水處理工程技術(shù)第四章生物膜處理系統(tǒng)的主要運(yùn)行方式

任務(wù)八生物膜處理系統(tǒng)的主要運(yùn)行方式生物膜法的分類充填式生物膜：填料不被污水淹沒，污水流過填料表面或盤片旋轉(zhuǎn)時才浸過污水，如生物濾池和生物轉(zhuǎn)盤等。通風(fēng)方式為自然通風(fēng)或強(qiáng)制通風(fēng)供氧。浸沒式生物膜：填料完全浸沒于水中，一般采用鼓風(fēng)曝氣供氧，如接觸氧化等。一、生物濾池生物濾池凈水原理含有污染物的廢水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)一步降解，使得廢水得以凈化。濾池前設(shè)初沉池：去除懸浮物，避免堵塞濾料濾池后設(shè)二沉池：截留脫落的生物膜，保證出水水質(zhì)（一）普通生物濾池（一）普通生物濾池：第一代生物濾池普通生物濾池是生物濾池的早期類型，即第一代生物濾池。1.普通生物濾池的構(gòu)造池體（濾床）濾料布水裝置排水系統(tǒng)1、普通生物濾池的構(gòu)造池體：多呈方形和矩形，池底的作用是支撐濾料和排出處理后的污水。濾料：表面積大，有利于微生物附著；孔隙率大，使污水以液膜狀態(tài)流過生物膜；質(zhì)堅耐腐，不易變形，抗凍耐用。布水裝置：使污水均勻地噴灑在濾床表面。能適應(yīng)水量變化，不易堵塞、易于清通。排水系統(tǒng)：支撐濾料、排出污水、保證通風(fēng)。（一）普通生物濾池（一）普通生物濾池（一）普通生物濾池2、普通生物濾池的設(shè)計與計算濾料的選定濾料容積的計算：按負(fù)荷率進(jìn)行計算。一是BOD-容積負(fù)荷率；二是水力負(fù)荷率（1m2濾池表面在1d內(nèi)能接受的污水水量），m3/（m2濾料表面·d）。布水裝置的計算和設(shè)計（一）普通生物濾池3、普通生物濾池的適用范圍和主要特點(diǎn)適用范圍：普通生物濾池一般僅適用于處理污水量不高于1000m3的小城鎮(zhèn)污水或有機(jī)工業(yè)廢水。優(yōu)點(diǎn)：BOD5的去除效率高，一般可達(dá)95%以上；工藝運(yùn)行穩(wěn)定，易于管理和節(jié)約能源。缺點(diǎn)：負(fù)荷率低，占地面積大，不適用于處理水量較大的污水；濾料易于堵塞，當(dāng)預(yù)處理不夠充分，含懸浮物較高的污水進(jìn)入濾池或生物膜同時脫落，都有可能堵塞濾池；易滋生濾池蠅，惡化環(huán)境衛(wèi)生；噴嘴噴灑污水，散發(fā)臭味。正是因?yàn)槠胀ㄉ餅V池具有以上缺點(diǎn)，它的應(yīng)用受到限制，近年來已很少新建了，有日漸被淘汰的趨勢。（一）普通生物濾池生物濾池工藝介紹（二）高負(fù)荷生物濾池：第二代生物濾池1.高負(fù)荷生物濾池的特征1）工藝特征高負(fù)荷生物濾池是在解決與改善普通生物濾池在凈化功能和運(yùn)行中存在問題的基礎(chǔ)上而開發(fā)的工藝。大幅度提高了濾池的負(fù)荷率，容積負(fù)荷率高于普通生物濾池6~8倍，水力負(fù)荷率則高達(dá)10倍。高負(fù)荷率:通過限制進(jìn)水BOD5值和在運(yùn)行上采取處理水回流等技術(shù)而達(dá)到的。處理水回流：可以均化與穩(wěn)定進(jìn)水水質(zhì)、降低沖刷過厚和老化的生物膜，從而使生物膜迅速更新并經(jīng)常保持較高的活性，抑制濾池蠅的過度滋生，減輕散發(fā)的臭味。（二）高負(fù)荷生物濾池回流污水量（QR）與污水水量（Q）的比值稱為回流比，R計算公式為：回流比R常采用0.5~3.0，但有時也高達(dá)5~6倍。采取處理水回流措施后，進(jìn)入高負(fù)荷生物濾池的污水總量QT和經(jīng)回流水稀釋后的污水有機(jī)物濃度Sa分別計算如下：式中：S0——原污水的有機(jī)物（BOD或COD）濃度，mg/L；Se——濾池處理水的有機(jī)物（BOD或COD）濃度，mg/L；Sa——濾池進(jìn)水的有機(jī)物（BOD或COD）濃度，mg/L，若以BOD5計，一般不應(yīng)高于200mg/L。（二）高負(fù)荷生物濾池2）典型工藝流程初沉池：可去除SS50%~60%、BOD20%~30%，防堵塞，減小濾池負(fù)荷；回流水：Q大、沖刷濾料；二沉池：沉降脫落的污泥；回流污泥：提高初沉效率，有利于生物膜的接種。