廢水好氧生物處理生物膜法-生物濾池

廢水好氧生物處理生物膜法—生物濾池摘要：是在有氧的條件下，利用好氧微生物來氧化分解污水中可生物降解的有機物。反應器中微生物附著在載體的表面上形成一種生物膜，當廢水流經(jīng)其表面時，生物膜、水和空氣相互接觸，發(fā)生生物化學反應。當有機廢水或由活性污泥懸浮液培養(yǎng)而成的接種液流過載體時，水中的懸浮物及微生物吸附于固相表面上，其中的微生物利用有機底物而生長繁殖，逐漸在載體表面形成一層粘液狀的生物膜。這層生物膜具有生物化學活性，又進一步吸附、分解廢水中是懸浮、膠體和溶解狀態(tài)的污染物。關鍵字：好養(yǎng)生物有機廢水生物膜生物濾池1概述1．1好養(yǎng)生物處理法好養(yǎng)生物處理法分自然條件和人工條件。在自然條件下有水體自凈、天然水體氧化塘、土壤凈化、污水灌溉。在人工條件下分為分為懸浮生物法和固著生物法。懸浮生物法包括活性污泥法、氧化塘和氧化溝。固著生物法包括生物濾池、生物轉盤、接觸氧化和好氧生物流化床。1．2生物膜法生物膜法是反應器中微生物附著在載體的表面上形成一種生物膜，當廢水流經(jīng)其表面時，生物膜、水和空氣相互接觸，發(fā)生生物化學反應（附著生長）。固著于固體表面上的微生物對廢水水質(zhì)、水量的變化有較強的適應性；和活性污泥法相比，管理較方便；由于微生物固著于固體表面，即使增殖速度較慢的微生物也能生息，從而構成了穩(wěn)定的生態(tài)系。生物膜法分為三類：潤壁型生物膜法廢水和空氣沿固定的或轉動的接觸介質(zhì)表面的生物膜流過，如生物濾池和生物轉盤等。浸沒型生物膜法接觸濾料固定在曝氣池內(nèi)，完全浸沒在水中，采用鼓風曝氣，如生物接觸氧化。流動床型生物膜法使附著有生物膜的活性炭、砂等小粒徑接觸介質(zhì)懸浮流動于曝氣池中，如生物流化床。1．3生物濾池簡介生物濾池于1889年在勞倫斯實驗廠首先開始研究。1910年后期在美國開始了大規(guī)模的應用，20世紀70年代逐步被好氧法代替，以后隨著新型濾料的不斷誕生，生物濾池又得到了進一部的改進，應用范圍不斷擴大。早期的普通生物濾池水力負荷很低，雖凈化效果好，但占地面積大，易于堵塞；以后開發(fā)出采用處理水回流水力負荷和有機負荷都較高的高負荷生物濾池。以及污水、生物膜和空氣三者充分接觸，水流紊動劇烈，通風條件改善的塔式生物濾池。⑴近年來發(fā)展起來的曝氣生物濾池已成為一種獨立的生物膜法水處理工藝。其工作原理是在一級強化處理的基礎上,以顆粒狀填料及其附著生長的微生物為主要處理介質(zhì),當污水流經(jīng)濾池時,利用濾料上所附生物膜中高濃度的活性微生物以及濾料粒徑較小的特點,充分發(fā)揮微生物的生物代謝作用、生物絮凝作用、生物膜和填料的物理吸附和截留作用以及反應⑵器內(nèi)沿水流方向食物鏈的分級捕食作用。生物濾料濾池對濁度的去除是依靠顆粒濾料的機⑶械截留和表面的生物絮凝的共同作用。生物濾池分為普通生物濾池、高負荷生物濾池和超負荷生物濾池（塔式生物濾池）。2生物濾池的主要結構參數(shù)2.1普通生物濾池(低負荷濾池)主要結構參數(shù)濾料一般為天然濾料：碎石、煤渣、卵石等濾料高度1.3-1.8m，濾料直徑d=25-70mm承托厚度0.2m，濾料總高1.5-2.0米。布水：采用固定式噴嘴布水系統(tǒng)。水力負荷q=1-3323（m/md）;有機負荷Fw=0.1-0.25kgBOD/md;BOD去除率80-95%;出水BOD<25mg/L,-3NO<10mg/L。2.2高負荷生物濾池、回流式生物濾池、塔式濾池（第二代工藝）的主要結構參數(shù)其結構特征同普通濾池一樣。