生物膜法原理与应用

有机有负机荷负率荷：率以：B以OBDO5为D5准为，准k，g（kgB（OBDO5或D5特或定特污定染污物染质物） /质m）3·d/（。m3·d）。
由于生物滤池的作用是去除污水中有机物或特定污染 物，因此，它的负荷率通常以有机物或特定污染物质为准 较合理。
影响生物滤池性能的主要因素——负 荷 率
在低负荷条件下，随着滤率的提高，污水中有机物的传 质速率加快，生物膜量增多，滤床特别是它的表面很容易堵 塞。
（2）提高滤率有利于防止产生灰蝇和减少恶臭；
（3）当进水缺氧、腐化、缺少营养元素或含有有害物 质时，回流可改善进水的腐化状况、提供营养元素和降低毒 物质浓度；
（4）进水的质和量有波动时，回流有调节和稳定进水的 作用。
影响生物滤池性能的主要因素——供 氧
生物滤池中，微生物所需的氧一般直接来自大气，靠自然通 风供给。
回转式布水器的中央是一根 空心的立柱，底端与设在池 底下面的进水管衔接。其所 需水头在0.6～1.5m左右。
固定式喷嘴 布水系统
固定式布水系统是由虹吸装 置、馈水池、布水管道和喷嘴 组成。这类布水系统需要较大 的水头，约在2m左右。
脉冲式生物滤池配水系统
排水系统
收集滤床流出的污水与生物膜 作
由于微生物的不断繁殖，生物膜不断加厚，超过一定厚度后，吸附有机物 在传递到生物膜内层的微生物以前，已被代谢掉。此时，内层微生物因得不 到充分的营养而进入内源代谢，失去其黏附在滤料上的性质，脱落下来随水 流出滤池，滤料表面再重新长出新的生物膜。
生物膜的组成
细菌（好氧、 真 藻类 原生 后生 一些肉眼可见的蠕
交替式二级生物滤池法的流程
运行时，滤池是串联工作的，污水经初步沉淀后进入一级生物 滤池，出水经相应的中间沉淀池去除残膜后用泵送入二级生物滤 池，二级生物滤池的出水经过沉淀后排出污水厂。
工作一段时间后，一级生物滤池因表面生物膜累积，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。
生物滤池的一个主要优点是运行简单，因此，适用于小 城镇和边远地区。
生物滤池 机理
生物滤池的工作情况 挂膜
污水通过布水设备连续地、均匀地喷洒到滤床表面上， 在重力作用下，污水以水滴的形式向下渗沥，或以波状薄膜 的形式向下渗流。最后，污水到达排水系统，流出滤池。
污水流过滤床时，有一部分污水、污染物和细菌附着在 滤料表面上，微生物便在滤料表面大量繁殖，不久，形成一 层充满微生物的黏膜，称为生物膜。这个起始阶段称为挂膜， 是生物滤池的成熟期。
qv——污水日平均流量，m3/d，采用回流式生物滤池时， 此项应为qv(1+r)，回流比r可根据经验确定；
N——有机负荷率， kg BOD5/（m3·d）。
滤池个数和滤床尺寸的确定
计算滤床总体积（V）时，应注意下述问题： 计算时采用的负荷率应与设计处理的效率相应。通常，负荷 率是影响处理效果的主要因素，两者常相提并论。 下表所示数据是城市污水一般经验的概括。
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 同时发生着多过程
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有：
滤池高度 负 荷 率 回 流 供 氧
根据计算结合经验确定。
在滤床的总体积和高度确定后，滤床的总面积可以算出。 当总面积不大时，可采用2个滤池。
目前生物滤池的最大直径为60m，通常是在35m以下。
最后应该核算滤速，看它是否合理。回流生物滤池池深浅， 滤速一般不超过30m/d，其滤率的确定与进水BOD5有关， 如下表所示。
在高负荷条件下，随着滤率的提高，污水在生物滤床中停 留的时间缩短，出水水质将相应下降。
影响生物滤池性能的主要因素——回 流
回流——利用污水厂的出水或生物滤池出水稀释进水的 做法称回流，回流水量与进水量之比叫回流比。
回流对生物滤池性能的影响：
（1）回流可提高生物滤池的滤率，它是使生物滤池负 荷率由低变高的方法之一；
生物膜法的 主要设施
