生物膜法讲义Word文档下载推荐.docx
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在生物滤池中真菌生长较普遍，常见的真菌种类有酵母菌、链刀霉菌、白地霉菌等。
另外，生物膜上能够生长世代时间较长，比增殖速度小的硝化菌。
后生动物如线虫、轮虫及寡毛虫的微型动物也经常出现，有时在生物滤池上能产生滤池蝇等昆虫类生物。
（二）处理工艺方面的特征
1、运行管理方便、耗能较低
生物处理法中丝状菌起一定的净化作用，但丝状菌的大量繁殖，会降低污泥或生物膜的密度，如果在活性污泥法运行管理中，而丝状菌增加能导致污泥膨胀，丝状菌在生物膜法中无不良作用。
相对于活性污泥法，生物膜法处理污水的能耗低
2、具有硝化作用
在污水中起硝化作用的细菌属自养型细菌，容易生长在固体介质外表上被固定下来，故用生物膜法进行污水的硝化处理，能取得好的效果，且较为经济。
3、抗冲击负荷能力强
污水的水质、水量时刻在变化、当短时间内变化较大时，即产生了冲击负荷，生物膜法处理污水对冲击负荷的适应能力较强，处理效果较为稳定。
有毒物质对微生物有伤害作用，一旦进水水质恢复正常后，生物膜净化污水的功能即可得到恢复。
4、污泥琛将于脱水性能好
生物膜法产生的污泥主要是从介质外表上脱落下来的老化生物膜，为腐殖污泥、其含水率较低、具呈块状、沉降及脱水性能良好，在二沉池内易别离，得到较好的出水水质。
第二节生物滤池
生物滤池可分为普通生物滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池。
生物膜法处理污水最初使用的装置为普通生物滤池，亦称滴滤池，为第一代生物滤池。
这种装置是将污水喷洒在由粒状介质〔石子等〕堆积起来的滤料上，污水从上部喷淋下来，经过堆积的滤料层，滤料外表的生物膜将污水净化，供氧由自然通风完成的，氧气通过滤料的空隙，传递到流动水层、附着水层、好氧层。
此种方法处理污水的负荷较低，但出水水质很好，故亦成为低负荷生物滤池。
20世纪初，英国最先得到实际应用，之后欧洲和北美得到了应用。
普通生物滤池的特点为：
1、出水水质好；
运行管理方便；
2、运行费用低；
3、有机物负荷极低，处理设备占地面积大；
但卫生条件差，滤池可孳生滤池蝇，影响环境。
为了提高生物滤池的处理效率，20世纪中期，人工制造的滤料的出现，由于其比外表积大，滤料之间的空隙大，质轻等优点，提高了生物滤池的负荷，减小了占地面积，高负荷生物滤池和塔式生物滤池工艺得到了开展。
一、普通生物滤池的构造
普通生物滤池由池体、滤床、布水装置和排水系统、通风口等组成，其构造见图〔12-2〕所示。
1、池体：
普通生物滤池的平面形状一般为方形、矩形和圆形。
池壁采用砖砌或混凝土烧制。
池体的作用是维护滤料。
一般在池壁上设有孔洞，以便可通风。
池壁一般高出滤料外表0.5~0.9m，以防风力对外表均匀布水的影响。
图12—2普通生物滤池平〔剖〕面图
2、滤床：
生物滤池的滤床由滤料组成。
滤料的性质影响生物滤池的处理能力。
滤料应具有以下要求：
〔1〕强度高，林质要轻；
〔2〕单位体积滤料的外表积要大；
〔3〕空隙滤大；
〔4〕物理化学性质稳定，对微生物的增殖无毒害作用；
〔5〕就地取料，价廉；
〔6〕外表粗糙，以便于挂膜。
一般滤料按形状可分为块状、板状和纤维状。
滤料可选天然滤料如碎石、矿渣、碎砖、焦炭等。
也可选人工滤料如塑料球、小塑料管等。
普通生物滤池的滤料粒径为25~40mm；
此外，滤池底部集水孔板以上应设厚度为20~30mm，粒径为70~100mm的承托层，起承托作用，滤料总厚度为1.5~2.0mm。
3、布水装置：
布水装置的作用是在规定的外表负荷的情况下，将污水均匀分配到整个滤池外表上，布水均匀与否，影响生物滤池的净化作用。
布水装置应具有适应水量变化、不易堵塞和易于清通等特点。
普通生物滤池可采用固定布水装置，亦可采用活动布水装。
4、排水系统：
滤池的排水装置设于池体的底部。
主要包括渗水装置、集水渠和排出管道等。
渗水装置形式多样，常用的有混凝土板式渗水装置。
图〔12-3〕，其作用是支撑滤料和
排出滤后水，空气也是通过渗水装置的孔隙进入池体的。
为保证滤池滤料的通风状态，渗水装置上的孔隙率布的小于滤池总外表积的20%，底部空间高不小于0.6m，以保证通风良好；
池底以1%~2%的坡度坡向集水沟，集水沟以0.5~2%的坡度坡向排水渠。
为防止老化生物膜淤积在池底部，排水渠的流速不应小于0.7m/s。
5、通风装置：
普通生物滤池的通风为自然通风，一般在池底部设通风孔，其总面积不应小于滤池外表积的1%。
普通生物滤池虽然处理程度高，运行管理方便、节能，但其负荷极低、且易堵塞、卫生条件差，目前，很少采用。
二、普通生物滤池的设计与计算
普通生物滤低的计算内容为：
求定所需滤料的容积；
设计渗水装置及排水系统；
设计与计算配水系统。
滤料容积计算是本工艺流程主要内容，本节详细阐述。
布水装置的计算与设计参阅?
