生物膜法和工艺省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、 生物膜法生物膜法重点重点:生物膜法基本概念与流程、生物生物膜法基本概念与流程、生物接触氧化法、生物流化床。接触氧化法、生物流化床。难点难点:生物接触氧化法。生物接触氧化法。第1页概述概述生物膜法生物膜法是与活性污泥法平行发展一个污水处理技术方法;是与活性污泥法平行发展一个污水处理技术方法;实质是实质是使细菌类微生物和原生动物、后生动物类微型动物附着使细菌类微生物和原生动物、后生动物类微型动物附着在滤料或一些载体上,并在其上形成膜状生物污泥在滤料或一些载体上,并在其上形成膜状生物污泥-生物膜生物膜生物膜法历史及发展生物膜法历史及发展:1865年德国科学家发觉生物过滤作年德国科学家发觉生物过滤作
2、用;用;1893年英国将污水喷洒在粗滤料上,作为膜生物反应器生年英国将污水喷洒在粗滤料上,作为膜生物反应器生物滤池问世;物滤池问世;20世纪世纪2030年代建造了许多生物膜反应器;年代建造了许多生物膜反应器;4050年代生物滤池逐步被活性污泥取代趋势;年代生物滤池逐步被活性污泥取代趋势;70年代新反应器年代新反应器以独特优势受关注。以独特优势受关注。活性污泥法中微生物是呈悬浮状态,属于悬浮生长体系;而生活性污泥法中微生物是呈悬浮状态,属于悬浮生长体系;而生物膜法中生物呈附着膜状,属于附着生长系统或固定膜工艺物膜法中生物呈附着膜状,属于附着生长系统或固定膜工艺第2页 生物膜法基本流程生物膜法基本
3、流程初沉池初沉池初沉池作用:去除大部分悬浮固体物初沉池作用:去除大部分悬浮固体物质,预防生物膜反应器堵塞,尤其对质,预防生物膜反应器堵塞,尤其对空隙小填料是非常必要。空隙小填料是非常必要。二沉池二沉池二沉池作用:去除脱落生物膜,二沉池作用:去除脱落生物膜,提升出水水质提升出水水质出水回流出水回流出水回流作用:提升生物膜反应器水力负荷,出水回流作用:提升生物膜反应器水力负荷,加大水流对生物膜冲刷作用,更新生物膜,加大水流对生物膜冲刷作用,更新生物膜,防止生物膜过量累积,从而维持良好生物膜防止生物膜过量累积,从而维持良好生物膜活性和适当膜厚度。活性和适当膜厚度。生物膜反应器生物膜反应器处理水处理水
4、原污水原污水第3页14.1生物膜法基本概念生物膜法基本概念14.1.1生物膜形成及其净化生物膜形成及其净化过程过程生物膜结构生物膜结构挂膜:污水流经滤料,污水和细挂膜:污水流经滤料,污水和细挂膜:污水流经滤料,污水和细挂膜:污水流经滤料,污水和细 菌附着在有机物被分解形成菌附着在有机物被分解形成菌附着在有机物被分解形成菌附着在有机物被分解形成 生物膜并逐步成熟。生物膜并逐步成熟。生物膜并逐步成熟。生物膜并逐步成熟。结构:从外面到里面次序为污结构:从外面到里面次序为污结构:从外面到里面次序为污结构:从外面到里面次序为污 水、流动水层、附着水层、水、流动水层、附着水层、水、流动水层、附着水层、水、
5、流动水层、附着水层、生物膜(分为好氧层和厌氧生物膜(分为好氧层和厌氧生物膜(分为好氧层和厌氧生物膜(分为好氧层和厌氧 层)、滤料。层)、滤料。层)、滤料。层)、滤料。生物膜法是经过生物膜来处理水,所以生物膜污水处理关键就是生物生物膜法是经过生物膜来处理水,所以生物膜污水处理关键就是生物膜质量,生物膜形成及其生长是实现污水有效处理前提。膜质量,生物膜形成及其生长是实现污水有效处理前提。第4页生物膜特征生物膜特征高度亲水物质高度亲水物质:在污水不停更新条件下,外测总是存在附着水层在污水不停更新条件下,外测总是存在附着水层微生物高度密集物质:在膜表面和一定深度内部生长这微生物微生物高度密集物质:在膜