其結構參數(shù)是：工作層高1.8m，濾料粒徑40-100mm。承托層0.2m，粒徑70-100mm。通風方式為：自然通風和機械通風。布水裝置：多采用旋轉布水器。323工藝特征：有較高的水力負荷（一般為10-30m/md）和有機負荷（0.8-1.2kgBOD/m·d）,較普通生物濾池提高數(shù)倍。采用BIOFOR曝氣生物濾池處理城市生活污水,對COD、BOD、⑷SS的去除率分別達到85.98%、94.72%、95.72%。3生物濾池的構造生物濾池的構造由濾床及池底、布水設備和排水系統(tǒng)三部分組成。3．1濾床及池底濾床由濾料組成。濾料是微生物生長棲息的場所，理想的濾料具備如下特性：單位體積濾料的表面積要大，能為微生物附著提供大量的表面積。使污水以液膜狀態(tài)流過生物膜。有足夠的空隙率，保證通風（即保證氧的供給）和使脫落的生物膜能隨水流出濾池。物理化學性質(zhì)穩(wěn)定，對微生物的增殖無危害作用不被微生物分解，也不抑制微生物生長。有一定機械強度。價格低廉。早期主要以拳狀碎石為濾料，此外，碎鋼渣、焦炭等也可作為濾料，其粒徑在3～8cm左右，23空隙率在45%一50%左右，比表面積（可附著面積）在65～100m/m之間。從理論上，這類濾料粒徑愈小，濾床的可附著面積愈大，則生物膜的面積將愈大，濾床的工作能力也愈大。但粒徑愈小，孔隙就愈小，濾床愈易被生物膜堵塞，濾床的通風也愈差，可見濾料的粒徑不宜太小。經(jīng)驗表明在常用粒徑范圍內(nèi)，粒徑略大或略小些，對濾池的工作沒有明顯的影響。60年代中期塑料工業(yè)發(fā)展起來以后，塑料濾料開始被廣泛采用。(圖1)和(圖2)是兩種常見的塑料濾料。圖2所示濾料。國內(nèi)目前采用的玻璃鋼蜂窩狀塊狀濾料，孔心間距在20mm左23右，孔隙率95%左右，比表面積在200m/m左右。球型輕質(zhì)多孔生物濾料外表粗糙,比表面積大,是常規(guī)濾料的4～6倍,易于掛膜。堆積密度<1g/cm,使土建結構簡單,大大降⑸低土建費用。生物填料在曝氣生物濾池的建設投資中占有相當大的比重,填料的價格關系⑹到曝氣生物濾池技術的經(jīng)濟合理性，因此填料在生物過濾技術中處于核心地位。3.2布水設備布水設備有固定式和可動式兩種。如圖，3.2.1固定式布水裝置固定式布水裝置由虹吸裝置、饋水池、布水管道和噴嘴組成，噴水是間隙的，所以布水不均勻，配水的水頭要高，配水池也較高（配水面高0.9～2.1m），故目前應用較少。3.2.2可動式布水裝置可動式布水器組成及重要參數(shù)：水豎管和可旋轉的布水橫管組成，橫管可以是多根，布水小孔的直徑10～15mm，布水橫管距濾料表面的高度0.15～0.25m，噴水旋轉所需的水頭0.6～1.5m，布水器在水壓反推動力下旋轉。旋轉布水器的特點：布水比較均勻，淋水周期短，水力沖刷作用強。缺點是噴水孔易堵，低溫時要采用防凍措施，僅適用于圓形池。3.3排水系統(tǒng)排水系統(tǒng)的作用：收集濾床流出的污水與生物膜、保證通風、支撐濾料。池底排水系統(tǒng)由池底、排水假底和集水溝組成。池子底面坡度(0.01～0.03)，排水溝坡度0.005～0.02。排水總渠坡度0.003～0.005。要保證不積淤流速(通常采用0.6m／s)，排水渠穿過池壁的地方，應設排水和通風孔洞，通風面積應不小于過水斷面。排水口可設于池壁的一側或數(shù)側，但通風口必須均勻分布于池壁的兩對邊或四周。