生物滤池
生物滤池法的流程
建设中的生物滤池
典型的生物滤池的构造
滤床
布水设备
排水系统
滤床
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；
(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；
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，孔隙率95％左右，比表面积在200m2/m3左右。
滤料比表面积在98～340m2/m3 滤料比表面积在81～195m2/m3
之间，孔隙率为93％～95％
之间，孔隙率为93％～95％
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。
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。
微生物生长繁殖——生物膜厚度增 大——底物和氧传递阻力加大—— 膜内营养不足——出现厌氧层—— 厌氧层产气+膜的附着力减小+水力 冲刷——膜脱落——新的膜生长
生物滤池系统的功能设计
滤池类型和 流程选择
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二次沉淀池的形 式、个数和工艺 尺寸的确定
滤池个数和 滤床尺寸的 确定
布水设备的计算
滤池类型的选择
低负荷生物滤池现 在已经基本上不常用， 仅在污水量小、地区比 较偏僻、石料不贵的场 合尚有可能使用。
大多采用高负荷生物滤池 两种类型
回流式 塔式（多层式）
滤池类型的选择，只有通过方案的比较，才能得出 合理的结论。
生物膜法
内容： 生物滤池 生物转盘 目的与要求： 掌握生物膜法原理 掌握生物滤池的工艺原理
一、 生物膜法
生物膜——微生物（真核）附着在滤料或某些载体 表面上生长繁殖，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→间氧→厌氧的） 生物膜系统而得到净化的生物处理技术。
影响生物滤池性能的主要因素——滤池高度
滤床的上层和下层相比,
滤床上层,污水中
生物膜量、微生物种类和去
有机物浓度较高,微
除有机物的速率均不相同。
生物繁殖速率高,种
滤
属较低级,以细菌为
主,生物膜量较多,有
机物去除速率较高。
滤床中的这一递变现象，
类似污染河流在自净过程中
床
的生物递变。
随着滤床深度增 加,微生物从低级趋 向高级，种类逐渐 增多,生物膜量从多 到少。
生物滤池 机理
生物滤池的工作情况
污水流过成熟滤床时，污水中的有机污染物被生物膜中的微生物吸附、降解， 从而得到净化。
生物膜表层生长的是好氧和兼性微生物，其厚度约2mm。在这里，有机污 染物经微生物好氧代谢而降解，终点产物是H2O、CO2、NH3等。
由于氧在生物膜表层已耗尽, 生物膜内层的微生物处于厌氧状态。在这里, 进行的是有机物的厌氧代谢, 终点产物是有机酸, 乙醇、醛和H2S等。
塑料滤料每立方米质量仅为100kg左右，孔隙率高达 93％～95％，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。
布水设备
设置目的
为了使污水能均匀地分布在整个滤床表面上 生物滤池的布水设备分为两类
移动式（常用回 转式）布水器
85~95 75~90 65~85
影响处理效果的因素很多，除负荷率之外，主要的还有污水的 浓度、水质、温度、滤料特性和滤床的高度。对于回流滤池，则 还有回流比。 没有经验可以援用的工业废水，应经过试验，确定其设计的负 荷率。试验性生物滤池的滤料和滤床高度应与设计相一致。
滤池个数和滤床尺寸的确定
（2）滤床高度的确定
入流有机物浓度较高，可能引起 供氧不足时；
水量很小，无法维持水力负荷率 在最小经验值以下时；
污水中某种污染物在高浓度时， 可能抑制微生物生长的情况下。
滤池个数和滤床尺寸的确定
⑴滤床总体积（V）
V S0 qV 103
