水污染控制技术讲义
5.3 生物膜法概述生物滤池生物转盘生物接触氧化生物流化床生物膜法的运行管理生物膜法的基本原理
生物膜法利用固着生长的微生物 — 生物膜的代谢作用去除有机物，有厌氧和好氧两种，主要适于处理溶解性有机物。污水同生物膜接触后，
溶解性有机物和少量悬浮物被生物膜吸附并降解为稳定的无机物（ CO2,H2O等）
1.生物膜的形成和结构
2.生物膜法基本流程
3.生物膜的净化过程
4.生物膜法的分类和特点生物膜的形成和结构
让含有营养物的污水与载体接触,并提供充足的氧气 （ 空气 ）,污水中的微生物和悬浮物就吸附在载体表面,在载体表面形成粘液状微生物群落 。 这层微生物群落不断增殖而形成一定厚度的生物膜
状态良好的生物膜是细菌,真菌,藻类,原生动物和后生动物及固体杂质等构成的生态系统 。
在这个生态系统中细菌占主导地位生物膜法基本流程污 水初 沉 池 生 物 膜 反 应 池 净 化 水 排 放污 泥空 气二 沉 池图 6 - 3 7 生 物 膜 法 基 本 流 程生物膜法基本流程生物膜的净化过程生物膜法的分类和特点
分类 生物膜法可分为 充填式 和 浸没式
与活性污泥法相比,具有如下特点：
a,微生物相复杂,能去除难降解有机物
b,微生物量大,净化效果好
c,剩余污泥少
d,污泥密实,沉降性能好
e,耐冲击负荷,能处理低浓度污水
f,操作简便,运行费用低
g,不易发生污泥膨胀
h,投资费用较大生物滤池
生物滤池是最早的生物膜法反应池。生物滤池的填料一般不被污水淹没，属于充填式生物膜法 。但也有填料被污水完全淹没的，叫 浸没式生物滤池
生物滤池的分类和运行方式
生物滤池的构造
生物滤池性能的影响因素
生物滤池的设计生物滤池的分类和运行方式
分类 根据有机负荷率，生物滤池分为
普通生物滤池 （低负荷生物滤池） 又发展出 交替式二级生物滤池,回流式一级生物滤池和 回流式二级生物滤池 等
高负荷生物滤池（回流式生物滤池）
塔式生物滤池普通生物滤池普通生物滤池示意图塔式生物滤池塔式生物滤池示意图交替式二级生物滤池法初 沉 池污 水生 物 滤 池 （ Ⅰ ）
泵生 物 滤 池 （ Ⅱ ）?
二 沉 池 （ Ⅰ ）
二 沉 池 （ Ⅱ ）?
X
X
X X
X X
X X
图 6 - 3 9 交 替 式 二 级 生 物 滤 池 法 工 艺 流 程净 化 水排 放交替式二级生物滤池法工艺流程回流式生物滤池法
Q— 污水流量；
r— 同流比回流式生物滤池法生物滤池的构造
滤床 是滤料 （ 生物载体 ） 堆积而成的一定厚度的床层滤料的选择应综合考虑多方面因素,
早期的滤料主要是碎石,卵石,炉渣和焦碳等,近年来多采用塑料滤料,主要有 波纹填料,环状填料 和蜂窝填料等
池壁
布水设备 普通生物滤池常采用 固定式布水装置,高负荷生物滤池和塔式生物滤池常采用 旋转式布水器
排水通风 排水系统分为两层,即渗水假底和集水沟,
滤料堆在假底上 。 常见的 渗水装置 如图所示,为 混凝土栅板 （ a）,砖砌装置 （ b）,滤砖 （ c） 和半圆形陶土管 （ d）
滤床
a— 波纹填料；
b— 环状填料生物滤池布水器
a— 旋转式布水器
1— 进水竖管； 2— 水银封； 3— 配水短管；
4— 布水横管； 5— 布水小孔；
6— 中央旋转柱；
7— 上部轴承； 8— 钢丝绳； 9— 滤料 b— 固定式布水器排水通风系统生物滤池性能的影响因素
（ 1） 滤池高度 从上往下，随着滤床深度的增加，生物量逐渐减少，微生物的种类逐渐增多，生物相趋于复杂。由于微生物量和有机物浓度随深度的增加逐渐降低，所以污染物的去除速度逐渐降低
