水污染控制工程课件第十三章(一)

四、生物膜法反应动力学介绍
(一)微生物在载体上附着的一般过程
生物膜的形成必须具有以下几个前提条件：
① 起支撑作用、供微生物附着生长的载体物质：在生物滤 池中称为滤料；在接触氧化工艺中称为填料；在好氧生物流化 床中称为载体； ② 供微生物生长所需的营养物质，即废水中的有机物、N、 P以及其它营养物质； ③ 作为接种的微生物。
接触氧化、曝气生物滤池及生物流化床等一系列污水生物膜法 处理工艺。
特点：
微生物附着生长在滤料或填料表面，形成生物膜。污水与
生物膜接触，污染物被微生物吸附转化，净化污水（生物膜法）。 微生物悬浮生长在曝气池内（活性污泥法）。
第一节 基本原理
一、 生物膜的结构及净化机理
(一)生物膜的形成及结构
微生物细胞在水环境中，能牢固地吸附在适宜的固相载体 表面并生长繁殖，细胞的胞外多聚物使微生物细胞形成纤维状的 缠结结构，称之为生物膜。
⑷ 微生物细胞利用周围环境中的营养物质进一步增长繁殖，形 成成熟的生物膜
(二)生物膜反应动力学的几个主要参数
自学！！
第二节 生物滤池
一、概述
生物滤池的类型
普通 生物滤池
高负荷 生物滤池
塔式 生物滤池
二、生物滤池的构造
池体：
多呈圆形， 也有矩形。 池壁+池底
池壁：
围挡滤料 池底： 排水、支承
典型的生物滤池的构造
第十三章 生物膜法
第一节 基本原理
第二节 生物滤池 第三节 生物转盘法 第四节 生物接触氧化法 第五节 生物膜法的进展
1893年，英国Corbett在Salford创建了第一个具有喷嘴布水装置
的生物滤池，比活性污泥法早20年。
生物膜法是对污水土地净化机理的模拟和强化。 近年来，生物膜法工艺发展迅速，形成了：生物滤池（普通生 物滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池）、生物转盘、生物
滤床及池体
布水设备
排水系统
滤床及池体
滤床由滤料组成。滤料是微生物生长栖息的场所，理想的滤料应
具备下述特性：①能为微生物附着提供大量的面积（即大的比表 面积）；②使污水以液膜状态流过生物膜；③有足够的空隙率， 保证通风（即保证氧的供给）和使脱落的生物膜能随水流出滤池； ④不被微生物分解，也不抑制微生物的生长，有较好的化学稳定 性；⑤有一定的机械强度；⑥价格低。
滤料：波纹板式、管式、蜂窝式 布水系统：固定式喷嘴布水系统（小型塔式生物滤池） 旋转布水器（大中型塔式生物滤池） 通风系统：①自然通风方式 塔底距填料承托格栅0.4~0.6m，周围设通风孔 通风孔有效面积不小于滤池面积的7.5~10% ②鼓风机通风 塔式生物滤池的容积负荷为10003000gBOD5/m3.d，是高负荷生 物滤池的2~3倍；表面水力负荷为80200 m3/m2.d，是高负荷生物 滤池的2~10倍. 优点：占地面积大大缩小，耐水质水量变化。 缺点：污水需抽提，运行费用高，管理不便。
影响生物滤池性能的主要因素—滤池高度
滤床上层，污水中有机 物浓度较高，微生物繁 殖速率高，种属较低级， 以细菌为主，生物膜量 较多，有机物去除速率 较高。
早期主要以碎石、卵石、炉渣、焦炭等为滤料，其直径在30～
80mm左右，空隙率45％～50％左右，比表面积（可附着面积）在 60～100m2/m3之间。
滤床高度同滤料的密度有密切关系
石质拳状滤料组成的滤床高度一般在1～2.5m之间。一方面是 由于孔隙率低，滤床过高会影响通风；另一方面由于太重，过 高会影响排水系统和滤池基础结构。 塑料滤料每立方米仅重100kg左右，空隙率高达93％～95％，
降到25mg/L一下，硝酸盐含量在10mg/L左右，出水水质稳定。 缺点：占地面积大，灰蝇很多，影响环境卫生
2.高负荷生物滤池
交替配水二级 生物滤池法
运行时，滤池是串连工作的。
工作一段时间后，一级生物滤池因表面生物膜的累积，即将出 现堵塞，改作二级生物滤池，而原来的二级生物滤池则改作一 级生物滤池。 交替式二级生物滤池法解决了简单二级串联运行时，一级滤池 负荷率高，二级滤池负荷率低的不平衡问题。
滤池蝇： 生物滤池中的代表性昆虫，以微生物及生物膜为食料；
可抑制生物膜的过度增长，使生物膜疏松，促使生物膜脱落， 保持生物膜活性，防止滤床堵塞。(影响环境卫生状况)
出现在生物膜反应器表层，对污水净化作用不大，是食物链 的高端。
生物膜反应器内生物相的分层分布特征
生物滤池中： 从滤床上层往下层，生物膜中的微生物从低级趋向高级，种 类逐渐增多，但个体数量减少。 上层，进水中营养丰富，微生物以菌胶团为主，繁殖快，膜 厚； 中层，水中污染物浓度下降，出现丝状菌、原生动物、后生 动物，膜变薄； 下层，水中污染物消耗殆尽，生物相以原生动物和后生动物 为主，膜更薄。 出水水质越好，上下层生态条件相差越大，分层越明显。 若分层不明显，处理效果肯定不好！
