污水好氧生物處理

—生物膜法內(nèi)容1概述2生物濾池自然條件下水體自凈－天然水體和氧化塘;土壤凈化－污水灌溉好氧生物法人工條件下懸浮生物法－活性污泥法及其變種、氧化塘、氧化溝固著生物法－生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤(pán)、接觸氧化、好氧生物流化床自然條件下高溫堆肥、厭氧塘厭氧生物法人工條件下懸浮生物法－厭氧消化、高溫堆肥、化糞池、上流式厭氧污泥床固著生物法－厭氧濾池、厭氧流化床污水生化處理的基本類(lèi)型1概述生物膜法與活性污泥法均屬于好氧生物處理技術(shù)。共同特點(diǎn)：是在有氧的條件下，利用好氧微生物來(lái)氧化分解污水中可生物降解的有機(jī)物。不同之處：微生物在處理構(gòu)筑物中的生存方式有所不同。微生物生存方式：活性污泥法：曝氣池中微生物以絮狀體形式，懸浮于曝氣池混合液中不斷生長(zhǎng)繁殖（懸浮生長(zhǎng)）。生物膜法：反應(yīng)器中微生物附著在載體的表面上形成一種生物膜，當(dāng)廢水流經(jīng)其表面時(shí)，生物膜、水和空氣相互接觸，發(fā)生生物化學(xué)反應(yīng)（附著生長(zhǎng)）。固著于固體表面上的微生物對(duì)廢水水質(zhì)、水量的變化有較強(qiáng)的適應(yīng)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(gòu)成了穩(wěn)定的生態(tài)系。1概述生物膜法分為以下三類(lèi)：1）潤(rùn)壁型生物膜法廢水和空氣沿固定的或轉(zhuǎn)動(dòng)的接觸介質(zhì)表面的生物膜流過(guò)，如生物濾池和生物轉(zhuǎn)盤(pán)等；2）浸沒(méi)型生物膜法接觸濾料固定在曝氣池內(nèi)，完全浸沒(méi)在水中，采用鼓風(fēng)曝氣，如生物接觸氧化；3）流動(dòng)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(dòng)于曝氣池中，如生物流化床。2生物濾池生物濾池于1889年在勞倫斯實(shí)驗(yàn)廠首先開(kāi)始研究，1910年后期在美國(guó)開(kāi)始了大規(guī)模的應(yīng)用，20世紀(jì)70年代逐步被好氧法代替，隨著新型濾料的不斷誕生，生物濾池又得到了的改進(jìn)，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。2.1.生物濾池的構(gòu)造

生物濾池由濾床、布水裝置和排水系統(tǒng)三部分組成。池壁濾料布水系統(tǒng)排水系統(tǒng)1、濾床濾床由濾料組成。濾料是微生物生長(zhǎng)棲息的場(chǎng)所，理想的濾料應(yīng)具備下述特性：①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：②使污水以液膜狀態(tài)流過(guò)生物膜；③有足夠的空隙率，保證通風(fēng)（即保證氧的供給）和使脫落的生物膜能隨水流出濾池；④物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，對(duì)微生物的增殖無(wú)危害作用不被微生物分解，也不抑制微生物生長(zhǎng)

