生物转盘工艺详细分析

生物转盘
内容提要
1.生物转盘的简介及工作原理
2.生物转盘的组成与构造特点
3.生物转盘的工艺流程图
4.生物转盘各参数的计算与设计
5.生物转盘的维护与管理及运行中所需要注意的问题
6.生物转盘的技术进展
1概述
生物转盘是60年代在原联邦德国所开创的一种污水生物处理技术。

原联邦德国斯图加特工业大学勃别尔（ Popel教授和哈特曼教授对生物转盘技术的实用化进行了大量的试验研究和理论讨论工作，并于1964年发表了题为《生物转盘的设计、计算与性能》的论文，就此奠定了生物转盘技术发展的基础。

生物转盘技术具有一系列的优点，在国际范围内得到广泛的应用，在其构造形式、系统组成、计算理论等方面都得到了一定的发展。

当前，生物转盘处理技术已被公认为是一种净化效果好、能源消耗低的生物处理技术。

生物转盘初期用于生活污水处理后，后推广到城市污水处理和有机性工业废水的处理。

处理规模也从几百人口当量发展到数万人口当量。

转盘构造和设备也日益完善。

我国从70年代初开始引进生物转盘技术，对其开展了广泛的科学研究工作，不仅在村镇污水、农村污水、生活污水和城市污水处理方面得到应用，而且在化纤、石化、印染、制革、造纸、煤气发生站等行业的工业废水处理领域也得到了应用，并且取得了良好的效果
生物转盘的构造及其对污水净化作用原理
生物转盘处理系统中，除核心装置生物转盘外，还包括污水处理设备和二次沉淀池。

二次沉淀池的作用是去除生物转盘处理后的污水所挟带的脱落生物膜。

生物转盘是有盘片、接触反应槽、转轴及驱动装置所组成。

盘片串联成组，中心贯以转轴，转轴两端安设在半圆型接触反应槽两段的支座上。

转盘面积的百分之四十左右浸没在槽内的污水中转轴高出槽内水面10~25cm。

由电机、变速器和传动链条等组成的传动装置驱动转盘以较低的线速度在接触反应槽内转动。

接触反应槽内充满污水，转盘交替地和空气与污水接触在经过一段时间后，在转盘上即将附着一层栖息着大量微生物的生物膜微生物的种属组成逐渐稳定，其新陈代谢功能也逐步发挥出来，并达到稳定的程度污水中的有机污染物为生物膜所吸附降解
转盘转动离开污水与空气接触生物膜上的固着水层从空气中吸收氧，卤着永层中的氧是过饱和的，开符递到生物膜和污水中，使槽内污水的溶解度氧含量达到一定的浓度，甚至可能达到饱和。

在转盘上附着的生物膜与污水以及空气之间，除有机物BOD、COD）与O外，还进行着其他物质，如CO2，NH3等的传递。

生物膜逐渐增厚，在其内部形成厌氧层，并开始老化。

老化的生物膜在污水水流与盘面之间产生的剪切力的作用下而剥落，剥落的破碎生物膜在二次沉淀池内被
截留，生物膜脱落形成的污泥，密度较高、易于沉淀。

除有效地除有机污染物外，如运行得当，生物转盘系统能具有硝化、脱氮与除磷的功能。

2，生物转盘系统的特征
作为污水生物处理技术，生物转盘所以能够被认为是一种、效果好、效率高、便于维护、运行费用低的工艺，是因为它在工艺和维护运行方面具有如下各项的特点
（1）微生物浓度高，特别是最初几级的生物转盘，据一些实际运行的生物转盘的测定统计，转盘上的生物膜量如折算成曝气池的MVSS，可达40000-60000ng/L,F/M的比值为0.050.1，这是生物转盘高效率主要原因之MLVSS：混合液悬浮固体浓度，又称为混合液污泥浓度，它表示的是在曝气池单位容积混合液内所含有的活性污泥固体物的总重量，混合液悬浮固体浓度测定方法比较简单易此项指标应用比较普遍，其中不但包括非活性物质，也包括无机物质，因此，这项指标不能精确地表示具有活性的活性污泥量，而表示的是活性污泥的相对值。

