生物膜法原理和应用省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

内容：内容：生物滤池生物转盘目标与要求：目标与要求：掌握生物膜法原理掌握生物滤池工艺原理生物膜法生物膜法第1页一、一、生物膜法生物膜法生物膜微生物（真核）附着在滤料或一些载体表面上生长繁殖，并在其上形成膜状生物污泥。生物膜法：污水经过（从前往后含有细菌原生动物后生动物、从表至里具好氧间氧厌氧）生物膜系统而得到净化生物处理技术。第2页1893年英国Corbett在Salford创建了第一个含有喷嘴布水装置生物滤池。生物膜法是对污水土地模拟和强化。生物膜法主要用于从污水中去除溶解性有机污染物，是一个被广泛采取生物处理方法。生物膜法主要优点是对水质、水量改变适应性较强。生物膜法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，所需氧气普通来自大气。第3页废水流过生物膜时，有机物经附着水层向膜内扩散。膜内微生物在氧参加下对有机物进行分解和机体新陈代谢。代谢产物沿底物扩散相反方向，从生物膜传递返回水相和空气中。微生物生长繁殖生物膜厚度增大底物和氧传递阻力加大膜内营养不足出现厌氧层厌氧层产气+膜附着力减小+水力冲刷膜脱落新膜生长第4页生物膜法主要设施生物接触氧化池生物流化床间歇生物滤池普通（单层）生物滤池塔式（多层）生物滤池生物转盘生物滤池第5页第6页生生 物物 滤滤 池池第7页生物滤池法流程第8页建设中生物滤池第9页第10页第11页第12页经典生物滤池结构 滤 床 布水设备排水系统第13页 滤床由滤料组成。滤料是微生物生长栖息场所，理想滤料应具备下述特征：(1)能为微生物附着提供大量面积；(2)使污水以液膜状态流过生物膜；(3)有足够空隙率，确保通风（即确保氧供给）和使脱落生物膜能随水流出滤池；(4)不被微生物分解,也不抑制微生物生长，有很好化学性能；(5)有一定机械强度；(6)价格低廉。滤料粒径并非越小越好，会造成堵塞，影响通风。早期主要以拳状碎石为滤料，其直径在38cm左右，空隙率在4550左右，比表面积（可附着面积）在65100m2/m3之间。滤 床 第14页两种常见塑料滤料 滤料比表面积在98340m2/m3之间，孔隙率为9395 滤料比表面积在81195m2/m3之间，孔隙率为9395 国内当前采取玻璃钢蜂窝状块状滤料，孔心间距在20mm左右，孔隙率95左右，比表面积在200m2/m3左右。第15页第16页滤床高度同滤料密度有亲密关系 塑料滤料每立方米质量仅为100kg左右，孔隙率高达9395，滤床高度不但能够提升，而且能够采取双层或多层结构。国外普通采取双层滤床，高7m左右；国内常采取多层“塔式”结构，高度在10m以上。石质拳状滤料组成滤床高度一般在12.5m之间。一方面是由于孔隙率低，滤床过高会影响通风；其次由于太重,过高会影响排水系统和滤池基础结构。第17页 布 水 设 备 设置目为了使污水能均匀地分布在整个滤床表面上生物滤池布水设备分为两类固定式喷嘴布水系统回转式布水器中央是一根空心立柱，底端与设在池底下面进水管衔接。其所需水头在0.61.5m左右。固定式布水系统是由虹吸装置、馈水池、布水管道和喷嘴组成。这类布水系统需要较大水头，约在2m左右。移动式（惯用回转式）布水器第18页第19页第20页脉冲式生物滤池配水系统第21页 排 水 系 统 作用搜集滤床流出污水与生物膜确保通风支撑滤料第22页池底排水系统组成池底排水假底集水沟 排水假底是用特制砌块或栅板铺成，滤料堆在假底上面。假底空隙率大于滤池面积58，高于池底0.40.6m。池底除支撑滤料外，还要排泄滤床上来水，池底中心轴线上设有集水沟，两侧底面向集水沟倾斜，池底和集水沟坡度约12。集水沟要有充分高度，并在任何时候不会漫流，确保空气能在水面上通畅无阻，使滤池中空隙充满空气。第23页第24页第25页第26页 低负荷生物滤池又称普通生物滤池。优点：处理效果好，BOD5去除率可达90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。