第十三章_生物膜法

生物膜经常性地脱落：主要由于水力冲刷 为保证高负荷、出水水质好，采用回流的运行方式(一般回流 后的进水BOD5<200g · L-1;) 二级生物滤池：提高处理效率； 两个高负荷生物滤池串连(图13-10c、d) ，第二级池中有硝酸盐 和DO； 交替式二级生物滤池(图13-9)

回 流rQ 进水 初沉池 Q(1+r) 生物滤池 L1 二沉池 出水
----
三、生物滤池法的工艺流程 初沉池＋生物滤池＋二沉池
a. 普通生物滤池(低负荷生物滤池、滴滤池)

水力负荷q低：1～5m3· (m2滤料· d) -1 有机物滤料负荷qF低： 100～300mgBOD5· (m3滤料· d) -1 BOD5去除率高：85～90％；出水水质好,BOD5 <20~30mg· L-1;
图13-1 生物膜的基本结构

净化有机物的过程（图13-1）
有机物的扩散、氧的扩散（传质）； 有机物的吸附；有机物的氧化分解(好氧分解)； 好氧代谢产物扩散； 厌氧层的厌氧代谢(厌氧分解) ； 厌氧代谢的产物如有机酸的扩散； 生物膜的生长和脱落
活性污泥和生物膜的比较
相同点：
1. 主要利用好氧微生物吸附、氧化降解有机物； 2. 微生物以细菌为主； 3. 微生物中原生动物和后生动物的存在说明系统运行正常， 能改善出水水质；
BOD去除效率 85～95
80～90
80～90
85～0
85～90
三、生物膜法污水处理工艺特征
与传统活性污泥法相比较，生物膜法的特点：抗冲击负荷、剩余 污泥量少、操作方便；适合中小型污水处理厂采用。
微生物特征：


微生物种类丰富、量多、食物链长； 微生物中存在世代时间较长的菌种，有利于不同功能的优势菌 群分段运行； 对水质、水量的变化有较强的适应性； 可用于低浓度污水的处理； 剩余污泥量少； 运行管理方便：无污泥回流、无需调节反应器内污泥浓度、无 丝状菌膨胀的危险； 需预处理：设初沉等为了①去除原水中悬浮物以免堵塞滤料； ②水质均化。 需设二沉池截留脱落的生物膜
不同点:
1. 丝状菌的大量繁殖使生物膜具有立体结构，能疏松生物膜， 有利于提高污染物的去除效果；而在活性污泥中则会对系 统构成威胁， 2. 生物膜中原生动物和后生动物比活性污泥数量多，种类更 丰富； 且分层聚居，在水流的下层出现。
二、影响生物膜法污水处理效果的主要因素


进水底物的组分和浓度及其变化规律 营养物质 有机负荷和水力负荷 有机负荷：kgBOD5/[m3(滤料)· d]
水力负荷(滤率)： m3(污水) /[m2(滤料)· d] 有机负荷受到滤床性质的影响，即受到滤料性能的影响； 高的有机负荷，需要高的水力负荷； 在高负荷生物滤池中，提高滤率是改善生物滤池堵塞的常用措施； （表13-1） DO 生物膜量：厚度和密度与进水有机物浓度影响； pH 温度 有毒物质
慢
2. 负荷：集中反映生物滤池工作性能的参数。
（1）水力负荷： 表征生物滤池的接触时间和冲刷能力。
– 水力表面负荷：滤率/m3· (m2· d) -1 – 水力体积负荷/m3· (m3· d) -1
（2）有机负荷/ kgBOD5· (m3· d) -1: 每天供给单位体积滤料的有机物量， 表征F/M值 比较对象 普通生 高负荷生 塔式生 生物接触 生物转 物滤池 物滤池 物滤池 氧化池 盘 9~40 90~150 100～160 0.1～0.2 滤率(m/d) 1～ 5 0.1～0.3 0.5～1.5 1.0~2.5 2.5～4.0 有机负荷

采用拳状颗粒滤料，d＝3～8cm；工作H＝1.2～1.8m；
承脱层颗粒h＝0.2m；

滤料的总H＝1.5～2.0m<2.5m；
布水系统：固定式喷嘴布水系统； 有机物发生吸附、氧化、硝化作用：出水有DO和硝酸盐；二沉 池的污泥稳定、颜色深； 生物膜周期性脱落：主要由于膜老化和昆虫活动；

b. 有回流的高负荷生物滤池(图13-10)
表13-1 几种生物膜法工艺的负荷
比较对象 普通生 物滤池 高负荷 生物滤 池 塔式生 物滤池 生物接触 生物转 氧化池 盘
滤率(m/d)
1～5
9~40
90~150 100～160 0.1～0.2
有机负荷
(kgBOD5/m3 · d)-1
0.1～0.3 0.5～1.5 1.0~2.5 2.5～4.0
处理工艺特征：


四、生物膜法反应动力学介绍
13-2 生物滤池
一、概述
生物滤池是生物膜法的传统工艺。 分 类 负荷不同： 低负荷生物滤池：滤料为碎石、卵石、炉渣、焦炭； 高负荷生物滤池：采用处理水回流； 塔式生物滤池：采用性能改善的滤料；营养物、氧气和微生物 三者充分接触、水流紊动剧烈、通风条件好； 布水方式不同： 回转式布水；（图13-3 a） 固定喷嘴式布水；（图13-3 b）