F/M：活性污泥的能含量，即有机物（F）与微生物量（M）
的比值是对活性污泥微生物增殖速度产生影响的主要因素，也是BOD去除率、氧利用速度和活性污泥的凝聚、吸附性能的重要影响因素。

（2）生物相分级，在每级转盘生长着适应于流入该水性质的生物相，这种现象对生物的生长繁育，有机污染物降解非常有利。

（3）污泥龄长，在转盘上能够增殖世代时间长的微生物，如硝化菌等，因此，生物转盘具有硝化、反硝化的功能。

污泥龄：生物固体平均停留时间。

采取适当措施，生物转盘还可以除磷，电勿需污泥回流，可向最后几级接触反应槽或直接向二沉池投加混凝剂去除水中的磷。

（4）对BOD值达10000mg/以上的超高浓度有机污水到10mgL以下的超低浓度污水都可以采用生物转盘进行处理，并能够得到较好的处理效果。

因此，本法是耐冲击负荷的。

（5）在生物膜上的微生物的食物链较长，因此，产生的污泥量较少，约为生活污泥处理系统的12左右，在水温5~20摄氏度的范围内，BOD去除率为90%的条件下，去除1 KgBOD的产泥量约为0.25Kg。

（6）接触反应槽不需要曝气，污泥也勿需回流，因此动力消耗低，这是本法最突出的特征之一，据有关统计单位统计，每去除1 KqBOD的耗电量约为0KWh，运行费用低
7）本法不需要经常调节生物污泥量，不存在产生污泥膨胀的麻烦，复杂的机械设备比较低，因此，便于维护管理。

（8）设计合理、运行正常的生物转盘，不产生滤池蝇、不出现泡沬也不产生噪声，不存在发生二次污染的现象。

（9）生物转盘的流态，从一个生物转盘单元看来是完全混合型的，在转盘不断转动的条件下，接触反应槽内的污水能够得到良好的混合，但多级生物转盘又应
作为推流式因此，生物转盘的流态，应按完全混合一推流来考虑。

3.生物转盘的组成与构造特点
生物转盘设备是有盘片、转轴和驱动装置以及接触反应槽3部分所组成，现分别就其构造要点及技术条件阐述于下。

（1）盘片
盘片是生物转盘的主要部件，应具有轻质高强、耐腐蚀、耐老化、易于挂膜、不变形，比表面积大，易于取材、便于加工安装等性质。

（a）盘片的形状。

早期出现并沿用至今者为圆形平板。

近年来为了加大盘片的表面面积，开始采用正多角形和表面呈同心圆状波纹的盘片。

与平板盘片相较，波纹状盘片在单位体积内的表面积可提高一倍以上。

也有采用波纹状盘片与平板盘片或二重波纹状盘片相结合的转盘。

在这方面仍在发展中。

（b）盘片直径。

盘片直径一般介于2.0-3.6m之间，如现场组装直径可以大写，甚至可以达到 5.0m。

采用表面积较大的转盘盘片，能够缩小接触反应槽的平面面积，减少占地面积。

（c）盘片间距。

在决定盘片间距时，主要考虑其不为生物膜增厚所堵塞，并保证通风的效果。

生物膜的厚度与进水BOD值有关，BOD浓度越高，生物膜也将越厚，而硝化过程的生物膜则较薄。

盘片间距的标准值为30mm，如采用多级转盘，则前数级的间距为25~35mm，后数级为10~20mm。

当采用生物转盘脱氮是，宜于采取较大的盘片间距。

（d）盘片材料。

为了减轻盘片的重量，盘片大多由塑料制成，平板盘片多以聚氯乙烯塑料制成，而波纹板盘片则多用聚酯玻璃钢。

现在在国外研制一种低发泡聚苯乙烯板材，其密度仅为0.105g/cm3，为普通硬聚氯乙烯塑料的1/10，盘片材料厚度仅为3-7mm，由于用这种材料制成的盘片质轻并具有一定的强度，盘片直径达
4.4m，轴长达8m。

