5单元 染料废水的生物膜处理技术 5.1 生物膜法处理染料废水

5.1.1 生物膜法处理染料废水的流程

5.1.2 构筑物及填料 接触氧化池构造示例

生物接触氧化池的构造 生物接触氧化池的构造：主要由池体、填料床、曝气装 置和进出水装置组成。 池体：形状，材料，高度； 填料床：对填料的要求，常用填料（蜂窝状、波纹板、 软性与半软性填料） 曝气装置：多采用穿孔管曝气，设在填料床下部或一侧 ，孔眼直径及中心距离；空气来源。 进出水装置：穿孔管进水，可设在填料床的上部或下部； 出水选择堰式或穿孔管出水；

接触氧化法填料

新型的纤维网状填料

新型的纤维网状填料

软性纤维填料的结构 ①栓接绳 ②纤维束

生物填料框架

框架与生物填料

框架与生物填料

新型的三维立体网状填料

挂膜后的网状填料

聚乙烯生物填料

5.1.3 生物接触氧化池的池型 1.底部进水 进气方式

侧部进气、 上部进水式 侧面曝气

生物接触氧化池的设计计算 设计内容：P271 设计计算时要考虑的因素： 容积负荷率的定义及国内外的取值：

1.生物接触氧化池的有效容积（即填料体积）w 5.1.4 生物接触氧化池的设计计算 1.生物接触氧化池的有效容积（即填料体积）w 2.生物接触氧化池总面积A和座数n A=W/H f=A/n W=QL0/Nw 式中： H：填料高度，一般采用3.0米； A：池子的总面积，m2. F:每座池子的面积，m2. 其余见p272, 式6.73、6.74 式中： Q：平均日设计流量，m3/d； L0：为进水的BOD5，mg/L； Nw:有机容积负荷率，kgBOD5/m3d。

生物膜法的 主要设施 5.2 其他的生物膜法工艺 生物流化床 生物接触氧化池 生 物 滤 池 高负荷生物滤池 转 普通（单层）生物滤池 盘 塔式（多层）生物滤池 转 盘 5.2 其他的生物膜法工艺

5.2.1 生物滤池

普通生物滤池的构造 排水系统 布水系统 池体、滤料 池体： 普通生物滤池在平面上多呈方形或矩形。四周筑墙称之为池壁，池壁具有围护滤料的作用，应当能够承受滤料压力，一般多用砖石或混凝土筑造。池壁一般应高出滤料表面0.4-0.5米。

③有足够的空隙率，保证通风（即保证氧的供给）和使脱落的生物膜 ④不被微生物分解，也不抑制微生物的生长，有较好的化学性能； 滤 料 滤料是微生物生长栖息的场所，理想的滤料应具备下述特性： ①能为微生物附着提供大量的表面积； ②使污水以液膜状态流过生物膜； ③有足够的空隙率，保证通风（即保证氧的供给）和使脱落的生物膜 能随水流出滤池； ④不被微生物分解，也不抑制微生物的生长，有较好的化学性能； ⑤有一定的机械强度； ⑥价格低廉。 滤料粒径并非越小越好，会造成堵塞，影响通风。常用实心拳状滤料， 如碎石、卵石、炉渣和焦炭等。一般分工作层和承托层两层充填。

布水系统 作用： 向滤料表面均匀地布水。普通生物滤池常用的布水系统是固定喷嘴式布水系统：由投配池、虹吸装置、布水管道、喷嘴四个部分组成。

排水系统 排水系统 排水系统 作 用 作 用 作 用 收集滤床流出的污水与生物膜 保证通风 支撑滤料 收集滤床流出的污水与生物膜 保证通风

池底排水系统的组成 渗水装置 排水渠 集水沟 是用特制砌块或栅板铺成，滤料堆在渗水装 置上面。渗水装置空隙率不小于滤池总面积的 20％，高于池底0.4～0.6 m。 渗水装置 池底除支撑滤料外，还要排泄滤床上的来水， 池底中心轴线上设有集水沟，两侧底面向集 水沟倾斜，池底和集水沟的坡度约1％～2％。 集水沟要有充分的高度，并在任何时候不会 满流，确保空气能在水面上畅通无阻，使滤 池中空隙充满空气。 排水渠 集水沟

普通生物滤池的设计与计算 内容：滤料的选定，滤料容积（p255式6.53），滤池深度和滤池表面积（式6.54）、平面尺寸的确定等： 普通生物滤池的优缺点： 优点：处理效果好，BOD5的去除率可达95%以上，出水BOD5可下降到25mg/L以下，硝酸盐含量在10mg/L左右，出水水质稳定。 缺点：占地面积大，灰蝇很多，影响环境卫生。

高负荷生物滤池 具有较高的水力负荷，一般为10-30m3/m2滤池.d，有机负荷为0.8-1.2kgBOD5/m3滤池.d，因此池子体积小，占地面积小，但去除率低，一般为75%-90%。 滤料：多采用塑料和树脂制成的人工滤料。这种塑料质轻、高强、耐腐蚀、比表面积可达200m2/m3滤池，空隙率可达95%。