4生物濾池的心臟—生物膜4.1生物膜的概況4.1.1生物膜定義附著在構筑物掛膜介質(zhì)上，并在其上生長和繁殖，由細胞內(nèi)相外伸展的胞外多聚物使微生物細胞形成纖維狀的纏結結構。4.1.2生物膜的生物組成細菌、真菌、藻類、原生動物、后生動物以及一些肉眼可見的蠕蟲、昆蟲的幼蟲組成。反應器的流態(tài)影響了自養(yǎng)菌和硝化異養(yǎng)菌的空間分布,決定了各類微生物對空間和營養(yǎng)物質(zhì)的⑺競爭關系。4.1.3生物膜的形成隨著微生物的不斷繁殖增長，廢水中懸浮物和微生物的不斷沉積，生物膜的厚度不斷增加，使生物膜的結構發(fā)生變化。膜的表面和廢水接觸，吸取營養(yǎng)和溶解氧容易，微生物生長繁殖迅速，形成了由好氧和兼性微生物組成的好氧層（1～2mm）。在其內(nèi)部和介質(zhì)接觸的部分，營養(yǎng)和溶解氧的供應條件差，微生物生長繁殖受到限制，好氧微生物難以生活，兼性微生物轉化為厭氧代謝方式，某些厭氧微生物恢復了活性，從而形成了由厭氧微生物和兼性微生物組成的厭氧層。厭氧層是在生物膜達到一定厚度時才出現(xiàn)的，隨著生物膜的增厚和外伸，厭氧層也隨著變厚。4.1.4各膜層在不同類型的系統(tǒng)中的分布低負荷的凈化系統(tǒng)，由于有機物氧化分解比較完全，生物膜的增長速度較慢，好氧層和厭氧層的界限并不明顯。高負荷的凈化系統(tǒng)，生物膜增長迅速，好氧層和厭氧層的分解比較明顯。在處理過程中生物膜總是不斷地增長、更新、脫落的，這樣保持生物膜總是保持更新中。有利于對污水的處理。大量的微生物生長在粒狀濾料粗糙多孔的內(nèi)部和表面,微生物不會流失,即使長時間不運轉也能保持其菌種,如長時間停止不用后再使用,可在幾天內(nèi)恢復正常運行。4.1.6生物膜脫落原因水力沖刷、由于膜增厚造成重量的增大、原生動物的松動、厭氧層和介質(zhì)的粘結力較弱等，其中以水力沖刷最為重要。4.1.7技術處理從處理要求看，生物膜的更新脫落是完全必要的。生物膜是生物處理的基礎，必須保持足夠的數(shù)量。一般認為，生物膜厚度介于2～3mm時較為理想。生物膜太厚，會影響通風，甚至造成堵塞。厭氧層一旦產(chǎn)生，會使處理水質(zhì)下降，而且厭氧代謝產(chǎn)物會惡化環(huán)境衛(wèi)生。4.2生物膜中的物質(zhì)遷移進入池內(nèi)的廢水沿膜面流動時，由于濃度差的作用，有機物會從廢水中轉移到附著水層中去，進而被生物膜所吸附。空氣中的氧→廢水→生物膜。微生物對有機物進行氧化分解和同化合成，產(chǎn)生的二氧化碳和其它代謝產(chǎn)物一部分溶入附著水層，一部分吸附到空氣中去，如此循環(huán)往復，使廢水中的有機物不斷減少，從而得到凈化。在向生物膜細菌供氧的過程中，由于存在著氣－液膜阻抗，因而速度甚慢。所以，隨著生物膜的厚度的增大，廢水中的氧將迅速地被表層的生物膜所耗盡，致使其深層因氧不足而發(fā)生厭氧分解。若供氧不足，厭氧菌將起主導作用，不僅喪失好氧生物分解的功能，而且將使生物膜發(fā)生非正常的脫落。4.3生物膜凈化廢水的原理生物膜呈蓬松的絮狀結構，微孔多表面積大，具有很強的吸附能力。生物膜微生物以及吸附和沉積于膜上的有機物為營養(yǎng)料。增殖的生物膜脫落后進入廢水，在二次沉淀池中被截留下來，成為污泥。如果有機物負荷比較高，生物膜對吸附的有機物來不及氧化分解時，能形成3-不穩(wěn)定的污泥，這類污泥需要進行再處理，其處理水的NO可在2mg/L左右，BOD5去除率為3-60～90%。若負荷低，廢水經(jīng)過處理后，BOD5可以降到25mg/L以下，硝酸鹽（NO）含量在10mg/L以上。