（2）接触反应槽
不小于盘片直径的35%浸没于接触反应槽的污水中接触反应槽应呈与盘片材料外形基本吻合的半圆形，槽内的构造形式与建造方法，随设备规模大小，修建场地条件不同而异，对于小型设备转盘台数不多，场地狭小者，为了减少占地面积，接触反应槽可以架空或修建在楼层上，在这种情况时，多用钢板焊制。

如修建成地下或半地下式，则可以用毛石混凝土砌体，水泥砂浆抹面，再涂以防水耐磨层。

接触反应槽的各部位尺寸和长度，应根据盘片直径和轴长决定，盘片边缘与槽内面应留有不小于100mm的间距糟槽底应考虑设有防空管，槽的两侧面设有进水设备，多采用锯齿形溢流堰。

对于多级生物转盘，接触反应槽分为若干格，格与格之间设有导流槽。

（3）转轴
转轴是支撑盘片并带动其旋转的重要部件。

转轴两端安装在固定在接触反应槽两端的支座上。

转轴一般采用实心钢轴或无缝钢管。

转轴的长度一般应控制在0.5~07m之间，不能太长，否则往往由于同心度加工欠佳，易于挠曲变形，发生磨断或扭断，其强度和刚度必须经过力学的计算。

其直径一般介于50~80mm。

转轴中心与接触反应槽液面的距离一般不应小于150mm应保证转轴在液面之上，并根据转轴直径与水头损失情况而定。

转轴中心与槽内水面的距离（b）与转盘
直径（D）的比值（b/D）在0.05-0.15之间，一般取值0.06-01
（4）驱动装置
驱动装置包括动力设备、减速装置以及传动链条等我国一般采用电力传动。

对大型转盘，一般一台转盘设套驱动装置，对于中小型转盘，可有一套驱动装置带动3~4级转盘转动转盘的转动速度是重要的运行参数，必须选定适宜，转速过高既有损于设备的机槭强度，消耗电能，又由于在盘面产生较大的剪切力，易使生物膜过早剥离。

综合考虑各项因素，转盘的转速以0.8~3.0r/min，外缘的线速度以15~18m/min为宜。

3生物转盘处理系统的工艺流程与组合
生物转盘作为污水处理反应器，具有结构简单、运转安全、处理效果好、维护管理方便、运行费用低等优点，尤其适用于小水量低浓度的废水处理
生物转盘一般采用多级处理方式。

实践证明，如盘片面积不变，将转盘分为多级串联运行，能够提高处理水水质和污水中的溶解氧含量生物转盘一般可分为单极单轴、单轴多级和多轴多级等。

级数多少主要根据污水的水质、水量、处理水应达到的程度以及现场条件的等因素决定。

对城市污水多采用四级转盘进行处理。

在设计时特别应注意的是第一级，首级承受高负荷，如供氧不足，可能使其形成厌氧状态。

对此应采取适当的技术措施，如增加第一级的盘片面积，加大转数等。

高浓度有机废水可采用下图所示工艺流程，该流程可将BOD值由数千mg/降至20mg/L。

4.生物转盘的计算与设计
进行生物转盘的计算与设计，应比较充分地掌握污水水质、水量方面的资料作为原始数据。

此外，还应合理地确定转盘在其结构和运行方面的一些参数和技术条件，如：盘片形状、直径、间距、浸没率、盘片材质转盘的级数、转速；接触反应槽的形状、所用材料以及水流方向等生物转盘设计的主要内容是求定所需转盘
的总面积以这一参数为基础进一步确定转盘总片数、接触氧化槽总容积、转轴长度以及污水在接触反应槽内的停留时间等参数。