生物滤池法流程第27页交替式二级生物滤池法流程 交替式二级生物滤池法比并联流程负荷率可提升两三倍。运行时，滤池是串联工作，污水经初步沉淀后进入一级生物滤池，出水经对应中间沉淀池去除残膜后用泵送入二级生物滤池，二级生物滤池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累积，即将出现堵塞，改作二级生物滤池，而原来二级生物滤池则改作一级生物滤池。第28页回流式二级生物滤池法流程第29页 国外运行经验表明，在处理城市污水时，回流式生物滤池处理效率大致以下：生物滤池一个主要优点是运行简单，所以，适合用于小城镇和边远地域。单级滤池法 当滤池负荷率在1.7kg（BOD5）/(m3d)(滤料)以下时，出水BOD5约为滤池进水 BOD51/3。二级滤池法 二沉池出水BOD5为二级池进水BOD51/2；假如一级滤池进水不经沉淀直接流向二级滤池，则一级滤池出水BOD5为进水BOD51/2。第30页生物滤池工作情况 生物滤池机理 污水经过布水设备连续地、均匀地喷洒到滤床表面上，在重力作用下，污水以水滴形式向下渗沥，或以波状薄膜形式向下渗流。最终，污水抵达排水系统，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，很快，形成一层充满微生物黏膜，称为生物膜。这个起始阶段称为挂膜，是生物滤池成熟期。挂 膜第31页污水流过成熟滤床时，污水中有机污染物被生物膜中微生物吸附、降解，从而得到净化。生物膜表层生长是好氧和兼性微生物，其厚度约2mm。在这里，有机污染物经微生物好氧代谢而降解，终点产物是H2O、CO2、NH3等。因为氧在生物膜表层已耗尽,生物膜内层微生物处于厌氧状态。在这里,进行是有机物厌氧代谢,终点产物是有机酸,乙醇、醛和H2S等。因为微生物不停繁殖，生物膜不停加厚，超出一定厚度后，吸附有机物在传递到生物膜内层微生物以前，已被代谢掉。此时，内层微生物因得不到充分营养而进入内源代谢，失去其黏附在滤料上性质，脱落下来随水流出滤池，滤料表面再重新长出新生物膜。生物滤池工作情况 生物滤池机理第32页有机物转化深度生物膜脱落原因真菌藻类原生动物后生动物一些肉眼可见蠕虫、昆虫幼虫细菌（好氧、厌氧、兼性）低负荷滤池：原因复杂，昆虫及其幼虫活动促使生物膜脱落。生物膜组成高负荷滤池：水力冲刷使生物膜不停脱落，生物膜厚度与滤率大小相关。低负荷滤池：有机物被深度转化，出水中硝酸盐含量较高，残膜呈深棕色，类似腐殖质，沉淀性能很好。高负荷滤池：只有在负荷率较低时，出水才含有较低硝酸盐，残膜易腐化。第33页影响生物滤池性能主要原因 这些过程发生和发展决定了生物滤池净化污水性能。影响这些过程主要原因有：滤池高度负 荷 率回 流供 氧 生物滤池中有机物降解过程 同时发生着多过程有机物在污水和生物膜中传质过程氧在污水和生物膜中传质过程生物膜生长和脱落等过程有机物好氧和厌氧代谢过程第34页滤 床影响生物滤池性能主要原因滤池高度 滤床上层,污水中有机物浓度较高,微生物繁殖速率高,种属较低级,以细菌为主,生物膜量较多,有机物去除速率较高。伴随滤床深度增加,微生物从低级趋向高级，种类逐步增多,生物膜量从多到少。滤床上层和下层相比,生物膜量、微生物种类和去除有机物速率均不相同。滤床中这一递变现象，类似污染河流在自净过程中生物递变。当滤床各层进水水质互不相同时,各层生物膜微生物就不相同,处理污水功效也随之不一样。滤 床第35页影响生物滤池性能主要原因滤池高度第36页有机负荷率：以BOD5为准，kg（BOD5或特定污染物质）/m3d。影响生物滤池性能主要原因负 荷 率 生物滤池负荷率有三种表示形式：表面水力负荷率：m3（水）/（m2d），又称平均滤率，m/d。因为生物滤池作用是去除污水中有机物或特定污染物，所以，它负荷率通常以有机物或特定污染物质为准较合理。有机负荷率：以BOD5为准，kg（BOD5或特定污染物质）/（m3d）。水力负荷率：以流量为准，m3(水)/m3(滤料)d。第37页影响生物滤池性能主要原因负 荷 率 在低负荷条件下，伴随滤率提升，污水中有机物传质速率加紧，生物膜量增多，滤床尤其是它表面很轻易堵塞。