I级 滤池
回流水 中沉池
II级 滤池
二沉池
原污水 浓度过 高，处 理水质 要求较 高时， 串联两 级高负 荷生物 滤池
回流污泥 回流水 初沉池
I级 滤池
回流水
II级 滤池
二沉池 回流污泥
3. 塔式生物滤池
池体： 高8~12m 直径1~3.5m 径高比1:6~1:8 塔身+滤料+布水系统+ 通风系统+排水系统 塔身分层，层间格栅承托 层高不大于2m
污水处理的生物膜： 附着生长在惰性载体表面，含微生物及其产生的胞外多聚物 和吸附在微生物表面的无机及有机物组成，有较强吸附降解性能 的结构。
提供微生物附着生长的惰性载体称滤料或填料。
生物膜具有有高度亲水性； 外侧紧邻一层附着水层； 生物膜内微生物高度密集。
生物膜外侧与附着水层和流
动水层相接，有水中溶解氧 透入，是好氧性膜。代谢产 物为H2O、CO2等。
生物膜增殖变厚，内侧深部很
难透入氧，形成厌氧性膜。代 谢产物为有机酸、醇、H2S等
生物膜增殖增厚，底层微生物 得不到有机物营养而失去活性， 生物膜脱落，滤料表面生长新 的生物膜。
(二)生物膜的组成
生物膜的组成
细菌（好氧、 厌氧、兼性）
真 菌
原生 动物
后生 动物
一些肉眼可见的蠕 虫、昆虫的幼虫
藻 类
滤床高度不但可以提高，而且可以采用双层或多层构造。
国外一般采用双层滤床，高7m左右；国内常采用多层的“塔 式”结构，高度在10m以上。 滤床四周，一般设池壁，池壁起围护滤料，减少污水的飞溅 的作用。常用砖、石或混凝土块砌筑。
两种常见的新型塑料滤料
国内目前采用的玻璃钢蜂窝状块状滤料，孔心间距在20mm左右， 空隙率95％左右，比表面积在200m2/m3左右。
三、生物膜法污水处理的特征
(一)微生物方面的特征
(1) 微生物种类多样化：
① 相对安静稳定环境；② SRT相对较长；③ 丝状菌也可以 大量生长，无污泥膨胀之虞；④ 线虫类、轮虫类等微型动物出 现的频率较高；⑤ 藻类、甚至昆虫类也会出现；⑥ 生物膜上的 微生物生态系统：类型广泛、种属繁多、食物链长且复杂。 (2) 生物膜上微生物的食物链较长： ① 动物性营养者所占比例较大，微型动物的存活率较高；② 食物链长；③ 污泥产量少于活性污泥系统(仅为1/4左右)。 (3) 能够存活世代时间较长的微生物有利于硝化作用的进行。
液相中悬浮微生物
没有附着的微生物
微生物向载体表面运送
可逆附着
不可逆附着
附着微生物生长，形成生物膜
Characklis的生物膜形成机制： ⑴ 水中的微生物向载体表面运送（主动运送：水力学作用和浓 度差扩散；被动运送：微生物运动和沉降作用），部分被吸附 在载体表面，形成被微生物改良的载体表面；部分没有附着在 载体表面； ⑵ 水中的微生物细胞在改良的载体表面形成吸附—解吸的可逆 附着过程； ⑶ 部分细胞消耗水中的底物和营养物质进行新陈代谢，产生胞 外多聚物使得细胞之间紧密结合，使自身与载体表面不可逆附 着，逐渐积累成为微生物群落；
6.pH
生物膜法对pH变化有一定适应能力。
pH变化幅度过大，也会影响处理效率。此时应在生物膜反 应器前设置调节池，调节进水pH 。
7.温度
生物膜的适宜温度为5~40℃ 。 严寒地区，生物滤池应建于有保温措施的室内。
8.有毒物质
酸、碱、重金属、有毒有机物会抑制或杀死微生物，发生生 物膜大量脱落的现象 。
固定式喷嘴 布水系统 布水管在滤 池表面以下 0.5~0.8m 竖管伸出滤 池表面以上 0.15~0.2m
回转式 布水器
布水横管在 滤池表面以 上0.15~0.25m
排 水 系 统
收集并排出滤床流出的污水和生物膜
作 用
保证通风 支撑滤料 排水假底 支撑滤料、排出污水、通入空气， 孔隙面积不低于滤池表面积的5~8%
4.影响生物滤池性能的主要因素
生物滤池中有机物的降解过程
有机物在 污水和生 物膜中的 传质过程
有机物的 好氧和厌 氧代谢过 程
氧在污水 和生物膜 中的传质 过程
生物膜的 生长和脱 落等过程
这些过程的发生和发展决定了生物滤池净化 污水的性能。影响这些过程的主要因素如下 滤池高度 负 荷 率 回 流 供 氧
3.有机负荷及水力负荷
有机负荷：单位容积滤床单位时间处理的有机物量，
kgBOD5/m3· d； 水力负荷：单位滤床表面积单位时间处理的有机物量， kgBOD5/m2· d。 有机负荷与水力负荷的相关性：有机负荷高，需增加水力冲 刷强度，以利于生物膜及时脱落，相应的水力负荷也高。（表131可见此规律）
回流水
初沉池
生物 滤池
回流污泥
二沉池
回流水
初沉池
生物 滤池
回流污泥
二沉池
单级高负荷
生物滤池
回流水回流污泥来自初沉池回流水生物 滤池