当前，求定转盘总面积的同行方法有：负荷率法、经验公式法和经验图表法等，现将负荷率法阐述如下
负荷率计算法
（1）各项参数的物理意义及其计算公式首先将与负荷率计算法有关的各项参数的物理意义及其计算公式加以说明
1）容积面积比（G值）
又称液量面积比，它是接触氧化槽的实际容积V与转盘盘片全部表面积A之比值，以G表示，即：
G=V/A*1000（L/m2）
G值与盘片厚度、间距、盘片与接触氧化槽内壁的间距有关。

如采用较薄的盘片，其厚度可不予考虑，但如采用厚度较大的发泡材料作为盘材时，则应将盘片浸没部分的容积减去。

对于城市污水，G值介于5~9之间为宜。

2）BOD面积负荷率NA
单位盘片表面积（m2）在1天内能够接受并使用转盘处理达到预期效果的BOD 值，即：
NA=QSo/a gBOD5/（m*d）
S0—原污水的BOD5值，mg/儿L A—盘片的总表面积，m2。

3）水力负荷率Nq
单位盘片表面积m在1天内能够接受并使转盘处理达到预期效果的污水量，即：Na=Q/A*1000（L/m*d）
此值决定于原污水的BOD值，原污水BOD值不同，此值有较大的差异，这一点是应当考虑的。

4）平均接触时间ta
污水在接触氧化槽内与转盘接触，并进行净化反应的时间，即ta=24V/Q （d）接触时间对污水的净化效果有直接的影响，增加接触时间，能够提高净化效果。

接触时间也可以作为生物转盘设计的基础参数。

（2）BOD—面积负荷率值得确定
生物转盘计算用的BOD面积负荷率值，原则上应当通过一定规模的试验来确定。

但是在当前国内外发表了大量的运行数据，在其基础上绘制了各种图表，可以作为确定BOD面积负荷率值得参考。

对于城市污水，我国国标《室外排水设计规范》规定的BOD—面积负荷率值介于
10-20g/（m2*d）之间。

对第一级转盘采用的BOD一面积负荷率值建议一般不宜超过40-50g/（m2*d）
（3）水力负荷率值
得确定我国国标《室外排水设计规范》规定水力负荷值为
50~100L/（m2*d）。

在国外采用生物转盘处理城市污水，比较普遍地采用水力负荷率的计算方法，并积累了一定的可供计算生物转盘时参考的运行数据。

（4）计算公式
在确定负荷率值（BOD5—面积负荷率或水力负荷率）
后，即可按下列各项公式计算生物转盘的各项设计参数。

1）转盘总面积
按BOD5—面积负荷率计算A=QSo/NA （m2）
式中A—转盘总面积
Q一平均日污水量
So—原污水BOD值
NA_BOD—面积负荷
按水力负荷率计算
A=Q/Ng
Nq一水力负荷率
2）转盘总片数
当所采用的转盘为圆形时，转盘的总片数按下列公式计算：
M=4A2TD=0.637AD式中M一转盘总片数D圆形转盘直径
在确定转盘总片数后，可根据现场的具体情况并参照类似条件的经验，决定转盘的级数，并求出每级（台）转盘的盘片数m。

3）每台转盘的转轴长度
L=m（d+b K
式中L一每台转盘的转轴长度
m—每台转盘的盘片数
d—盘片间距Ccin. com
b—盘片厚度，与所采用的盘材有关，根据具体情况确定，一般取值为0.001~0.013m
K一考虑污水流动的循环沟道的系数，取值1.2
4）接触反应槽容积
此值与槽的形式有关，当采用半圆形接触反应槽时，其总有效容积V为：
V=（0.294~0.335）（D+2a）（D+2a）L
式中α—盘片边缘与接触反应槽内壁之间的净距
5）转盘的旋转速度勃别尔于早期提出，转盘的旋转速度以20mmin为宜。