给水排水设计手册?
城市排水分册的有关章节。
〔一〕、滤料容积的计算
普通生物滤池的滤料容积可按负荷率法和系数法计算。
1、负荷法：
目前常用的负荷法由BOD5容积负荷率法和水利负荷率率法两种。
BOD5容积负荷率是指在保证处理水到达要求水质的前提下，每立方米滤料在一天内能接受的BOD5量，其单位为gBOD5/米类滤料/天。
水力负荷率是指在保证处理水到达要求质量的前提下，每立方米滤料或每平方米滤池外表在一天内所能够接受的污水水量，其单位为m3/〔cm3滤料〕·
d或m3/〔cm2滤池外表·
d〕
当处理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〔12-1〕数据选用
普通生物滤池BOD—容积负荷表〔12-1〕
年平均气温〔℃〕
BOD容积负荷〔gBOD5/m3·
3~6
100
＞10
200
6.1~10
170
注：
1、本表所列负荷率适用于处理生活污水或以生活污水为主体的城市污水的普通生物滤池。
2、当处理工业废水含量较多的城市污水时，应考虑工业废水所造成的影响；
适当降低上表所列举的负荷率值。
3、假设冬季污水温度不低于6℃，那么上表所列负荷率应乘以T/10〔T为污水在冬季的平均温度〕。
普通生物滤池容积负荷一般为0.15~0.30kg/（m3·
d），水力负荷可取〔1~3m3/m2·
d）。
2、系数法
1）确定系数K
K=S0/Se（12-1）
式中S0—进入生物滤池进行处理污水的BODn值，一般不超过220mg/L；
Se—处理水的BODn值，按当时环保或回用要求确定；
2）根据当地冬季平均污水水温度T及K值，确定滤层高度及平面水力负荷，见表〔12-2〕
普通生物滤池的计算参数表12—2
平面水力负荷
q（m3/（m2.d））
不同冬季污水水温条件下的K值
8℃
10℃
12℃
14℃
如果计算K值超出表〔12-2〕所列数据，应采用回流措施
3）根据污水量Q（m3/d）及平面水力负荷q（m3/m2·
d）求定滤池的总面积
〔12-2〕
F—生物滤池总面积，m2。
三、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。
它解决了普通生物滤池在运行中负荷极低、以堵塞及滤池蝇的产生等一系列问题。
高负荷生物滤池的有机容积位普通生物滤池的6~8倍。
水力负荷率高达10倍，因此池体的占地面积小；
由于水力负荷增大，能及时地冲刷掉老化的生物膜，促进其更新，使其保持较高的活性，提高了生物降解能力。
但高负荷生物滤池要求进水BOD5值必须低于200mg/L，采用回流水稀释。
高负荷生物滤池有机物去除率一般为75~90%，低于普通生物滤池。
（一）高负荷生物滤池的构造
高负荷生物滤池的构造与普通生物滤池根本相同，由于其布水系统对采用旋转布水器，故其平面尺寸多为圆形。
高负荷生物滤池结构，见图12-4所示。
高负荷生物滤池的滤料与普通生物滤池不同。
其滤料粒径一般为40~100mm，大于普通生物滤池，滤料的空隙率较高，滤料层高一般为2.0m。
（二）布水装置
高负荷生物滤池多采用旋转布水器〔见图图12—5旋转布水器示意图
12-5〕。
它是又固定不动的进水管和可旋转的布水横管组成，布水横管有2根或4根，横管中心轴距滤池地面0.15~0.25m，横管绕竖管旋转，旋转的动力可以用电机，也可用水力反冲产生。
