1、生物膜工藝運行與管理,潘瓊 副教授,水處理運行與管理,主要內容,生物膜是使細菌和真菌類的微生物、原生動物和后生動物等微型動物附著在填料或某些載體上生長繁育，并在其上形成膜生物污泥。 本知識點主要掌握生物膜工藝流程、生物膜的形成。典型生物膜法工藝，生物濾池、生物轉盤以及生物接觸氧化池的運行管理,生物膜工藝運行與管理,一、生物膜法主要形式和特點,生物膜工藝運行與管理,生物膜工藝運行與管理,生物膜由好氧和厭氧兩層組成，有機物的降解主要是在好氧層內進行。 流動水層中的氧和有機物，通過附著水層傳送給生物膜，氧供微生物用于呼吸；有機物通過細菌的代謝活動而被降解。這樣就使污水在其流動過程中逐步得到凈化。 微

2、生物的代謝產物如H20等則進入流動水層，并隨其排走，而C02及厭氧層分解產物如H2S、NH3以及CH4等氣態代謝產物則從水層逸出進入空氣中,二、生物膜法微生物特點,1、生物膜的形成,生物膜工藝運行與管理,生物膜的形成,生物膜工藝運行與管理,生物膜厚度介于2-3mm時較為理想。當生物膜太厚，內部厭氧層的厚度就會增加，厭氧產物也逐漸增多，這些產物向外側溢出，必然要透過好氧層，使好氧層的生態系統的穩定狀態遭到破壞，并減弱生物膜在介質上的固著力，處于這種狀態的生物膜即為老化生物膜，老化生物膜凈化功能較差，而且易于脫落。 生物膜脫落的原因：水力沖刷、膜增厚造成重量的增大，原生動物使生物膜松動、厭氧層和介

3、質的粘結力較弱等。其中以水力沖刷最為重要。 從處理要求看，生物膜的更新脫落是完全必要的,2、生物膜的脫落,生物膜工藝運行與管理,3、生物膜法的主要影響因素 （1）填料類型及特征 主要影響在于載體的表面性質，包括載體的比表面積的大小，表面親水性及表面電荷、表面粗糙度，載體的密度堆積密度、孔隙率、強度等。 填料表面的粗糙度有利于細菌在其表面附著、固定。 小粒徑填料之間的相互摩擦小，比表面積大，因而更容易生成生物膜,生物膜工藝運行與管理,2）生物膜量與活性 各種生物膜法的適宜的生物膜厚度應控制在159nm以下。隨生物膜厚度增大，膜內傳質阻力增加，單位生物膜量的膜活性下降，膜內層由兼性層轉入厭氧狀態，

4、導致膜的大量脫落（超過600nm即發生脫落），或填料上出現積泥，或出現填料堵塞現象，從而影響生物池的出水水質。 （3）溫度 與活性污泥法相同，不過更易受氣溫的影響。一般適宜的溫度為1035,生物膜工藝運行與管理,4）營養物質 營養物質是能為微生物所氧化、分解、利用的那些物質，主要包括有機物、氮、磷、硫等以及微量元素。好氧生物處理中主要營養物質比例：BOD5：N：P=100：5：1。 （5）有毒物質 工業廢水中存在的重金屬離子、酚、氰等化學物質，對微生物具有抑制和殺害作用，主要表現在細胞的正常結構遭到破壞以及菌體內的酶變質，而失去活性,Company Logo,生物膜工藝運行與管理,4、生物膜法

