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1、生物膜法讲义生物膜法生物膜法属于好氧生物处理方法。他是依靠固着于固体介质外表的微生物来降解有机污染物质。当含有大量有机污染物的污水连续不断地通过某种固体介质外表时，在介质的外表上会逐渐生长出各种微生物，当微生物的质活性与量数量积累到一定程度，便形成了生物膜。生物膜内部主要是由细菌、真菌、原生动物、后生动物和一些藻类组成。当污水与生物膜接触时，污水中的有机物，作为微生物的营养物质，被微生物所摄取，污水得到净化，微生物本身也在繁殖、生长。生物膜法实质是污水土壤自净的人工强化过程，这种方法既古老，又是开展中的生物处理技术。早在1893年英国在实验室中成功地应用了生物膜技术，并于1900年应用于污水处

2、理领域。利用生物膜净化污水的装置称为生物膜反响器。迄今为止，属于生物膜处理法的反响器有生物滤池包括普通生物滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池、生物转盘、生物流化床及生物接触氧化等。第一节 生物膜的构造及净化机理一、生物膜的构造及其净化原理生物膜法净化污水的原理可用图12-1来说明。污水流过固体介质滤料外表经过一段时间后，固体介质外表形成了生物膜，生物膜覆盖了滤料外表。这个过程是生物膜法处理污水的初始阶段，亦称挂膜。对于不同的生物膜法污水处理工艺以及性质不同的污水，挂膜阶段需1530天；一般城市污水，在20左右的条件下，需30天左右完成挂膜。从图12-1中可以看出，固体介质滤料外表外，依次由厌氧

3、层、好氧层、附着水层、流动水层组成了生物膜降解有机物的构造。降解有机物的过程实质就是生物膜与水层之间多种物质的迁移与微生物生化反响过程。由于生物膜的吸附作用，其外表附着着一层很薄的水层，称之为附着水层。它相对于外侧运动的水流流动水层，是静止的。这层水膜中的有机物首先被吸附在生物膜上，被生物膜氧化。由于附着水层中有机物浓度比流动层中的低，根据传质理论，流动水层的有机物可通过水流的紊动和浓度差扩散作用进入附着水层，并进一步扩散到生物膜中，被生物膜吸附、分解、氧化。同时，空气中的氧气不断溶入水中，穿过流动水层、附着水层进入好氧层中，为好氧微生物降解有机物创造条件。微生物在分解有机物的过程中，本身的量

4、不断增加，式的生物膜不断变厚，传递进来的氧很快被表层微生物耗尽，内层的生物膜的不到氧的供给，厌氧微生物在生物膜内大量滋长，厌氧层便形成。好氧层的厚度一般在2mm左右，有机物降解主要在好氧层内进行，好氧微生物的代谢产物如水、二氧化碳通过附着水层进入流动水层，并随其排走。当厌氧层的厚度逐渐增加，并到达一定程度后，厌氧微生物的代谢产物也逐渐增加，这些产物必须要通过好氧层向外侧传递，由于气态产物的不断增加，大大减弱了生物膜在固体介质上的固着力，此时，生物膜已老化，容易从固体介质外表脱落下来，并随水流流向固液别离设施；生物膜脱落后再重新形成新的生物膜，此过程交替进行。生物膜法处理系统中的生物相较多，主要

5、是各种细菌、真菌、原生动物、后生动物、藻类、昆虫等。藻类可以产生在生物滤池、生物转盘等生物膜法处理工艺设备能被阳光照射到的部位，但仅限于外表。藻类具有光合作用，具备净化污水的功能，但作用不大，而且藻类增殖能够生成新的有机物，从生物膜的净化机理来看，藻类的产生是不利的。二、生物膜处理法的特征（一）微生物相方面的特征生物膜中的微生物主要是细菌组成的菌胶团为主，相对于活性污泥法而言，在生物膜中丝状菌很多，因为它净化能力很强，有时还起着主要作用，而且为生物膜形成了立体结构、使其密度疏松、增大了外表积。由于生物膜固着在固体介质外表上，所以不产生污泥膨胀现象。在生物滤池中真菌生长较普遍，常见的真菌种类有酵

6、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

7、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

8、，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

9、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0.50.9m，以防风力对外表均匀布水的影响。 图122 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。

10、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2540mm；此外，滤池底部集水孔板以上应设厚度为2030mm，粒径为70100mm的承托层，起承托作用，滤料总厚度为1.52.0mm。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

11、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0.52%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

12、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/

13、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/m3d年平均气温BOD容积负荷gBOD5/m3d36100102006.110170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/10T为污水在冬季的平均温度。普通生物滤池容积负荷一般为0.150.30kg

14、/(m3d)，水力负荷可取13m3/m2d)。2、系数法1）确定系数KK = 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122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/m2d) 求定滤池的总面积 12-2F生物滤池总面积，m2。三、高负荷

15、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68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7590%，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

16、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40100mm，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125 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0.150.25m，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

17、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

18、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： 12-3F称为循环比。回流比R常采用0.53.0，但有时也可高达56。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

19、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

20、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128二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

21、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

22、章仅以负荷率法加以阐述。常用的负荷率有： 1BOD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)；2BOD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11002000 gBOD5/(m2滤料外表d)。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1030m3/(m2d)。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

23、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=aSe 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123污水冬季平均温度年平均气温滤料层高度D(m)8103101436146回流稀释倍数n： 12-6式中S0原污水的BOD5值，mg/L。 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。

24、按BOD面积负荷率NA计算滤池面积： (12-9) 式中NABOD面积负荷，gBOD5/(m2滤料外表d)滤料容积： V=HA (12-10)按水力负荷率Nq计算滤池面积： (12-11)式中Nq滤池外表水力负荷，m3污水/(m2滤料外表d)。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BOD530mg/L。解 高负荷生物滤池计算。(1)污水平均日流量Q(2)污水的BOD

25、5浓度S0 (3)因为S0200mg/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 Sa30=132mg/L(4)回流稀释比n(5)滤池总面积A取NA=1800gBOD5/m2d(6)滤池滤料总体积VV=HA=22365=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?给水排水设计手册?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

26、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824m，直径13.5m；高度与直径比为68：1。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

27、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

28、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1210 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

29、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0.40.6m的空间，周围留有通风孔，有效面积不小于池面积的7.510%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80200m3/(m2d)，为

30、高负荷生物滤池的210倍。BOD容积负荷率可达10002000gBOD5/(m3d)，较高负荷生物滤池高23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