高負(fù)荷生物濾池采取處理水回流措施，使其具有多種多樣的流程系統(tǒng)。其中（a）、（b）應(yīng)用最為廣泛。（二）高負(fù)荷生物濾池當(dāng)原水有機(jī)物濃度較高、避免單個生物濾池的深度太大或者當(dāng)處理后的污水水質(zhì)要求較高時，可將兩個高負(fù)荷生物濾池串聯(lián)起來使用，形成二級生物濾池系統(tǒng)。（二）高負(fù)荷生物濾池另外，為了解決二級式系統(tǒng)負(fù)荷不均和前段生物膜量大、易于堵塞的問題，可以考慮用交替配水的二級高負(fù)荷生物濾池工藝流程（二）高負(fù)荷生物濾池3）構(gòu)造特征高負(fù)荷生物濾池構(gòu)造與普通生物濾池基本上是相同的，但其濾料粒徑較大，為40~100mm，濾料層高一般為2.0m。濾料粒徑和相應(yīng)的層厚度為：工作層：層厚1.80m，濾料粒徑40~70mm；承托層：層厚1.80m，濾料粒徑70~100mm。當(dāng)濾料層厚度超過2.0m時，一般應(yīng)采用人工通風(fēng)措施。（二）高負(fù)荷生物濾池4）高負(fù)荷生物濾池的需氧與供氧（1）生物膜污泥量：一般通過實(shí)測獲得。（2）需氧量。生物濾池單位體積濾料的需氧量可按下式求定：：

污水BOD降解需氧量。

：活性生物膜需氧量。（3）供氧。生物濾池的供氧是O2在自然條件下通過池內(nèi)外空氣的流通而轉(zhuǎn)移到污水中，進(jìn)而擴(kuò)散傳遞到生物膜內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的。（二）高負(fù)荷生物濾池（三）塔式生物濾池：第三代生物濾池塔式生物濾池屬第三代生物濾池，是受到污水生物處理工程界重視和應(yīng)用較廣泛的一種濾池。1.構(gòu)造與工藝特征1）構(gòu)造塔式生物濾池一般高達(dá)8~24m，直徑1~3.5m，徑高比介于1∶(6~8)，呈塔狀。主要由塔身、濾料、布水系統(tǒng)以及通風(fēng)及排水裝置所組成，在平面上多呈圓形。（三）塔式生物濾池1）構(gòu)造塔身：一般用磚、鋼筋混凝土或鋼板等材料制成。每層設(shè)有格柵，每層高度以不大于2m為宜，以免將濾料壓碎。濾料：我國較多使用環(huán)氧樹脂固化的玻璃布蜂窩濾料，比表面積大、結(jié)構(gòu)較均勻，有利于空氣流通和均勻布水。布水系統(tǒng)：一般與普通生物濾池和高負(fù)荷生物濾池基本相同。通風(fēng)：一般采用自然通風(fēng)。（三）塔式生物濾池2）工藝特征塔式生物濾池也屬一種高負(fù)荷生物濾池，如其水力負(fù)荷可達(dá)80~200m3/(m2·d)，為一般高負(fù)荷生物濾池的2~10倍，BOD-容積負(fù)荷率達(dá)1000~3000gBOD5/(m3·d)，為一般高負(fù)荷生物濾池的2~3倍。高的有機(jī)負(fù)荷使其生物膜生長迅速，高的水力負(fù)荷又使生物膜受到強(qiáng)烈的水力沖刷，從而使得生物膜不斷地脫落與更新，并經(jīng)常保持較好的活性。但生物膜如果生長過速，則易于產(chǎn)生濾料的堵塞現(xiàn)象。對此，一般將進(jìn)水的BOD5控制在500mg/L以下，否則需采取處理水回流稀釋措施。（三）塔式生物濾池優(yōu)點(diǎn)因存在分層，能承受較大的有機(jī)物和有毒物質(zhì)的沖擊負(fù)荷。占地面積小。運(yùn)行費(fèi)用較低。缺點(diǎn)基建投資較大。BOD去除率較低，適用于處理生活污水和城市污水。只適宜于處理少量污水，一般不宜超過10000m3/d。（三）塔式生物濾池二、生物轉(zhuǎn)盤好氧生物轉(zhuǎn)盤是在轉(zhuǎn)盤中心軸上安裝一排等間距的質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、厚度薄、防腐蝕的圓形盤片，驅(qū)動裝置帶動盤片低速轉(zhuǎn)動。盤片面上生長著一層生物膜，盤片與污水和空氣交替接觸而凈化污水。二、生物轉(zhuǎn)盤（一）生物轉(zhuǎn)盤的構(gòu)造與凈化原理1.組成轉(zhuǎn)盤面積的45%浸沒在槽內(nèi)的污水中，轉(zhuǎn)軸高出水面10~25cm。盤片：直徑介于2~3.6m。輕質(zhì)高強(qiáng)、耐腐蝕、耐老化、易于掛膜、不變形等。