中，生物轉(zhuǎn)盤的布置形式主要是根據(jù)污水水質(zhì)、水量、凈化要求和現(xiàn)場條件而定。實踐證明，對同一污水，在盤片總面積不變前提下；采用多級串聯(lián)能夠提高出水水質(zhì)和水中溶解氧含量。第十三頁，共74頁。

三、生物轉(zhuǎn)盤的特征

優(yōu)點：1.生物量大，凈化效率高，適應(yīng)性強；2.

F/M值低（F/M=0.05-0.1kgBOD5/kgss.d），出水水質(zhì)較好；3.生物相豐富，食物鏈長，剩余污泥數(shù)量少（為活性污泥法的1/2左右），易于沉淀分離和脫水干化。4.采用自然曝氣，污泥勿需回流，因此節(jié)能。

缺點：1．所需的場地面積一般較大，建設(shè)投資較高，適用于小水量的廢水處理；2．其性能受環(huán)境氣溫及其它因素影響較大。第十四頁，共74頁。四、生物轉(zhuǎn)盤的設(shè)計計算

（一）、設(shè)計內(nèi)容生物轉(zhuǎn)盤設(shè)計計算的主要內(nèi)容是：轉(zhuǎn)盤總面積、盤片數(shù)、反應(yīng)槽容積、轉(zhuǎn)軸長度及污水停留時間等設(shè)計計算，其中主要的計算項目是確定轉(zhuǎn)盤總面積。（二）設(shè)計計算

通用的計算法是負荷法和經(jīng)驗公式法。設(shè)計采用的各項負荷值，一般應(yīng)通過試驗確定。當(dāng)無試驗資料時，可參考國內(nèi)外類似的實際運行數(shù)據(jù)來確定。通常設(shè)計中，生物轉(zhuǎn)盤的總面積按BOD5面積負荷（N）計算，以水力負荷或停留時間校核。第十五頁，共74頁。BODBOD

5面積負荷（N）：是指單位盤片面積（m2）在1日內(nèi)所能接受并達到預(yù)期效果的BOD5值，g/m2/d。水力負荷（q）：是指單位盤片面積（m2）在1日內(nèi)能接受的水量，m3/m2·d。3/m2·d，N=10-25g/m2·d。第十六頁，共74頁。1、轉(zhuǎn)盤面積（A）（11-15）式中：Q—平均日污水量，m3/d；Si—進水BOD5濃度，g/m3；Se—出水BOD5濃度，g/m2·d；N—面積負荷，gBOD5/m2·d?；蚴街校簈—水力負荷。

第十七頁，共74頁。2、轉(zhuǎn)盤盤片總數(shù)（m）

（11-16）式中：D—盤片直徑，m。

3、每組轉(zhuǎn)盤的盤片數(shù)（m1）（11-17）式中：n—轉(zhuǎn)盤組數(shù)（組）

4、每組轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動軸有效長度（L）L=（11-18）式中：a—盤片凈間距，m；b—盤片厚度，m；K—考慮循環(huán)溝道的系數(shù)，一般取1.2。第十八頁，共74頁。5、每個氧化槽的有效容積V（半圓形）V=AL（11-19）對半圓形槽：（11-20）式中：δ—盤片邊緣與氧化槽內(nèi)壁之凈距，一般取δ=10-20mm，可得：V=（11-21）而凈有效容積V?為：

（m3）（11-22）一般，r/D=0.06~0.1。當(dāng)r/D=0.1時，系數(shù)取0.294；當(dāng)r/D=0.06時，系數(shù)取0.335。r—轉(zhuǎn)軸中心距水面的高度，一般為150~300mm。第十九頁，共74頁。6、轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速n數(shù)小=（11-23）

