第五章 污水的生物处理方法(二)——生物膜法

第五章污水的生物处理方法（二）——生物膜法

教学要求：

1)掌握生物膜法的微生物学特征和工艺特征

2)掌握高负荷生物滤池、曝气生物滤池、塔式生物滤池以及生物转盘三相传质和工艺运行

特点。

3)掌握生物接触氧化特点及其工艺设计

第一节概述

生物膜——是使细菌、放线菌、蓝绿细菌一类的微生物和原生动物、后生动物、藻类、真菌一类的真核微生物附着在滤料或某些载体上生长繁殖，并在其上形成膜状生物污泥。

生物膜法：污水经过从前往后具有细菌→原生动物→后生动物、从表至里具好氧→兼氧→厌氧的生物处理系统而得到净化的生物处理技术。

一、生物构造及其对有机物的降解

1 生物膜的构造特征

生物膜(好氧层＋兼氧层＋厌氧层)＋附着Array水层(高亲水性)。

2 降解有机物的机理

1)微生物：沿水流方向为细菌——原生动物—

—后生动物的食物链或生态系统。具体生物

以菌胶团为主、辅以球衣菌、藻类等，含有

大量固着型纤毛虫（钟虫、等枝虫、独缩虫

等）和游泳型纤毛虫（楯纤虫、豆形虫、斜

管虫等），它们起到了污染物净化和清除池

内生物（防堵塞）作用。

2)污染物：重→轻(相当多污带→α中污带→

β中污带→寡污带).

3)供氧：借助流动水层厚薄变化以及气水逆向

流动，向生物膜表面供氧。

4)传质与降解：有机物降解主要是在好氧层进

行，部分难降解有机物经兼氧层和厌氧层分解，分解后产生的H2S，NH3等以及代谢产物由内向外传递而进入空气中，好氧层形成的NO3－－N、NO2－－N等经厌氧层发生反硝化，产生的N2也向外而散入大气中。

5)生物膜更新：经水力冲刷，使膜表面不断更新（DO及污染物），维持生物活性（老化

膜固着不紧）。

二、生物膜的主要特征

1 微生物相方面的特征

1)参与净化反应微生物多样化；

2)食物链长，污泥产率低；

3)能够存活世代较长的微生物；

4)可分段运行，形成优势微生物种群，提高降解能力。

2 工艺方面的特征

1)对水质水量变动有较强适应性；

2)污泥沉降性能好，宜于固液分离；

3)能处理低浓度污水；

4)易于维护管理、节能。

3 与活性污泥法相比

1)活性污泥法系人工强化生物处理系统，生物量大，处理能力强，而生物膜法更趋于自然

净化原理。

2)活性污泥法为人工强化三相传质，生物膜法趋向浓度差扩散传质，传质效果较活性污泥

差，处理效率较活性污泥差。

3)适于工业废水处理站和小规模生活污理厂。

第二节生物滤池

一、普通生物滤池(现在少见，只需要了解）

1 构造

池体、滤料、布水装置和排水系统(P204 图5-2)。

1)池体：一般深2~2.5m，池壁超高0.5~0.9m(防风)，其底部为承托层(排水系统和大块滤

料(起支撑、排水以及通水)中部为工作层（掛膜），上部为配水系统，壁可设孔也可不开孔，开孔在冬季有影响。

2)滤料：碎石、卵石、炉渣、焦炭等，总厚度1.5～2.0m，其中工作层1.3-1.8m，粒径20-40mm;

承托层0.2m，粒径70~100mm。这种滤料比表面积较大，且较粗糙，易掛膜，孔隙率一般，利于供氧与传质，且易就地取材，但材料比重大，荷载重，工作层不厚，工作效率不变，占地大。