接觸反應(yīng)槽：尺寸應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)盤直徑和軸長決定。轉(zhuǎn)軸：支撐盤片并帶動起旋轉(zhuǎn)。驅(qū)動裝置：包括動力設(shè)備、減速裝置、傳動鏈條等，轉(zhuǎn)速一般控制在0.8~3.0r/min。二、生物轉(zhuǎn)盤2.凈化原理當(dāng)圓盤浸沒于污水中時，廢水中的有機(jī)物被盤片上的生物膜吸附；當(dāng)圓盤離開污水時，盤片表面形成一層薄薄的水膜，水膜從空氣中吸收氧氣，同時生物膜分解被吸附的有機(jī)物。圓盤每轉(zhuǎn)動一圈，即進(jìn)行一次吸附有機(jī)物—吸氧—氧化分解有機(jī)物的過程。圓盤不斷轉(zhuǎn)動，污水得到凈化，同時盤片上的生物膜不斷生長、增厚。老化的生物膜靠圓盤旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的剪切力脫落下來，生物膜得到更新。二、生物轉(zhuǎn)盤（二）生物轉(zhuǎn)盤的工藝流程根據(jù)轉(zhuǎn)盤和盤片的布置形式，生物轉(zhuǎn)盤可分為單軸單級式、單軸多級式和多軸多級式（單軸單級式串聯(lián)布置的形式），級數(shù)多少主要取決于污水水量與水質(zhì)、處理水應(yīng)達(dá)到的處理程度和現(xiàn)場條件等因素。實(shí)踐證明，處理同一種污水，如盤片面積不變，將轉(zhuǎn)盤分為多級串聯(lián)運(yùn)行能顯著提高處理水水質(zhì)和水中溶解氧的含量。對于城市污水，一般多采用四級轉(zhuǎn)盤進(jìn)行處理。二、生物轉(zhuǎn)盤處理高濃度的有機(jī)廢水，可采用兩級生物轉(zhuǎn)盤串聯(lián)的兩段或多段的處理流程。從第一級到后續(xù)的各級中，原污水中有機(jī)物濃度逐漸降低，有時還可進(jìn)行脫氮。二、生物轉(zhuǎn)盤（三）生物轉(zhuǎn)盤的特點(diǎn)與生物濾池相比，生物轉(zhuǎn)盤有如下特點(diǎn)：不會發(fā)生堵塞現(xiàn)象，凈化效果好。能耗低，管理方便。占地面積較大。有氣味產(chǎn)生，對環(huán)境有一定影響。三、生物接觸氧化法生物接觸氧化法，就是在池內(nèi)設(shè)置填料，已經(jīng)充氧的污水淹沒全部填料，并以一定的速度流經(jīng)填料。填料上長滿生物膜，污水與生物膜相接觸，在生物膜上微生物的作用下，污水得到凈化。因此，該技術(shù)又稱為淹沒式生物濾池。生物接觸氧化，采用與曝氣池相同的曝氣方法，提供微生物所需的氧氣，并起攪拌與混合作用，相當(dāng)于在曝氣池內(nèi)充填供微生物棲息的填料，因此又稱為接觸曝氣池。三、生物接觸氧化法（一）生物接觸氧化法的構(gòu)造與布置形式1.構(gòu)造池體：總高度為4.5~5.0m，填料層高度為3.0~3.5m。填料：比表面積大、孔隙率大、水力阻力小、性能穩(wěn)定、經(jīng)久耐用。支架曝氣裝置進(jìn)出水裝置排泥管道三、生物接觸氧化法2.布置形式生物接觸氧化法的形式很多，根據(jù)水流形態(tài)可分為分流式和直流式。分流式：污水充氧與生物膜的接觸在不同的隔間內(nèi)進(jìn)行。直流式：直接從填料底部充氧，國內(nèi)一般采用這種形式。三、生物接觸氧化法（二）生物接觸氧化法的工作原理生物接觸氧化池內(nèi)設(shè)置填料，填料淹沒在污水中，填料上長滿生物膜，污水與生物膜接觸過程中，水中的有機(jī)物被微生物吸附、氧化分解和轉(zhuǎn)化為新的生物膜。從填料上脫落的生物膜，隨水流到二沉池后被去除，污水得到凈化?？諝馔ㄟ^設(shè)在池底的布?xì)庋b置進(jìn)入水流，隨氣泡上升時向微生物提供氧氣。三、生物接觸氧化法（二）生物接觸氧化法的工藝特征（1）使用多種形式的填料，有利于溶解氧的轉(zhuǎn)移，適于微生物存活、增殖。附著的生物膜生物豐富，除細(xì)菌和多種屬的原生、后生動物外，同時還生長著氧化能力較強(qiáng)的球衣菌屬絲狀菌，無污泥膨脹之憂。（2）填料表面被生物膜布滿，形成了生物膜的主體結(jié)構(gòu)，由于絲狀菌的大量滋生有可能形成呈立體結(jié)構(gòu)的生物網(wǎng)，污水在其中通過，類似“過濾”作用，能夠有效地提高凈化效果。（3）曝氣作用保持生物膜活性和高濃度生物量