废水好氧生物处理生物膜法—生物滤池

废水好氧生物处理生物膜法—生物滤池
2005级环境科学本1 蒋科指导老师张俊
摘要：是在有氧的条件下，利用好氧微生物来氧化分解污水中可生物降解的有机物。

反应器中微生物附着在载体的表面上形成一种生物膜，当废水流经其表面时，生物膜、水和空气相互接触，发生生物化学反应。

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、分解废水中是悬浮、胶体和溶解状态的污染物。

关键字：好养生物有机废水生物膜生物滤池
1概述
1．1 好养生物处理法
好养生物处理法分自然条件和人工条件。

在自然条件下有水体自净、天然水体氧化塘、土壤净化、污水灌溉。

在人工条件下分为分为悬浮生物法和固着生物法。

悬浮生物法包括活性污泥法、氧化塘和氧化沟。

固着生物法包括生物滤池、生物转盘、接触氧化和好氧生物流化床。

1．2 生物膜法
生物膜法是反应器中微生物附着在载体的表面上形成一种生物膜，当废水流经其表面时，生物膜、水和空气相互接触，发生生物化学反应（附着生长）。

固着于固体表面上的微生物对废水水质、水量的变化有较强的适应性；和活性污泥法相比，管理较方便；由于微生物固着于固体表面，即使增殖速度较慢的微生物也能生息，从而构成了稳定的生态系。

生物膜法分为三类：
润壁型生物膜法废水和空气沿固定的或转动的接触介质表面的生物膜流过，如生物滤池和生物转盘等。

浸没型生物膜法接触滤料固定在曝气池内，完全浸没在水中，采用鼓风曝气，如生物接触氧化。

流动床型生物膜法使附着有生物膜的活性炭、砂等小粒径接触介质悬浮流动于曝气池中，如生物流化床。

1．3 生物滤池简介
生物滤池于1889年在劳伦斯实验厂首先开始研究。

1910年后期在美国开始了大规模的应用，20世纪70年代逐步被好氧法代替，以后随着新型滤料的不断诞生，生物滤池又得到了进一部的改进，应用范围不断扩大。

早期的普通生物滤池水力负荷很低，虽净化效果好，但占地面积大，易于堵塞；以后开发出采用处理水回流水力负荷和有机负荷都较高的高负荷生物滤池。

以及污水、生物膜和空气三者充分接触，水流紊动剧烈，通风条件改善的塔式生物滤池。

近年来发展起来的曝气生物滤池已成为一种独立的生物膜法水处理工艺。

⑴其工作原理是在一级强化处理的基础上, 以颗粒状填料及其附着生长的微生物为主要处理介质, 当污水流经滤池时, 利用滤料上所附生物膜中高浓度的活性微生物以及滤料粒径较小的特点, 充分发挥微生物的生物代谢作用、生物絮凝作用、生物膜和填料的物理吸附和截留作用以及反应器内沿水流方向食物链的分级捕食作用。

⑵生物滤料滤池对浊度的去除是依靠颗粒滤料的机械截留和表面的生物絮凝的共同作用。

⑶生物滤池分为普通生物滤池、高负荷生物滤池和超负荷生物滤池（塔式生物滤池）。

2生物滤池的主要结构参数
2.1普通生物滤池(低负荷滤池)主要结构参数
滤料一般为天然滤料：碎石、煤渣、卵石等滤料高度1.3-1.8m，滤料直径 d= 25-70mm承托厚度 0.2m，滤料总高 1.5-2.0米。

布水：采用固定式喷嘴布水系统。

水力负荷q= 1-3（m3/m2d）;有机负荷Fw =0.1-0.25kgBOD/ m3d;BOD去除率80-95%;出水BOD<25mg/L, NO-3<10mg/L。