3)布水装置：固定喷咀式布水系统——即投配池、布水管、喷咀组成。污水流入投配池是

连续的，但布水是间歇式，喷水周期5~8min。

4)投配池内设虹吸装置(间歇供水，使滤料排水后间歇充氧，生物膜再生)。排水干管布设

在滤池表面下0.5~0.8m，支(竖)管依据喷咀服务半径设置，高出滤料之上0.15~0.2m，竖管上安装喷咀，通过喷咀均匀布水。

5)排水系统：包括渗水装置、汇水沟、总排水沟(或集水槽),见图5-2，汇水沟i=0.01~0.02(横

向)、集水槽i=0.05~0.01(纵向－书中出错)。作用：排放处理后出水，保证间歇阶段的通风(底部h≥0.6m)；汇水沟宽0.15m，间距2.5~4.0m(与布水间距一致)；排水沟内流速＞0.7m/s；

6)渗水装置可以是大块滤料，也可以是图5-4混凝土板，渗水装置排水口面积占滤池总面

积的20%以上。

二、高负荷生物滤池

1 特征

通过限制进水BOD值(≤200mg/L)或采用处理水回流，均化水质，提高或加大水力负荷(10倍)，及时冲刷和更新过厚生物膜，保持较高生物活性，改善处理环境状况（抑制厌氧、减少臭味散发）。

2 工艺流程

（1）一段法

部分污泥回流。（见P207图5-5共5种典型流程）

1)工艺1：污泥回流初沉池，滤池出水回流滤池，利于改善水力负荷，减轻二沉池负

荷。

2)工艺2：污泥回流初沉池，二沉池出水回流过滤池，（较工艺1比，二沉池负荷略

重）。

3)工艺3：污泥与二沉池出水同时回流初沉池，加大初沉池负荷（二者回流量大）。

4)工艺4：具有吸附再生工艺特点，但出水水质差，初沉水力负荷大。

5)工艺5：滤池出水与污泥均回流到初沉池，初沉水力负荷大

（2）二段法

当污水浓度较高时或对处理出水要求较高时，建议考虑。（见P208图5-6、7）。

二段法强化了优势生物种群，但第二段因污染物少或负荷率低，生物膜生长差，其容积负荷未充分发挥。但二段法能很好解决一段法生物膜积存与堵塞现象。为充分发挥二段法工艺效果与作用，建议采用图5-7的交替出水工艺。

3 构造特点

构造与普通生物滤池同（池体、滤料、出水与排水系统），不同之处如下：

1)池形.圆形（P210图5-9）

2)滤料：聚氯乙烯、聚苯乙烯和聚酰胺等制成的人工滤料，滤料质轻、耐蚀、高强，呈波

状、管状和蜂窝状，使滤料表面积大，空隙率高（具体见P209表5-4）。当采用自然通风时，滤层厚度≤2m，其中工作层1.8m，承托层0.2m；当采用人工通风时，滤层厚度2～4m。

3)施转式排水器（见P216图5-10），在横管的同一侧开有一系列间距不等的孔口，中心

疏，二头密，使污水从孔口喷出时产生反作用力，从而反向自由旋转布水（间歇或周期）。

竖管连接装置具体见P210图5-8。

4 装置的需氧与供氧

（1）生物膜量

由于在不同厚度的污水浓度不一样，其微生物量不一样，进水端生物膜厚，出水端生物膜薄，故生物量计算困难。

生物膜量计算有二种方法：一种是测膜的厚度（不同深度）一种是称重法

（2）需氧量

O2＝a′BOD r＋b′P＝a′Sa＋b′P＝a′（S0－S e）＋b′P

其中：a′为降解1KgBOD5所需氧量。对城市污水取1.46

b′为单位重量生物膜的所需氧量，取值：对城市污水0.18kg/kg

P为每m3滤料上的生物膜量。

（3）滤池供氧：

影响因素有：滤池内外的温差、风力、滤料类型、水力负荷（布水量），

温差与空气流速的关系为：

V＝0.075×⊿T-0.15(m/min)

5 池体设计计算

一般采用负荷法计算。

进水浓度（BOD）

S a＝αS e（S e为出水浓度）

α见表5-5的取值，它反映了其可降解的能力。

回流稀释倍数

n＝（S0－S a）/(S a-S e)

滤料容积

V=Q(n+1)S a/N V

滤池表面积

A=V/D （D为滤料层高度）

或按表面负荷计算