《废水生物处理原理与工艺》课程教学资源（讲义）第八讲 固着生长的好氧生物处理工艺

废水生物处理原理与工艺 2.3固着生长的好氧生物处理工艺 2.3.1生物膜法的基本原理 -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 是土壤自净过程的人工化和强化 -主要去除废水中溶解性的和胶体状的有机污染物 主要类别有: 生物滤池——普通生物滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池等 生物转盘; 生物接触氧化法 好氧生物流化床等 2.3.1.1生物膜的结构 生物膜的形成 -前提条件:起支撑作用的载体物一一填料或称滤料 营养物质一一有机物、N、P以及其它; 接种微生物 生物膜的形成:含有营养物质和接种微生物的污水在填料的表面流动,一定时间后,微生物会附着在填料 表面而增殖和生长,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 生物膜从开始形成到成熟,一般需要30天左右(城市污水,20°C) 生物膜的结构 图1生物膜结构示意图 生物模 厌氧好氧 生物膜的性质: ①高度亲水,存在着附着水层 ②微生物高度密集:各种细菌以及微型动物,这些微生物起着主要去除废水中的有机污染物的作用 形成了有机污染物一一细菌一一原生动物(后生动物)的食物链 -生物膜降解有机物的过程: 三.生物膜的更新与脱落 -厌氧膜的出现: ●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 成熟的生物膜一般都由厌氧膜和好氧膜组成 好氧膜是有机物降解的主要场所,一般厚度为2mm。 -厌氧膜的加厚 第1页第八讲

废水生物处理原理与工艺 第八讲 第 1 页 第八讲 2.3 固着生长的好氧生物处理工艺 2.3.1 生物膜法的基本原理 ⎯⎯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； ⎯⎯是土壤自净过程的人工化和强化； ⎯⎯主要去除废水中溶解性的和胶体状的有机污染物； ⎯⎯主要类别有： 生物滤池⎯⎯普通生物滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池等； 生物转盘； 生物接触氧化法； 好氧生物流化床等。 2.3.1.1 生物膜的结构 一．生物膜的形成 ⎯⎯前提条件：起支撑作用的载体物——填料或称滤料； 营养物质——有机物、N、P 以及其它； 接种微生物 ⎯⎯生物膜的形成：含有营养物质和接种微生物的污水在填料的表面流动，一定时间后，微生物会附着在填料 表面而增殖和生长，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。 生物膜从开始形成到成熟，一般需要 30 天左右(城市污水，20C) 二．生物膜的结构 图 1 生物膜结构示意图 ⎯⎯生物膜的性质： ①高度亲水，存在着附着水层； ②微生物高度密集：各种细菌以及微型动物，这些微生物起着主要去除废水中的有机污染物的作用， 形成了有机污染物——细菌——原生动物(后生动物)的食物链。 ⎯⎯生物膜降解有机物的过程： 三．生物膜的更新与脱落 ⎯⎯厌氧膜的出现： ⚫ 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； ⚫ 成熟的生物膜一般都由厌氧膜和好氧膜组成； ⚫ 好氧膜是有机物降解的主要场所，一般厚度为 2mm。 ⎯⎯厌氧膜的加厚：

废水生物处理原理与工艺 厌氧的代谢产物增多,导致厌氧膜与好氧膜之间的平衡被破」 ●气态产物的不断逸出,减弱了生物膜在填料上的附着能力 成为老化生物膜,其净化功能较差,且易于脱落 生物膜的更新: 老化膜脱落,新生生物膜又会生长起来 ●新生生物膜的净化功能较强。 -生物膜法的运行原则 ①减缓生物膜的老化进程 ②控制厌氧膜的厚度 ③加快好氧膜的更新; ④尽量控制使生物膜不集中脱落。 2.3.1.2生物膜处理工艺的主要特点 微生物方面的特征 1、微生物种类多样化 ●相对安静稳定环境 SRT相对较长 ●丝状菌也可以大量生长,无污泥膨胀之虞 线虫类、轮虫类等微型动物出现的频率较高: 藻类、甚至昆虫类也会出现 ●生物膜上的生物:类型广泛、种属繁多、食物链长且复杂。 表1生物膜和活性污泥上出现的微生物在类型、种属和数量的比较 微生物种类活性污泥生物膜法微生物种类活性污泥法生物膜法 ++++ ++++ 轮虫 +++ 真菌 + +++ 线虫 藻类 寡毛虫 鞭毛虫 +++ 其它后生动物 肉足虫 ++ 昆虫类 纤毛虫 ++++ ++++ 2、生物的食物链长: 动物性营养者所占比例较大,微型动物的存活率较高 食物链长 污泥产量少于活性污泥处理系统(仅为1/4左右)。 3.能够存活世代时间较长的微生物—有利于硝化作用。 二、在处理工艺方面的特征 1、对水质、水量变动又较强的适应性 2、污泥沉降性能良好,易于固液分离 3、能够处理低浓度污水 4、易于维护运行,运行费用少 2.3.2生物滤池 生物滤池的基本原理 是在污水灌溉的实践基础上发展起来的人工生物处理法 第2页第八讲

