内容简介 以生物滤池的问世为标志的生物膜反应器技术已经走过了100多年的发展历程,与活 性污泥法一起共同成为现代污水处理技术的最重要组成部分研究与实践均已经表明,在 许多情况下,生物膜法不仅能代替活性污泥法用于城市污水和工业废水的二级生物处理, 而且还具有一些独特的优点,如运行稳定、抗冲击负荷、更为经济节能、无污泥膨胀问题、 具有一定的硝化与反硝化功能、可实现封闭运转防止臭味等。随着配套技术与材料的突破 性进展,近年来生物膜工艺得到了广大研究者和工程技术人员的极大关注,发展相当迅速, 对生物膜特征的认识和基础理论研究不断加深,已有的实际工艺日臻完善,同时出现了多 种新型的生物膜反应器工艺和各种组合工艺,逐步形成了一套较完整的生物膜法污水生物 处理工艺系列。 针对生物膜技术发展迅速并得到国内外工程界高度重视的现实情况,以及国内读者 迫切希望较全面了解生物膜技术的最新理论发展和应用实践的实际需要,本书全面、系 统和深入地阐述了有关生物膜反应器的原理与实际应用,充分反映生物膜反应器技术在 污水处理领域的国内外最新研究进展和应用,并根据作者多年研究经历和体会,系统介 绍了生物膜反应器及反应过程的研究方法本书对生物膜技术的工程应用和进一步研究 具有重要的指导和参考作用,对进一步研究与开发高效、节能、省地、低成本、低费用 的生物膜反应器新工艺可以起到积极的推动作用。 全书共10章,第1章概述了生物膜反应器的发展沿革、类型、特征和发展趋势;第 2章阐述了微生物在载体表面的固定机理、特性和各种影响要素;第3章详细介绍了各种 生物膜载体、载体选择和细胞固定技术;第4章论述了生物膜的净化机理、增长动力学、 基质去除动力学及动力学参数;第5章介绍了生物膜微生物能量代谢的PRT理论、 HERBERT理论、分离理论及数学模型;第6章详细描述了各种生物膜分析技术,包括生 物膜的含量确定、组分测定、厚度测定、活性分析、结构观察和活性标记等;第7章全面 分析了影响生物膜反应器运行的主要工艺参数和环境因素;第8章系统介绍了生物滤池、 生物转盘和淹没式生物滤池等典型生物膜反应器工艺的原理、构造、池型、工艺流程及设 计计算;第9章综合介绍了各种实用新型生物膜反应器工艺和复合式生物膜反应器工艺的 原理、特性和应用;第10章系统介绍了生物膜/悬浮生长联合处理工艺的联合方式、工艺 类型、工艺及相关处理设施的设计考虑等。 本书内容详尽、系统全面,既体现了国内外最新研究成果,具有先进性和理论深度, 又展现了工程应用情况及前景,具有较高的针对性和实用性,可供从事水处理和环境保 护的研究、设计与运行管理人员、高等院校教师和研究生、本科生以及其他与环境科学 与工程有关的专业技术人员参考使用
总序 聂梅生 我国水处理技术的发展历程是与不同历史时期的经济、社会发 展及人民生活水平密切相关的。总体来看,在给水与废水处理技术 方面曾经历了以解决量的需求为主要目标的第一阶段,此间的水处 理技术主要是围绕着满足水量供应为主题展开;经济的快速发展引 发了环境污染问题,随着水污染形势日趋严峻,水处理技术开始了 以环境保护为背景的第二阶段,这期间的技术研究围绕着去除各类 污染物以达到水质指标为目的而进行;全球性的环境污染和资源短 缺引发了人们对发展问题的重新思考,可持续发展观念的提出使现 阶段环境领域的技术逐步发生了战略性转折,这期间水处理技术不 仅由单项技术走向综合集成并加速产业化、市场化转移,更重要的 是逐步走向以人为本的发展道路,这正是可持续发展的最终目标 本丛书作为国家“九五”重点科技攻关项目的成果之一,希望 能反映我国水处理技术的前沿,并以此献给从事给水和废水处理事 业的广大读者。 1999年11月