在高负荷条件下，伴随滤率提升，污水在生物滤床中停留时间缩短，出水水质将对应下降。第38页第39页影响生物滤池性能主要原因回 流 回流利用污水厂出水或生物滤池出水稀释进水做法称回流，回流水量与进水量之比叫回流比。回流对生物滤池性能影响：（1）回流可提升生物滤池滤率，它是使生物滤池负荷率由低变高方法之一；（2）提升滤率有利于预防产生灰蝇和降低恶臭；（3）当进水缺氧、腐化、缺乏营养元素或含有有害物质时，回流可改进进水腐化情况、提供营养元素和降低毒物质浓度；（4）进水质和量有波动时，回流有调整和稳定进水作用。第40页影响生物滤池性能主要原因供 氧 温度差越大，通风条件越好；当水温较低，滤池内温度低于水温时（夏季），池内气流向下流动；当水温较高，池内温度高于气温时（冬季），气流向上流动；若池内外无温度差，则停顿通风；正常运行生物滤池，自然通风能够提供生物降解所需氧量，自然通风不能满足时，应考虑强制通风。生物滤池中，微生物所需氧普通直接来自大气，靠自然通风供给。影响生物滤池通风主要原因是滤床自然拔风和风速。自然拔风推进力是池内温度与气温之差以及滤池高度。第41页生物滤池系统功效设计 滤池类型和流程选择滤池个数和滤床尺寸确定二次沉淀池形式、个数和工艺尺寸确实定布水设备计算第42页滤 池 类 型 选 择 低负荷生物滤池现在已经基本上不惯用，仅在污水量小、地域比较偏僻、石料不贵场所还有可能使用。大多采取高负荷生物滤池两种类型回流式塔式（多层式）滤池类型选择，只有经过方案比较，才能得出合理结论。占地面积，基建费用和运行费用比较，常起关键作用。第43页 流 程 选 择 确定流程时要处理问题是否设首次沉淀池采取几级滤池是否采用回流，回流方式和回流比确定 当废水含悬浮物较多，采取拳状滤料时,须有首次沉淀池,以防止生物滤池阻塞。处理城市污水时,普通都设置首次沉淀池。下述三种情况应考虑用二次沉淀池出水回流：入流有机物浓度较高，可能引发供氧不足时；水量很小，无法维持水力负荷率在最小经验值以下时；污水中某种污染物在高浓度时，可能抑制微生物生长情况下。第44页滤 池 个 数 和 滤 床 尺 寸 确 定滤床总体积（V）式中：V滤床总体积，m3；s0污水进滤池前BOD5平均值，mg/L；qv污水日平均流量，m3/d，采取回流式生物滤池时，此项应为qv(1+r)，回流比r可依据经验确定；N有机负荷率，kg BOD5/（m3d）。第45页滤 池 个 数 和 滤 床 尺 寸 确 定 计算滤床总体积（V）时，应注意下述问题：计算时采取负荷率应与设计处理效率对应。通常，负荷率是影响处理效果主要原因，二者常相提并论。下表所表示数据是城市污水普通经验概括。影响处理效果原因很多，除负荷率之外，主要还有污水浓度、水质、温度、滤料特征和滤床高度。对于回流滤池，则还有回流比。没有经验能够援用工业废水，应经过试验，确定其设计负荷率。试验性生物滤池滤料和滤床高度应与设计相一致。859575906585第46页依据计算结合经验确定。在滤床总体积和高度确定后，滤床总面积能够算出。当总面积不大时，可采取2个滤池。当前生物滤池最大直径为60m，通常是在35m以下。最终应该核实滤速，看它是否合理。回流生物滤池池深浅，滤速普通不超出30m/d，其滤率确实定与进水BOD5相关，以下表所表示。滤 池 个 数 和 滤 床 尺 寸 确 定（2）滤床高度确定 进水BOD5/（mg L-1）120150200滤率/(m3 m-2 d-1)252015第47页 已知某城镇人口80000人，排水量定额为100L/（人d），BOD5为 20g/（人 d）。设有一座工厂，污水量为m3/d，其BOD5为2200mg/L。拟混合采取回流式生物滤池进行处理，处理后出水BOD5要求到达30mg/L。基本设计参数计量（设在此不考虑首次沉淀池计算）生活污水和工业废水总水量：生活污水和工业废水混合后BOD5浓度：因为生活污水和工业废水混合后BOD5浓度较高，应考虑回流，设回流稀释后滤池进水BOD5为300mg/L,回流比为：例:解:第48页 生物滤池个数和滤床尺寸计算 设生物滤池有机负荷率采取1.2kgBOD5/（m3d），于是生物滤池总体积为：设池深为2.5m,则滤池总面积为：若采取6个滤池，每个滤池面积：滤池直径为：校核 经过计算，采取6个直径21m、高2.5m高负荷生物滤池。