6、表面和一定深度内部生长这微生物和微型动物,并形成有机污染物细菌原和微型动物,并形成有机污染物细菌原生动物(后生动物)食物链。生动物(后生动物)食物链。生物膜成熟标志生物膜成熟标志真正生态系组成及对有机物降解功效都到达了平衡状态真正生态系组成及对有机物降解功效都到达了平衡状态生物膜生长阶段生物膜生长阶段潜伏期、生长久。普通要潜伏期、生长久。普通要20到到30天左右。天左右。第5页生物膜净化污水机理及优势生物膜净化污水机理及优势 1.生物膜表面积大,能大量吸附水中有机物生物膜表面积大,能大量吸附水中有机物 2.有机物降解是在生物膜表层有机物降解是在生物膜表层0.1-2mm好氧生物膜内进行好氧生物膜
7、内进行 3.各种物质传递过程:各种物质传递过程:空气空气 流动水层流动水层附着水层附着水层生物膜生物膜微生物呼吸微生物呼吸污染物污染物流动水层流动水层附着水层附着水层生物膜生物膜生物降解生物降解 H2O附着水层附着水层流动水层流动水层 CO2、H2S、NH3水层水层溢入空气中溢入空气中微生物代谢产物微生物代谢产物4.厌氧层与好氧层关系厌氧层与好氧层关系 厌氧层与好氧层到达生态平衡厌氧层与好氧层到达生态平衡5.理想生物膜法情况理想生物膜法情况减缓老化,防止厌氧层过分生长,加紧好氧减缓老化,防止厌氧层过分生长,加紧好氧 层更新,不使膜集中脱落。层更新,不使膜集中脱落。第6页生物膜形成生物膜形成当污
8、水均匀地淋洒在介质表面上,在充分供氧条件下,介质表面微生当污水均匀地淋洒在介质表面上,在充分供氧条件下,介质表面微生物吸附污水中有机物,快速进行降解有机物,逐步在介质表面形成黏液物吸附污水中有机物,快速进行降解有机物,逐步在介质表面形成黏液状生长有极多微生物膜,即称之为生物膜。状生长有极多微生物膜,即称之为生物膜。伴随微生物不停繁殖增加,使生物膜厚度不伴随微生物不停繁殖增加,使生物膜厚度不停增加,膜表面吸收营养和溶解氧比较轻易,停增加,膜表面吸收营养和溶解氧比较轻易,微生物生长繁殖快速,形成了好氧微生物和兼微生物生长繁殖快速,形成了好氧微生物和兼性微生物组成好氧层(性微生物组成好氧层(12mm
9、)。在其内部)。在其内部因为营养料和溶解氧供给条件差,微生物生长因为营养料和溶解氧供给条件差,微生物生长繁殖受到限制,好氧微生物难以生活,厌氧微繁殖受到限制,好氧微生物难以生活,厌氧微生物恢复了活性,形成了厌氧微生物和兼性微生物恢复了活性,形成了厌氧微生物和兼性微生物组成厌氧层。厌氧层只有生物膜到达一定生物组成厌氧层。厌氧层只有生物膜到达一定厚度后才能出现,而且伴随生物膜增厚和外伸厚度后才能出现,而且伴随生物膜增厚和外伸变厚,不过有机物主要是在好氧层内进行。变厚,不过有机物主要是在好氧层内进行。第7页生物膜中物质迁移:生物膜中物质迁移:因为生物膜吸附作用,在其表面有一层很薄水层,称之为附着水层
10、。因为生物膜吸附作用,在其表面有一层很薄水层,称之为附着水层。附着水层内有机物大多已被氧化,其浓度比滤池进水有机物浓度低得多。附着水层内有机物大多已被氧化,其浓度比滤池进水有机物浓度低得多。因为浓度差作用,有机物会从污水中转移到附着水层中去,进而被生物因为浓度差作用,有机物会从污水中转移到附着水层中去,进而被生物膜所吸附。空气中氧也会进入生物膜。在此条件下,微生物对有机物进膜所吸附。空气中氧也会进入生物膜。在此条件下,微生物对有机物进行氧化分解和同化合成,产生二氧化碳和其它代谢产物一部分溶入附着行氧化分解和同化合成,产生二氧化碳和其它代谢产物一部分溶入附着水层,一部分到空气中去,污水从而得到净
11、化。水层,一部分到空气中去,污水从而得到净化。因为生物膜厚度增大,致使其深层因因为生物膜厚度增大,致使其深层因氧不足而发生厌氧分解,积蓄了硫化氢、氧不足而发生厌氧分解,积蓄了硫化氢、氨气、有机酸等代谢产物。会减弱生物膜氨气、有机酸等代谢产物。会减弱生物膜在惰性载体上固着力,处于这种状态生物在惰性载体上固着力,处于这种状态生物膜为老化生物膜,它不但轻易脱落净化功膜为老化生物膜,它不但轻易脱落净化功效也不好。但供氧充分时,能够加紧好氧效也不好。但供氧充分时,能够加紧好氧膜更新,使生物膜不集中脱落。膜更新,使生物膜不集中脱落。第8页14.1.2生物膜载体生物膜载体填料填料为生物膜提供附着生长固定材料