但是，转盘的旋转的主要目的之一是使接触氧化槽内的污水得到充分混合，如水力负荷大，转速太小，即得不到充分的混合。

生物转盘设计实例设计说明
（1）生物转盘盘片外缘与槽壁的净距不宜小于150mm；盘片进水端宜为25-35mm，出水端宜为10-20mm。

（2）盘片在槽内的浸没深度不应小于盘片直径的35%
转轴中心高度应高出水位150mm以上。

（3）生物转盘转速宜为2.0-40r/mn，盘体外缘线线速度宜为15-19m/min。

设计计算
（1）确定设计参数：污水处理量Q=3500m3
d，进水BOD5=300mgL（La），出水BOD5=20mg/L（Lt），
盘片直径=3m,BOD5的去除率：
n=（La-LtLa=（300-20/300=933%
盘面负荷：当t=16℃，n=933%查下图得N=
15/（md）查图23得知F/Q=25000，即q=0.058m/（m*d）
（2）转盘计算
1）转盘总面积F
①按面积负荷计算：
F=Q（La-Lt）N=3500300-20）/15=653333m2
②按水力负荷计算：
F=Q/q=3500/0.058=60344：m2采用65333.3m2作为转盘设计总面积2）转盘盘片总数m：
取D=3m, m=0637F/D=0.637×65333.3/3X3=4624片3）转盘采用硬聚氯乙烯板。

4）转盘组数及每级盘数，转盘分为17组，每组盘片数m1=272片，每组设一个氧化槽，布置成单轴四级的形式（如下图所示），每级盘片数为68片。

5）氧化槽有效长度L：
取a（盘片厚度）=5mm,b（盘片净距）=25mm,K=1.2，L=m1（a+b）k=272x（0.005+0.025）1.2=9792m
5）每个氧化槽有效容积取C=200mm；W=0.32（D+2c）L=36.2m
7）每个氧化槽净有效容积：
W=0.32（D+2c）（Lma）=8.31m
8）氧化槽有效宽度B=D+2C=3+2X02=34m
9）转盘转速：
Q1=Q/17=3500/17=2059m/d no=637×（0.9WQ1）D=183min
10）电动机功率：每组转盘由一电动机带动，R=150cm n0=1.83/min,m1=272片，b=2.5,α=1，β=3查下表可得Np=3.85R'n0m1cβ/b×10=2.13KW
11）污水在氧化槽的停留时间：
t=W/Q1=0.97h
11）设计示意图如下：
5.生物转盘的维护与管理及运行中需要注意的问题
（1）进水方式
进水方向与转盘的旋转方向一致，污水在槽中混台均匀水头损失小，但剥落的膜不易随水流出。

进水方向和转盘的旋转方向相反，混合较差，水头损失大，但剥落膜易流出进水方向与盘片垂直，平行于转轴起到一轴多极的作用，前端生物膜后，轴负荷不均匀。

（2）转盘的负荷与供氧量水力负荷低时，BOD去除速度与BO浓度之间成直线水力负荷高时，BOD去除速度与BOD浓度之间不成直线，不宜采用增加转速的方式来提高D0
（3）转盘分级与处理效果
转盘分级——改进停留时间，防止短路，从而提高处理效果，尤其对毒性强的工业废水分级尤为重要分级过多效果增加不多，一般每池不可小于2级，但不多于4级。

（4）生物转盘，一般按日平均污水量考虑计算，季节性水量变化的污水，则按污水量最大季节的日平均污水量计算。

（5）进入转盘污水的BOD值，应按经调节沉淀后的平均值考虑
（6）有关盘片的数据直径，一般以2-3m为宜，其它可以访问/了解
盘片厚度，盘片厚度与盘材、直径和构造有关：以聚苯乙烯泡沫塑料为盘材时，厚度为10~15mm，采用硬聚氯乙烯板为盘材时，厚度为3~5mm；玻璃钢的盘片，厚度为1~25mm；金属板盘材，厚度在1mm左右盘片间距，进水段一般为25~35mm，出水段为1020mm。