⑻5影響生物濾池性能的定要因素5.1負荷負荷是影響生物濾池性能的主要參數(shù)，通常分有機負荷和水力負荷兩種。3有機負荷系指每天供給單位體積濾料的有機物量，以N表示，單位是kg(BOD5)/m（濾料）·d。由于一定的濾料具有一定的比表面積，濾料體積可以間接表示生物膜面積和生物數(shù)量，所以3有機負荷實質(zhì)上表征了F/M值。普通生物濾池的有機負荷范圍為0.15～0.3kgBOD5/m·d；3高負荷生物濾池在1.1kgBOD5/m·d左右。在此負荷下，BOD5去除率可達80％—90％。為了達到處理目的，有機負荷不能超過生物膜的分解能力。據(jù)日本城市污水試驗結果，BOD5負荷3的極限值為1.2kg/m·d。提高有機負荷，出水水質(zhì)將相應有所下降。水力負荷是指單位面積濾池或單位體積濾料每天流過的廢水量（包括回流量），前者以qF3233表示，單位是m/m·d；后者以qV表示，單位是m/m·d。水力負荷表征濾池的接觸時間和水流的沖刷能力。q太大，接觸時間短，凈化效果差，q太小，濾料不能完全利用，沖刷作3333用小。一般地，普通生物濾池的水力負荷為1～4m/m·d，高負荷生物濾池為5～28m/m·d.有機負荷、水力負荷和凈化效率是全面衡量生物濾池工作性能的三個重要指標，當進水濃度S0和凈化效率η一定時，Se也一定，則qV與N成正比；當出水濃度Se和水力負荷qV一定時，η越高意味著N也越高；當負荷和出水濃度又一定時，η隨濾池深度H增加而提高。由于不同深度處的廢水組成不同，膜中微生物種類和數(shù)量也不同，因而實際的有機物去除速率是不同的。一般沿水流方向，有機物去除率遞減。當濾池深度超過某一數(shù)值后，處理效率的提高不大。通常濾池的深度為2.0～3.0m。5.2處理水回流在高負荷生物濾池的運行中，多用處理水回流，其優(yōu)點是：增大水力負荷，促進生物膜的脫落，防止濾池堵塞；稀釋進水，降低有機負荷，防止?jié)舛葲_擊；可向生物濾池連續(xù)接種，促進生物膜生長；增加進水的溶解氧，減少臭味；防止濾池孳生蚊蠅。但缺點是：縮短廢水在濾池中的停留時間；降低進水濃度，將減慢生化反應速度；回流水中難降解的物質(zhì)會產(chǎn)生積累，以及冬天使池中水溫降低等?？梢姡亓鲗ι餅V池性能的影響是多方面的，采用時應作周密分析和試驗研究。一般認為在下述三種情況下應考慮出水口流：進水有機物濃度較高（如COD＞400mg/L）；水量很小，無法維持水力負荷在最小經(jīng)驗值以上時；廢水中某種污染物在高濃度時可能抑制微生物生長。5.3供氧向生物濾池供給充足的氧是保證生物膜正常工作的必要條件，也有利于排除代謝產(chǎn)物。影響濾他自然通風的主要因素是濾池內(nèi)外的氣溫差（ΔT）以及濾他的高度。溫差愈大，濾池內(nèi)的氣流阻力愈?。ㄒ嗉礊V料粒徑大、孔隙大）、通風量也就愈大。濾池內(nèi)的氣溫和水溫一般比較接近，因廢水溫度比較穩(wěn)定，故池內(nèi)氣溫的變化幅度也不大。但濾池外氣溫不單在一年內(nèi)隨季節(jié)的轉換而有很大的變化，而且在一日內(nèi)也有較大變化。所以，生物濾池的通風量隨時都在變化著。當池內(nèi)溫度大于池外溫度時，池內(nèi)氣流由下向上流動，反之，氣流由上向下流動。供氧條件與有機負荷密切相關。當進水有機物濃度較低時，自然通風供氧是充足的。但當進水COD＞400～500mg/L時，則出現(xiàn)供氧不足，生物膜好氧層厚度較小。為此，有人建議限制生物濾池進水COD＜400mg/L。當入流濃度高于此值時,采用回流稀釋或機械通風等措施，以保證