废水生物处理原理与工艺 第八讲 第 2 页 第八讲 ⚫ 厌氧的代谢产物增多，导致厌氧膜与好氧膜之间的平衡被破坏； ⚫ 气态产物的不断逸出，减弱了生物膜在填料上的附着能力； ⚫ 成为老化生物膜，其净化功能较差，且易于脱落。 ⎯⎯生物膜的更新： ⚫ 老化膜脱落，新生生物膜又会生长起来； ⚫ 新生生物膜的净化功能较强。 ⎯⎯生物膜法的运行原则： ①减缓生物膜的老化进程； ②控制厌氧膜的厚度； ③加快好氧膜的更新； ④尽量控制使生物膜不集中脱落。 2.3.1.2 生物膜处理工艺的主要特点 一、 微生物方面的特征 1、微生物种类多样化： ⚫ 相对安静稳定环境； ⚫ SRT 相对较长； ⚫ 丝状菌也可以大量生长，无污泥膨胀之虞； ⚫ 线虫类、轮虫类等微型动物出现的频率较高； ⚫ 藻类、甚至昆虫类也会出现。 ⚫ 生物膜上的生物：类型广泛、种属繁多、食物链长且复杂。 表 1 生物膜和活性污泥上出现的微生物在类型、种属和数量的比较 微生物种类 活性污泥 生物膜法 微生物种类 活性污泥法 生物膜法 细菌 ++++ ++++ 轮虫 + +++ 真菌 ++ +++ 线虫 + ++ 藻类 - ++ 寡毛虫 - ++ 鞭毛虫 ++ +++ 其它后生动物 - + 肉足虫 ++ +++ 昆虫类 - ++ 纤毛虫 ++++ ++++ 2、生物的食物链长： ⚫ 动物性营养者所占比例较大，微型动物的存活率较高； ⚫ 食物链长； ⚫ 污泥产量少于活性污泥处理系统(仅为 1/4 左右)。 3.能够存活世代时间较长的微生物⎯⎯有利于硝化作用。 二、在处理工艺方面的特征 1、对水质、水量变动又较强的适应性； 2、污泥沉降性能良好，易于固液分离； 3、能够处理低浓度污水； 4、易于维护运行，运行费用少。 2.3.2 生物滤池 一、生物滤池的基本原理 ⎯⎯是在污水灌溉的实践基础上发展起来的人工生物处理法；