；⑤有一定機(jī)械強(qiáng)度；⑥價(jià)格低廉。濾料1、濾料特性2、常見(jiàn)濾料3、濾料的重要參數(shù)粒徑比表面空隙率4、濾料的發(fā)展趨勢(shì)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，空隙率在45%一50%左右，比表面積（可附著面積）在65～100m2/m3之間。從理論上，這類(lèi)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(fēng)也愈差，可見(jiàn)濾料的粒徑不宜太小。經(jīng)驗(yàn)表明在常用粒徑范圍內(nèi)，粒徑略大或略小些，對(duì)濾池的工作沒(méi)有明顯的影響。60年代中期塑料工業(yè)發(fā)展起來(lái)以后，塑料濾料開(kāi)始被廣泛采用。(圖1)和(圖2)是兩種常見(jiàn)的塑料濾料。圖2所示濾料。國(guó)內(nèi)目前采用的玻璃鋼蜂窩狀塊狀濾料，孔心間距在20mm左右，孔隙率95%左右，比表面積在200m2/m3左右。環(huán)狀濾料比表面積在98-340m2/m3之間，空隙率為93%～95%波紋板狀濾料比表面積在81～195m2/m3之間，空隙率為93%一95%布水設(shè)備布水設(shè)備有固定式（圖）和可動(dòng)式（圖）兩種。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(yīng)用較少。可動(dòng)式布水器組成及重要參數(shù)：水豎管和可旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)所需的水頭0.6～1.5m，布水器在水壓反推動(dòng)力下旋轉(zhuǎn)。

旋轉(zhuǎn)布水器的特點(diǎn)：布水比較均勻，淋水周期短，水力沖刷作用強(qiáng)；缺點(diǎn)時(shí)噴水孔易堵，低溫時(shí)要采用防凍措施，僅適用于圓形池。旋轉(zhuǎn)布水器排水系統(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(fēng)；支撐濾料

排水系統(tǒng)組成：池子底面及開(kāi)設(shè)于其上的溝渠。

重要參數(shù)：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。

重要提示：要保證不積淤流速(通常采用0.6m／s)，排水渠穿過(guò)池壁的地方，應(yīng)設(shè)排水和通風(fēng)孔洞，通風(fēng)面積應(yīng)不小于過(guò)水?dāng)嗝妗Ｅ潘诳稍O(shè)于池壁的一側(cè)或數(shù)側(cè)，但通風(fēng)口必須均勻分布于池壁的兩對(duì)邊或四周。2.2生物濾池的工藝類(lèi)型及典型應(yīng)用生物濾池分為普通生物濾池、高負(fù)荷生物濾池和超負(fù)荷生物濾池（塔式生物濾池）。普通生物濾池(低負(fù)荷濾池)1．主要結(jié)構(gòu)參數(shù)：（1）濾料一般為天然濾料：碎石、爐渣、卵石等（2）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（3）布水：采用固定式噴嘴布水系統(tǒng)

2．工藝設(shè)計(jì)參數(shù)：

水力負(fù)荷q=1~3（m3/m2d）;有機(jī)負(fù)荷Fw=0.1~0.25kgBOD/m3d;BOD去除率80~95%;出水BOD<25mg/L,NO-3<10mg/L3.主要優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：（1）處理效果較好（2）運(yùn)行穩(wěn)定，節(jié)約能源（3）操作方便，易維護(hù)管理缺點(diǎn)：占地面積大，僅適合＜1000m3/d以下小型污水處理廠；濾料易堵塞；易產(chǎn)生灰蠅，衛(wèi)生條件差；噴灑污水，散發(fā)臭味。高負(fù)荷生物濾池、回流式生物濾池、塔式濾池（第二代工藝）1.結(jié)構(gòu)特征：（同普通濾池）2.結(jié)構(gòu)參數(shù)：工作層高1.8m濾料粒徑40~100mm

承托層0.2m粒徑70~100mm

通風(fēng)方式為：自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)。布水裝置：多采用旋轉(zhuǎn)布水器3.工藝特征：有較高的水力負(fù)荷（一般為10~30m3/m2d）和有機(jī)負(fù)荷（0.8~1.2kgBOD/m3·d）,較普通生物濾池提高數(shù)倍；池子體積小，占地面積省；抑制了灰蠅生長(zhǎng)，改善了衛(wèi)生條件；