2.2高负荷生物滤池、回流式生物滤池、塔式滤池（第二代工艺）的主要结构参数
其结构特征同普通滤池一样。

其结构参数是：工作层高1.8m，滤料粒径40-100mm。

承托层0.2m，粒径70-100mm。

通风方式为：自然通风和机械通风。

布水装置：多采用旋转布水器。

工艺特征：有较高的水力负荷（一般为10-30 m3/m2d）和有机负荷（0.8- 1.2 kg BOD/ m3·d ）,较普通生物滤池提高数倍。

采用 BIOFOR曝气生物滤池处理城市生活污水 ,对 COD、BOD 、SS的去除率分别达到 85. 98%、94. 72%、95. 72%。

⑷
3生物滤池的构造
生物滤池的构造由滤床及池底、布水设备和排水系统三部分组成。

3．1 滤床及池底
滤床由滤料组成。

滤料是微生物生长栖息的场所，理想的滤料具备如下特性：单位体积滤料的表面积要大，能为微生物附着提供大量的表面积。

使污水以液膜状态流过生物膜。

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。

物理化学性质稳定，对微生物的增殖无危害作用不被微生物分解，也不抑制微生物生长。

有一定机械强度。

价格低廉。

早期主要以拳状碎石为滤料，此外，碎钢渣、焦炭等也可作为滤料，其粒径在3～8cm左右，空隙率在45%一50%左右，比表面积（可附着面积）在65～100 m2/ m3之间。

从理论上，这类滤料粒径愈小，滤床的可附着面积愈大，则生物膜的面积将愈大，滤床的工作能力也愈大。

但粒径愈小，孔隙就愈小，滤床愈易被生物膜堵塞，滤床的通风也愈差，可见滤料的粒径不宜太小。

经验表明在常用粒径范围内，粒径略大或略小些，对滤池的工作没有明显的影响。

60年代中期塑料工业发展起来以后，塑料滤料开始被广泛采用。

(图1)和(图2)是两种常见的塑料滤料。

图 2所示滤料。

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200 m2/ m3左右。

球型轻质多孔生物滤料外表粗糙,比表面积大 ,是常规滤料的 4～6 倍 ,易于挂膜。

堆积密度<1 g/cm ,使土建结构简单 ,大大降低土建费用。

⑸生物填料在曝气生物滤池的建设投资中占有相当大的比重 ,填料的价格关系到曝气生物滤池技术的经济合理性，因此填料在生物过滤技术中处于核心地位。

⑹
3.2布水设备
布水设备有固定式和可动式两种。

如图，
3.2.1固定式布水装置
固定式布水装置由虹吸装置、馈水池、布水管道和喷嘴组成，喷水是间隙的，所以布水不均匀，配水的水头要高，配水池也较高（配水面高0.9～2.1m），故目前应用较少。

3.2.2可动式布水装置
可动式布水器组成及重要参数：水竖管和可旋转的布水横管组成，横管可以是多根，布水小孔的直径10～15mm，布水横管距滤料表面的高度0.15～0.25m，喷水旋转所需的水头0.6～1.5m，布水器在水压反推动力下旋转。

旋转布水器的特点：布水比较均匀，淋水周期短，水力冲刷作用强。

缺点是喷水孔易堵，低温时要采用防冻措施，仅适用于圆形池。

3.3排水系统
排水系统的作用：收集滤床流出的污水与生物膜、保证通风、支撑滤料。

池底排水系统由池底、排水假底和集水沟组成。

池子底面坡度(0.01～0.03) ，排水沟坡度0.005～0.02。

排水总渠坡度0.003～0.005。

要保证不积淤流速(通常采用0.6m／s)，排水渠穿过池壁的地方，应设排水和通风孔洞，通风面积应不小于过水断面。

排水口可设于池壁的一侧或数侧，但通风口必须均匀分布于池壁的两对边或四周。

4生物滤池的心脏—生物膜
4.1生物膜的概况
4.1.1生物膜定义
附着在构筑物挂膜介质上，并在其上生长和繁殖，由细胞内相外伸展的胞外多聚物使微生物细胞形成纤维状的缠结结构。

