第五章生物膜法

第五章生物膜法(biofilmprocess)图5-1生物膜基本流程初沉池生物膜反应器二沉池出水回流出水进水剩余污泥第一节基本原理一生物膜的结构及其净化机理1什么叫生物膜？2生物膜是怎样长出来的？起始、发展3生物膜的生长、更新和脱落（原因）？堵塞问题。4生物膜的组成？与活性污泥法比较细菌真菌更多丝状菌原生动物、后生动物等，指示生物5表征生物膜6生物膜的分层结构(空间上从量变到质变）及其意义等级、个体数量、厚度原因6生物膜法的净化过程O2、CO2、SO42－、NO3－等细胞构成物C、H、O、N、维生素等能源受氢体微生物微生物细胞合成生物污泥分解能量代谢产物＋热能CO2、H2O、SO42－、NO3－、NH4＋、PO43－、H2S、CH4、有机酸、醇等排水排出不可降解残留物内源呼吸图3-2污水处理中的生化过程二影响生物膜法污水处理效果的主要影响因素1进水底物的组分和浓度2营养比例3有机物滤料容积负荷和水力滤料容积负荷有没有像活性污泥的有机物污泥负荷？4溶解氧（滤床上下层、滤料某点的里外层）5生物膜量（浓度）载体的比表面积、厚度和密度生物膜池中的微生物包括生物膜和悬浮微生物6pH7停留时间8有毒物质9温度10生物膜系统的污泥龄三生物膜反应器的特征1多样化、食物链长、泥龄长（附着生长）2生物量高（载体和附着生长）3污泥沉降性能好，易分离，剩余污泥量小（泥龄长等）4比较耐冲击5运行管理较为简单，污泥膨胀少6常要强化传氧7脱落的污泥小污泥粒，活性小，影响出水水质8填料很重要（填料量，几何形状，比表面积，表面性质）9运行简单10适用小水厂四生物膜法反应动力学介绍（一）微生物在载体上的挂膜、附着与更新的一般规律微生物从水中到填料上着床（水相本体和填料表面的水力作用、填料几何形状、微生物与填料的相互作用）着床后的微生物生长繁殖、水力作用、微生物胞外聚合物的作用脱落与更新（二）生物膜反应动力学的几个重要参数1生物膜比增长速率2底物比去除速率3表观生物膜产率系数4生物膜厚度和密度生物膜量的表示生物膜反应器后的二沉池有没有像活性污泥法后的二沉池出现污泥膨胀现象？第二节生物滤池一生物滤池的构造1滤床滤料要求：比表面积空隙率不微生物降解机械强度化学稳定性价格2布水设备均匀布水固定式回转式图3-3回转式布水设备3排水系统二生物滤池法的流程1低负荷生物滤池2高负荷滤池：塔式生物滤池回流式生物滤池单级二级3-4图3-53影响生物滤池性能的因素（1）滤池的高度有机物降解的速率高低有机物负荷大小生物膜厚薄去除率小高有机物浓度大小微生物级别低高（2）负荷率水力负荷率平均滤率表面水力负荷率有机负荷率从低负荷生物滤池向高负荷滤池的发展（3）生物滤池的回流什么是回流？回流比回流的影响或回流的原因（4）供氧影响好氧降解的速率和DO的条件,看好P211图。四生物滤池的计算控制出水浓度是目标之一,其影响因素很多。1计算公式hs滤池Q，S0二沉池QSeRQ污泥（Q+RQ）SedS/dh=-KSK、K’与污染物和滤料的性质、进水初始浓度、水力负荷等有关看起来这是一个很简单的关系，其实不然，怎么建立这个关系呢？'0()mnQKKSA浓度随池深而下降，但是两者的数学关系是什么？2系数的确定(1)求K=K’S0m(Q/A)n当回流时'0()0mnQKShKhASeeS000'ln()()mnSShQKSA0()eiRRQSQSQQS0()1eeiiRRQSQSSRSSQQR'00()mnQKShKhASeeS'0(1)1(1)mnieeeSRSQRKhRAiSReSRS0'ln(1)(1)()[]1ieemnieSRSSRhSRSRQKRA0'0ln()()mnSQKShSA'0()mnQKSA斜率＝(2)求n(温度、水质、填料、进水浓度等一定，进水水力负荷不同）(3)求m(温度、水质、填料、进水水力负荷等一定，进水浓度S0不同）(4)K'0()mnQKSA斜率＝'0lglglg()mQKSnA斜率0''lglg()lgnQKmSA斜率五生物滤池的功能设计1内容滤池类型和流程滤池个数和滤床的尺寸二沉池布水设备2滤池的个数和尺寸：总体积、面积和高度方法：从负荷率和经验计算公式从负荷率：负荷率有：有机负荷率、水力负荷率。