5、的基本工藝流程,初沉池,生物膜反應器,進水,回流,排泥,出水,二沉池,排泥,生物膜工藝運行與管理,生物過濾的基本流程與活性污泥法相似，由初次沉淀-生物濾池-二次沉淀等三部分組成。 在生物過濾中，為了防止濾層堵塞，需設置初次沉淀池，預先去除廢水中的懸浮物。 二次沉淀池用以分離脫落的生物膜。 由于生物膜的含水率比活性污泥小，因此，污泥沉淀速度較大，二次沉淀池容積較小,生物膜工藝運行與管理,由于生物固著生長，不需要回流接種，因此在一般生物過濾中無二次沉淀池污泥回流。但是，為了稀釋原廢水和保證對濾料層的沖刷。一般生物濾池（尤其是高負荷濾池及塔式生物濾池）常采用出水回流,生物膜工藝運行與管理,5、典型生

6、物膜法工藝,生物膜分類,充填式,浸沒式,生物濾池,生物轉盤,生物流化床,生物接觸氧化,生物膜工藝運行與管理,充填式生物膜法的填料（載體）不被污水淹沒，自然通風或強制通風供氧，污水流過填料表面或盤片旋轉浸過污水，如生物濾池和生物轉盤等。 浸沒式生物膜法的填料完全浸沒與水中，一般采用鼓風曝氣供氧，如接觸氧化和生物流化床等,5、典型生物膜法工藝,生物膜工藝運行與管理,6、生物膜法的不足,1）需要較多的填料和支撐結構，在不少情況下基建投資超過活性污泥法； （2）出水常常攜帶較大的脫落的生物膜片，大量非活性細小懸浮物分散在水中使處理水的澄清度降低； （3）活性生物量較難控制，在運行方面靈活性差； （4）

7、載體材料的比表面積小，BOD容積負荷有限； （5）采用自然通風供氧，在生物膜內層往往形成厭氧層，從而縮小了具有凈化功能的有效容積,生物膜工藝運行與管理,生物膜法的運行管理,生物濾池負荷過高，使生物膜增長過多過厚，內部厭氧層隨之增厚可發生硫酸鹽還原，污泥發黑發臭，使微生物活性降低，大塊黏厚的生物膜脫落，并使填料局部堵塞，造成布水不勻，不堵的部位流量及負荷偏高，出水水質下降 解決辦法一般有以下三種： 加大回流水量，借助水力沖脫過厚的生物膜； 兩級濾池串聯、交替進水； 低頻加水，使布水器轉速減慢,生物膜工藝運行與管理,建設中的生物濾池,三、生物濾池的運行管理,生物膜工藝運行與管理,1、 生物濾池的構

8、造,生物膜工藝運行與管理,生物膜工藝運行與管理,幾種常見濾料,比表面積在98340m2/m3， 孔隙率為9395,比表面積在81195m2/m3， 孔隙率為9395,比表面積65100m2/m3， 孔隙率4550,生物膜工藝運行與管理,生物膜工藝運行與管理,1、質堅、高強、耐腐蝕、抗冰凍； 2、較高的比表面積。填料表面應是宜于生物膜固著，也應宜于使污水均勻流動。 3、較大的空隙率 4、就地取材，便于加工、運輸。 5、填料在充填前應加以仔細刷分、洗凈，各層中的填料及其直徑應均勻一致，以保證具有較高的空隙率，不合格者不得超過5,濾料的要求,生物膜工藝運行與管理,普通生物濾池呈方形或矩形。 池壁具有

9、圍護填料的作用，應當能夠承受填料壓力，用磚石構筑。為力防止風力對池表面均勻布水的影響，池壁一般應高出填料表面0.5-0.9m。 池體的底部為池底，支撐填料和排除處理后的污水,池 體,生物膜工藝運行與管理,生物濾池的布水設備分為兩類,固定式噴嘴 布水系統,布 水 設 備,生物膜工藝運行與管理,生物膜工藝運行與管理,生物膜工藝運行與管理,生物膜工藝運行與管理,作 用,收集污水與生物膜,保證通風,支撐濾料,組 成,排水假底,池底,集水溝,排 水 系 統,生物膜工藝運行與管理,2、生物濾池的分類,生物濾池分類,生物膜工藝運行與管理,優點：處理效果好，BOD5去除率可達90%以上，出水BOD5可下降到2

