第13章+污水的好氧生物处理——生物膜法

4、供氧
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1、滤池高度
滤池的上层和下层相比，生物膜量、微生物种类和去 除有机物的速率均不相同。 滤床上层，污水中有机物浓度较高，微生物繁殖速率 高，以细菌为主，生物膜量较多，有机物去除速率较高。 随着滤床深度增加，微生物从低级趋向高级，种类逐渐增 多，生物膜量由多到少。有机物去除率沿池深方向呈指数 形式下降。 研究表明，生物滤池的处理效率，在一定条件下是随 着滤床高度增加而增加，在滤池高度超过某一数值后，处 理效率的提高是微不足道，不经济的。 水污染控制工程
生物滤池 生物转盘
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(2) 浸渍式生物膜法
生物膜载体完全浸没在水中，通过 鼓风曝气供氧。
载体固定—— 生物接触氧化法 载体流化—— 生物流化床
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三、生物膜法基本原理
1、基本原理
使废水与生物膜接触，进行固、液 相的物质交换，利用膜内微生物将有机 物氧化，使废水获得净化，同时，生物 膜内微生物不断生长与繁殖。
2、负荷率
在其他条件不变的情况下，有机负荷率高，降解速度 快，去除率低，出水水质变差，生物膜增殖快，易堵塞， 但滤池体积变小，投资运行费用降低。
水力负荷在低值范围内增大时，有机负荷也随之增大， 生物膜增厚，去除率下降，但仍能保持在较高水平；冲刷 作用虽增大，但仍然很小。水力负荷提高到一定程度后， 水力冲刷作用大大加强，增殖的生物膜被及时冲刷脱落， 即使进水浓度较高也不易发生堵塞。但此时由于接触时间 缩短，处理效率显著下降，出水水质变差。
一、生物膜法的发展沿革 生物膜法是污水生物处理主要技 术之一，它与活性污泥法并列，既是 古老的、又是发展中的污水好氧生物 处理技术。
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1893年，英国将污水在粗滤料 上喷洒进行净化试验取得了良好 的净化效果，第一个生物膜法处 理设施（生物滤池）开始问世， 1900年后开始付诸污水处理实践。
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2、生物膜在载体上的生长过程
当有机废水或由活性污泥悬浮液培养而成 的接种液流过载体时，水中的悬浮物及微生 物被吸附于固相表面上，其中的微生物利用 有机底物而生长繁殖，逐渐在载体表面形成 一层粘液状的生物膜。这层生物膜具有生物 化学活性，又进一步吸附、分解废水中呈悬 浮、胶体和溶解状态的污染物。
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交替式二级生物滤池中的滤池(I) 和(Ⅱ)为两个完全相同的普通生物 滤池或高负荷生物滤池，交替式运 行的总负荷率比并联运行提高2～3 倍。二级生物滤池处理效果好，处 理城市污水的BOD5去除率可达90％ 以上。
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(2) 回流式生物滤池
出水回流 生物 滤池 进水 初沉池 二沉池 出水
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(1) 交替式二级生物滤池
滤池串联工作，污水经初 沉淀后，进入生物滤池(I) （一级滤池），然后经中沉 淀后泵入生物滤池(Ⅱ)（二 级滤池），再经二次沉淀后 排放。一级滤池(I)生物膜逐 渐增厚，即将被堵塞时改作 二级滤池，而将原二级滤池 (Ⅱ)改成一级滤池。如此交 替循环，以保证系统的正常 运行。
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为了达到处理目的，有机负 荷率不能超过生物膜的分解能力。
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(1) 水力负荷
(2) 有机负荷率
(3) 毒物负荷
单位滤料每天承受的毒 物量，以N1表示，单位为 kg(毒物)/m3(滤料)· d。
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表13-1 城市污水生物滤池的负荷率
生物滤池 类型 低负荷滤池 回流式 塔滤 BOD5负荷率 水力负荷率 /[kg/(m3· d)] /[m3/(m2· d)] 0.15～0.30 <1.2 1.0～3.0 1～3 <10～30 80～200 处理效率/% 85～95 75～90 65～85
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5、微生物膜的更新
(1) 厌氧膜的出现
① 生物膜厚度不断增加，氧气不能透入的 内部深处将转变为厌氧状态； ② 成熟的生物膜一般都由厌氧膜和好氧膜 组成； ③ 好氧膜是有机物降解的主要场所，一般 厚度为2mm。
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(2) 厌氧膜的加厚
① 厌氧的代谢产物增多，导致厌氧膜与好 氧膜之间的平衡被破坏； ② 气态产物的不断逸出，减弱了生物膜在 填料上的附着能力； ③ 成为老化生物膜，其净化功能较差，且 易于脱落。
§13-3 生物滤池
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一、生物滤池简介 生物滤池是最早的生物膜法反应池。
生物滤池中，废水通过布水器均匀地 分布在滤池表面，滤池中填满了石子等 填料(一般称之为滤料)，废水沿着滤料 的空隙从上向下流动到池底，通过集水 沟、排水渠，流出池外。
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二、生物滤池的分类 1、负荷率 2、生物滤池的分类
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3、回流 回流对生物滤池的有利影响 不利影响
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回流对生物滤池的有利影响