式中：qv是廢水處理氧化槽水力容積負荷（m3（廢水）/m3（槽）·d），qv=Q1

/V′，Q1是每個氧化槽的設(shè)計流量。7、污水在氧化槽內(nèi)的停留時間

（11-24）

t應(yīng)核算在0.5-2.5小時之間。（Q1為設(shè)計轉(zhuǎn)盤的廢水流量）。第二十頁，共74頁。8、轉(zhuǎn)盤的軸功率轉(zhuǎn)盤的軸功率一般按去除每kgBOD5耗電0.1-0.3kw考慮，如果每臺電機所帶動的轉(zhuǎn)盤片數(shù)小于200片，轉(zhuǎn)軸半徑小于5cm，則可用下式估算電機功率：

（11-25）式中：N電—電機功率，kw；D—盤片半徑，cm；n最小—盤片轉(zhuǎn)速，r/min；a—該電機帶動的軸數(shù)；N—一根軸上的盤片數(shù)；d——盤片間距，cm；c——系數(shù)，根據(jù)生物膜厚度決定，見表11-6。第二十一頁，共74頁。表11-6系數(shù)c值(Valueofcoefficientc)膜厚（mm）系數(shù)c0~121~232~34

第二十二頁，共74頁。五、生物轉(zhuǎn)盤的新進展空氣驅(qū)動生物轉(zhuǎn)盤與沉淀池合建的生物轉(zhuǎn)盤與曝氣池合建的生物轉(zhuǎn)盤第二十三頁，共74頁?！?1-4生物接觸氧化法Bilogicalcontactoxidationmethod

又稱“淹沒式生物濾池或接觸曝氣法。特點：（1）

在曝氣池中設(shè)置填料，污水浸沒全部填料；（2）進行曝氣，提供微生物所需的氧量；（3）填料上長滿生物膜，污水中的有機物被生物膜上的微生物降解，使污水得到凈化。（4）是介于活性污泥法和生物濾池兩者之間的生物處理法，兼具兩種方法的優(yōu)點。。第二十四頁，共74頁。生物接觸氧化法的特征

生物接觸氧化池的性能特征：(1)具有較高的微生物濃度，一般可達10~20g/L；(2)生物膜具有豐富的生物相，含有大量絲狀菌，形成了穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，污泥產(chǎn)量低；(3)具有較高的氧利用率；(4)具有較強的耐沖擊負荷能力；(5)生物膜活性高；(6)沒有污泥膨脹的問題。

缺點：填料易堵塞和更換，運行費用較高。第二十五頁，共74頁。接觸氧化池的主要部分一、生物接觸氧化池的構(gòu)造填料要求：比表面積大；空隙率大；水力阻力?。粡姸却?；化學(xué)和生物穩(wěn)定性好；能經(jīng)久耐用。填料池底布水布氣裝置池底用于設(shè)置填料、布水布氣裝置和支撐填料的柵板和格柵。布氣管可布置在池子中心、側(cè)面和全池。第二十六頁，共74頁。接觸氧化池外觀圖接觸氧化池反應(yīng)區(qū)的構(gòu)造第二十七頁，共74頁。酚醛樹脂蜂窩填料常用填料的類型第二十八頁，共74頁。正六角行蜂窩狀斜管聚乙烯蜂窩填料聚乙烯蜂窩填料第二十九頁，共74頁。半軟性填料半軟性填料第三十頁，共74頁。彈性立體填料軟性纖維填料第三十一頁，共74頁。軟性、復(fù)合填料組合填料第三十二頁，共74頁。YHT型彈性生物的環(huán)填料立體彈性填料第三十三頁，共74頁。立體彈性填料漂浮填料第三十四頁，共74頁。SQC型絲球形懸浮填料第三十五頁，共74頁。生物接觸氧化法填料第三十六頁，共74頁。新型的纖維網(wǎng)狀填料新型的纖維網(wǎng)狀填料第三十七頁，共74頁。第三十八頁，共74頁。生物填料框架框架與生物填料第三十九頁，共74頁?？蚣芘c生物填料新型的三維立體網(wǎng)狀填料第四十頁，共74頁。掛膜后的網(wǎng)狀填料第四十一頁，共74頁。反應(yīng)區(qū)曝氣系統(tǒng)的布置牛腿與槽鋼的布置第四十二頁，共74頁。曝氣裝置安裝