N
式中：V——滤床总体积，m3；
ρs0——污水进滤池前的BOD5平均值，mg/L；
交替式二级生物滤池法比并联流程负荷率可提高两三倍。
回流式二级生物滤池法的流程
国外的运行经验表明，在处理城 市污水时，回流式生物滤池的处理 效率大致如下：
单级滤池法 当滤池负荷率在1.7kg （BOD5）/(m3·d)(滤料)以下时，出水的 BOD5约为滤池进水的 BOD5的1/3。
二级滤池法 二沉池的出水的BOD5为二 级池进水BOD5的1/2；如果一级滤池的 进水不经沉淀直接流向二级滤池，则一 级滤池出水的BOD5为进水BOD5的1/2。
集水沟要有充分的高度，并在任何时候不会漫 流，确保空气能在水面上畅通无阻，使滤池中空 隙充满空气。
生物滤池法的流程
低负荷生物滤池又称普通生物滤池。 优点：处理效果好，BOD5的去除率可达90％以上，出 水 BOD5可下降到25mg/L以下，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。
影响生物滤池通风的主要因素是滤床自然拔风和风速。
自然拔风的推动力是池内温度与气温之差以及滤池的高度。
温度差越大，通风条件越好； 当水温较低，滤池内的温度低于水温时（夏季），池 内气流向下流动； 当水温较高，池内温度高于气温时（冬季），气流向 上流动； 若池内外无温度差，则停止通风； 正常运行的生物滤池，自然通风可以提供生物降解所 需的氧量，自然通风不能满足时，应考虑强制通风。
占地面积，基建费用和运行费用的比较，常起关键 作用。
流程的选择
确定流程时要解决的问题
是否设初次沉淀池
采用几级滤池
是否采用回流，回流 方式和回流比的确定
当废水含悬浮 物较多，采用拳 状滤料时,须有初 次沉淀池,以避免 生物滤池阻塞。 处理城市污水时, 一般都设置初次 沉淀池。
下述三种情况应考虑用二次沉淀 池出水回流：
保证通风 用
支撑滤料
池底排水系统的组成
排水假底 池底
集水沟
排水假底是用特制砌块或栅板铺成，滤料堆 在假底上面。假底空隙率不小于滤池面积5％～ 8％，高于池底0.4～0.6m。
池底除支撑滤料外，还要排泄滤床上的来水， 池底中心轴线上设有集水沟，两侧底面向集水沟 倾斜，池底和集水沟的坡度约1％～2％。
当滤床各层的进水水质 互不相同时,各层生物膜的 微生物就不相同,处理污水 的功能也随之不同。
影响生物滤池性能的主要因素——滤池高度
影响生物滤池性能的主要因素——负 荷 率
生物滤池的负荷率有三种表达形式：
水力负荷率：以流量为准，m3(水)/m3(滤料) ·d 。
表面水力负荷率：m3（水）/（m2·d），又称平均滤 率， m/d 。
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。
生物膜法是对污水土地的模拟和强化。
生物膜法主要用于从污水中去除溶解性有机污染物，是一种 被广泛采用的生物处理方法。
生物膜法的主要优点是对水质、水量变化的适应性较强。
生物膜法的共同特点是微生物附着在介质“滤料”表面上， 形成生物膜，污水同生物膜接触后，溶解的有机污染物被微生 物吸附转化为H2O、CO2、NH3和微生物细胞物质，污水得到 净化，所需氧气一般来自大气。
厌氧、兼性） 菌
动物 动物 虫、昆虫的幼虫
生物膜脱落原因
低负荷滤池：原因复杂，昆 虫及其幼虫的活动促使生物 膜脱落。
高负荷滤池：水力冲刷使生 物膜不断脱落，生物膜厚度 与滤率大小有关。
有机物转化深度
低负荷滤池：有机物被深度 转化，出水中硝酸盐含量较 高，残膜呈深棕色，类似腐 殖质，沉淀性能较好。
高负荷滤池：只有在负荷率 较低时，出水才含有较低的 硝酸盐，残膜易腐化。
(4)不被微生物分解, 也不抑制微生物的生长，有较好的化学性能； (5)有一定的机械强度；
(6)价格低廉。
滤料粒径并非越小越好，会造成堵塞，影响通风。早期主要以拳状 碎石为滤料，其直径在3～8cm左右，空隙率在45％～50％左右，比表 面积（可附着面积）在65～100m2/m3之间。
两种常见的塑料滤料