（ 2） 负荷率 a,有机负荷率 (容积有机负荷率和面积有机负荷率 ) b,水力负荷率 (面积水力负荷率和容积水力负荷率,面积水力负荷率又称过滤速度或空池流速。水力负荷的变化将直接影响有机负荷率、空池流速和水力冲刷作用 )
（ 3） 回流
（ 4） 供氧 影响自然通风效果的主要因素是滤池内外的气温差和滤层高度回流对生物滤池的影响
,促使生物膜脱落 回流使水力负荷加大,冲刷作用增强,生物膜被冲刷脱落,即使有机负荷率较高也不会发生堵塞 。
b,改善卫生状况 提高水力负荷率,可防止灰蝇生长和恶臭 。
c,改善进水水质 回流水中含溶解氧和营养元素,能提高进水的溶解氧浓度,补充营养,稀释有毒物质,改善进水水质 。
d,稳定进水 回流可缓冲原污水水质水量的变化,稳定进水 。
e,增加滤床生物量 回流水含微生物,使滤池不断接种,生物量增加,去除效率得到提高 。
f,回流的缺点,1回流使进水有机物浓度降低,传质速度和生物降解速度减小； 2缩短污水和滤料的接触时间； 3难降解物质积累；
4冬天使水温下降 。
g,回流的条件 在下列三种情况下应考虑回流,1进水有机物浓度高时（ BODB>200mg／ L）； 2水量小无法维持最低水力负荷时； 3
污水中存在高浓度有毒物质时生物滤池的设计
生物滤池的设计包括工艺选择、滤池类型、滤床设计和布水装置设计等
（ 1）滤床设计 (负荷率法 ) 常用的负荷率有 容积有机负荷率，面积有机负荷率和面积水力负荷率
（ 2）布水装置设计 旋转式布水器 是常用的布水装置，适于各种圆形滤池（含塔滤）。布水装置设计主要包括,横管根数（ 2根或 4根）与直径、横管孔口数及孔口位置、布水器转速生物转盘
生物转盘又名转盘式生物滤池，属于充填式生物膜法处理设备 。
生物转盘的构造与工作原理
生物转盘的运行特点 (同 活性污泥法 和 生物滤池 比较 )
生物转盘的工艺设计
生物转盘的发展生物转盘的构造与工作原理生物转盘工艺流程生物转盘的运行特点 (1)
与活性污泥法相比有以下特点：
a,不需污泥回流,不发生污泥膨胀,操作简单,易控制
b,剩余污泥量小,密实而稳定,易于分离和脱水
c,构造简单,无需曝气和回流设备,动力消耗少,运行费用低
d,采用多层布置时,可节省用地,采用单层布置时占地面积大
e,耐冲击负荷,处理效率高,BOD5去除率 90%以上,
对难溶解有机物的净化效果好
f,散发臭气和其它挥发性物质
g,处理效果受气温影响大,寒冷地区需保温生物转盘的运行特点 (2)
与生物滤池相比具有以下特点：
a,自然通风效果好,充氧能力强；
b,能处理高浓度污水,进水 BOD5可达 100mg／ L；
c,无堵塞现象；
d,生物膜与污水接触均匀,盘面利用率高,无死角；
e,污水与生物膜接触时间长,处理效率高,可通过调节转速来控制传质条件,充氧量和生物膜更新程度；
f,单层布置的占地面积比普通生物滤池小,比高负荷滤池大,多层布置的占地面积与塔式生物滤池相当；
g,水头损失小,能耗低； h,盘片材料贵,投资大；
i,需设雨棚,防止雨水淋掉生物膜 。
生物转盘的工艺设计
生物转盘工艺设计主要包括盘片面积、盘片数、
氧化槽长度、氧化槽容积及转盘转速等。设计参数主要有停留时间、水力负荷和面积负荷率等
生物转盘设计的程序是,1计算转盘总面积； 2
选定盘片直径，计算盘片数； 3选定盘片净间距，计算转盘总长度； 4选定每级转盘的轴长，
计算级数； 5根据转盘总长度，计算氧化槽有效容积； 6核算停留时间； 7计算转盘转速； 8