第四十三頁，共74頁。第四十四頁，共74頁。生物接觸氧化法的基本流程三、工藝流程1.一段法2.二段法

初沉池一般可在城市污水中采用，而在工業(yè)廢水中由于水質(zhì)波動激烈，多數(shù)安設(shè)調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)池兼有一次沉淀池的作用。第四十五頁，共74頁。ScreeningGritSludgeReturnactivatedsludgeSludgeReturnactivatedsludgeB1=71%2=85%PrimaryclarifierInfluent經(jīng)沉砂后污水接觸氧化池ContactoxidationtankSecondaryclarifierEffluentOnestagebiologicalcontactoxidationprocessInfluent經(jīng)沉砂后污水Primaryclarifier一級接觸氧化池FirststagecontactoxidationtankSecondaryclarifier排渣sludge排泥sludge排渣sludge排泥sludge二級接觸氧化池SecondstagecontactoxidationtankSecondaryclarifierEffl-uent排泥sludgeTwostagesbiologicalcontactoxidationprocess第四十六頁，共74頁。

四、生物接觸氧化池的計算1.一般原則

一般采用有機負荷法進行設(shè)計；有機負荷最好通過試驗確定，一般處理城市廢水時可采用1.0~1.8kgBOD5/m3.d；廢水在池中的水力停留時間不應(yīng)小于1.0h（按填料體積計算）；進水BOD5濃度過高時，應(yīng)考慮出水回流。

第四十七頁，共74頁。

2．設(shè)計計算（1）

生物接觸氧化池的容積V

（11-26）式中：Q—平均日污水量，m3/d；Si—進水BOD5值，g/m3或mg/L；Se—出水BOD5值，g/m3或mg/L；Fv—容積負荷，gBOD5/m3·d。（2）

氧化池總面積A

（11-6）式中：H—濾料層高度

第四十八頁，共74頁。（3）氧化池格數(shù)n

（11-27）式中：f—每格氧化池面積，m2，一般f≤25m2。（4）接觸時間t（11-28）（5）池深HoHO=H+h1+h2+h3（11-29）式中：h1-超高，0.5~0.6mh2-填料層上水深，0.4~0.5mh3-填料至池底的高度，0.5~1.5m第四十九頁，共74頁。五、接觸氧化法的優(yōu)缺點1.優(yōu)點：（1）生物量豐富，能夠形成一個密集而穩(wěn)定的生態(tài)系，處理效果好；（2）應(yīng)器中生物量大，容積負荷高，水力停留時間短，處理能力強；（3）出水水質(zhì)穩(wěn)定，耐負荷沖擊能力強；（4）無污泥回流,動力消耗低，污泥產(chǎn)量低（與活性污泥法相比）；（5）

兼有活性污泥的特點。

2.缺點（與活性污泥法相比）：（1）

投資大，造價高；（2）

易堵塞；（3）

維修困難；

（4）

設(shè)計、施工操作管理技術(shù)難度大。

第五十頁，共74頁?！?1-5生物流化床(Fluidized-BedBioreactors,FBBR)流態(tài)化原理

美國Ecolotrol公司1973—1975年研制成功的HyFlo生物流化床。以比重大于1的細小惰性顆粒如砂、焦碳、陶粒、活性炭等為載體；廢水以較高的上升流速使載體處于流化狀態(tài)；生物固體濃度很高，傳質(zhì)效率也很高，是一種高效的生物處理構(gòu)筑物。第五十一頁，共74頁。床層的三種狀態(tài)固定床階段

