8.1 生物膜法的基本原理 8.2 生物滤池工艺 8.3 生物转盘 8.4 生物接触氧化法 8.5 好氧生物流化床

1. 第8章 污水的生物处理（二）生物膜法 8.1 生物膜法的基本原理 8.2 生物滤池工艺 8.3 生物转盘 8.4 生物接触氧化法 8.5 好氧生物流化床

2. 生物膜法和活性污泥法的区别 活性污泥法：悬浮生长系统； 生物膜法：附着生长系统或固定膜工艺。 概 述

3. 8.1 生物膜法的基本原理 • 什么是“生物膜”？ • 什么是“生物膜法”？

4. 什么是“生物膜”？ • 是 附着生长在固体状材料表面的由多种微生物形成的膜状生物聚集体； • 固体状材料： 滤料——生物滤池； 填料——生物接触氧化工艺； 转盘——生物转盘； 载体——生物流化床

5. 1、生物膜的形成 • 前提条件：载体——填料或称滤料； 营养物质——有机物、N、P及其它，由污水提供； 接种微生物——由污水自行提供，或接种； • 形成过程：含有营养物质和接种微生物的污水在填料表面流动，经过一定时间后，污水中的微生物会在填料表面附着增殖和生长，形成一层薄的生物膜。 • 生物膜的成熟：在生物膜上由细菌及其它各种微生物组成的生态系统以及生物膜对有机物的降解功能都达到了平衡和稳定。 • 成熟所需时间：在20C下处理城市污水时，生物膜从开始形成到成熟，一般需要30天左右

6. · · · · O2 · · 厌 好 O2 · · O2 · · · · BOD5 · · BOD5 · · · 氧 氧 CO2 · · · · · · H2O · · · · · NH3 · · · · · 膜 BOD5 · 膜 CH4、H2S、NH3 · · · · · • 生物膜的性质： ①高度亲水，存在着附着水层； 2、生物膜结构示意图及其对有机物的降解 附着 水层 流动 水层 生物膜 ②微生物高度密集：各种细菌以及微型动物，形成了有机污染物——细菌——原(后)生动物的食物链。 • 厌氧膜的出现： ①生物膜厚度不断增加，氧气不能透入的内部深处将转变为厌氧状态； 空 气 滤料 或填料 或载体 ②成熟的生物膜由厌氧膜和好氧膜组成； ③好氧膜是有机物降解的主要场所，一般厚度为2mm。 ·

7. 3、生物膜的更新与脱落 • 厌氧膜的加厚： ①生物膜处于老化状态，净化功能变弱，易脱落； ②厌氧代谢产物增多，减弱生物膜的附着能力； ③破坏厌氧膜与好氧膜之间的平衡。 • 生物膜的更新： ①老化膜脱落，新生膜会重新生长； ②新生膜具有更强的净化功能。

8. 什么是“生物膜法”？ 定义：以生物膜作为去除废水中的污染物主体的工艺，通称为生 物膜法工艺；又称固定膜法，是与活性污泥 法并列的一类 废水好氧生物处理技术； 起源：土壤自净过程的人工化和强化； 活性污泥法：水体自净的人工强化,悬浮生长系统 生物膜法：土壤自净过程的人工强化,附着生长系统(固定膜) 处理对象：废水中溶解性和胶体状的有机物及氮素污染物；生活 污水或城市废水；以及个别工业废水； 分类：生物滤池； 生物转盘；生物接触氧化工艺；生物流化床等。

9. 1、生物膜法的主要特点 （1）微生物相方面的特征 1)、微生物种类多样化； 2)、生物膜上微生物的食物链较长； 3)、能够存活世代时间较长的微生物 4)、 分段运行与优占种属 （2）工艺运行特征 1)、适应性强（对水质、水量等的变化）； 2)、剩余污泥的沉降性能良好，易于分离； 3)、能够处理低浓度污水； 4)、易于维护运行，运行费用少。