前言 在当今世界,污水处理技术的不断发展和工程应用已经成为维系社会经济可持续发展 的必要组成部分。基于物理、化学和生物学原理的各种污水处理工艺不断出现,其中生物 处理技术的应用最为广泛,已经成为城市污水和有机工业废水处理的主流工艺。 在污水生物处理工艺的发展和应用中,活性污泥法和生物膜法一直占据主导地位。随 着新型滤料的开发和配套技术的不断完善,与活性污泥法平行发展起来的生物膜工艺技术 得以快速发展,既独立又几乎已经结合到污水处理的各种其他工艺中,这是因为生物膜法 具有诸多优点,包括:处理效率高,耐冲击负荷;体积小,便于运行管理,困扰活性污泥 法的污泥膨胀问題在此得以消除;可以维持较高的污泥龄,生物桕相对稳定,具有较高微 生物量,水力停留时间大为缩短;对毒性物质和冲击负荷具有较强的抵抗性;可以实现封 闭式运转,解决臭味问题,等等。因此,近年来国内外许多研究者和工程技术人员无论从 理论上还是实际应用方面都进行了大量的研究和工程实践,并取得了丰硕的成果。 本书作为“九五”国家重点科技攻关计划《污水处理与水工业关键技术研究》项目(编 号%6909)《城市污水处理技术集成与决策支持系统建设》专题(编号96-9090101)的 污水处理技术集成化系列研究成果之一,基于作者多年来在国内外从事生物膜反应器研究 的最新成果与切身体会,旨在全面、系统和深入地阐述有关生物膜反应器的原理与实际应 用,充分反映生物膜反应器技术在污水处理领域的国内外最新研究进展和应用,如生物膜 在载体表面的固定机理、生物膜微生物的能量代谢理论、复合式生物膜反应器、生物膜 悬浮生长联合处理工艺等,并根据自身的多年研究经历,系统介绍了生物膜反应器及反应 过程的研究方法,包括生物膜厚度、生物膜量、生物膜活性的各种测量、测定技术以及模 型的选择等。我们期望本书的出版对进一步研究、探索和应用高效、节能、省地、低成本、 低费用的生物膜反应器新工艺起到积极的作用 本书第2、3、4、5、6章由刘雨编写,第I、7、8、9章由赵庆良编写,第10章由郑 兴灿、晋荣编写。全书由赵庆良统稿、郑兴灿定稿。 本书的编写工作由建设部科技司组织领导,并得到国家城市给水排水工程技术研究中 心的大力支持,在此谨表示衷心的感谢。 由于编著者水平有限,经验不足,书中错误和不当之处在所难免,热忱欢迎同行前辈 和广大读者批评指正。 刘而赵庆良郑兴丛 1999年11月
目录 第1章污水处理中的生物膜与生物膜反应器… 1.1污水与污水生物处理 111污水的来源与污染物 1.12污水生物处理T艺 12生物膜 121生物膜及其形成过程 122生物膜的微生物相 111233466 13生物膜反应器 .3.1生物膜反应器的发展沿革 132生物膜反应器的类型与技术现状...7 13.3生物膜反应器的特征 1.34生物膜反应器的发展趋势 第2章微生物在载体表面的固定机理 由面面卡b由由由 2.1微生物固定的一般过程 211徽生物向载体表面的运送 212可逆附着过程 21.3不可逆附着过程 右 15 214固定微生物的增长 22微生物固定动力学 16 221可逆附着动力学 222徽生物不可逆附着模型 23影响微生物固定的重要因素 2.31悬浮微生物浓度… 232液相pH….... 23.3液相离子强度, 234悬浮微生物的活性 235载体表面结构与性质 2.36水力剪切作用… …28 237接触时间 31 24硝化细菌在载体表面固定的措施 241载体表面处理 242微生物表面改良 第3章生物膜载体的选择与细胞固定技术
目录7 31生物膜载体的种类 31无机类载体… 36 3】2有机类载体 32生物膜载体的选择原则 32机械强度 322物理形态 323生物、化学及热力学稳定性 324亲疏水性及表面电性 325孔隙度及表面粗糙度, 326比重 3.2.7对生物膜活性的影响 .28可再用性… 329价格 33实用微生物固定技术 33.1表面吸附固定技术 332键联固定技术 333细胞间自交联固定技术 334多聚体包埋技术 335孔网状载体截陷固定技术 34备种固定技术的比较 第4章生物膜增长及底物去除动力学 41生物膜净化机理 47 42生物膜增长的一般描述 4.3生物膜增长动力学 4.3.1生物膜增长速率方程 4.3.2 Capdeville生物膜增长动力学体系 44底物去除动力学 为生分 441反应-扩散模式 ,60 442表面反应模式 45动力学参数的确定 4.5.1生物膜的比增长率 452底物比去除率(q) 453生物膜产率系数(Y) 454生物膜最大活性厚度(Th2)x 45.5生物膜密度(p)… 456半级反应常数〔k12)… 457有效扩散系数(D2)… 4.5.8生物膜理论最大活性厚度(Th2)mx1 4.6附录…