陕西科技大学807环境工程学罗茜考点精讲14.docx

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陕西科技大学807环境工程学罗茜考点精讲14

专业课考点精讲课程

第14讲

曝气生物滤池与生物流化床

【知识脉络图】

【考点概述】

1、曝气生物滤池（★★）

2、生物流化床（★★★）

【复习思路及目的】

1、曝气生物滤池相关知识点

2、生物流化床相关知识点

【考点精讲】

考点一、曝气生物滤池（★★）

发展史：

生物膜工艺在废水处理中的应用具有悠久的历史。

早在1914年，活性污泥法发明之前，生物膜法就已经应用于废水处理。

该工艺快发应用以来，一直受到各国研究者的重视。

通过不断研究，该工艺由低负荷生物滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池（第一代生物膜工艺）等足部发展到生物接触氧化法、淹没式生物滤池、生物流化床（第二代生物膜工艺）等各种工艺。

直到上世纪八十年代末到九十年代初，法国OTV公司开发了第三代生物膜工艺——曝气生物滤池（BiologicalAeratedFilter,简称BAF）。

该工艺最初用于污水的三级处理，后发展成直接用于二级处理。

目前，在欧美、日本等发达国家广为流行，目前世界上有3500多座污水处理厂使用该工艺。

在我国该工艺渐渐用于污水处理，马鞍山钢铁设计院成为全国BAF研究中心。

应用范围：

该工艺具有去除SS、COD、BOD5、硝化、脱氮除磷等作用，其最大特点是集生物氧化和截留悬浮固体于一体，节约后续二沉池，在保证处理效果的前提下提高工艺简化。

主要应用于水体富营养化、城市生活污水、食品加工废水、酿造和造纸等高浓度废水处理，同时也可用于中水处理。

分类：

根据水流流向不同，BAF工艺可分为升流式（UBAF）和降流式（DBAF）。

上流式（UBAF）：

以OTV公司的Biostry工艺为代表，底部进水，气水同向。

下流式（DBAF）：

以OTV公司的Biocarbone工艺为代表，上部进水，气水反向。

根据处理功能的不同又可分为：

以有机物去除为目标的DC-BAF：

用于可生化性较好的工业废水和对氨氮没有特殊要求的生活污水，主要去除污水中碳化有机物和截留污水中的悬浮物，即去除BOD、COD、SS。

以硝化去除为目标的N-BAF：

适用于仅需要进行硝化反应的场合（排放标准只对氨氮有做要求而总氮则无规定）。

该工艺供气较为充足，整个滤池处于好氧状态，微生物以自养性硝化菌为主。

以脱氮去除为目标的DN-BAF：

适用于出水对总氮有要求的场合。

该滤池不设曝气管道，滤池处于厌氧状态，在厌氧条件下，NO3-N和NO2-N在哦硝化菌的作用下被还原成N2。

以脱氮除磷去除为目标的NP-BAF：

通过投加化学除磷药剂来完成滤池除磷。

在滤料作用下诱发絮凝，沉淀物截留在滤床上，通过周期性的反冲洗，将磷排除系统外，达到除磷的目的。

剩余污泥增加量为15%-50%。

工艺原理：

生物滤池净水原理是滤池内滤料上生长的生物膜中微生物氧化分解作用，滤料及生物膜的吸附截留作用和沿水流方向形成的食物链分级捕食作用以及生物膜内部微环境和厌氧段的反硝化作用。

污水流经滤料时，滤料表面附着生长高活性的生物膜，滤池内部曝气。

待生物膜成熟后，污水中的有机污染物被生物膜中的微生物吸附、降解，从而得到净化。

生物膜表层生长的是好氧和兼性微生物，有机污染物经微生物好氧代谢而降解，终点产物是H2O、CO2、NO3等。

由于氧在生物膜表层已耗尽，生物膜内层的微生物处于厌氧状态，进行的是有机物的厌氧代谢，终点产物为有机酸、乙醇、醛和H2S、N2等。

滤料自身对污水中的悬浮物具有截留和吸附作用，另外经培菌后滤料上生长有大量微生物，微生物的新陈代谢作用产生的粘性物质如多糖类、酯类等起到吸附架桥作用，与悬浮颗粒及胶体粒子粘结在一起，形成细小絮体，通过接触絮凝作用而被去除。