10. 初沉池的作用是去除大部分悬浮固体物质，防止生物膜反应器堵塞，尤其对孔隙小的填料是必要的 3、生物膜法的基本流程 出水回流 生物膜反应器 二沉池 初沉池 出水 进水 二沉池的作用是去除脱落的生物膜，提高出水水质。 排泥 排泥 出水回流的主要作用是当进水浓度较大时，生物膜增长过快，采用出水回流，以稀释进水有机物浓度和提高生物膜反应器的水力负荷，加大水流对生物膜的冲刷作用，更新生物膜，避免生物膜的过量累积，从而维持良好的生物膜活性和合适的膜厚度，但出水回流并不是必不可少的。

11. 另一部分则以薄膜的形式渗流过滤料，成为流动水层，另一部分则以薄膜的形式渗流过滤料，成为流动水层， 一部分被吸附于滤料表面，成为呈薄膜状的附着水层 污水流过滤床时，滤料截留了污水中的悬浮物，同时把污水中的胶体和溶解性物质吸附在自己的表面，有机物被微生物利用以生长繁殖，逐渐形成了生物膜。 滤料 1、生物滤池的概念 在生物滤池中，污水通过布水器均匀的分布在滤池表面，在重力作用下，以滴状喷洒下落。 生物滤池的工作原理 生物膜成熟后，栖息在生物膜上的微生物即摄取污水中的有机物作为营养，对污水中的有机物进行吸附氧化作用，因而污水在通过生物滤池时能得到净化。

12. 靠近滤料的一层生物膜因得不到充足氧的供应而使厌氧生物发展起来，形成厌氧层靠近滤料的一层生物膜因得不到充足氧的供应而使厌氧生物发展起来，形成厌氧层 产生有机酸、氨和硫化氢等厌氧分解产物，这些中间产物有的很不稳定，有的还带有嗅味，从而影响出水的水质。 当生物膜较厚、污水中有机物浓度较大时，空气中的氧将很快被表层的生物膜所消耗 生物膜越厚，滤料间的孔隙越小，滤池的通风情况就越差，空气中的氧就越不容易进入生物膜。有时生物膜的增长甚至会造成滤池的堵塞，使滤池的工作完全停顿下来。

13. 生物滤池中同时发生着： • 有机物在污水和生物膜中的传质过程； • 有机物的好氧和厌氧代谢过程； • 氧在污水和生物膜中的传质过程 • 生物膜的生长和脱落过程。

14. 滤池发展阶段 第一代生物滤池： 普通生物滤池，占地面积大，易堵塞。 第二代生物滤池： 高负荷生物滤池，限制条件B0D小于20mg/l 第三代生物滤池： 塔式生物滤池占地面积小，但效率不高，多用作预处理。

15. （1）构造特征 • 滤床：池体 滤料 • 布水装置 • 排水系统

16. 池壁多由砖石筑造，具有围护滤料的作用，应能够承受滤料压力。一些池壁上由许多孔洞，用以促进滤层的内部通风。池壁多由砖石筑造，具有围护滤料的作用，应能够承受滤料压力。一些池壁上由许多孔洞，用以促进滤层的内部通风。 池底的作用是支撑滤料和排除处理后的出水。 池底底部四周设通风口，其总面积不小于滤池表面积的1%。 （1）构造特征 池体 在平面上多是方形、矩形或圆形。 配水 配水干管及支管 虹吸 滤料 排水 渗水装置 通气道

17. 布水装置的主要任务是向滤池表面均匀地撒布污水。还应：适应水量的变化；不易堵塞和易于清通以及不受风、雪影响等特征。普通生物滤池的布水装置多采用固定喷嘴式布水系统。固定喷嘴式布水系统是由投配池，布水管道和喷嘴等几部分所组成. 排水系统设于池的底部，它有两个作用：一是排除处理后的出水；二是保证滤池的通风良好。排水系统包括渗水装置、汇水沟和总排水沟以及其供通风的底部空间。 配水 配水干管及支管 虹吸 滤料 排水 渗水装置 通气道