BOD5去除率一般為75~90%；缺點(diǎn)：進(jìn)水BOD5應(yīng)＜200mg/L，出水BOD5＞30mg/L。

特點(diǎn)總結(jié)：1)BOD負(fù)荷高的濾池，生物膜增長(zhǎng)快，對(duì)水力沖刷的要求也就迫切。增大水力沖刷的主要途徑是加大表面負(fù)荷，其辦法有二：一是增加濾料層高度，二是將處理后的廢水回流到生物濾池的進(jìn)水中去。所以，低負(fù)荷生物濾池的濾料層高度通常只有2～3m左右，而且多不采用回流措施；塔式濾池的高度達(dá)20m之多，而且常采用回流措施。2)BOD負(fù)荷高的濾池，要求通風(fēng)條件好，在采用自然通風(fēng)的條件下，就要求濾料的孔隙率大和阻力小。所以，低負(fù)荷濾池的濾料粒徑較小(25～70mm)，高負(fù)荷濾池的濾料粒徑較大(40～100mm)，對(duì)于塔式生物濾池，最好采用塑料濾料。3)BOD負(fù)荷低的生物濾池的氧化分解程度就高，污泥量少而穩(wěn)定，出水中有較高的溶解氧，有硝酸鹽，BOD5濃度可低于20mg/L；高負(fù)荷生物濾池的氧化分解程度低，污泥量多而不穩(wěn)定，出水中溶解氧低，沒(méi)有或很少有硝酸鹽，BOD5濃度高于30mg／L，塔式生物濾池的情況可能更差些。2、組成系統(tǒng)初沉池、生物濾池、二次沉淀池組合而成，其組合型式有單級(jí)運(yùn)行系統(tǒng)、多級(jí)運(yùn)行系統(tǒng)和交替運(yùn)行系統(tǒng)。生物濾池單級(jí)運(yùn)行圖圖(a)為單級(jí)直流系統(tǒng)，多用于低負(fù)荷生物濾池圖(b)、(c)、(d)均為單級(jí)回流系統(tǒng)，多用于高負(fù)荷生物濾池。圖(b)的處理水回流至生物濾池前，用以加強(qiáng)表面負(fù)荷，又不加大初沉池的容積，但二次沉淀池要適當(dāng)大些。圖(c)是生物濾池出水直接回流到生物濾池前，可加大表面負(fù)菏，又利用生物接種，促進(jìn)生物膜更新，這個(gè)系統(tǒng)的兩個(gè)沉淀池都比較小。圖(d)是不設(shè)二次沉淀池，濾池出水回流到初沉池前，加強(qiáng)初沉池生物絮凝作用，促進(jìn)沉淀效果。理論依據(jù)：據(jù)實(shí)驗(yàn)和分析多級(jí)運(yùn)行系統(tǒng)，第一級(jí)生物濾池處理效率達(dá)70%，第二級(jí)處理效率可達(dá)20%，第三、四級(jí)的處理效率很低，在5%左右。應(yīng)用：一般取兩級(jí)。圖(a)、(b)均為二級(jí)直流系統(tǒng)。二級(jí)串聯(lián)工作的生物濾池的優(yōu)點(diǎn)是：濾層深度可適當(dāng)減小，通風(fēng)條件好，兩次灑水充氧，出水水質(zhì)較好些。缺點(diǎn)是增加了提升泵，加大了占地面積。一般第一級(jí)生物濾池采用粒徑較大的濾料，后一級(jí)采用粒徑較小的濾料。圖(c)和(d)是二級(jí)回流系統(tǒng)。生物濾池多級(jí)運(yùn)行圖二級(jí)交替運(yùn)行圖二級(jí)交流運(yùn)行系統(tǒng)的每一生物濾池可交替作為一級(jí)和二級(jí)使用，循環(huán)往復(fù)，負(fù)荷率比一般二級(jí)系統(tǒng)提高2～3倍。思考題：如何選擇濾池類(lèi)型和運(yùn)行系統(tǒng)？工藝選擇：低負(fù)荷生物濾池的體積大、占地多、濾料的需要量大、易堵塞、常出現(xiàn)池蠅和臭味，僅在水量小的地區(qū)選用。目前大多數(shù)采用高負(fù)荷生物濾池。塔式生物濾池多用于工業(yè)有機(jī)廢水的處理。流程的選擇