废水生物处理原理与工艺 1893年在英国试验成功,1900年开始应用于废水处理中 普通生物滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池、活性生物滤池等 基本结构 图2生物滤池示意图 工艺流程 出水回流 初沉池 生物 进水 二沉池 滤池 出水 剩余污泥 图3生物滤池的基本流程 注意:此处是出水回流,而不是污泥回流 工作原理: -废水从上向下从滤料空隙间流过,与生物膜充分接触,有机污染物被吸附降解: -主要依靠滤料表面的生物膜对废水中有机物的吸附氧化作用 、生物滤池的构造 生物滤池由滤床(池体与滤料)、布水装置和排水系统等部分组成 1、池体 30、40年代以前多是方形或矩形 -出现旋转布水器后,大多采用圆形:高负荷生物滤池通常是圆形; 池壁可有孔洞或不带孔洞的两种:有孔洞的池壁有利于滤料的内部通风,但在冬季易受低气温的影响 般要求池壁高于滤料0.5m —必要时池体应考虑防冻、采暖、以及防蝇等措施 图4普通生物滤池:图5高负荷生物滤池:图6塔式生物滤池 表2普通生物滤池、高负荷生物滤池和塔式生物滤池的比较 普通生物滤池 高负荷生物滤沘 塔式生物滤池 表面负荷(m3/m2d) 0.9~37 9~36(包括回流)16-97(不包括回流) BOD负荷(kg/m3d) 0.11-0.37 0.37~1084 高达48 深度(m) 18-3.0 0.9-24 8-12或更高 流比 无 回流比较大 滤料 多用碎石等 多用塑料滤料 塑料滤料 比表面积m2/m3) 43~65 43-65 82~115 孔隙率%) 45~60 蝇 多 很少 很少 生物膜脱落情况 间歇 连续 连续 运行要求 简单 需要一定技术 需要一定技术 第3页第八讲

废水生物处理原理与工艺 第八讲 第 3 页 第八讲 ⎯⎯1893 年在英国试验成功，1900 年开始应用于废水处理中； ⎯⎯普通生物滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池、活性生物滤池等。 1、 基本结构 图 2 生物滤池示意图 2、 工艺流程 图 3 生物滤池的基本流程 注意：此处是出水回流，而不是污泥回流。 3、 工作原理： ⎯⎯废水从上向下从滤料空隙间流过，与生物膜充分接触，有机污染物被吸附降解； ⎯⎯主要依靠滤料表面的生物膜对废水中有机物的吸附氧化作用。 二、生物滤池的构造 ⎯⎯生物滤池由滤床(池体与滤料)、布水装置和排水系统等部分组成。 1、 池体 ⎯⎯30、40 年代以前多是方形或矩形； ⎯⎯出现旋转布水器后，大多采用圆形；高负荷生物滤池通常是圆形； ⎯⎯池壁可有孔洞或不带孔洞的两种：有孔洞的池壁有利于滤料的内部通风，但在冬季易受低气温的影响； ⎯⎯一般要求池壁高于滤料 0.5m。 ⎯⎯必要时池体应考虑防冻、采暖、以及防蝇等措施。 图 4 普通生物滤池；图 5 高负荷生物滤池；图 6 塔式生物滤池 表 2 普通生物滤池、高负荷生物滤池和塔式生物滤池的比较 普通生物滤池 高负荷生物滤池 塔式生物滤池 表面负荷(m3 /m2 .d) 0.93.7 936(包括回流) 1697(不包括回流) BOD 负荷(kg/m3 .d) 0.110.37 0.371084 高达 4.8 深度(m) 1.83.0 0.92.4 812 或更高 回流比 无 14 回流比较大 滤料 多用碎石等 多用塑料滤料 塑料滤料 比表面积(m2 /m3 ) 4365 4365 82115 孔隙率(%) 4560 4560 9395 蝇 多 很少 很少 生物膜脱落情况 间歇 连续 连续 运行要求 简单 需要一定技术 需要一定技术 初沉池 生物 滤池 池 二沉池 出水回流 进水 出水 剩余污泥