第49页采取公式进行计算步骤第一步是选定滤料和进水方式，然后进行试验，求得K、m和n等常数值第二步确定是否回流，若需要回流，则要确定回流比最终计算滤池尺寸第50页 已知某工业废水CODB为700mg/L，水量为7080m3/d。选取塑料滤料，在满足出水水质要求条件下，其最小水力负荷为24.4m3/（m2 d），最大水力负荷为244m3/（m2 d）。试验得到K=128、m=-0.45、n=-0.55。要求出水CODB小于30 mg/L。因为入流污水浓度较高，应考虑用二次沉淀池回流。当回流比为1时，滤池进水CODB365 mg/L。而回流比为2时，滤池进水CODB253mg/L。例:解:回流比为1时：要求池子最小面积为（70802）/244=58m2，最大面积为（70802）/24.4=580m2。回流比为2时：要求池子最小面积为（70803）/244=87m2，最大面积为（70803）/24.4=870m2。第51页回转式布水器计算计算主要内容确定布水横管根数（普通是2根和4根）和直径布水管上孔口数和在布水横管上位置布水器转速第52页第53页 1.布水横管根数与直径 布水横管根数：布水横管根数决定于池子和滤速大小，n取偶数，布水水量大时用4根，普通用2根。布水横管直径D1：式中：qv每根布水横管最大设计流量，m3/s；v横管进水段流速，m/s；qv每个滤池处理水量，m3/s；n横管数。第54页2.洒水孔数及在布水横管上位置 假定每个出水孔口喷洒面积基本相同，孔口数(m)计算公式为：式中:d孔口直径，普通为1015mm，孔口流速2m/s左右或更大些；D2回转布水器直径，mm，比滤池内径小200mm。第i个孔口距滤池中心距离（ri）为：第55页 3.布水器转速 布水横管回转速度与滤速、横管根数相关，以下表所表示。布水横管能够采取钢管或铝管，其管底离滤床表面距离，普通为150250mm，以防止风力影响。布水器所需压力为0.51.0m。也能够近似地用下式计算：滤率/（m d-1）转速/（r min-1）(4根横管)转速/（r min-1）(2根横管)151220232524第56页生物滤池正式运行之后，有一个“挂膜”阶段，即培养生物膜阶段。在这个始运行阶段，洁净无膜滤床逐步长了生物膜，处理效率和出水水质不停提升，终于进入正常运行状态。当温度适宜时，始运行阶段历时约一周。处理含有毒物质工业废水时，生物滤池运行要按设计确定方案进行，普通说来，这种有毒物质正是生物滤池处理对象，而能分解氧化这种有毒物质微生物常存在于普通环境中，无需从外界引入；不过，在普通环境中，它们在微生物群体中并不占优势，或对这种有毒物质还不太适应，所以，在滤池正常运行前，要有一个让它们适应新环境、繁殖壮大始运行阶段，称为“驯化挂膜”阶段。驯化挂膜方式：一个方式是从其它工厂废水站或城市废水厂取来活性污泥或生物膜碎屑,进行驯化，挂膜。另一个方式是用生活污水、城市污水、河水或回流出水代替部分工业废水进行运行，运行过程中把二次沉淀池中污泥不停回流到滤池进水中。生物滤池运行及其经验第57页生 物 转 盘60年代起源于德年代起源于德 国，我国国，我国70年代年代引引 进，能耗低，效进，能耗低，效果果 好技术好技术 适用范围广（城市适用范围广（城市 污水、各类工业污水、各类工业 水）水）第58页生物转盘流程 第59页生物转盘工作特点 （1）不需曝气和回流，运行时动力消耗和费用低；（2）运行管理简单，技术要求不高；（3）工作稳定，适应能力强；（4）适应不一样浓度、不一样水质污水；（5）剩下污泥量少，易于沉淀脱水；（6）没有滤池蝇、恶臭、堵塞、泡沫、噪音等问题；（7）可多层立体布置；（8）普通需加开孔防护罩保护、保温。1954年在联邦德国Heilbronn建成世界上第一座生物转盘污水处理厂。第60页生物转盘主要组成部分生物转盘结构转动轴盘片废水处理槽驱动装置第61页 盘片：高强度、轻质、耐腐蚀。