构造特点：

高负荷生物滤池法的特征及流程 特征:大大提高了滤池的负荷率，因此微生物代谢速 度加快，生物膜增长速度加快；同时提高了水力负荷， 对滤池的冲刷力加大，使生物膜加快脱落，减少了滤 池的堵塞，但产泥量也增加。为了保证在提高有机负 荷的同时又保证一定的出水水质，并防止堵塞，入水 BOD5必须小于200mg/L，否则用处理水回流加以稀释， 常用的回流方式有以下几种：

回流式二级生物滤池法的流程

存在问题：二级生物滤池负荷不均，滤池容积未充分利用。为解决这一问题，可采用交替配水的二段 生物滤池系统。

运行时，滤池是串连工作的，污水经初步沉淀后进入一级生物滤池，出 水经相应的池去除中间沉淀残膜后用泵送入二级生物滤池，二级生物滤 池的出水经过沉淀后排出污水厂。 工作一段时间后，一级生物滤池因表面生物膜的累积，即将出现堵塞， 改作二级生物滤池，而原来的二级生物滤池则改作一级生物滤池。 交替式二级生物滤池法比并联流程负荷率可提高两、三倍。

高负荷生物滤池的设计计算 包括滤池的计算和旋转布水器的计算 滤池容积的计算： 式6.55式6.56式6.57式6.58 例6.3

塔式生物滤池 属于第三代生物滤池，水力负荷及容积负荷，特点，对进水有机物浓度的要求，处理效率。 塔式生物滤池一般高达8-24m，直径1-3.5m,径高比介于1：6-1：8左右，呈塔状。在平面上多呈圆形，在构造上由塔身、滤料、布水系统以及通风及排水装置所组成. 塔身一般沿塔高分层建造，在分层处设格栅，格栅承托在塔身上，而其本身又承托着滤料。滤料荷重分层负担，每层高度以不大于2m为宜，以免将滤料压碎，每层都应设检修口，以便更换滤料。应设测温孔和观察孔，用以测量池内温度和观察塔内滤料上生物膜的生长情况和滤料表面布水均匀程度，并取样分析测定。 塔顶上缘应高出最上层滤料表面0.5m左右。 宜采用轻质滤料， 在我国使用比较多的是用环氧树脂固化的玻璃布蜂窝滤料,这种滤料的比表面积较 大，结构比较均匀，有利于空气流通与污水的均匀分布，流量调节幅度大，不易堵塞。 布水装置多采用电机驱动的旋转布水器，也可以用水力驱动。对小型滤塔则多采用固定式喷嘴布水系统.

塔式生物滤池一般都采用自然通风．塔底有高度为0. 4-0. 6m的空间，周围并且留有通风孔，其有效面积不得小于滤池面积的7 滤池也可以考虑采用机械通风，特别是当处理工业废水，吹脱有害气体时，可考虑采用人工机械通风。当采用机械通风时，在滤池上部和下部装设吸气或鼓风的风机，此时要注意空气在滤池表面上的均匀分布，并防止冬天寒冷季节池温降低，影响效果。 优缺点：

总结及深化 生物膜法是对污水土地处理的模拟和强化，是根据土壤 自净的原理发展起来的。生物膜法主要用于从污水中去除 溶解性有机污染物，是一种被广泛采用的生物处理方法。 1893年英国在Salford创建了第一个具有喷嘴布水装置的 生物滤池。 优缺点： 生物滤池的填料发展： 生物膜法设施的发展： 生物膜法的共同特点是微生物附着在介质“滤料”表面上， 形成生物膜，污水同生物膜接触后，溶解的有机污染物 被微生物吸附转化为H2O、CO2、NH3和微生物细胞物质， 污水得到净化，所需氧气一般来自大气。

生物膜的形成： 污水通过布水设备连续地、均匀地喷洒到滤床 表面上，在重力作 用下，污水以水滴的形式向下渗沥，或以波状薄膜的形式向下渗流。 最后，污水到达排水系统，流出滤池。 污水流过滤床时，有一部分污水、污染物和细菌附着在滤料表面上 ，微生物便在滤料表面大量繁殖，不久形成一层充满微生物的粘 膜，称为生物膜。生物膜在其形成和成熟后，由于微生物的不断增 殖、厚度不断增加 ，达到一定厚度时，由于氧不能深入内部，内层 形成厌氧状态，进而形成厌氧膜。当其达到一定厚度时其代谢产物 增多，这些产物向外逸出要通过好氧层，使好氧层的稳定性遭到破 坏，加上水力冲刷，从滤料表面脱落，随出水流出。 世代时间：细菌两次细胞分裂之间的时间，或一个细胞长大分裂成 两个细胞的过程。