计算转盘轴功率。
生物转盘的发展
（ 1） 空气驱动生物转盘
（ 2） 合建式生物转盘
（ 3） 活性污泥 — 生物转盘复合工艺空气驱动式生物转盘合建式生物转盘活性污泥 — 生物转盘复合工艺活性污泥 — 生物转盘复合工艺生物接触氧化 (1)
生物接触氧化法简称接触氧化，又名浸没式生物滤池，
属于浸没式生物膜法。
生物接触氧化法基本流程生物接触氧化 (2)
生物接触氧化池的构造 按充氧和接触方式不同，可将生物接触氧化池分为 直流式 和 分流式 两种填料 a,组合填料 b,软性填料 c,蜂窝填料 d,弹性填料
生物接触氧化法的特点
生物接触氧化法的工艺设计稳 定 水 层出 水 渠出 水空 气进 水排 泥填 料 支 架布 水 装 置曝 气 装 置填 料图 6 - 5 3 直 流 式 接 触 氧 化 池 基 本 构 造 示 意 图直流式接触氧化池基本构造示意图 返回
1
分流式接触氧化池
1— 进水管； 2— 出水管； 3— 进气管； 4— 叶轮；
5— 填料； 6— 泵
2
接触氧化常用填料
a组合填料； b软性填料； c蜂窝填料； d弹性填料生物接触氧化法的特点生物接触氧化法既有生物膜工作稳定,耐冲击负荷和操作简单的特点,又有活性污泥法混合接触效果好的特点 。
（ 1） 净化效果好
（ 2） 污泥产量低
（ 3） 动力消耗比自然通风生物膜法大
（ 4） 污泥沉降性能差
（ 5） 污泥膨胀的可能性比生物滤池大
（ 6） 占地面积小,管理方便生物接触氧化法的工艺设计
生物接触氧化法的工艺设计主要包括氧化池的有效容积、剩余污泥排放量、需氧量和曝气系统设计。设计方法与活性污泥法相似。 具体见实例计算生物流化床
生物流化床的构造
生物流化床的类型 两相生物流化床 (常用的脱落装置 有叶轮式、转刷式和震动筛等 )和 三相生物流化床生物流化床的基本构造
a— 生物固定床； b— 生物流化床；
c— 生物移动床两相生物流化床生 物 膜污 泥净 化 水泵回 流脱 膜 设 备脱 膜 前 颗 粒脱 膜 后 载 体充 氧 设 备流化体二 沉 池空 气 或氧 气
（ 1 + r ) Q i,c s 0
Q r,c s e
Q i c s i
原 污 水
Q i,c s e
图 6 - 5 8 两 相 生 物 流 化 床 工 艺 流 程
Q i,c s e
两相生物流化床工艺流程两相生物流化床脱膜装置两相生物流化床脱膜装置
1— 剩余生物污泥； 2— 脱膜转刷； 3— 生物膜颗粒；
4— 脱膜后颗粒； 5— 流化床表面； 6— 叶轮
a— 转刷脱膜装置 b— 叶轮脱膜装置三相生物流化床流程三相生物流化床流程生物膜法的运行管理
生物膜的培养
（ 1）自然挂膜法
（ 2）接种挂膜法
生物膜法运行状态检测
（ 1）生物膜性状观察 生物相镜检
（ 2）处理效果、营养状况和运行条件检测
（ 3） 生物膜法处理系统的异常现象及控制措施生物膜法处理系统的异常现象
（ 1）滤料堵塞 悬浮固体堵塞，生物膜堵塞
（ 2）处理效率下降 处理效率下降的原因很多，
主要有供氧不足，含有毒物质,PH值和水温变化等
（ 3）泡沫 生物膜法不易产生泡沫，但接触氧化和三相生物流化床有时也会发生大量泡沫。
生物膜法产生泡沫的原因与活性污 泥法相同
5.3 生物膜法概述生物滤池生物转盘生物接触氧化生物流化床生物膜法的运行管理生物膜法的基本原理
生物膜法利用固着生长的微生物 — 生物膜的代谢作用去除有机物，有厌氧和好氧两种，主要适于处理溶解性有机物。污水同生物膜接触后，
溶解性有机物和少量悬浮物被生物膜吸附并降解为稳定的无机物（ CO2,H2O等）