12、。为生物膜提供附着生长固定材料。分类分类为无机类填料和有机类填料两大类为无机类填料和有机类填料两大类1.无机类载体无机类载体当前惯用无机类载体有砂子、碳酸盐类、各种玻璃材料、沸石类、当前惯用无机类载体有砂子、碳酸盐类、各种玻璃材料、沸石类、陶瓷材料、炭纤维、矿渣、活性炭、金属等。陶瓷材料、炭纤维、矿渣、活性炭、金属等。无机类载体含有机械强度较高、化学性质较稳定、比表面积较大优无机类载体含有机械强度较高、化学性质较稳定、比表面积较大优点。缺点为密度较大,不宜做流态化运动,点。缺点为密度较大,不宜做流态化运动,使其在悬浮生物膜反应器工艺中应用受到使其在悬浮生物膜反应器工艺中应用受到限制。限制。通常
13、情况下,微生物以附着形式固定在通常情况下,微生物以附着形式固定在载体表面从而形成生物膜,特殊情况下,有载体表面从而形成生物膜,特殊情况下,有一些微生物是以包裹附着形式实现固定化。一些微生物是以包裹附着形式实现固定化。第9页2.有机类载体有机类载体有机类载体是生物膜技术发展中应用最广泛主要载体材料。这类载有机类载体是生物膜技术发展中应用最广泛主要载体材料。这类载体主要有体主要有PVC、PE、PS、PP、各类树脂、塑料、软性或半软性纤维、各类树脂、塑料、软性或半软性纤维等,其比表面积和孔隙率都很大,从而使有机负荷大为提升,也不易堵等,其比表面积和孔隙率都很大,从而使有机负荷大为提升,也不易堵塞,在
14、生产实践中被广为采取,因为它便于沉淀分离,提升了活性污泥塞,在生产实践中被广为采取,因为它便于沉淀分离,提升了活性污泥处理厂性能。处理厂性能。各种有机材料载体对比。各种有机材料载体对比。第10页选择生物膜载体基本标准选择生物膜载体基本标准选择滤料时应该从以下方面考虑:选择滤料时应该从以下方面考虑:1.足够机械强度,以抵抗强烈水流剪切力作用;足够机械强度,以抵抗强烈水流剪切力作用;2.优良稳定性,生物稳定性、化学稳定性、热力学稳定性。优良稳定性,生物稳定性、化学稳定性、热力学稳定性。3.亲疏水性及良好表面带电特征,微生物在通常为带负电,载体亲疏水性及良好表面带电特征,微生物在通常为带负电,载体要
15、是带正电荷,轻易结合。要是带正电荷,轻易结合。4.有毒性或抑制性。有毒性或抑制性。5.良好物理性状良好物理性状6.就地取材,价格合理。就地取材,价格合理。在生物膜法中应用载体应满足以下条件:在生物膜法中应用载体应满足以下条件:1.易流化,但不易流失;易流化,但不易流失;2.易成膜,但无毒害作用;易成膜,但无毒害作用;3.能提供大比表面积,以增加生物附着量;能提供大比表面积,以增加生物附着量;4.价格低廉,轻易取材。价格低廉,轻易取材。第11页14.1.3生物膜法特征生物膜法特征优点:优点:与活性污泥法相比,生物膜法含有以下优点:生物膜体积小、微生与活性污泥法相比,生物膜法含有以下优点:生物膜体
16、积小、微生物量高、水力停留时间较短、生物相相对稳定、对毒物和冲击负荷抵物量高、水力停留时间较短、生物相相对稳定、对毒物和冲击负荷抵抗性强、处理效果高、操作方便、剩下污泥少,适合用于小型污水处抗性强、处理效果高、操作方便、剩下污泥少,适合用于小型污水处理厂理厂缺点:缺点:1.需要较多填料和支撑结构,需要较多填料和支撑结构,基建投资高。基建投资高。2.出水常携带较大脱落生物出水常携带较大脱落生物膜片,大量非活性细小悬浮物分膜片,大量非活性细小悬浮物分散在水中使处理水澄清度降低散在水中使处理水澄清度降低3.活性生物量难控制,在运行方活性生物量难控制,在运行方面灵活性差面灵活性差第12页 2.生物食物
