生物膜法的主要形式

一．曝气生物滤池
曝气生物滤池，简称BAF，是80年代末在欧美发展起来的一种新型生物膜法污水处理工艺，于90年代初得到较大发展，最大规模达几十万吨每天，并发展为可以脱氮除磷。

该工艺具有去除SS、COD、BOD、硝化、脱氮、除磷、去除AOX(有害物质)的作用。

曝气生物滤池是集生物氧化和截留悬浮固体一体的新工艺。

曝气生物滤池
工艺特点
①一次性投资比传统方法低1/4;②占用面积为常规工艺的1/10~1/5，运行费低1/5;③进水要求悬浮物50~60mg/L，最好与一级强化处理相结合，如采用水解酸化池;④填料多为页岩陶粒，直径5mm，层高1.5~2m;⑤水往下、气往上的逆向流可不设二沉池。

曝气生物滤池与普通活性污泥法相比，具有有机负荷高、占地面
积小(是普通活性污泥法的1/3)、投资少(节约30%)、不会产生污泥膨胀、氧传输效率高、出水水质好等优点，但它对进水SS要求较严(一般要求SS≤100mg/L，最好SS≤60mg/L)，因此对进水需要进行预处理。

同时，它的反冲洗水量、水头损失都较大。

曝气生物滤池作为集生物氧化和截留悬浮固体于一体，节省了后续沉淀池(二沉池)，具有容积负荷、水力负荷大，水力停留时间短，所需基建投资少，出水水质好:运行能耗低，运行费用少的特点。

应用范围
曝气生物滤池的应用范围较为广泛，其在水深度处理、微污染源水处理、难降解有机物处理、低温污水的硝化、低温微污染水处理中都有很好的、甚至不可替代的功能。

运行要求
预处理
为了使曝气生物滤池能有较长的运行周期,减少反冲次数降低能耗,运用BAF 的工艺都需对进水进行预处理,否则原水中的大量杂质
和SS 将进入曝气滤池,将会堵塞曝气、布水系统,给系统的运行带来严重的后果。

尤其是滤池用于二级处理时,往往需投加药剂才能达到这一要求,药剂的使用不仅增加了运行费用,部分药剂还将降低碱度,进而影响硝化,这是运用BAF 工艺时需要考虑的问题。

除P脱N
在生物除P 技术中,将脱N 和除P 相结合的系统对除P 不利,因为除P 脱N 本身是一对不可调和的矛盾,如DO 太低除P 率会下降,硝化反应受到限制,污泥沉降性能差,如DO 太高,则由于回流厌氧区DO 增加,反硝化受到限制,同时NO3- N 的浓度高可影响厌氧区P 的释放。

因为,P 的释放最好为厌氧环境,如果有NO3- N 存在就表明只能为兼氧环境。

从BAF 运行工艺看，完全用生物除P 是很难达到排放标准的。

用生物除P 就失去了生物滤池高负荷的特点,造成投资过大,因此最好用加FeCl3 药剂的方法除P ,而生物滤池由于耐水力冲击负荷,可使处理后的水超量回流,并在运行中加化学药剂,将化学处理和生物处理同时应用于系统中,达到除P 脱N 目的,使化学药剂用量相对减少,从而降低运行费用。

二、生物转盘
生物转盘工艺是生物膜法污水生物处理技术的一种，是污水灌溉和土地处理的人工强化，这种处理法使细菌和菌类的微生物、原生动物一类的微型动物在生物转盘填料载体上生长繁育，形成膜状生物性污泥---生物膜。