1.生物膜的形成和结构
2.生物膜法基本流程
3.生物膜的净化过程
4.生物膜法的分类和特点生物膜的形成和结构
让含有营养物的污水与载体接触,并提供充足的氧气 （ 空气 ）,污水中的微生物和悬浮物就吸附在载体表面,在载体表面形成粘液状微生物群落 。 这层微生物群落不断增殖而形成一定厚度的生物膜
状态良好的生物膜是细菌,真菌,藻类,原生动物和后生动物及固体杂质等构成的生态系统 。
在这个生态系统中细菌占主导地位生物膜法基本流程污 水初 沉 池 生 物 膜 反 应 池 净 化 水 排 放污 泥空 气二 沉 池图 6 - 3 7 生 物 膜 法 基 本 流 程生物膜法基本流程生物膜的净化过程生物膜法的分类和特点
分类 生物膜法可分为 充填式 和 浸没式
与活性污泥法相比,具有如下特点：
a,微生物相复杂,能去除难降解有机物
b,微生物量大,净化效果好
c,剩余污泥少
d,污泥密实,沉降性能好
e,耐冲击负荷,能处理低浓度污水
f,操作简便,运行费用低
g,不易发生污泥膨胀
h,投资费用较大生物滤池
生物滤池是最早的生物膜法反应池。生物滤池的填料一般不被污水淹没，属于充填式生物膜法 。但也有填料被污水完全淹没的，叫 浸没式生物滤池
生物滤池的分类和运行方式
生物滤池的构造
生物滤池性能的影响因素
生物滤池的设计生物滤池的分类和运行方式
分类 根据有机负荷率，生物滤池分为
普通生物滤池 （低负荷生物滤池） 又发展出 交替式二级生物滤池,回流式一级生物滤池和 回流式二级生物滤池 等
高负荷生物滤池（回流式生物滤池）
塔式生物滤池普通生物滤池普通生物滤池示意图塔式生物滤池塔式生物滤池示意图交替式二级生物滤池法初 沉 池污 水生 物 滤 池 （ Ⅰ ）
泵生 物 滤 池 （ Ⅱ ）?
二 沉 池 （ Ⅰ ）
二 沉 池 （ Ⅱ ）?
X
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X X
X X
X X
图 6 - 3 9 交 替 式 二 级 生 物 滤 池 法 工 艺 流 程净 化 水排 放交替式二级生物滤池法工艺流程回流式生物滤池法
Q— 污水流量；
r— 同流比回流式生物滤池法生物滤池的构造
滤床 是滤料 （ 生物载体 ） 堆积而成的一定厚度的床层滤料的选择应综合考虑多方面因素,
早期的滤料主要是碎石,卵石,炉渣和焦碳等,近年来多采用塑料滤料,主要有 波纹填料,环状填料 和蜂窝填料等
池壁
布水设备 普通生物滤池常采用 固定式布水装置,高负荷生物滤池和塔式生物滤池常采用 旋转式布水器
排水通风 排水系统分为两层,即渗水假底和集水沟,
滤料堆在假底上 。 常见的 渗水装置 如图所示,为 混凝土栅板 （ a）,砖砌装置 （ b）,滤砖 （ c） 和半圆形陶土管 （ d）
滤床
a— 波纹填料；
b— 环状填料生物滤池布水器
a— 旋转式布水器
1— 进水竖管； 2— 水银封； 3— 配水短管；
4— 布水横管； 5— 布水小孔；
6— 中央旋转柱；
7— 上部轴承； 8— 钢丝绳； 9— 滤料 b— 固定式布水器排水通风系统生物滤池性能的影响因素
（ 1） 滤池高度 从上往下，随着滤床深度的增加，生物量逐渐减少，微生物的种类逐渐增多，生物相趋于复杂。由于微生物量和有机物浓度随深度的增加逐渐降低，所以污染物的去除速度逐渐降低
（ 2） 负荷率 a,有机负荷率 (容积有机负荷率和面积有机负荷率 ) b,水力负荷率 (面积水力负荷率和容积水力负荷率,面积水力负荷率又称过滤速度或空池流速。水力负荷的变化将直接影响有机负荷率、空池流速和水力冲刷作用 )