废水生物处理原理与工艺 投配时间的间歇 不超过5min 般连续投配 连续投配 剩余污泥 黑色、高度氧化棕色、未充分氧化|棕色、未充分氧化 处理出水 高度硝化, 未充分硝化 未充分硝化 BODs≤s20mg/ BODs/ BOD5≥30mg BOD去除率(%) 85~95 75~85 65~8 滤料 -滤料是生物膜赖以生长的载体,其主要特性有: 大的表面积,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 有足够大的孔隙率,使脱落的生物膜能随水流到池底,同时保证良好的通风 适合于生物膜的形成与粘附,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 -普通生物滤池的滤料: 般为实心拳状滤料,如碎石、卵石、炉渣等 工作层的滤料的粒径为25-40mm,承托层滤料的粒径为70~100mm 同一层滤料要尽量均匀,以提高孔隙率 ●滤料的粒径愈小,比表面积就愈大,处理能力可以提高:;但粒径过小,孔隙率降低,则滤料层易被生物膜 者塞 一般当滤料的孔隙率在45%左右时,滤料的比表面积约为65~100m2/m3 -高负荷生物滤池的滤料 滤料粒径较大,一般为40~100mm,其中工作层滤料的粒径为40-70m,承托层则为70-100m,孔隙率较高, 可以防止堵塞和提高通风能力 滤料常采用卵石、石英砂、花岗岩等,一般以表面光滑的卵石为好 ●塑料滤料:多用聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯等制成 形状有波纹板式、斜管式和蜂窝式等 特点:质轻、强度高、耐腐蚀、比表面积和孔隙率都较大。 表3两种塑料滤料 型式 孔径 比表面积|孔隙率 (m/m) (kg/mi) 30×65 198 >90 40×85 立体波纹板 50×100 113 >96 153 ≈99 26~2 蜂窝式 2022 ●主要缺点:造价较高,初期投资较大 塔式生物滤池的滤料: 多采用质轻、比表面积大和孔隙率高的人工合成滤料 比表面积为100~220m2/m3,孔隙率一般大于94% 3、布水装置 -布水装置的目的是将废水均匀地喷洒在滤料上: 第4页第八讲

废水生物处理原理与工艺 第八讲 第 4 页 第八讲 投配时间的间歇 不超过 5min 一般连续投配 连续投配 剩余污泥 黑色、高度氧化 棕色、未充分氧化 棕色、未充分氧化 处理出水 高度硝化, BOD520mg/l 未充分硝化, BOD530mg/l 未充分硝化, BOD530mg/l BOD 去除率(%) 8595 7585 6585 2、 滤料 ⎯⎯滤料是生物膜赖以生长的载体，其主要特性有： ⚫ 大的表面积，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； ⚫ 有足够大的孔隙率，使脱落的生物膜能随水流到池底，同时保证良好的通风； ⚫ 适合于生物膜的形成与粘附，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。 ⎯⎯普通生物滤池的滤料： ⚫ 一般为实心拳状滤料，如碎石、卵石、炉渣等； ⚫ 工作层的滤料的粒径为 2540mm，承托层滤料的粒径为 70100mm； ⚫ 同一层滤料要尽量均匀，以提高孔隙率； ⚫ 滤料的粒径愈小，比表面积 就愈大，处理能力可以提高；但粒径过小，孔隙率降低，则滤料层易被生物膜 堵塞； ⚫ 一般当滤料的孔隙率在 45%左右时，滤料的比表面积约为 65100m2 /m3。 ⎯⎯高负荷生物滤池的滤料： ⚫ 滤料粒径较大，一般为 40100mm，其中工作层滤料的粒径为 4070mm，承托层则为 70100mm，孔隙率较高， 可以防止堵塞和提高通风能力； ⚫ 滤料常采用卵石、石英砂、花岗岩等，一般以表面光滑的卵石为好； ⚫ 塑料滤料：多用聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯等制成； 形状有波纹板式、斜管式和蜂窝式等。 特点：质轻、强度高、耐腐蚀、比表面积和孔隙率都较大。 表 3 两种塑料滤料 型式 孔径 (mm) 比表面积 (m 2 /m 3 ) 孔隙率 (%) 重量 (kg/m 3 ) 立体波纹板 3065 198 90 70 4085 150 93 60 50100 113 96 50 蜂窝式 19 201 98 36~38 25 153 99 26~28 32 122 99 21~23 36 98 99 20~22 ⚫ 主要缺点：造价较高，初期投资较大。 ⎯⎯塔式生物滤池的滤料： ⚫ 多采用质轻、比表面积大和孔隙率高的人工合成滤料； ⚫ 比表面积为 100220 m2 /m3，孔隙率一般大于 94%。 3、布水装置 ⎯⎯布水装置的目的是将废水均匀地喷洒在滤料上；