水力负荷q高：9～40m3· (m2滤料· d) -1 有机负荷高：0.5～1.5gBOD5· (m3滤料· d) -1，在1.1左右
BOD5去除率：80～90％；出水BOD5 >30mg· L-1;

卵石或石英石滤料；H＝2～4m； 布水系统：旋转式布水系统；


出水无DO和硝酸盐；二沉池的污泥稳定性差，泥量大；


4. 供氧
（1） 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。 （2）入流有机物浓度较高时，供氧可能成为限制因 素：一般高负荷生物滤池保证进水COD<400mg· L-1。
表征生物滤池工作性能的参数
1. 有机负荷N/ kgBOD5· (m3· d) -1 N值高，滤池单位体积单位时间内去除的有机污染物多。 对于一定的有机污染物，所需要的滤池体积小。 2. 处理效果或出水水质 出水的有机物浓度、SS； 3. 处理效率E 如无回流，则指生物滤池的处理效率 如有回流，则指整个系统的处理效率
3. 排水系统：渗水装置、集水沟、排水渠；收集并 排出污水和生物膜，保证滤池通风，支承滤料；
几种滤料主要参数的比较
滤料种类 3~8cm的s 环状塑料 波纹板塑 玻璃钢蜂窝 石质滤料 滤料 料滤料 板（f=20） 200 比表面积A(m2/m3) 65～100 98～340 81～195 空隙滤P 密度(kg/m3) 45～50 1100~140 0 93～95 100 93～95 95
<9~40 0.5～1.5
90~150 2.5~4.0
缺点 优点
运行简单，耐冲击负荷强，生物膜在二沉池易分离
三、影响生物滤池的因素
1. 滤床高度H
位置不同，微生物种群不同； E在一定调节下，与H正相关，但在H超过一定值时，不 经济；
滤床位置 微生物种 类 生物膜量 去除速率
上层 低级 多 快
下层 高级 少




结 构：好氧层(0.5~1mm):好氧和兼性微生物，其中异养微 生物位于上层，自养微生物底层；厌氧层：厌氧分解；附着 水层；流动水层 组 成：细菌（好氧、厌氧、兼性）为主、真菌（包括丝状 菌）、藻类、原生动物、后生动物、蠕虫、昆虫的幼虫；上 层为低级食物链，下层为高级食物链。 作用：吸附、氧化分解； 生物分层：随着水流方向，微生物从低级到高级分布，种类 逐渐逐渐增多，个体数量减少；上层厚，下层厚度减小； 载体：填料或滤料、介质 生物膜培养：挂膜，过程为几天至几十天 生物膜生长速度的影响因素：有机负荷、水力负荷（滤率） 生物膜脱落：老化；昆虫活动；水力冲刷。
五、 生物滤池系统的功能设计
处理系统：生物滤池、二沉池、和初沉池、回流泵


1 滤池类型 2 流程选择
流程(1)是否设置初沉池；(2) 采用几级生物滤池；(3)是否 采用回流，回流方式和回流比的确定。

3 滤池个数和滤床尺寸确定
工艺设计内容：确定滤床总体积V，面积A，和高度h。

4 布水设备计算
滤池个数和滤床尺寸的确定

(1) 滤床总体积（V）
V
S 0Q
LV S 0Q Se Qr V 103 有回流时，回流量为 Qr LV S Q Qr 103 LV S 0 原水中有机物浓度；
蜂窝斜管和蜂窝斜板
浮球填料
陶粒滤料
立体弹性填料
聚丙烯半软性填料
2. 布水系统：要求布水均匀； 有固定式喷嘴布水系统（现基本不用）和旋转式布水 器(图13-3 a)； 布水中心管，布水横管；布水横管的一侧开于小孔， 小孔直径10～15mm；间距不等，愈近池心间距愈 大，保证单位面积的滤池面积接受的水量相等；

二、
(图13-4) 1. 滤床及池体 （1）滤料： 主要参数：比表面积A、孔隙率P、密度、机械强度、 生物化学稳定性(不能被微生物分解、不能抑制微生物 生长)； 早期滤料：碎石、卵石、焦炭、炉渣等颗粒滤料；d为 3～8cm（拳状）；孔隙率为45%~50%;比表面积为 65～100m2/m3; 材料：塑料、玻璃钢、树脂；形状：波纹状、蜂窝管、 环状、空心浮球、多孔颗粒。图13-5 环状 图13-6波纹 状 滤料高度：石质拳状滤料1～2.5m高；塔式滤池高 >10m; （2）池壁：砖石、钢筋混凝土；高度高出滤池表面 0.4～0.5m；
滤床直径 出水
大
高度硝化， BOD5≤25
小
未充分硝化， BOD5≥30
小
有限度硝化， BOD5≥ 30
BOD去除效率 85～90
二次污泥 滤率(m/d) 有机负荷
(kgBOD5/m3 · d)
80～90
80～90
颜色深, 高度氧化 颜色浅，未充分氧化，易腐化 易沉淀
1～5 0.1～0.3
占地多，易堵塞， 卫生差