生物转盘由水槽和部分浸没于污水中的旋转盘体组成的生物处理构筑物。

盘体表面上生长的微生物膜反复地接触槽中污水和空气中的氧，使污水获得净化。

污水经沉淀池初级处理后与生物膜接触，生物膜上的微生物摄取污水中的有机污染物作为营养，使污水得到净化。

在气动生物转盘中，微生物代谢所需的溶解氧通过设在生物转盘下侧的曝气管供给。

转盘表面覆有空气罩，从曝气管中释放出的压缩空气驱动空气罩使转盘转动，当转盘离开污水时，转盘表面上形成一层薄薄的水层，水层也从空气中吸收溶解氧。

生物转盘工艺是污水灌溉和土地处理的人工强化，这种处理法使细菌和菌类的微生物、原生动物一类的微型动物在生物转盘填料载体上生长繁育，形成膜状生物性污泥---生物膜。

污水经沉淀池初级处理后与生物膜接触，生物膜上的微生物摄取污水中的有机污染物作为营养，使污水得到净化。

在气动生物转盘中，微生物代谢所需的溶解氧通过设在生物转盘下侧的曝气管供给。

转盘表面覆有空气罩，从曝气管中释放出的压缩空气驱动空气罩使转盘转动，当转盘离开污水时，转盘表面上形成一层薄薄的水层，水层也从空气中吸收溶解氧。

生物转盘作为一种好氧处理废水的生物反应器，可以说是随着塑料的普及而出现的。

反应器由水槽和一组圆盘构成:数十片、近百片塑料或玻璃钢圆盘用轴贯串，平放在一个断面呈半圆形的条形槽的槽面上。

盘径一般不超过4米,槽径约大几厘米，有电动机和减速装置转动盘轴，转速1.5~3转/分左右，决定于盘径，盘的周边线速度在15米/分左右。

废水从槽的一端流向另一端，盘轴高出水面，盘面约40%浸在水中，约60%暴露在空气中。

盘轴转动时,盘面交替与废水和空气接触。

盘面为微生物生长形成的膜状物所覆盖，生物膜交替地与
废水和空气充分接触，不断地取得污染物和氧气，净化废水。

膜和盘面之间因转动而产生切应力，随着膜的厚度的增加而增大，到一定程度，膜从盘面脱落，随水流走。

生物转盘一般用于水量不大时。

同生物滤池相比，生物转盘法中废水和生物膜的接触时间比较长，而且有一定的可控性。

水槽常分段，转盘常分组，既可防止短流，又有助于负荷率和出水水质的提高，因负荷率是逐级下降的。

生物转盘如果产生臭味，可以加盖。

生物转盘应用实例
废水生物处理新工艺中一体化废水处理装置
一体化废水处理装置是一种以旋转生物处理单元--生物转盘为核心的高效废水处理装置。

整个装置分为以下几个处理单元:
1、初沉池废水通过提升泵将调节池废水提升至SW装置内，首先进入初沉池，初沉池采用斜板沉淀池，在重力作用下，利用浅层沉降原理，使废水中大部分悬浮物和无机颗粒物沉降下来，同时也可夹带去除一部分有机物。

为了便于随时提取某块斜板以清理所附载的难以滑落的污泥，装置采用了活动斜板。

初沉池底部与缺氧区隔开，避免缺氧池混合液的搅动，影响初沉池的沉淀效果，初沉池的污泥定期由抽粪车清除。

2、缺氧池缺氧池位于生物转盘壳体和外部箱体间的夹层内，在此空间内，初沉池的来水与经水力提升转子提升的回流硝化液以及二沉池的回流污泥在此混合，并经潜水搅拌机充分混合，完成反硝化过程，硝态氮在反硝化菌的作用下最终形成氮气，从水中逸出，最终达
到脱氮的目的。

3、旋转生物处理单元-生物转盘夹层缺氧池经脱氮的出水自流至旋转生物处理单元。

旋转生物处理单元是装置的核心部分，采用了独特的复合生化技术，能在低能耗条件下高效降解污染物。

整个旋转生物处理单元由三级生物反应器组成，每个生物反应器由一个生物转子和一个生化槽组成，每个生物转子内部由多级生物叶轮构成，每个生物叶轮上设置了大量地螺旋状的生物叶片。

在传动装置的驱动下，三个生物转子同步旋转，空气(氧气)通过生物转子端面的气水孔进入，与废水混合，经氧气、废水、微生物三相接触和传质，实现含碳有机物的降解和含氮有机物的硝化过程。

同时，旋转的生物叶片被废水冲刷，老化的生物膜脱落，新的生物膜形成，从而达到生物系统不断更新的过程。

硝化后的废水经水力转子提升至中间分配水槽，分配水槽由堰门控制着去往沉淀池和缺氧池废水流量。

4、二沉池二沉池采用斜板沉淀池，在重力作用下，利用浅层沉降原理，将旋转生物处理单元的出水中含有大量脱落老化的生物膜沉淀，澄清后的处理出水进入下一个单元。

沉淀的污泥一部分通过回流
污泥泵进入缺氧池，另一部作为剩余污泥有抽粪车定期外运。

三、生物接触氧化
由浸没在污水中的填料和人工曝气系统构成的生物处理工艺。

在有氧的条件下，污水与填料表面的生物膜反复接触，使污水获得净化。

生物接触氧化法是一种介于活性污泥法与生物滤池之间的生物膜法工艺，其特点是在池内设置填料，池底曝气对污水进行充氧，并使池体内污水处于流动状态，以保证污水与污水中的填料充分接触，避免生物接触氧化池中存在污水与填料接触不均的缺陷。

该法中微生物所需氧由鼓风曝气供给，主要由曝气鼓风机和专用曝气器组成,生物膜生长至一定厚度后，填料壁的微生物会因缺氧而进行厌氧代谢，产生的气体及曝气形成的冲刷作用会造成生物膜的脱落，并促进新生物膜的生长，此时，脱落的生物膜将随出水流出池外。

特点
1、由于填料比表面积大，池内充氧条件良好，池内单位容积的生物固体量较高，因此，生物接触氧化池具有较高的容积负荷；
2、由于生物接触氧化池内生物固体量多，水流完全混合，故对水质水量的骤变有较强的适应能力；
3、剩余污泥量少，不存在污泥膨胀问题，运行管理简便。

反应机理
生物接触氧化法是一种介于活性污泥法与生物滤池之间的生物
膜法工艺，其特点是在池内设置填料，池底曝气对污水进行充氧，并使池体内污水处于流动状态，以保证污水与污水中的填料充分接触，避免生物接触氧化池中存在污水与填料接触不均的缺陷。