17、链长生物食物链长 生物膜上食物链要长于活性污泥生物膜上食物链要长于活性污泥污泥量少于活性污泥系统污泥量少于活性污泥系统3.能够存活世代时间长微生物能够存活世代时间长微生物 4.分段运行与优势菌种分段运行与优势菌种 分多段运行,每段繁衍于本段水质相适应微生物分多段运行,每段繁衍于本段水质相适应微生物 1.微生物多样化微生物多样化生物膜是由细菌、真菌、藻类、原生动物、后生动物以及一些肉眼生物膜是由细菌、真菌、藻类、原生动物、后生动物以及一些肉眼可见蠕虫、昆虫幼虫组成。生物膜上生物种类,数量及其生活可见蠕虫、昆虫幼虫组成。生物膜上生物种类,数量及其生活状态概括。细菌、真菌、微型动物、滤池蝇状态概括。
18、细菌、真菌、微型动物、滤池蝇、含有抑制生物膜过含有抑制生物膜过速增加功效线虫速增加功效线虫,组成,组成很好生物膜,促进其脱落功效。很好生物膜,促进其脱落功效。与活性污泥法生物相对比:增加了藻类,寡毛类、后生动物、昆与活性污泥法生物相对比:增加了藻类,寡毛类、后生动物、昆虫类等生物。而真菌,肉足虫,纤毛虫,轮虫含量都大大增虫类等生物。而真菌,肉足虫,纤毛虫,轮虫含量都大大增多。多。微生物相方面特征微生物相方面特征第13页处理工艺方面特征处理工艺方面特征1.对水质、水量变动有较强适应性对水质、水量变动有较强适应性 一段时间中止进水,对生物膜也不会有致命影响,通水后易恢复一段时间中止进水,对生物膜也
19、不会有致命影响,通水后易恢复2.污泥沉淀性良好污泥沉淀性良好污泥比重较大污泥比重较大 3.能够处理低浓度废水能够处理低浓度废水 活性污泥:不适合处理低浓度污水,若活性污泥:不适合处理低浓度污水,若BOD长久低于长久低于50-60mg/l,会影响污泥絮体形成会影响污泥絮体形成。生物膜:生物膜:20-30mg/L时,能降解到时,能降解到5-10mg/l4.易于维护运行,节能,动力费用低易于维护运行,节能,动力费用低第14页14.2生物膜增加及动力学生物膜增加及动力学14.2.1生物膜增加过程生物膜增加过程潜伏期或适应期潜伏期或适应期微生物在经历不可逆附着过程后,开始逐步适应生存环境,并在载微生物在
20、经历不可逆附着过程后,开始逐步适应生存环境,并在载体表面逐步形成小,分散微生物。这些初始菌落首先在载体表面体表面逐步形成小,分散微生物。这些初始菌落首先在载体表面不规则处形成。这一阶段连续时间取决于进水第五浓度以及载体表不规则处形成。这一阶段连续时间取决于进水第五浓度以及载体表面特征。在实际生物膜反应器开启时,要控制这一阶段是很困难。面特征。在实际生物膜反应器开启时,要控制这一阶段是很困难。生物膜增长过程与悬浮微生物增长过程相似,主要经历了适应期、对数增长久、稳定时及衰减期。但是又由生物膜法具体运行情况,在这四个阶段基础上划分成六个阶段:第15页对数期或动力学增长久在适应期形成分散菌落开始迅速
21、增长,逐渐覆盖载体表面。生物膜厚度可以达到几十m。多聚糖及蛋白质产率增加,大量消耗溶解氧,后期氧成为限制因素,此阶段结束时,生物膜反应器出水底物浓度基本达到稳定值,这个阶段决定了生物膜反应器内底物去除效率及生物膜自身增长代谢功能。线性增长久生物膜在载体表面以恒速率增长,出水底物浓度不随生物量积累而显著变化;其好氧速率保持不变;生物膜生物量Mb可以表示为:此阶段生物膜总量积累主要源于非活性物质。此时生物膜活性生物量所占比例很小,且随生物膜总量增长呈下降趋势。原因是:可剩余有效载体表面饱和;禁锢作用明显,有毒或抑制性物质积累。这个阶段对底物去除没有明显贡献,但在流化床反应器内,这个阶段可以改变生物
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