生物膜中微生物的组成 细菌（好氧、 厌氧、兼性） 真 菌 藻 类 原生 动物 后生 动物 一些肉眼可见的蠕 虫、昆虫的幼虫 生物膜中微生物具有以下特征： (1)参与净化反应的微生物多样化：在生物膜上能够生长世 代时间较长硝化菌等，还可能大量出现丝状菌，线虫类、 轮虫类以及寡毛虫类的微型动物出现的频率也较高。 (2)生物的食物链长：在捕食性纤毛虫、轮虫类、线虫类 之上还栖息着寡毛类和昆虫，因此，在生物膜上形成的食 物链要长于活性污泥上的食物链。正是这个原因，在生物 膜处理系统内产生的污泥量也少于活性污泥处理系统。 （3）硝化菌得以增长增殖：生物膜处理法的各项处理工 艺都具有一定的硝化功能，采取适当的运行方式，还可能 具有反硝化脱氮功能； （4）各段具有优势菌种。

生物膜去除有机物的过程 生物膜的结构：如右图，厌氧层，好氧层， 好氧层中废水中有机物和氧的流向： 厌氧层有机物的代谢及产物的流向：

生物膜法的特点 (1)对水质、水量变动有较强的适应性 (2)污泥沉降性能良好，宜于固液分离 (3)能够处理低浓度的污水 (4)易于维护运行、节能

5.2.2 生物转盘 生物转盘的历史：1954年在德国建成第一座污水处理厂，具有净化效果好和能耗低等优点，因而在全世界得到了广泛的研究与应用。

生物转盘的处理流程与布置 1.标准处理流程 2.提高已设活性污泥处理系统处理水质的流程

2.生物转盘的布置形式

实践证明：处理同一种污水，如盘片面积不变，将盘片分为多级串联运行能显著提高处理水水质和水中溶解氧的含量。盘片生物相观察情况。

4.二级生物转盘处理系统：用于处理高浓度有机废水

用生物转盘进行脱氮处理

生物转盘的构造 盘片串联成组，中心贯以转轴，转铀两端安设在半圆型接触反应槽两端的支座上。转盘面积的40％-50%浸没在槽内的污水中，转轴高出槽内水面10一25cm。 盘片是生物转盘的主要部件，应具有轻质高强，耐腐蚀、耐老化、易于挂膜、不变形等性质，一般采用圆形平板或表面波纹状圆板，直径介于2.0-3.6米间，盘片间距：一般为10-30mm，如采用多级转盘，则前面数级的间距为25-35mm，后面的为10-20mm。平板盘片多为聚氯乙烯塑料，波纹板盘片多用聚脂玻璃钢。 反应槽制作材料：钢板、砖、钢混；形状：半圆形；槽底有放空管，槽的两个侧面设有锯齿形溢流堰的进出水设备。 转轴；实心或无缝钢管，直径50-80mm，长度0.5-7.0米之间。 驱动装置：包括动力设备、减速装置及传动链条。空气驱动生物转盘。

生物转盘的设计计算 内容有：所需转盘的总面积，盘片总片数，接触氧化槽总容积，转轴长度，污水在氧化槽的接触时间。 1.转盘总面积的确定：常用的负荷参数有面积负荷率NA(gBOD5/m2.d)和水力负荷率Ng(m3/m2.d). NA=QL0/A ; Ng=Q/A; NA和 Ng的取值范围：P266， 确定了负荷率后，转盘总面积A可按式6.62或式 6.63确定。 2.转盘的总片数M： P266式6.64、式6.65 3.转盘的转轴长度L：式6.66 4.接触反应槽的容积V：式6.67、式6.68 5.平均接触时间ta：式6.69 例6.4 p267

净化作用机理 由电机、变速器和传动链条等部件组成的传动装置驱动转盘以较低的线速度在接触反应槽内转动。接触反应槽内充满污水．转盘交替地和空气与污水相接触。在经过一段时间后，在转盘上附着一层栖息着大量微生物的生物膜。微生物的种属组成逐渐稳定，其新陈代谢功能也逐步地发挥出来，并达到稳定的程度，污水中的有机污染物为生物膜所吸附降解。 转盘转动离开污水与空气接触．生物膜上的附着水层从空气中吸收氧，附着水层中的氧是过饱和的，并将其传递到生物膜和污水中，使槽内污水的溶解氧含量达到一定的浓度，甚至可能达到饱和。 在转盘上附着的生物膜与污水以及空气之间，除进行有机物与O2的传递外，还进行着其他物质，如CO2、NH3等的传递.

5.2.3 生物膜法新工艺 生物流化床是以石英砂、活性炭、焦炭一类的较小的颗粒为载体填充在床内，载体表面被覆着生物膜而使其质变轻，污水以一定流速从下向上流动，使载体处于流化状态，载体颗粒小，总体的表面积大，为微生物提供了充足的场所，单位容积反应器内的微生物量高。

微孔膜生物反应器 p274

膜法与活性污泥法相结合