用哪个负荷计算。滤床体积V＝S0Q/LV仅从负荷率确定体积的几个问题1)负荷率与处理效率，影响处理效率的重要因素不止有负荷率，还有滤料、水质等；2)试验负荷率与设计负荷率3)与水力负荷匹配；4)体积V，S与h的关系。例题1已知某城镇人口80000人，排水量定额为100L/人.d。设有一个工厂，污水量2000m3/d，其BOD5为220mg/L。滤池选用高负荷生物滤池。确定滤池的个数和尺寸使出水要求达到30mg/L。解：1进水浓度2回流比3有机负荷率的大小4校核例题2已知某工业废水bCOD为700mg/L，水量为7080m3/d。选用塑料滤料，在满足出水水质要求的条件下，其最小水力负荷为24.4m3/m2.d,最大水力负荷为244m3/m2.d。试验得到K’=128,m=-0.45,n=-0.55。要求出水bCOD不大于30mg/L。解：入流浓度高，为了防止堵塞要考虑二沉池出水回流。0'ln(1)(1)()[]1ieemnieSRSSRhSRSRQKRA当回流比为1时，将有关数据代入上面公式中得到：h=0.190(Q/A)0.55v=0.190(Q/A)0.55A当回流比为2时，将有关数据代入上面公式中得到：h=0.110(Q/A)0.55v=0.110(Q/A)0.55A１２．５１０７．５５２．５水力负荷（m3.m-2.h-1)滤床体积(m3)滤床高度(m)R=1----R=2场地和运行费利用计算公式设计的讨论1影响生物滤池性能的因素很多，许多因素不是能复制的。彼此各参数匹配。2可作参考。4回转式布水器的计算内容：根数和直径、孔数和分布，转速公式：(1)布水横管直径'114VqDv与水流方向垂直的横管的切面积管中水流流速＝(2)孔口数和分布孔口数m=1/[1-(1-4d/D2)]2转速n=34.78Q’/md2D2六生物滤池的运行和经验“挂膜”与驯化当温度适宜时，普通污水挂膜历时约一周。有毒物质的工业废水，在滤池正常运行前，有一个让微生物适应新环境、迅速繁殖壮大、稳定阶段，称为“驯化-挂膜”阶段。驯化-挂膜有两种方式，一种方式是从其它工厂废水站或城市污水厂取来活性污泥或生物膜碎屑(都取自二次沉淀池)，进行驯化、挂膜。另一种方式是先用生活污水、城市污水、河水进行运行和挂膜，然后逐渐增加工业废水进行驯化。完成挂膜的判断:在水量和水质稳定时，出水水质也稳定。运行管理预防废水处理不充分或发生滤料堵塞的现象。保持微生物生长的良好环境，水量水质，营养料，防止生物滤池超负荷，均匀布水，良好的通风，防止冬季滤池内温度降低过多等等。措施：第三节生物转盘(RotatingBiologicalContactor,简称RBCRotatingBio-disc一生物转盘的构造间隔排列的许多盘片(disc)、转动轴、废水处理槽、驱动装置转盘上有大量的生物膜和水，很重主体：一组盘片和半圆形槽盘片的要求：质轻、耐腐蚀、坚硬、不变形、易造型。填料。盘片间距、直径、轴长、级数、动力方式、转速？二生物转盘运行工艺和参数单轴单级单轴多级单轴多级早期生物转盘曾经名声不好!现在已是设计技术中选项之一，但是缺点大.三影响生物转盘处理效率的因素1处理负荷1）水力负荷：每天单位体积水槽处理的水量，m3水/m3水槽.d。或每天单位面积盘片处理的水量，m3水/m2盘片.d。ｑｈA=Q/A；ｑｈV=Q/Ｖ水力负荷增大,出水浓度增加。2）有机负荷：每天水槽单位有效体积处理的BOD5，BOD5量/m3水槽.d。