第三章 固定床生物处理技术

第三章固定床生物处理技术

3.1 概述

利用微生物在固体表面的附着生长（Attached Growth）对废水进行生物处理的技术，在传统上称为生物膜法，主要包括生物滤池、生物转盘、生物接触氧化法、生物流化床法等。生物膜法的基本原理就是通过废水与生物膜的相对运动，使废水与生物膜接触，进行固液两相的物质交换，并在膜内进行有机物的生物氧化，使废水获得净化。同时，生物膜内微生物不断得以生长和繁殖。与微生物悬浮生长的活性污泥法相比，生物膜法具有许多明显的优点。主要表现在：

(1) 由于存在许多生长繁殖速度缓慢的硝化细菌，因此具有较高的脱氮能力；

(2) 生物膜中存在的微生物具有多样性，包括好氧菌、厌氧菌、真菌和藻类等，使其在去除污染物方面具有广谱性；

(3) 大量微生物生长和占据了整个反应器的空间，单位体积生物量远比活性污泥法为高，因此单位处理能力巨大；

(4) 膜法中的食物链比活性污泥法长，产生的污泥大都被生物所消耗，因此剩余污泥量很少；

(5) 系统操作维护方便，能耗低，无需污泥回流；

(6) 因系统的微生态复杂，对水力和有机负荷变化的承受能力强，操作运行稳定。

目前，膜法已不仅是一种好氧处理技术，相继出现了厌氧滤池、厌氧生物流化床等；而且，在反应器型式、膜支承材料种类和结构、操作运转方式等方面都有较大发展。从反应器的型式考虑，生物流化床技术已经发展成为废水生物处理的重要分支，因

此放在下一章专门讨论，本章将重点讨论属于生物膜法的各种新型固定床附着生长技术。

固定床附着生长系统依据为微生物附着所提供的材料和填充形式不同，可分为填充床、软性填料床、网式或笼式床生物反应器、旋转盘片式生物反应器等。例如，普通生物滤池常采用碎石、焦炭、塑料滤料等各种填料，而塔式生物滤池则常用蜂窝状填料或鲍尔环等各种化工用填料。依据运行方式还可将固定床附着生长系统分为完全浸没式和半浸没式生物反应器。例如，软性填料床生物反应器都属于完全浸没式，而生物转盘常采用半浸没式。另外，依据对污染物的去除机理不同，还可分为好氧附着生长系统和厌氧附着生长系统。表3-1为几种常规的固定床附着生长系统的特点和主要设计参数。

3.2 生物滤池及其发展

3.2.1 干床生物滤池（dry bed filtration）

干床生物滤池最早出现在本世纪初，一直被应用在饮用水的

净化方面。联邦德国的一家食品公司，在1976年首次将干床生物滤池用于处理食品废水。1985年用于造纸废水，1987年开始应用于城市污水的处理。所谓干床是相对于完全浸没式而言的，该工艺要求废水从滤池的上部通过布水器滴洒到床层，同时在床层底部用引风机吸入空气，以确保整个滤床与空气接触而供氧，强化生物膜的同化作用。干床生物滤池通常为双层填料，再加上底部的承托层，共有三层构成。图3-1为典型干床生物滤池的结构和流程。

图3-1 干床生物滤池结构与流程

该系统主要由滤池、进水泵、反冲洗泵、引风机、鼓风机、集水池等构成。当生物滤池总高度为3.5m时，各层填充高度分别为：承托层0.25m，碎石粒径4.0~12.0mm；下层0.55m，石英砂粒径1.5~2.2mm；上层1.0m，膨胀板岩粒径2.5~4.0mm。滤池上

部设有布水器，下部为空段。

填料性质对生物滤池的性能有重要影响，不同填料具有不同的表面结构，因而为微生物提供不同的生长空间。生物膜的性质可能因填料的表面结构（是否多孔）而发生变化，进而影响对基质的去除能力。表3-2为几种常用填料的性能参数。其中，无烟煤、玄武岩、石英砂不需人工处理或仅需机械破碎，而褐煤焦、石油焦、膨胀板岩和烧结玻璃则需经热处理后筛分得到。

随着过滤时间的增加，废水中悬浮物质造成滤池压损增大，达到某一临界值时，必须对滤池进行反冲洗。反冲洗速度应足够高到能将悬浮颗粒物从滤池中洗出，但确定该值时应考虑两种情况。当床层为单一均质填料时，反冲洗速度至少应达到填充粒料的临界流化速度；但对于双层或多层干床生物滤池，必须考虑的问题是不能因反冲洗而破坏原有的层状结构。目前，尚没有通用的确定反冲洗速度的规则，大多通过试验来确定。图3-2为无烟煤(∅2.5~4.0mm)和玄武岩(∅1.4~2.2)两种填料在敞开和覆盖情况下，其膨胀比随反冲洗速度的变化。试验表明，床层膨胀15~20%时所对应的反冲洗速度为最佳适用范围。

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膨胀率%

反冲洗速率

图3-2 填料膨胀行为随反冲洗速度的变化

某污水处理厂采用图3-1所示的干床生物滤池系统，对城市污水进行二级生化处理，获得比较满意的出水水质，这是其它过滤方法所无法达到的，表3-3给出其实际运行结果。在平均过滤速度2.2m/h 条件下，悬浮物质的去除率平均为77%，与其它过滤法相近。由于填料表面为繁殖速度缓慢的难降解有机物的专性菌提供了场所，并且膜内部的确存在着需氧区和厌氧区，因此对难降解有机物和氨氮有较好的去除效率，能够对一级生化的出水做补充性降解。平均去除率为COD39%，BOD54%，氨氮51%，出水水质可达到排放标准。

3.2.2 浸没式生物滤池

浸没式生物滤池在结构上类似于常规的快速砂滤池，不同之处是所用填料较粗，进水方式分为下流和上流两种，并从滤床底部鼓入空气，为好氧生物处理提供氧源。颗粒状填料既可截留废水中的悬浮固体，又为生物膜提供附着生长的表面，因此属于好氧生物降解法与过滤技术的结合。图3-3为下流浸没式生物滤池的流程示意。

图3-3 浸没式生物滤池系统

下流浸没式填充床是由床顶部进水，并保持一定液位。由于悬浮物质在床顶的聚集，因此一般不设布水器。从床底部的曝气，造成水流与空气的逆流接触，再加上水压作用，致使该系统具有较高的氧传递速率。另外，设有的反冲洗装置用于洗出一定时间内积累的悬浮物质。填料粒径为3~6mm，填充高度在1.5~2.5m，下设0.25~0.35m承托层。反冲洗周期由压损决定，反冲洗速度与普通砂滤池相似，通过试验确定。

用生物滤池法处理城市污水的工艺流程如图3-4所示，为降低负荷，前面设有絮凝和斜板沉降等预处理装置。通过投加FeCl3絮凝剂，使总COD去除约70%，过滤液COD去除40%，总悬浮