由于微生物的不断繁殖，生物膜逐渐增厚，超过一定厚度后，吸附的有机物在传递到生物膜内层的微生物以前，已被代谢掉。

此时，内层微生物因得不到充分的营养而进人内源代谢，失去其粘附在滤料上的性能，脱落下来随水流出滤池，滤料表面再重新长出新的生物膜。

构造：

池体、滤料、承托层、布气系统、布水装置、反冲洗装置、排水系统。

①池体：

其作用是容纳被处理水和围挡滤料，并承托滤料和曝气装置的重量。

其形状有圆形、正方形和矩形（长宽比为1.2-1.5）三种，结构形式有钢制设备（处理水量小）和钢筋混凝土结构（处理水量大）等。

为保证反冲洗效果，单池面积不宜太大（≤100m2）。

②滤料：

是生物滤池的主体，对生物滤池的净化功能有直接影响。

因此滤料需具备质坚、高强、耐腐蚀、抗冰冻，较高的比表面积，较大孔隙率，且能就地取材，便于加工、运输等条件。

材质可用轻质陶粒、炉渣、石英砂、焦炭、沸石等，以圆形陶粒为佳。

粒径为3-6mm，滤层厚度约2.5-4.5m。

滤料种类

比表面积（m2/g）

总孔体积（cm3/g）

陶粒

3.99-4.11

0.103

石英砂

0.76

0.0165

炉渣

0.91

0.0488

焦炭

1.27

0.063

沸石

0.46

0.0269

③承托层：

作用是支撑滤料，防止滤料流失和堵塞滤头，同时还要保持反冲洗稳定进行。

为保证承托层的稳定和配水的均匀性，要求材质具有良好的机械强度和化学稳定性，其形状尽量接近圆形，常用材质为卵石。

④布水系统：

包括滤池最下部的配水室和滤板上的配水滤头。

对于上流式滤池，配水室的作用是使某一短时段内进入滤池的污水均匀混合，依靠承托滤板和滤头的阻力作用是污水在滤板下均匀、均质分布，并通过滤板上的滤头均匀流入滤料层；除了滤池正常运行布水外，也可作为定期对滤池进行反冲洗时布水用。

对于下流式滤池，该布水系统主要用作滤池反冲洗布水和收集净化水用。

配水室组成：

缓冲配水区和承托滤板。

缓冲配水区初步混匀污水，然后依靠承托板的阻力作用使污水在滤板下均匀、均质分布，并通过滤板上滤头将污水均匀送入滤料层。

缓冲配水区在水气联合反冲洗时起到均匀配气作用。

配水滤头：

其作用是向滤池均匀配水。

⑤布气系统：

工艺布气系统（充氧曝气）和进行气-水联合反冲洗时的供气系统（反冲洗曝气）。

工艺布气系统：

保持曝气生物滤池中充足的溶解氧并维持滤池内生物膜高活性。

曝气生物滤池一般采用鼓风曝气形式，空气扩散系统一般有穿孔管空气管空气扩散系统和专用空气扩散系统两种，而最有效的是专用空气扩散器的空气扩散系统，如德国PHILLIPMOLLER公司的OXAZUR空气扩散器和中国中冶集团马鞍山钢铁设计总院环境工程公司开发的EPT单孔膜空气扩散器。

该装置（EPT）按一定间隔安装在空气管道上，距承托板约0.1-0.15m，空气通过扩散器并流过滤料层是可达30%以上的氧利用率，且不易堵塞。

⑥反冲洗系统：

由反冲洗供水系统和反冲洗供气系统组成。

采用气-水联合反冲洗，目的是去除滤池运行过程中界留下的各种颗粒、胶体污染物及老化脱落的微生物膜。

联合反冲洗系统的配水配气是通过滤板及固定其上的长柄滤头实现。

反冲洗时，反冲洗进气与滤板下形成气垫层，随后空气便从长柄滤头上端的进气孔进入，反冲洗水则由长柄滤头下端进水孔进入。

反冲洗过程一般分为三步：

气洗、气水同时反洗、水漂洗。

气洗目的是松动滤料层，使滤料层膨胀。

气洗强度一般为10-15L/（m2*S），时间为5min。

气水同时反洗目的是将滤料上截留的悬浮物和老化的生物膜冲洗出去，水洗强度为5.0-8.5L/（m2*S），时间为5-8min。

水漂洗目的是将滤料上表面的悬浮物和老化的生物膜冲洗出去，时间为为5-8min。

滤层膨胀率约为10%。

⑦出水系统：

周边堰出水或单侧堰出水两种。

在大中型污水处理厂一般采用单侧堰出水，并将出水堰口出设计成60°斜坡，以降低出水流速。

在出水堰口设置栅形稳流板以拦截反冲洗时被出水带出的滤料。

设计参数：

该工艺进水COD浓度小于1500mg/L，进水BOD5宜为50-350mg/L，SS宜小于100mg/L，TNK为15-60mg/L，NH3-N为10-40mg/L。