4.1.2生物膜的生物组成
细菌、真菌、藻类、原生动物、后生动物以及一些肉眼可见的蠕虫、昆虫的幼虫组成。

反应器的流态影响了自养菌和硝化异养菌的空间分布 ,决定了各类微生物对空间和营养物质的竞争关系。

⑺
4.1.3生物膜的形成
随着微生物的不断繁殖增长，废水中悬浮物和微生物的不断沉积，生物膜的厚度不断增加，使生物膜的结构发生变化。

膜的表面和废水接触，吸取营养和溶解氧容易，微生物生长繁殖迅速，形成了由好氧和兼性微生物组成的好氧层（1～2mm）。

在其内部和介质接触的部分，营养和溶解氧的供应条件差，微生物生长繁殖受到限制，好氧微生物难以生活，兼性微生物转化为厌氧代谢方式，某些厌氧微生物恢复了活性，从而形成了由厌氧微生物和兼性微生物组成的厌氧层。

厌氧层是在生物膜达到一定厚度时才出现的，随着生物膜的增厚和外伸，厌氧层也随着变厚。

4.1.4 各膜层在不同类型的系统中的分布
低负荷的净化系统，由于有机物氧化分解比较完全，生物膜的增长速度较慢，好氧层和厌氧层的界限并不明显。

高负荷的净化系统，生物膜增长迅速，好氧层和厌氧层的分解比较明显。

在处理过程中生物膜总是不断地增长、更新、脱落的，这样保持生物膜总是保持更新中。

有利于对污水的处理。

大量的微生物生长在粒状滤料粗糙多孔的内部和表面 ,微生物不会流失 ,即使长时间不运转也能保持其菌种 ,如长时间停止不用后再使用 ,可在几天内恢复正常运行。

⑻
4.1.6生物膜脱落原因
水力冲刷、由于膜增厚造成重量的增大、原生动物的松动、厌氧层和介质的粘结力较弱等，其中以水力冲刷最为重要。

4.1.7 技术处理
从处理要求看，生物膜的更新脱落是完全必要的。

生物膜是生物处理的基础，必须保持足够的数量。

一般认为，生物膜厚度介于2～3mm时较为理想。

生物膜太厚，会影响通风，甚至造成堵塞。

厌氧层一旦产生，会使处理水质下降，而且厌氧代谢产物会恶化环境卫生。

4.2生物膜中的物质迁移
进入池内的废水沿膜面流动时，由于浓度差的作用，有机物会从废水中转移到附着水层中去，进而被生物膜所吸附。

空气中的氧→废水→生物膜。

微生物对有机物进行氧化分解和同化合成，产生的二氧化碳和其它代谢产物一部分溶入附着水层，一部分吸附到空气中去，如此循环往复，使废水中的有机物不断减少，从而得到净化。

在向生物膜细菌供氧的过程中，由于存在着气－液膜阻抗，因而速度甚慢。

所以，随着生物膜的厚度的增大，废水中的氧将迅速地被表层的生物膜所耗尽，致使其深层因氧不足而发生厌氧分解。

若供氧不足，厌氧菌将起主导作用，不仅丧失好氧生物分解的功能，而且将使生物膜发生非正常的脱落。

4.3 生物膜净化废水的原理
生物膜呈蓬松的絮状结构，微孔多表面积大，具有很强的吸附能力。

生物膜微生物以及吸附和沉积于膜上的有机物为营养料。

增殖的生物膜脱落后进入废水，在二次沉淀池中被截留下来，成为污泥。

如果有机物负荷比较高，生物膜对吸附的有机物来不及氧化分解时，能形成不稳定的污泥，这类污泥需要进行再处理，其处理水的NO3-可在2mg/L左右，BOD5去除率为60～90%。