从图〔12-5〕可以看出，在横管的统一侧开一系列间距不等的孔口，周边较密，中心较疏，当污水从孔口喷出后，产生反作用力，式布水横管按喷水反方向旋转，将污水均匀洒布在池面上。
横管与固定进水竖管连接处要封闭良好，并减小转时的摩擦力，布水器的旋转局部与固定竖管的连接处采用轴承连接。
常用图〔12-6（a）〕所示构造，是一种构造简单的设备、应用广泛，但水银密封，考虑到由于水银流失而引起严重污染，现已限制使用。
目前使用的是用水做水封的旋转布水器，国外多采用氯丁橡胶密封装置的旋转布水器如图〔12-6（b）〕。
（三）
高负荷生物滤池的运行特征
由于高负荷生物滤池进水的BOD5浓度不能高于200mg/L，而实际处理的污水污染物物质浓度往往高于此值，为了解决这一问题，应采用处理水回流的方法，即将处理后的污水回流到滤池之前与进水相混合，降低BOD5的浓度。
通过回流水，还可以增大水力负荷，冲涮老化的生物膜，使之更新，保证其较高活性，抑制厌氧层产生。
同时也防止了滤池堵塞，均和了进水水质，抑制了滤池蝇的过渡滋长、减轻散发臭气，改善了处理环境。
回流水量（QR）与原污水量〔Q〕之比称为回流比〔R〕。
显然喷洒在滤池外表上的总水量〔QT〕=Q+QR；
总用水量QT与原污水量Q之比：
〔12-3〕
F称为循环比。
回流比R常采用0.5~3.0，但有时也可高达5~6。
采用处理水回流工艺后，进入高负荷生物滤池的总污水量QT和经回流水稀释后的污水有机物浓度Sa可用下式计算：
〔12-4〕
式中S0——原污水的有机物浓度，mg/L；
Se——滤池处理后出水的有机物浓度，mg/L；
Sa——滤池进水的有机物浓度，一般BOD5不超过200mg/L。
高负荷生物滤池典型工艺流程
高负荷生物滤池采用回流水措施，由于所采用的回流水是否经过沉淀澄清及回流之后与原污水在何处混合稀释，使得高负荷生物滤池具有多种多样的流程系统。
图〔12-7〕所示为一级高负荷滤池的典型工艺流程。
图〔12-7〕中流程〔1〕滤池出水直接向滤池回流，并由二沉池向初沉池回流生物污泥，有助于生物膜的接种，促进生物膜的更新。
由于回流了生物污泥，初沉可以出现生物絮凝现象，提高了初沉池的沉淀效果；
流程〔2〕中处理后水回流至滤池前，可防止加大初沉池的容积，生物污泥回流至初沉池前，提高沉淀效果；
流程〔3〕中初力水回流至初次沉淀池，加大了滤池的水力负荷，但同时也提高了初沉池的负荷；
流程（4）中不设二沉池，滤池出水〔含生物污泥〕直接回流至初次沉淀池，从而提高了初次沉淀池的效果，同时使其兼得二沉池的功能；
流程〔5〕中处理水直接由滤池出水回流，生物污泥那么从二沉池回流，然后两者同步回流至初次沉淀池。
当原水有机物浓度较高，为了防止单级生物滤池的滤料深度过大，或者处理后的水质要求较高时，可将两个高负荷生物滤池串联，形成两级生物滤池系统。
两级生物滤池的流程系统更具有多样性。
图〔12-8〕图12—8二段〔级〕高负荷生物滤池系统所式为几种典型的工艺流程，在流程〔4〕中设置中间沉淀池，其目的在于减轻二段滤池的负荷，防止堵塞，有时可以不设。
二级生物滤池系统的主要弊端是负荷率不均，前段滤池负荷率高、生物膜生长快、活性强，脱落的生物膜易积存于滤料空隙中产生堵塞现象，后级滤池的负荷率往往偏低，生物膜生长不好，滤池容积本能得到充分的利用。
考虑到上述问题，可以通过调节进水方式，使得前级和后级交替运行。
如图〔12-9〕所示。
在此系统中，两级串联的两个滤池交替地用作一级滤池或二级滤池，因此，两个滤池中的滤料粒径应完全相同，在构筑物的高程布置上应考虑水流方向互换的可能性。