10、5mg/L以下，硝酸鹽含量在10mg/L左右，出水水質穩定。 缺點：占地面積大，易于堵塞，影響環境衛生,1、普通生物濾池,第一代工藝 濾料粒徑較小(2570mm)，濾料層高度通常只有23m左右，多不采用回流措施,普通生物濾池的構造；由池體、填料、布水裝置和排水系統等四部分組成。 普通生物濾池的適用范圍與優缺點。普通生物濾池一般適用于處理污水量不高于1000m3的小城鎮污水或有機性工業廢水,生物膜工藝運行與管理,2、高負荷生物濾池,處理水回流： （1）可以均化與穩定進水水質； （2）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，抑制厭氧層發育，使生物膜保持較高的活性； （3）抑制濾池

11、蠅的過度滋長，減輕臭味,第二代工藝 通過限制進水BOD5和采取處理水回流等技術措施，大幅度地提高了濾池的負荷率,生物膜工藝運行與管理,3、塔式生物濾池,特點： （1）內部形成較強的拔風狀態，通風良好，污水、空氣、濾料接觸充分，充氧效果良好，傳質速度快； （2）高負荷率，水力負荷為高負荷生物濾池210倍，生物膜活性高，凈化效率也較高； （3）濾層內部的分層，能夠承受較高的有機污染物的沖擊負荷,第三代工藝 高度達20m之多，常采用回流措施。采用塑料濾料,生物膜工藝運行與管理,生物膜工藝運行與管理,4、 曝氣生物濾池,集生物氧化和截留懸浮固體于一體，并節省了后續二次沉淀池,生物膜工藝運行與管理,曝氣

12、生物濾池具有的特征,氣液在填料間隙充分接觸，由于氣、液、固三相接觸，氧的轉移率高，動力消耗低；以3-5mm的小顆粒作為填料，比表面積大，微生物附著力強；池內能夠保持大量的生物量，再由于截留作用，污水處理效果良好；無需污泥回流，也無污泥膨脹之慮，如反沖洗全部自動化，則維護管理也非常方便。曝氣生物濾池可以處理生活污水、含高濃度COD的工業廢水，也可以用于污水深度處理(硝化、脫氮) 在生物曝氣濾池中，進水中被去除的懸浮物有一些不能被降解 曝氣生物濾池中氧的利用率是活性污泥法的2倍以上，這是由于填料具有均勻細小、彎彎曲曲而又互不連通的孔洞，氣泡的滯留時間比較長,生物膜工藝運行與管理,生物轉盤是1954

13、年在德國建立第一座生物轉盤污水廠。 生物轉盤技術具有一系列優點，在國際范圍內的到廣泛應用，是一種凈化效果好、能源消耗低的生物處理技術,四、生物轉盤的運行管理,生物膜工藝運行與管理,1、生物轉盤的構造,生物膜工藝運行與管理,2、工作原理,去除廢水中有機物的機理和生物濾池基本相同,廢水處于半靜止狀態，而微生物則在轉動的盤面上；轉盤40%的面積浸沒在廢水中，盤面低速轉動。盤片作為生物膜的載體，當生物膜處于浸沒狀態時，廢水有機物被生物膜吸附，而當它處于水面以上時，大氣的氧向生物膜傳遞，生物膜內所吸附的有機物氧化分解，生物膜恢復活性,生物膜工藝運行與管理,3、生物轉盤的構成,生物膜工藝運行與管理,生物轉