流化床階段

液體輸送階段

流態(tài)化原理第五十二頁，共74頁。

流化生物膜反應(yīng)池第五十三頁，共74頁。載體顆粒的流化，是由于上升的水流(或水流與氣流)所造成的。三種狀態(tài)：1)固定狀態(tài)；2)流化狀態(tài)；3)輸送狀態(tài)下圖載體顆粒的三種狀態(tài)載體顆粒流化原理第五十四頁，共74頁。

當(dāng)液體以很小的速度流經(jīng)床層時，固體顆粒處于靜止不動的狀態(tài)，床層高度也基本維持不變，這時的床層稱固定床。固定床階段

上圖中的ab段：液體通過床層的壓力降△p隨空塔速度v的上升而增加，呈冪函數(shù)關(guān)系，在雙對數(shù)坐標(biāo)圖紙上呈直線。

上圖中的b點：液體濾速增大到壓力降△p大致等于單位面積床層重量，固體顆粒間的相對位置略有變化，床層開始膨脹，固體顆粒仍保持接觸且不流態(tài)化。

第五十五頁，共74頁。流化床階段

當(dāng)液體流速大于b點流速，床層不再維持于固定狀態(tài)，顆粒被液體托起而呈懸浮狀態(tài)，且在床層各個方向流動，在床層上部有一個水平界面，此時由顆粒所形成的床層完全處于流化態(tài)狀態(tài)，這類床層稱流化床。

上圖中的bc段：流化層的高度h是隨流速上升而增大，床層壓力降△p則基本不隨流速改變。

b點的流速vmin是達到流態(tài)化的起始速度，稱臨界流態(tài)化速度。臨界速度值隨顆粒的大小、密度和液體的物理性質(zhì)而異。第五十六頁，共74頁。

生物流化床中的載體顆粒表面有一層微生物膜，因此其流化特性與普通的流化床不同。流化床床層的膨脹程度可以用膨脹率K或膨脹比R表示：流化床階段式中：v、ve——分別為固定床層和流化床層體積。式中：h、he——分別為固定床層和流化床層高度。在生物流化床中，相同的流速下，膨脹率隨著生物膜厚度的增加而增大，如右圖所示。一般K采用50％～200％。

生物顆粒粒徑與膨脹率的關(guān)系第五十七頁，共74頁。液體輸送階段

當(dāng)液體流速提高至超過c點后，床層不再保持流化，床層上部的界面消失，載體隨液體從流化床帶出，這階段稱液體輸送階段。在水處理工藝中，這種床稱“移動床”或“流動床”。

上圖中的c點的流速vmax稱顆粒帶出速度或最大流化速度。

流化床的正常操作應(yīng)控制在vmin和vmax之間。

第五十八頁，共74頁。流化床的類型

根據(jù)生物流化床的供氧、脫膜和床體結(jié)構(gòu)的不同，好氧生物流化床主要有兩種類型：兩相生物流化床三相生物流化床

第五十九頁，共74頁。兩相生物流化床廢水與回流水在充氧設(shè)備中與氧混合，使廢水中的溶解氧達到32-40mg/L（氧氣源）或9mg/L（空氣源），然后進入流化床進行生物氧化反應(yīng)，再由床頂排出。隨著床的操作，生物粒子直徑逐漸增大，定期用脫膜器對載體機械脫膜,其脫膜后的載體返回流化床，脫除的生物膜則作為剩余污泥排出。對于一般濃度的廢水，一次充氧不足以保證生物處理所需要的氧量，必須回流水循環(huán)充氧。在兩相流化床系統(tǒng)中，污水的充氧和充氧污水與載體的接觸在兩個設(shè)備中進行。為了更新生物膜，系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)置間歇工作的脫膜設(shè)備。第六十頁，共74頁。三相生物流化床

在三相流化床中，污水和空氣從底部一起進入，設(shè)備中氣、液、固三相強烈攪動接觸，使有機物降解，由于生物膜能自行脫落，可不設(shè)脫膜設(shè)備。第六十一頁，共74頁。生物流化床的優(yōu)缺點