直径：23m，转速23r/min，间距2030mm。受材料、污水与膜接触均匀性、外缘膜易脱落等影响，直径不可能做大。生物转盘结构 转动轴：含有足够强度和刚度，预防断裂和挠曲。直径：50mm以上，长度0.57m。处理槽：与盘片相吻合半圆形或多边形，净空相距2050mm，设排泥和放空管。驱动装置：机械驱动装置；空气驱动装置；水轮驱动装置。第62页 生物转盘主体是垂直固定在水平轴上一组圆形盘片和一个同它配合半圆形水槽。微生物生长并形成一层生物膜附着在盘片表面，约40%50%盘面（转轴以下部分）浸没在废水中，上半部敞露在大气中。工作时，废水流过水槽，电动机转动转盘，生物膜和大气与废水轮替接触，浸没时吸附废水中有机物，敞露时吸收大气中氧气。转盘转动,带进空气,并引发水槽内废水紊动,使溶解氧均匀分布。生物膜厚度约为0.52.0mm，伴随膜增厚，内层微生物呈厌氧状态，失去活性时使生物膜脱落，并随同出水流至二次沉淀池。第63页生物转盘布置方式 第64页空气驱动式生物转盘空气驱动式生物转盘第65页第66页曝气池与生物转盘相组合曝气池与生物转盘相组合第67页生物转盘设计计算 生物转盘负荷率与废水性质、废水浓度、气候条件及结构、运行等各种原因相关，设计时能够经过试验或依据经验值确定。设计主要内容是计算转盘总面积。水力负荷和有机负荷：水力负荷:m3(污水)/m3(槽)d;m3(污水)/m2(盘片)d 有机负荷:kg(BOD5)/m3(槽)d;kg(BOD5)/m2(盘片)d第68页生物转盘设计计算方法 设计参数如有机负荷、水力负荷、停留时间等可经过试验求得，然后进行生产规模生物转盘设计。威尔逊等人用生活污水进行了试验研究，提议当采取0.5m直径转盘试验所得参数进行设计时，转盘面积宜比计算值增加25；当试验采取转盘直径为2m时，则宜增加10面积。当没有条件进行试验时，能够用经验性图表、经验值（以下页表）进行计算。经过试验求得需要设计参数用经验图表或经验值计算第69页污水性质污水性质处理程度（出处理程度（出水水BOD5）/（mg.L-1)盘面负荷盘面负荷/（g.m-2.d-1)备注备注生活污水生活污水 602040国外资料国外资料 301020煮炼废水煮炼废水 601216益阳、株洲萱麻纺织厂益阳、株洲萱麻纺织厂3040上海萱麻试验厂染色废水染色废水 3020南京织布厂南京织布厂128255上海第三印刷厂上海第三印刷厂生活污水生活污水104生活污水生活污水69国营长空机械厂国营长空机械厂1679北京结核病医院北京结核病医院164生物转盘设计计算方法第70页生物转盘设计计算方法第71页生物转盘设计计算方法第72页生物转盘设计计算方法第73页序号污水类型进水BOD5/(mg.L-1)进水COD/(mg.L-1)水力负荷/(m3.m-2.d-1)BOD5负荷/(g.m2.d-1)COD负荷/(g.m2.d-1)停留时间/h废水水温/C1含酚酚50250(152)280 670(495)0.05 0.113(0.070)15.5 35.5(22.8)1.5 2.7(2.6)t15(10.5)2印染100 280(158)250 500(392)0.04 0.24(0.12)12 23.2(16.2)10.3 43.9(28.1)0.6 1.3t103煤气站含酚130 765(365)0.019 0.1(0.055)12.226.41.3 4.0(2.95)t204酚醛442 700(600)0.0317.15 22.8(15.7)11.7 24.5(17.8)3.0t=245酚氰酚40 90CN20 400.12.06苯胺苯胺530.032.3t=21 287萱麻煮炼黑液3675310.0661.68丙稀腈CN19.7 21.02970.05 0.4(0.075)9腈纶AN200BOD3000.1 0.2(0.15)1.9t=3010氯丁污水BOD120氯丁二烯204000.1632.638.1t=15 20生物转盘设计计算方法生物转盘设计计算方法部分工业废水设计负荷第74页思索题比较活性污泥法与生物膜法优缺点第75页