其净化废水的基本原理与一般生物膜法相同，以生物膜吸附废水中的有机物，在有氧的条件下，有机物由微生物氧化分解，废水得到净化。

该法中微生物所需氧由鼓风曝气供给，生物膜生长至一定厚度后，填料壁的微生物会因缺氧而进行厌氧代谢，产生的气体及曝气形成的冲刷作用会造成生物膜的脱落，并促进新生物膜的生长，此时，脱落的生物膜将随出水流出池外。

生物接触氧化池内的生物膜由菌胶团、丝状菌、真菌、原生动物和后生动物组成。

在活性污泥法中，丝状菌常常是影响正常生物净化作用的因素;而在生物接触氧化池中，丝状菌在填料空隙间呈立体结构，大大增加了生物相与废水的接触表面，同时因为丝状菌对多数有机物具有较强的氧化能力，对水质负荷变化有较大的适应性，所以是提高净化能力的有力因素。

影响因素
填料
填料是微生物的载体, 填料的选择决定了反应器内可供生物膜生长的比表面积的大小和生物膜量的大小, 在一定的水力负荷和曝气强度下, 又决定了反应器内传质条件和氧的利用率, 从而对工艺运行效果影响很大。

性能良好的填料应具有以下特点: 填料上生物膜分
布均匀, 不产生明显积泥、不产生凝团现象;空隙率较大, 不会被生物膜堵塞, 不易被水中油污粘住而影响处理效果; 要求抗压强度高, 有较高的耐盐、耐腐蚀性; 要有尽可能高的比表面积和良好的亲水性能, 使尽可能多的生物膜附着在填料上; 要求充氧动力效果好, 可降低运行费用, 节省能源;水流阻力小、对化学和生物稳定性强, 不溶出有害物质产生二次污染, 在填料间能形成均一的流速, 且便于运输和安装。

水温
水温以两种形式对生物接触氧化工艺产生影响: 一是影响生物酶的催化反应速率, 二是影响污染物质向微生物细胞扩散的速率。

生物接触氧化中水温的适宜范围在10~ 35 ℃, 水温过低, 生物膜的活性受到抑制, 同时导致反应物质扩散速率的下降, 处理效果受到影响。

水温过高, 将导致出水SS和BOD的增加; 温度升高还会使溶解氧降低, 氧的传质速率下降, 造成溶解氧不足、污泥缺氧腐化而影响处理效果。

因此, 对温度高的工业废水如印染废水应进行降温处理。

pH值
生物接触氧化法作为一个微生物处理过程, pH 值是其重要的环境因素, 对大多数微生物来说, 最适宜的pH 值在7 左右, 对pH 值过高或过低的废水, 应考虑调整pH 的预处理, 控制生物接触氧化池进水的pH 值在6.5~9.5。

Villaverde. S 等研究了不同pH 值对生物接触氧化中硝化过程的影响, 研究表明, 在pH 值为5.0~9.0
范围内, pH 值每增加一个单位, 硝化效率将增加13% , 硝化生物膜量在pH 值为8.2 时获得最大值。

溶解氧
生物接触氧化池中曝气的作用, 一是供给生物氧化所需的氧, 二是提供反应器内良好的水流紊动程度, 以利于污染物、微生物和氧的充分接触, 保证传质效果, 同时还可通过对水体的扰动达到强制脱膜, 防止填料积泥, 保持生物活性。

生物接触氧化池中溶解氧一般应维持在2.5~ 3.5 mg/L 之间, 气水比约为(15~ 20):1。

溶解氧不足使得生物膜附着力下降而脱落, 导致水黏度增加, 氧转移效率下降, 进而造成缺氧, 形成恶性循环使处理效果恶化; 过高的气水比会造成对生物膜的强烈冲刷, 导致生物膜大量脱落, 影响处理效果。

水质条件
悬浮物是生物接触氧化法处理的重要影响因素。

无机悬浮物和泥砂得不到很好的截留和沉淀, 会直接影响充氧和微生物生长。

一方面, 悬浮物沉降或粘附于填料生物膜上, 妨碍微生物与水中污染物、溶解氧的传质过程, 降低生物膜的活性; 另一方面, 悬浮物在填料上的积累, 使填料的比表面积减少, 导致生物处理效果下降。

通常, 在污水进入接触氧化池之前, 应对污水中无机悬浮物和泥砂进行预处理。

水力停留时间(HRT)
水力停留时间是生物接触氧化法至关重要的参数, 按合适的水力停留时间运行, 不仅可以达到理想的处理效果, 而且可以节省基建
.
投资。

对于城市生活污水, 停留时间一般选0.8~ 1.2 h; 对于工业废水, 差别较大, 如印染废水、含酚废水等COD 常在500 mg/L 左右, 一般采用停留时间在3.0~ 4.0 h; 对于微污染水源水, 同济大学研究得出停留时间取1.2~ 2.0 h 最佳。

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