(1)促使生物膜脱落：回流使水力负荷加大，冲刷作用增强，生 物膜被冲刷脱落，即使有机负荷率较高也不会发生堵塞。
(2)改善卫生状况：提高水力负荷率，可防止灰蝇生长和恶臭。
(3)改善进水水质：回流水中含DO和营养元素，能提高进水的DO 浓度，补充营养，稀释有毒物质，改善进水水质。
旋转布水器适用于圆形或多边形生物滤池，主要由进水竖 管和可转动的布水横管组成，固定的竖管通过轴承和配水短 管联系，配水短管连接布水横管，并一起旋转。为使每孔的 洒水服务面积相等，靠近池中心的孔间距应较大，靠近池边 的孔间距应较小。当布水孔向外喷水时，在反作用力推动下 布水横管旋转。 水污染控制工程
(5) 排水系统
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3、供氧
在填充式生物膜法设备中常采用自然通 风或强制自然通风供氧。氧透入生物膜的 深度取决于它在膜中的扩散系数，固-液界 面处氧的浓度和膜内微生物的氧利用率。
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4、生物膜中物质传递过程
由于生物膜的吸附作用， 在膜的表面存在一个很薄的 水层(附着水层)。废水流过 生物膜时，有机物经附着水 层向膜内扩散。膜内微生物 在氧的参加下对有机物进行 分解和机体新陈代谢。代谢 产物沿底物扩散相反的方向， 从生物膜传递返回水相和空 气中。
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50年代，在德国建造了塔式生物滤池。 60年代出现生物转盘。
70年代初期，出现了生物流化床。
生物活性炭法是近年来发展起来的一种 新型水处理工艺 。
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二、生物膜法分类
按生物膜与废水的接触方式 不同，可分为填充式和浸渍式 2类。
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(1) 填充式生物膜法
废水与空气沿固定的填料或转动的 盘片表面流过，与其上生长的生物膜接 触，典型设备有：
a
出水回流
剩余污泥
进水
初沉池
生物 滤池
二沉池
出水 剩余污泥
b
出水回流1 一级 滤池 出水回流2 二级 滤池
进水
初沉池
二沉池
出水
c
出水回流1 一级 滤池 出水回流2 二级 滤池 出水
回流式生物滤 池法有一级和二 级串联2种流程。 图中，按(a)、 (b)、(c) 、(d) 顺序，去除效率 依次升高。
进水
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(1) 水力负荷
单位面积的滤池 或单位体积的滤料 每天处理的废水量。
(2) 有机负荷
(3) 毒物负荷
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(1) 水力负荷
水力表面负荷qF
水力体积负荷qV
(2) 有机负荷率
(3) 毒物负荷
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(1) 水力负荷
(2) 有机负荷率
(3) 毒物负荷
单位时间供给单位 体积滤料的BOD量， 以N表示，单位 kg(BOD5)/m3(滤料)· d。
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(3) 生物膜的更新
① 老化膜脱落，新生生物膜又会生长起来； ② 新生生物膜的净化功能较强。
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6、好氧生物膜的结构
微生物相是分层的。若把生物滤池分上、中、 下三层，则：
上层营养物浓度高，生长的大多是细菌，还有少量鞭毛虫。 中层微生物除得到废水中的营养外，还有上层微生物的 代谢产物，微生物的种类比上层稍多，有菌胶团、球衣菌、 鞭毛虫、变形虫、豆形虫、肾形虫等。 下层因有机物浓度低，低分子的有机物较多，其微生物 种类更多，除菌胶团、球衣菌外，还有以钟虫为主的固着 型纤毛虫和少数游泳型纤毛虫。 水污染控制工程
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(2) 池壁
生物滤池池壁作用：围挡滤料，防止污水飞溅， 防止风力对池表面均匀布水的影响。一些滤池的池 壁上带有许多空洞，用以促进滤层内部通风。
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பைடு நூலகம்
(3) 池底
池底包括支承渗水结构、底部空间、 排水系统、排水口和通风口等。 底部空间的作用是通风和布气。对于 面积较大的滤池，底部空间应适当加高 一些，以增大通风量，并使气流均匀地 进入滤料层。
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(4) 布水系统
布水装置设在填料层的上方，用以均匀喷洒废水。 其作用是在规定的表面负荷下，将废水均匀分配到整 个滤池表面上。早期使用的布水装置是间歇喷淋式的。 目前广泛采用的连续式布水装置是旋转布水器。
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布水横管一 般为2～4根，横 管中心高出滤层 表面0.15～ 0.25m，横管沿 一侧的水平方向 开设有直径10～ 15mm的布水孔。
第13章 污水的好氧生物处理
——生物膜法
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§13-1 废水生化处理总论
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一、生物处理法 生物处理是利用微生物能很强地 分解氧化有机物的功能，并采取一定 的人工措施，创造出一种可控制的环 境，使微生物大量生长、繁殖，以提 高其分解氧化有机物效率的一种废水 处理方法。
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包括：池子底面 及开设于其上的沟 渠。
作用：排除废水，
支承滤料，保证 通风。
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