若负荷低，废水经过处理后，BOD5可以降到25mg/L以下，硝酸盐（NO3-）含量在10mg/L以上。

5影响生物滤池性能的定要因素
5.1负荷
负荷是影响生物滤池性能的主要参数，通常分有机负荷和水力负荷两种。

有机负荷系指每天供给单位体积滤料的有机物量，以N表示，单位是kg(BOD5)/m3（滤料）·d。

由于一定的滤料具有一定的比表面积，滤料体积可以间接表示生物膜面积和生物数量，所以有机负荷实质上表征了F/M 值。

普通生物滤池的有机负荷范围为0.15～0.3kgBOD5/m3·d；高负荷生物滤池在1.1kgBOD5/m3·d左右。

在此负荷下，BOD5去除率可达80％—90％。

为了达到处理目的，有机负荷不能超过生物膜的分解能力。

据日本城市污水试验结果，BOD5负荷的极限值为1.2kg/m3·d。

提高有机负荷，出水水质将相应有所下降。

水力负荷是指单位面积滤池或单位体积滤料每天流过的废水量（包括回流量），前者以qF 表示，单位是m3/m2·d；后者以qV表示，单位是m3/m3·d。

水力负荷表征滤池的接触时间和水流的冲刷能力。

q太大，接触时间短，净化效果差，q太小，滤料不能完全利用，冲刷作用小。

一般地，普通生物滤池的水力负荷为1～4m3/m3·d，高负荷生物滤池为5～28m3/m3·d.
有机负荷、水力负荷和净化效率是全面衡量生物滤池工作性能的三个重要指标，当进水浓度S0和净化效率η一定时，Se也一定，则qV与N成正比；当出水浓度Se和水力负荷qV一定时，η越高意味着N也越高；当负荷和出水浓度又一定时，η随滤池深度H增加而提高。

由于不同深度处的废水组成不同，膜中微生物种类和数量也不同，因而实际的有机物去除速率是不同的。

一般沿水流方向，有机物去除率递减。

当滤池深度超过某一数值后，处理效率的提高不大。

通常滤池的深度为2.0～3.0m。

5.2 处理水回流
在高负荷生物滤池的运行中，多用处理水回流，其优点是：增大水力负荷，促进生物膜的脱落，防止滤池堵塞；稀释进水，降低有机负荷，防止浓度冲击；可向生物滤池连续接种，促进生物膜生长；增加进水的溶解氧，减少臭味；防止滤池孳生蚊蝇。

但缺点是：缩短废水在滤池中的停留时间；降低进水浓度，将减慢生化反应速度；回流水中难降解的物质会产生积累，以及冬天使池中水温降低等。

可见，回流对生物滤池性能的影响是多方面的，采用时应作周密分析和试验研究。

一般认为在下述三种情况下应考虑出水口流：进水有机物浓度较高（如COD＞400mg/L）；水量很小，
无法维持水力负荷在最小经验值以上时；废水中某种污染物在高浓度时可能抑制微生物生长。

5.3 供氧
向生物滤池供给充足的氧是保证生物膜正常工作的必要条件，也有利于排除代谢产物。

影响滤他自然通风的主要因素是滤池内外的气温差（ΔT）以及滤他的高度。

温差愈大，滤池内的气流阻力愈小（亦即滤料粒径大、孔隙大）、通风量也就愈大。

滤池内的气温和水温一般比较接近，因废水温度比较稳定，故池内气温的变化幅度也不大。

但滤池外气温不单在一年内随季节的转换而有很大的变化，而且在一日内也有较大变化。

所以，生物滤池的通风量随时都在变化着。

当池内温度大于池外温度时，池内气流由下向上流动，反之，气流由上向下流动。

供氧条件与有机负荷密切相关。

当进水有机物浓度较低时，自然通风供氧是充足的。

但当进水COD＞400～500mg/L时，则出现供氧不足，生物膜好氧层厚度较小。

为此，有人建议限制生物滤池进水COD＜400mg/L。

当入流浓度高于此值时,采用回流稀释或机械通风等措施，以保证滤池供氧充足。

此外合理的曝气和间歇时间能提高反应器对有机物、氨氮和总磷的去除效果。

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