在確定流程時(shí)，通常要解決的問(wèn)題是：①是否設(shè)初次沉淀池；②采用幾級(jí)濾池；③是否采用回流，回流方式和回流比的確定。

當(dāng)廢水含懸浮物較多，采用拳狀濾料時(shí)，需有初次沉淀池，以避免生物濾池阻塞。處理城市污水時(shí)，一般都設(shè)置初次沉淀池。

下述三種情況應(yīng)考慮用二次沉淀池出水回流：①入流有機(jī)物濃度較高，可能引起供氧不足時(shí)；②水量很小，無(wú)法維持水力負(fù)荷率在最小經(jīng)驗(yàn)值以下時(shí)；③污水中某種污染物在高濃度時(shí)可能抑制微生物生長(zhǎng)的情況下，應(yīng)考慮回流。2.3生物濾池的基本機(jī)理2.3.1生物膜的形成及特點(diǎn)2.3.2生物膜中的物質(zhì)遷移2.3.3生物膜凈化廢水的原理2.3.1生物膜的形成及特點(diǎn)1、生物膜定義：附著在構(gòu)筑物掛膜介質(zhì)上，并在其上生長(zhǎng)和繁殖，由細(xì)胞內(nèi)相外伸展的胞外多聚物使微生物細(xì)胞形成纖維狀的纏結(jié)結(jié)構(gòu)。2、生物膜的形成：隨著微生物的不斷繁殖增長(zhǎng)，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(jié)構(gòu)發(fā)生變化。膜的表面和廢水接觸，吸取營(yíng)養(yǎng)和溶解氧容易，微生物生長(zhǎng)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(yíng)養(yǎng)和溶解氧的供應(yīng)條件差，微生物生長(zhǎng)繁殖受到限制，好氧微生物難以生活，兼性微生物轉(zhuǎn)化為厭氧代謝方式，某些厭氧微生物恢復(fù)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(dá)到一定厚度時(shí)才出現(xiàn)的，隨著生物膜的增厚和外伸，厭氧層也隨著變厚。3、各膜層在不同類(lèi)型的系統(tǒng)中的分布：低負(fù)荷的凈化系統(tǒng)，由于有機(jī)物氧化分解比較完全，生物膜的增長(zhǎng)速度較慢，好氧層和厭氧層的界限并不明顯。高負(fù)荷的凈化系統(tǒng)，生物膜增長(zhǎng)迅速，好氧層和厭氧層的分解比較明顯。4、處理過(guò)程：生物膜總是不斷地增長(zhǎng)、更新、脫落的。5、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(dòng)物的松動(dòng)、厭氧層和介質(zhì)的粘結(jié)力較弱等。其中以水力沖刷最為重要。6、技術(shù)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(chǔ)，必須保持足夠的數(shù)量。一般認(rèn)為，生物膜厚度介于2～3mm時(shí)較為理想。生物膜太厚，會(huì)影響通風(fēng)，甚至造成堵塞。厭氧層一旦產(chǎn)生，會(huì)使處理水質(zhì)下降，而且厭氧代謝產(chǎn)物會(huì)惡化環(huán)境衛(wèi)生。2.3.2生物膜中的物質(zhì)遷移處理過(guò)程中的物質(zhì)轉(zhuǎn)移：進(jìn)入池內(nèi)的廢水沿膜面流動(dòng)時(shí)，由于濃度差的作用，有機(jī)物會(huì)從廢水中轉(zhuǎn)移到附著水層中去，進(jìn)而被生物膜所吸附。空氣中的氧→廢水→生物膜。微生物對(duì)有機(jī)物進(jìn)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(fù)，使廢水中的有機(jī)物不斷減少，從而得到凈化。在向生物膜細(xì)菌供氧的過(guò)程中，由于存在