或每天单位面积盘片处理的BOD5，BOD5量/m2盘片.d。LM=S0Q/A；Lｖ=S0Q/Ｖ有机负荷增大,出水浓度增加。2盘片的有效面积及表面粗糙度、生物膜的厚度;3转盘转速与系统处理效果之间存在一种近似抛物线关系;转速与传质速度、膜层厚度相关。4水力停留时间(HRT)(V/Q);5转盘浸没百分比6水质、水温、级数等四生物转盘的设计计算1水力负荷：每天单位体积水槽处理的水量，m3水/m3水槽.d。或每天单位面积盘片处理的水量，m3水/m2盘片.d。2有机负荷：每天水槽单位有效体积处理的BOD5，BOD5量/m3水槽.d。或每天单位面积盘片处理的BOD5，BOD5量/m2盘片.d。这里的负荷含义与以往所了解的异同之处？三生物转盘的计算方法（1）用试验求得需要的设计参数（2）经验图表或经验值计算按负荷率计算：1.盘片总外表面积A：A=S0Q/LM(从水力负荷虽然也可得出盘片总的表面,以前用过,现在不用,可作参考)2.转盘盘片数：m=4A/2πD23.废水处理槽的有效长度L=m(a+b)K4.废水处理槽的净有效容积VV=(0.294～0.335)(D+2δ)2.(L-mb)5.转盘的转速n0以上只是按一定处理效率下的有机负荷经验值或实验值进行计算,这样的考虑是不太可靠的。处理效率除了与有机负荷有关,还与其它多种因素相关,如水质的变化、水力负荷、转盘的转速、盘片直径尺寸、级数、水温、溶解氧等因素。四生物转盘的进展和应用进展1减少动力消耗：空气驱动的生物转盘2构筑物体积紧凑：与沉淀池合建3减少动力消耗和提高效率：生物转盘-曝气池3BIOREMEDIATIONOFHEAVYMETALSINASYNTHETICWASTEWATERUSINGAROTATINGBIOLOGICALCONTACTOR解吸前解吸后吸附循环两次后4packedcagerotatingbiologicalcontactor(RBC)system应用生活污水、脱氮除磷、含酚废水和其他工业废水处理城市污水和工业废水中水量和小水量第四节生物接触氧化法biologicalcontactoxidationtank淹没式生物滤池SubmergedBiologicalAerationFilter一流程活性污泥法的曝气池中的微生物量不多，溶氧较好。一般生物滤池的溶氧不足，微生物量较多.初沉池淹没式生物滤池二沉池生物接触氧化法的基本流程空压机最大的特点是:填料和相应的工艺二设计计算1有效容积的计算V=Q(S0–Se)//LV2.总表面积A和座数nA=V/h0n=A/A1A125m23池深h4.5–5.0mh=h0+h1+h2+h34.有效停留时间t2–4ht=V/Q5供气量D=D0QD0＞10（15-20）第五节曝气生物滤池BiologicalAerationFilter一概述是生物接触氧化的进步滤料淹没在滤池的水中。与生物接触氧化比较差别在哪里？二构造和工作原理1构造水流形式：上向流和下向流。池体、布水系统、布气系统、承托层、滤层、反冲洗系统。滤层从下到上滤料从大到小布置。曝气生物滤池2工作原理滤料有特别的要求。比一般的生物滤池滤料要求高。滤层表面既有大量的生物膜，又起到过滤作用。有机物容积负荷高。不需二沉池。要反冲洗。（气＋水）反冲洗，有悬浮物，送入初沉池。进水中的SS不要太高。一般要小于60mg/L。三工艺流程沉砂池曝气生物滤池初沉池1下向流式曝气生物滤池流程（上部没有滤板和滤头）处理后水池空压机反冲洗后水流入初沉池空压机反冲洗水反冲洗水池(有脱落下来的生物膜)2BIOFOR(biofilmreactor)反冲洗水排向哪里?3Biostyr(ThecarriermaterialwasBIOSTYR-polystyreneballswithanaveragediameterof3±4mmandaspeci