故需增设污水泵站、增加了建设和运行本钱；
该流程占地面积较大是其弊端。
有时由于条件所限，也可考虑采用二级生物滤池。
工艺设计与计算
高负荷生物滤池的设计与计算内容包括：
确定滤料容积和旋转布水器的设计与计算
1、滤池池体的工艺设计与计算：
内容包括：
〔1〕确定滤料容积；
〔2〕确定滤池深度；
〔3〕计算滤池外表面积。
滤池池体工艺计算方法有多种，本章仅以负荷率法加以阐述。
常用的负荷率有：
〔1〕BOD——容积负荷，即每m3滤料在每日内所接受的BOD5值，以gBOD5/（m3滤料·
d）计，此值不宜超过1200gBOD5/（m3滤料·
d）；
〔2〕BOD——面积负荷率，即每m2滤池外表积在每日所能够接受的BOD5值，以gBOD5/（m2滤料外表·
d）计，此值介于1100~2000gBOD5/（m2滤料外表·
〔3〕水力负荷率：
即每平方米滤料外表每日所能接受的污水流量，一般为10~30m3/（m2·
高负荷生物滤池气进入污水的BOD5应低于200mg/L，如进水BOD5浓度高于200mg/L，应采用处理水回流措施，回流比通过计算确定。
用负荷率计算，流量按日平均污水量计算。
对于城市污水，其进水BOD5往往大于200mg/L，因此应首先确定污水经回流水稀释后的BOD5值和回流稀释倍数。
经处理水稀释后进入滤池污水的BOD5值为：
Sa=a·
Se〔12-5）
式中Sa——向滤池喷洒污水的BOD值，mg/L
Se——滤池处理水的BOD值，mg/L
a——系数。
按下表列数据选用
系数a表12–3
污水冬季平均温度〔℃〕
年平均气温
〔℃〕
滤料层高度D（m）
8~10
＜3
10~14
＞14
＞6
回流稀释倍数〔n〕：
〔12-6〕
式中S0——原污水的BOD5值，mg/L。
①按BOD—容积负荷率NV计算滤料容积V：
〔12-7〕
式中n——回流稀释倍数
Q——原污水日平均流量，m3/d
其他各项同前。
滤池外表积A：
〔12-8〕
式中H——滤料层高度，m。
②按BOD—面积负荷率NA计算
滤池面积：
（12-9）
式中NA—BOD—面积负荷，gBOD5/（m2滤料外表·
d）
滤料容积：
V=H·
A（12-10）
③按水力负荷率Nq计算
（12-11）
式中Nq—滤池外表水力负荷，m3污水/（m2滤料外表·
[例题]某城镇设计人口N=60000人，污水量标准250L/人·
d，排放的BOD5量为30g/人·
d。
镇内有一座工厂，污水量2000m3/d，BOD5值为1000mg/L。
混合污水冬季平均温度为15℃，年平均气温10℃。
滤料层厚度为H=2.0m，采用旋转布水器布水，要求处理后出水BOD5≤30mg/L。
[解]高负荷生物滤池计算。
（1）污水平均日流量Q
（2）污水的BOD5浓度S0
（3）因为S0＞200mg/L，原污水必须用回流水稀释，回流稀释后混合污水浓度〔Sa〕为：
故Sa×
30=132mg/L
（4）回流稀释比n
（5）滤池总面积A
取NA=1800gBOD5/m2·
d
（6）滤池滤料总体积V
V=H·
A=2×
2365=4730m3
（7）单个滤池面积A1
采用4个滤池，每个滤池面积：
m2
（8）滤池直径D
（9）校核外表水力面积负荷Nq
（10）校核容积负荷率NV
＜
经计算，采用4座直径27.5m高2.0m的高负荷生物滤池。
旋转布水器计算详见?