出水COD＜40mg/L，BOD5＜10mg/L、SS＜15mg/L，TNK＜15mg/L，NH3-N＜10mg/L。

COD、BOD5、SS、NH3-N去除率均大于90%。

影响曝气生物滤池处理效果的因素：

水温：

水温是影响微生物生长和生命代谢活性的主要原因，大多数微生物的新陈代谢活动随着温度升高而增强，随温度降低而减弱，水温越低，活性越小。

根据Airheniuslls公式，随着温度非下降10℃，生化反应速率将下降一倍。

细菌适宜生长繁殖的温度在25~35℃之间，因此在温度较高的夏季，曝气生物滤池的处理效果最佳，而在冬季水温低，生物膜活性受抑制，处理效果受到影响，出水水质较差。

pH和碱度：

微生物的生长和繁殖与污水的pH值有密切关系，pH值的改变可能会引起细胞膜电荷的变化，进而影响微生物对有机物的吸收和微生物代谢过程中酶的活性。

对于好氧微生物来说，进水的pH值在6.5-8.5之间较为适宜。

硝化反应是一个耗碱过程，其适宜pH值范围7.0-8.5，超出其适宜范围，硝化细菌的活性急剧下降，氨氮的去除率也随之降低。

水力负荷：

水力负荷的大小直接影响污水在滤池中的停留时间，水力负荷越小，水力停留时间越长，处理效果越好，反之亦然。

但水流紊动能加快生物膜的更新、滤池内的传质及溶解氧的利用率，并且水力负荷过小会导致滤料堵塞。

因此水力负荷在运行中通常为0.5-1.5m3/（m2*h）。

溶解氧：

是影响生物膜生长和出水效果的重要因素。

在好氧处理工艺中需氧量是工艺控制的重要指标。

滤池处理水中溶解氧以4-6mg/L为宜。

当溶解氧低于2mg/L时，好氧微生物生命活动受到限制，从而降低有机物氧化分解和氨氮的转化速度。

因此，控制曝气量就显得尤为重要，曝气量大，滤池中溶解氧高，提高好氧微生物氧化分解有机物的速率，同时气流产生的剪切力有助于老化的生物膜脱落。

日常运行管理：

日常监控指标有水温、pH、DO、CODCr、BOD5。

另外还要适时进行生物相镜检，并结合水质指标判断生物膜所处工况，结合具体情况对运行参数座相应调整。

该工艺的优点：

1）出水水质好；2）占地面积小，节省基建投资；3）运行费用低；4）抗冲击负荷能力强，耐低温；5）易挂膜，启动快；6）滤池采用模块化结构，便于后期改进或扩建；7）采用自动化控制，易于管理；8）不产生臭气，环境质量好。

缺点：

1）要对原水进行前处理控制SS，需要格栅、沉砂池、初沉池等设施，若用在二级处理时，需加药剂控制SS，增加运行费用；2）滤料选择不慎或运行参数控制不适会滤料会随出水或反冲洗水流失；3）同步化学除磷时，需加除磷剂，增加成本。

考点二、生物流化床（★★★）

——生物流化床是70年代开发的一种新型生物膜法处理工艺；

——以比重大于1的细小惰性颗粒如砂、焦碳、陶粒、活性炭等为载体；

——废水以较高的上升流速使载体处于流化状态；

——生物固体浓度很高，传质效率也很高，是一种高效的生物处理构筑物。

一、载体颗粒流化原理

——载体颗粒的流化，是由于上升的水流（或水流与气流）所造成的。

——三种状态：

1）固定状态；2）流化状态；3）流失状态

图1 载体颗粒的三种状态

二、生物流化床的工艺类型

——根据供氧方式、脱膜方式及床体结构等的不同，可分为两相生物流化床和三相生物流化床。

1、两相生物流化床

——在生物流化床外设充氧设备和脱膜设备，在床体内只有液、固两相；

——进入反应器之前，废水中的DO可达8-9mg/l（以纯氧为气源时，可达30-40mg/l）。

2、三相生物流化床

——直接向反应器内充氧，床体内有气、固、液三相共存；

——气体搅动剧烈，载体颗粒之间摩擦剧烈，可使表层的生物膜自行脱落，因此一般无需体外脱膜装置。

三、生物流化床的构造

——主要包括反应器、载体、布水装置、充氧装置和脱膜装置等。

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