废水生物处理原理与工艺 主要有两种:固定式布水装置、旋转式布水装置 普通生物滤池多采用固定式布水装置 图7固定式布水装置 —高负荷生物滤池和塔式生物滤池则常用旋转布水装置 图8旋转布水器 转动竖管 布水槽管 虹吸装置 布水管系 50-250;水银封口 辛斧 圊定竖管 4、排水系统 —处于滤床的底部,其作用是收集、排出处理后的废水和保证良好的通风 由渗水顶板、集水沟和排水渠所组成 渗水顶板用于支撑滤料,其排水孔的总面积应不小于滤池表面积的20% -渗水顶板的下底与池底之间的净空高度一般应在06m以上,以利通风,一般在出水区的四周池壁均匀布置 、影响生物滤池功能的主要因素 滤床的比表面积和孔隙率 —生物膜是生物膜法的主体 滤料表面积愈大,生物膜的表面积也愈大,生物膜的量就愈多,净化功能就愈强 孔隙率大,则滤床不易堵塞,通风效果好,可为生物膜的好氧代谢提供足够的氧 滤床的比表面积和孔隙率愈大,扩大了传质的界面,促进了水流的紊动,有利于提高净化功能。 2、滤床的高度 -滤床的不同高度,生物膜量、微生物种类、去除有机物的速度等方面都是不同的 滤床的上层,废水中的有机物浓度高,营养物质丰富,微生物繁殖速度快,生物膜量多且主要以细菌为主, 有机污染物的去除速度高 -随着滤床深度的增加,废水中的有机物量减少,生物膜量也减少,微生物从低级趋向高级,有机物去除速 度降低 有机物的去除效果随滤床深度的増加而提高,但去除速率却随深度的增加而降低。 表4滤床高度与处理效率之间的关系和滤床不同深度处的生物膜量 离滤床表 污染物去除率(%) 生物 面的深度丙烯晴 异丙醇 COD 膜量 (m) (156mg/1)(3.4mg/1)(18.0mg/1)(955mg/1)1(kg/m) 82.6 99,2 10 8.5 99.3 70 73 0.8 第5页第八讲

废水生物处理原理与工艺 第八讲 第 5 页 第八讲 ⎯⎯主要有两种：固定式布水装置、旋转式布水装置； ⎯⎯普通生物滤池多采用固定式布水装置： 图 7 固定式布水装置 ⎯⎯高负荷生物滤池和塔式生物滤池则常用旋转布水装置： 图 8 旋转布水器 4、排水系统 ⎯⎯处于滤床的底部，其作用是收集、排出处理后的废水和保证良好的通风； ⎯⎯由渗水顶板、集水沟和排水渠所组成； ⎯⎯渗水顶板用于支撑滤料，其排水孔的总面积应不小于滤池表面积的 20%； ⎯⎯渗水顶板的下底与池底之间的净空高度一般应在 0.6m 以上，以利通风，一般在出水区的四周池壁均匀布置 进风孔。 三、影响生物滤池功能的主要因素 1、滤床的比表面积和孔隙率 ⎯⎯生物膜是生物膜法的主体； ⎯⎯滤料表面积愈大，生物膜的表面积也愈大，生物膜的量就愈多，净化功能就愈强； ⎯⎯孔隙率大，则滤床不易堵塞，通风效果好，可为生物膜的好氧代谢提供足够的氧； ⎯⎯滤床的比表面积和孔隙率愈大，扩大了传质的界面，促进了水流的紊动，有利于提高净化功能。 2、滤床的高度 ⎯⎯滤床的不同高度，生物膜量、微生物种类、去除有机物的速度等方面都是不同的； ⎯⎯滤床的上层，废水中的有机物浓度高，营养物质丰富，微生物繁殖速度快，生物膜量多且主要以细菌为主， 有机污染物的去除速度高； ⎯⎯随着滤床深度的增加，废水中的有机物量减少，生物膜量也减少，微生物从低级趋向高级，有机物去除速 度降低； ⎯⎯有机物的去除效果随滤床深度的增加而提高，但去除速率却随深度的增加而降低。 表 4 滤床高度与处理效率之间的关系和滤床不同深度处的生物膜量 离滤 床表 面的深度 (m) 污染物去除率（%） 生物 膜量 (kg/m3 ) 丙烯晴 异丙醇 SCN￾COD (156mg/l) (35.4mg/l) (18.0mg/l) (955mg/l) 2 82.6 31 6 60 3.0 5 99.2 60 10 66 1.1 8.5 99.3 70 24 73 0.8