盘片周边与接触反应槽内壁的距离，般按01D或0.2R考虑，但是一般不得小于100mm。

转轴中心距水面不得小于150mm。

转盘浸没率，即转盘浸没于水中的面积不宜小于盘体直径的35%
（7）转盘转速，一般为0.8-3.0rmin，外缘的线速度为15~18m/min。

（8）生物转盘产生的污泥量，可按0.5~0.6Kg污泥/Kg去除BOD考虑。

（9）每m盘片具有的接触反应槽有效容积，一般宜为5~9L。

（10）对生物转盘宜有防雨、防风和保温的措施。

6生物转盘处理技术的进展生物转盘技术开创于50~60年代，迄今为止，仍属于发展中的污水处理技术，近年来在工艺方面仍有某些进展，现择其主要各项加以阐述。

1）空气驱动生物转盘空气驱动生物转盘是利用空气的浮力使转盘旋转。

在转盘的外周设空气罩，在转盘下侧设曝气管，在管上均等地安装扩散器，空气从扩散器均匀地吹向空气罩这种生物转盘具有如下特点
）槽内污水含有较高的溶解氧，在相同的负荷率条件内，BOD的去除率较高。

2）生物膜较薄，有较强的活性
3）通过调节空气质量改变转盘的转数，采用气量调节装置，根据槽内溶解氧的变化自动运行。

4）易于维修管理。

（2）生物转盘与其他处理设备的组合今年来人们为了提高二级处理工艺的效率，节省用地，提出了生物转盘与其他类型处理设备相结合的方案，其中主要有：
上图所示为与作为二次沉淀池的平流式沉淀池相结合的生物转盘。

在平流沉淀池池深的中部设隔板，使池分为上、下两部分，生物转盘设在上部，池下部为沉淀池
2）与曝气池相结合的生物转盘
这种结构是为了提高鼓风曝气池的处理效果，在曝气池上增设生物转盘，这是一种提高曝气池处理能力的生化处理新结构。

在曝气池上侧设生物转盘，转盘用空气驱动，盘片的40%的面积浸没于水中。

据美国某城市的实际运行结果证实，这种设备具有以下特点
（1）提高原有设备的处理效果，改装前BOD去除率60%~
7%，该装后操到90%：C上占地面积小，附加设备费用亦低；
（3）处理效果稳定，菌体密度大，生物量高微生物增殖迅速，活性强。

（4）污泥量少而且易于沉淀
（5）动力消耗少，活性污泥裝置本身能够提供生物转盘转动的能量。

（6）负荷选择适宜，可取得硝化的效果。

这是一种效果好、效率高、比较经济的处理设备。

3）藻类生物转盘这是为了去除二级处理水中的无机营养物质，控制水体富营养化，而提出的一种方案。

藻类生物转盘的主要特点是加大了盘间距离，增加受光面，接种经筛选的藻类，在盘面上形成藻菌共生体系。

藻类的光合作用释放出来的氧，提高了水中的溶解氧，为好氧菌提供了丰富的氧源，而微生物代谢所放出的CO2成为藻类的主要碳源，又促进了藻类的的光合作用。

在藻菌共生的作用下，污水得到净化。

这种设备的得出水中溶解氧的含量高，一般可达近饱和的程度，此外，还有脱除NH3功能，可达到深度处理的要求在我国生物转盘主要用于处理工业废水。

在化学化纤、石油、化工、印染、皮革和煤气发电站等行业的工业废水处理方面均得到广泛的应用。

效果良好，并取得了一定的操作经验。

生物转盘的主要有点是动力消耗低，抗冲击负荷能力强、无需回流污泥、管理运行方便。

缺点是占地面积大，散发臭气，在寒冷地区需做保温处理。