有关章节。
四、塔式滤池
塔式生物滤池简称滤塔，属第三代生物滤池。
塔式生物滤池在污水净化工艺方面与高负荷生物滤池相同。
但式塔式生物滤池有本身独特的特征。
（一）塔式生物滤池的特征
〔1〕构造特征：
塔式生物滤池的外形如塔，一般高8~24m，直径1~3.5m；
高度与直径比为6~8：
1。
由于构造特殊，因此在池内形成强大的拔风状态，通风良好，增加了氧的转移效果。
再有由于池体较高，再加上有机负荷与水力负荷的提高，塔内水流紊动剧烈，污水、空气和生物膜三相充分接触，传质效果良好，使得生物膜的生长和脱落速度加快，加快了生物膜的更新，增强了生物膜的活性。
由于塔式生物滤池可认为是高负荷生物滤池在结构上为同池体串联运行，所以在不同的高度滤料层上存活着种群不同的微生物，这种情况有利于有机污染物的降解。
塔式生物滤池由于其负荷高、占地少、不用设置专用的供氧设备等优点，自20世纪50年代开发后，很快在东欧各国得到应用，尤其是20世纪60年代以后，由于新型滤料的出现，这些质轻、强度高、空隙大、比外表积大的塑料滤料的应用，更促进了塔式生物滤池的应用。
我国从20世纪70年代引入塔式生物滤池，广泛开展实验研究工作，得到了广泛的应用。
〔2〕塔式生物滤池的构造
1）池体：
塔式生物滤池平面多呈圆形或方形，外观呈塔状。
池体主要起围挡滤料的作用，可采用砖砌，也可以现场浇筑混凝土或采用预制板构件现场组装。
也可以采用钢框架结构，四周用塑料板或金属板围嵌，这种结构对池体重量可以大大减轻。
如图〔12-10图〕所示为塔式生物滤池的构造示意图。
塔身沿高度分层建设，分层设格栅，格栅承托在塔身上，起承托滤料的作用。
每层高度不大于2.5m为宜，以免强度较低的下层滤料被压碎，每层设检修器，以便检修和更换滤料。
2〕滤料
对于塔式生物滤池填充的滤料的各项要求，空气与高负荷生物滤池相同。
由于其构造上的特征，最好对塔滤池采用质轻、高强、比外表积大、空隙率高的人工塑料滤料。
国内常用滤料为环氧树脂固化的玻璃布蜂窝滤料，其特点为：
比外表积大、质轻、构造均匀、有利于空气流通和污水均匀分布，不宜堵塞。
3〕布水装置图12—10塔式生物滤池构造
塔式生物滤池常使用的布水装置有两种：
一是旋转布水1—塔身2—滤料3—格栅器；
二是固定布水器。
旋转布水器可用水力反冲转动，也可4—检修口5—布水器6—通风口电机驱动，转速一般为10r/min以内，固定式布水器多采用7—集水槽喷嘴，由于塔滤外表积较小，安装数量不多，布水均匀。
4〕通风孔
塔式生物滤池一般采用自然通风，塔底有高度为0.4~0.6m的空间，周围留有通风孔，有效面积不小于池面积的7.5~10%
当塔式生物滤池处理特殊工业废水时，为吹脱有害气体，可考虑机械通风，即在滤池的下部和上部设鼓、引风机加强空气流通。
（二）塔式生物滤池的工艺特征
塔式生物滤池主要特征是池体高，通风情况好，并且污水从池顶流下，水流紊动强，固、液、气传质好，降解污水中有机物速度快。
〔1〕负荷率高
塔式生物滤池是通过加大滤层厚度来提高处理能力的。
其水力负荷可80~200m3/（m2·
d），为高负荷生物滤池的2~10倍。
BOD—容积负荷率可达1000~2000gBOD5/（m3·
d），较高负荷生物滤池高2~3倍。
BOD—容积负荷高可促进生物膜快速生长；
水力负荷高，可冲刷生物膜，加速生物膜的更新，保持生物膜的活性。
但是生物膜生长速度过快，易产生滤料的堵塞现象。
因此应控制进水的BOD5在500mg/L以下为宜。
〔2〕滤层内生物相分层
塔滤池滤层每层的生物相明显，在各层上生长繁殖着种属不同、但又适应于该层污水特征的微生物群体，这有助于生物的增殖、代谢蹬生理活动，更有助于有机物的降解，并且能承受较大的有机物和毒物的冲击负荷。
因此，塔式生物滤池常用于处理较高有机污染物的污水和各种工业废水。
（三）塔式生物滤池的计算与设计
塔式生物滤池虽然已经在国内外得到了一定的应用，但到目前为止，还没有建立用于塔滤池的成熟计算方法。
目前，塔式生物滤池的工艺设计与计算主要按BOD—容积负荷率NV进行计算，方法如下所述。
1）确定容积负荷率
对于城市污水可参考国内外运行数据选定，也可参照图〔12-11〕选定。
对于工业废水，当无实例资料时，应通过实验确定。
BOD—容
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