生物流化床的主要優(yōu)點濾床具有巨大的表面積容積負荷高，抗沖擊負荷能力強微生物活性強

傳質(zhì)效果好

生物流化床每單位體積表面積比其他生物膜大，單位床體的生物量很高（10～40g/L），傳質(zhì)速度快，廢水一進入床內(nèi)，很快被混合稀釋。

對同類廢水，在相同處理條件下，其生物膜的呼吸速率約為活性污泥的兩倍，可見其反應(yīng)速率快，微生物的活性較強。

由于載體顆粒在床體內(nèi)處于劇烈運動狀態(tài)，氣－固－液界面不斷更新，因此傳質(zhì)效果好，這有利于微生物對污染物的吸附和降解，加快了生化反應(yīng)速率。

第六十二頁，共74頁。生物流化床的優(yōu)缺點

生物流化床的主要缺點防堵塞曝氣方法進水配水系統(tǒng)的選用生物顆粒流失

設(shè)備的磨損較固定床嚴(yán)重，載體顆粒在湍動過程種會被磨損變小。

設(shè)計時存在著生產(chǎn)放大方面的問題：

實際生產(chǎn)運行的經(jīng)驗較少，對于床體內(nèi)的流動特征尚無合適的模型描述，在進行放大設(shè)計時有一定的不確定性。

第六十三頁，共74頁。生物流化床的進展——載體的研究生物流化床工作性能的提高，關(guān)鍵在于載體的革新

試驗研究表明，這種工藝尤其適用于高濃度有機污水的預(yù)處理以及低BOD5值污水的處理，有較好的發(fā)展前景。砂質(zhì)載體雖耐磨但相對密度大（2.65左右），不易流化顆?；钚蕴坎荒湍タ招乃芰陷d體：密度略小于水而又耐磨的粒狀或近于粒狀（即體積?。┑妮d體第六十四頁，共74頁。第六十五頁，共74頁。濾池形式比表面積/（m2?m-3）平均值大致比值備注普通生物濾池40~70501塊狀濾料，粒徑平均8cm左右生物轉(zhuǎn)盤1001002以D=3.6m轉(zhuǎn)盤為例塔式生物濾池1001603以?25蜂窩為例生物流化床1000~3000200040以粒徑1~1.5mm砂粒為例容積負荷率工藝名稱普通生物濾池生物轉(zhuǎn)盤塔式濾池接觸氧化池普通活性污泥法純氧曝氣活性污泥法生物流化床低負荷高負荷kg(BOD5).m-3.d-10.20.81.02.03.50.53.010.0幾種生物處理法容積負荷率的比較幾種生物濾床比表面積的比較幾種生物處理系統(tǒng)比表面積和負荷率的比較第六十六頁，共74頁?！?1-6生物膜法的運行管理

一、生物膜的培養(yǎng)與馴化生物膜的培養(yǎng)常稱為掛膜。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。掛膜

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。掛膜后應(yīng)對生物膜進行馴化，使之適應(yīng)所處理工業(yè)廢水的環(huán)境。第六十七頁，共74頁。二、生物膜法的日常管理

生物膜法的日常管理較活性污泥法簡單。3．當(dāng)發(fā)現(xiàn)濾池堵塞時，應(yīng)采用高壓水表面沖洗，或停止進入廢水讓其干燥脫落。有時也可以加入少量氯或漂白粉，破壞濾粒層部分生物膜。1．要控制好進水量、濃度、溫度及所需投加的營養(yǎng)（N、P）等。在廢水水質(zhì)變化，形成負荷沖擊情況下，出水水質(zhì)惡化，但很快就能恢復(fù)。2．生物濾池運行中應(yīng)注意的主要問題是布水裝置及濾料的堵塞問題。第六十八頁，共74頁。5．停產(chǎn)后