18. 滤料(filtering media) 滤料是生物膜赖以生长的基础，其特点有： • 比表面积大，有利于微生物的附着； • 能使废水以液膜状均匀分布于其表面； • 孔隙率大，使脱落的生物膜能随水流到池底，同时保证通风良好； • 适于生物膜形成与粘附，且应该既不被微生物分解，又不抑制微生物的生长； • 有较好的机械强度，不易变形和破碎。

19. 无机类载体 无机类载体主要有沙子、碳酸盐类、各种玻璃材料、沸石类、陶瓷类、碳纤维、矿渣、活性炭等。无机类载体普遍具有机械强度高，化学性质相对稳定的特点，可提供较大的比表面积。主要不足是密度较大，使其在悬浮生物膜反应器中的应用受到限制。 有机类载体 有机类载体是生物膜法中使用的主要载体材料。主要有PVC、PE、PS、PP、各类树脂、塑料、纤维以及明胶等，其中有机高分子类载体适用于悬浮状态完全混合反应器工艺（生物流化床、曝气生物滤池等）的微生物固定化，而塑料类载体多适用于固定床（普通生物滤池）或混合型（如流化床）工艺。 废水生物处理中所使用的载体材料有无机和有机两大类

20. （2）设计与计算 • 滤料的选定、滤料容积及滤池各部位尺寸计算 • 布水装置系统的计算与设计 本教材主要阐述滤料容积的计算，有关布水装置的计算与设计请参阅《给水排水设计手册》第5册《城市排水》二级处理——生物膜法有关章节。

21. 滤料容积计算 一般按负荷率来计 BOD5容积负荷率: • 在保证处理水达到要求质量的前提下，每m3滤料在1d内所能接受的BOD5量，其表示单位为gBOD5/(m3滤料·d)。 水力负荷率: • 在保证处理水达到要求质量的前提下，每m3滤料或每m2滤池表面在1日内所能够接受的污水水量(m3)，其表示单位为m3/(m3滤料.·d)或m3/(m2滤池表面·d） 当处理对象为生活污水或以生活污水为主体的城市污水时，BOD5容积负荷率可按表5-2p205所列数据选用。

22. 有机负荷与水力负荷 • 有机负荷—— kgBOD5/m3.d； • 水力负荷： 1）水力表面负荷—— m3/m2.d，或m/d；——滤速； 2）水力容积负荷—— m3/m3.d • 有机负荷高，生物膜增长快，需要较高的水力负荷，一般是通过出水回流来解决。

23. （3）适用范围与优缺点 普通生物滤池一般适用于处理每日污水量不高于1000m3的小城镇污水或有机性工业废水。 易于管理、节省能源、运行稳定、剩余污泥少且易于沉降分离等。 优点 占地面积大、不适合处理水量大的污水；滤料易于堵塞；滤池表面生物膜积累过多，易于产生滤池蝇，恶化环境卫生；喷嘴喷洒污水，散发臭味。 缺点 正是因为普通生物滤池具有上述缺点，使其在推广应用上受到很大限制，近年来应用较少，有日渐被淘汰的趋势。

24. 3、高负荷生物滤池 高负荷生物滤池是生物滤池的第二代工艺，它是在解决、改善普通生物滤池在净化功能和运行中存在的实际弊端的基础上而开创的。 （1）工艺特征 高负荷生物滤池大幅度地提高了滤池的负荷率，其BOD容积负荷率高出普通生物滤池6～8倍，高达0.5～2.5kg/[m3 (滤池)·d]；水力负荷率则高出10倍，高达5～40m3/[m2(滤池)·d]。 高负荷生物滤池实现高负荷率是通过限制进水的BOD5值和在运行上采取处理水回流等技术措施而达到的。进入高负荷生物滤池的BOD5值必须低于200mg/L，否则用处理水回流加以稀释。

25. 回流水量(QR)与原污水量(Q)之比称为回流比(R): （式8-1） 喷洒在滤池表面上的总水量(QT)为: （式8-2） 总水量(QT)与原污水量(Q)之比称为循环比（F）: （式8-3）