14、盤的主要組成單元有： 盤片、接觸反應槽、轉軸與驅動裝置等。 盤片 生物轉盤是由固定在一根軸上的許多間距很小的圓盤或多角形盤片組成。盤片可用聚氯乙烯、聚乙烯、泡沫聚苯乙烯、玻璃鋼、鋁合金或其他材料制成。生物轉盤的盤片直徑一般為13m，最大的達到4.0m，盤片厚度一般為15mm,生物膜工藝運行與管理,接觸反應槽 接觸反應槽應呈與盤材外形基本吻合的半圓形。 轉軸與驅動裝置 轉軸是支承盤片并帶動其旋轉的重要部件。轉軸兩端安裝在固定在接觸反應槽兩端的支座上。轉軸一般采用實心鋼軸或無縫鋼管,生物膜工藝運行與管理,生物膜工藝運行與管理,生物轉盤是一種較新型的生物膜法廢水處理設備，國外使用比較普遍，國內主要用

15、于工業廢水處理。 操作管理簡便，無活性污泥膨脹現象及泡沫現象，無污泥回流系統，生產上易于控制。 剩余污泥數量小，污泥含水率低，沉淀速度大，易于沉淀分離和脫水干化。 設備構造簡單，無通風、回流及曝氣設備，運轉費用低，耗電量低。 可采用多層布置，設備靈活性大，可節省占地面積。 可處理高濃度的廢水，承受BOD5可達1000mg/L，耐沖擊能力強。 廢水在氧化槽內停留時間短，一般在11.5h左右，處理效率高，BOD5去除率一般可達90以上,生物轉盤的特點,生物膜工藝運行與管理,常見的異常現象： 生物膜嚴重脫落；產生白色生物膜；處理效率降低；固體的累積。 一般來說，生物轉盤是生化處理中工藝控制最為簡單的

16、一種處理方法，只要設備運行正常，往往有令人滿意的效果但是，若水質、水量、氣候大幅度變化，加上操作管理不慎，也會嚴重影響或破壞生物膜的正常工作，并導致處理效果下降,生物轉盤的異常對策,生物膜工藝運行與管理,也稱作淹沒式生物濾池，它是指在反應池中設置惰性填料，已經預先充氧曝氣的污水浸沒并流經全部填料，污水中的有機物與填料上的生物膜廣泛接觸，水中的有機物被微生物吸附、氧化分解和轉化為新的生物膜,生物接觸氧化池,五、生物接觸氧化池的運行管理,生物膜工藝運行與管理,接觸氧化池構造示例,生物接觸氧化池的構造,生物膜工藝運行與管理,池體：池體設置成矩形、圓形均可，但目前應用最廣的為矩形池。池體均為鋼筋混凝土

17、結構。 填料：填料是微生物的載體，有硬性填料、軟性填料、半軟性填料、及球狀懸浮型填料等。 支架及曝氣裝置 進出水裝置以及排泥管道 接觸氧化池一般為下部中心進水，上部溢流出水，底部設置排泥管道，同時采用穿孔管布氣，水、氣同向流動,接觸氧化池的組成,生物膜工藝運行與管理,接觸氧化池反應區的構造,生物膜工藝運行與管理,框架與生物填料,生物膜工藝運行與管理,框架與生物填料,生物膜工藝運行與管理,反應區曝氣系統的布置,生物膜工藝運行與管理,生物膜工藝運行與管理,曝氣裝置安裝,生物膜工藝運行與管理,酚醛樹脂蜂窩填料,常用填料的類型,聚乙烯蜂窩填料,生物膜工藝運行與管理,正六角行蜂窩狀斜管,聚乙烯蜂窩填料,生物膜工藝運行與管理,半軟性填料,v運行與管理,彈性立體填料,YHT型彈性生物的環填料,生物膜工藝運行與管理,軟性、復合填料,組合填料,軟性纖維填料,生物膜工藝運行與管理,生物接觸氧化法填料,生物膜工藝運行與管理,立體彈性填料,生物膜工藝運行與管理,漂浮填料,生物膜工藝運行與管理,新型的纖維網狀填料,生物膜工藝運行與管理,新型的三維立體網狀填料,生物膜工藝運行與管理,生物接觸氧化法的特點,1) 具有較高的微生物濃度，凈化效果好。 (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