26. 采取处理水回流措施，原污水的BOD值(或COD值)被稀释，进入滤池的污水BOD浓度根据下列关系式计算。采取处理水回流措施，原污水的BOD值(或COD值)被稀释，进入滤池的污水BOD浓度根据下列关系式计算。 根据 （式8-4） 得： （式8-5） Sa ——喷洒向滤池的污水BOD值，mg/L； S0 ——原污水的BOD值，mg/L； Se ——滤池处理水的BOD值，mg/L； R ——回流比。

27. （2）流程系统 • 单池系统 • 双池系统

28. 图8-1 高负荷生物滤池典型流程

29. 8-2 双池系统 当原污水浓度较高,或对处理水质要求较高时,可采用二段(级)滤池处理系统。 优：滤池深度可减小,通风条件好,出水水质好。 缺：负荷不均,占地大,需设提升泵。 解决途径：交替配水的二段生物滤池系统.如图8-2

30. （3）构造特征 在构造上，高负荷生物滤池与普通生物滤池略有不同，主要如下： 高负荷生物滤池在平面上多为圆形。如使用粒状滤料，其粒径较大，空隙率较高。滤料层高一般为2.0m。 高负荷生物滤池多使用旋转式的布水装置，即旋转布水器.

31. 进水 出水 基本结构 布水器 滤料 承托层 排水系统 基本原理：废水从上向下从滤料空隙间流过，与生物膜充分接触，其中的有机污染物被微生物吸附并降解。

32. 在横管的同一侧开有一系列间距不等的孔口，中心较疏，周边较密，须经计算确定。污水从孔口喷出，产生反作用力，从而使横管按与喷水相反的方向旋转。在横管的同一侧开有一系列间距不等的孔口，中心较疏，周边较密，须经计算确定。污水从孔口喷出，产生反作用力，从而使横管按与喷水相反的方向旋转。 再流入布水横管，横管绕竖管旋转。 污水以一定的压力流入位于池中央处的固定竖管 高负荷生物滤池多使用旋转布水器。旋转布水器有多种结构形式，右图所示为其中应用较为广泛且构造简单的一种。 配水短管 布水横管 滤料 进水竖管

33. 生物膜量 • 生物膜量：单位容积滤料的生物膜重量，相当于曝气池内混合液浓度，单位为kg/m3（滤料）。 • 生物膜污泥量，是难于精确计算的，生物膜污泥量的数据，应通过实测取得，沿滤池的深度，按池上层、下层分别测定，取其平均值作为设计、运行数据。 • 生物膜好氧层的厚度，多数专家认为是在2mm左右，含水率按98%考虑。 • 据休凯莱基安(Heukelekian)的实测，处理城市污水的普通生物滤池的生物膜污泥量是4.5~7kg/m3，高负荷生物滤池则为3.5～6.5kg/m3。

34. (4)需氧与供氧 需氧： • O2=a’QSr+b’P • a’:1kgBOD完全降解所需要的氧量,对城市污水此值在1.46左右 • b’:单位重量活性生物膜的需氧量,此值大致是0.18 • P:1m3滤料上覆盖的活性生物膜量 供氧： • 在自然条件下通过池内外空气的流通转移到污水中，并通过污水扩散到生物膜内部。 • 运行正常、通风良好的生物滤池，在供氧问题上是不存在问题的。

35. (A)滤池池体的工艺计算与设计——负荷率法 • 设计水量 按日平均污水量进行计算。 • 设计水质 进入的污水，其BOD5值必须低于200mg/L，否则应采取处理水回流措施。回流比通过计算确定。 • 常用的负荷率参数及其取值范围 BOD—容积负荷率、BOD—面积负荷率、水力负荷率，以上3种负荷率的取值，都是以处理水水质达到一定要求为前提。实际计算时，可根据实际情况选择任意一种负荷率计算均可，但一定要注意用其他两种负荷率校核。 • 确定进入滤池的污水经回流水稀释后的BOD5值——Sa Sa=αSe • 回流稀释倍数——n • 按BOD—容积负荷率为例计算——Nv（其他两种负荷率计算方法类似）滤料容积V 滤池表面积A=V/D • 用其他两种负荷率校核