（ 3） 回流
（ 4） 供氧 影响自然通风效果的主要因素是滤池内外的气温差和滤层高度回流对生物滤池的影响
,促使生物膜脱落 回流使水力负荷加大,冲刷作用增强,生物膜被冲刷脱落,即使有机负荷率较高也不会发生堵塞 。
b,改善卫生状况 提高水力负荷率,可防止灰蝇生长和恶臭 。
c,改善进水水质 回流水中含溶解氧和营养元素,能提高进水的溶解氧浓度,补充营养,稀释有毒物质,改善进水水质 。
d,稳定进水 回流可缓冲原污水水质水量的变化,稳定进水 。
e,增加滤床生物量 回流水含微生物,使滤池不断接种,生物量增加,去除效率得到提高 。
f,回流的缺点,1回流使进水有机物浓度降低,传质速度和生物降解速度减小； 2缩短污水和滤料的接触时间； 3难降解物质积累；
4冬天使水温下降 。
g,回流的条件 在下列三种情况下应考虑回流,1进水有机物浓度高时（ BODB>200mg／ L）； 2水量小无法维持最低水力负荷时； 3
污水中存在高浓度有毒物质时生物滤池的设计
生物滤池的设计包括工艺选择、滤池类型、滤床设计和布水装置设计等
（ 1）滤床设计 (负荷率法 ) 常用的负荷率有 容积有机负荷率，面积有机负荷率和面积水力负荷率
（ 2）布水装置设计 旋转式布水器 是常用的布水装置，适于各种圆形滤池（含塔滤）。布水装置设计主要包括,横管根数（ 2根或 4根）与直径、横管孔口数及孔口位置、布水器转速生物转盘
生物转盘又名转盘式生物滤池，属于充填式生物膜法处理设备 。
生物转盘的构造与工作原理
生物转盘的运行特点 (同 活性污泥法 和 生物滤池 比较 )
生物转盘的工艺设计
生物转盘的发展生物转盘的构造与工作原理生物转盘工艺流程生物转盘的运行特点 (1)
与活性污泥法相比有以下特点：
a,不需污泥回流,不发生污泥膨胀,操作简单,易控制
b,剩余污泥量小,密实而稳定,易于分离和脱水
c,构造简单,无需曝气和回流设备,动力消耗少,运行费用低
d,采用多层布置时,可节省用地,采用单层布置时占地面积大
e,耐冲击负荷,处理效率高,BOD5去除率 90%以上,
对难溶解有机物的净化效果好
f,散发臭气和其它挥发性物质
g,处理效果受气温影响大,寒冷地区需保温生物转盘的运行特点 (2)
与生物滤池相比具有以下特点：
a,自然通风效果好,充氧能力强；
b,能处理高浓度污水,进水 BOD5可达 100mg／ L；
c,无堵塞现象；
d,生物膜与污水接触均匀,盘面利用率高,无死角；
e,污水与生物膜接触时间长,处理效率高,可通过调节转速来控制传质条件,充氧量和生物膜更新程度；
f,单层布置的占地面积比普通生物滤池小,比高负荷滤池大,多层布置的占地面积与塔式生物滤池相当；
g,水头损失小,能耗低； h,盘片材料贵,投资大；
i,需设雨棚,防止雨水淋掉生物膜 。
生物转盘的工艺设计
生物转盘工艺设计主要包括盘片面积、盘片数、
氧化槽长度、氧化槽容积及转盘转速等。设计参数主要有停留时间、水力负荷和面积负荷率等
生物转盘设计的程序是,1计算转盘总面积； 2
选定盘片直径，计算盘片数； 3选定盘片净间距，计算转盘总长度； 4选定每级转盘的轴长，
计算级数； 5根据转盘总长度，计算氧化槽有效容积； 6核算停留时间； 7计算转盘转速； 8
计算转盘轴功率。
生物转盘的发展
（ 1） 空气驱动生物转盘
（ 2） 合建式生物转盘
（ 3） 活性污泥 — 生物转盘复合工艺空气驱动式生物转盘合建式生物转盘活性污泥 — 生物转盘复合工艺活性污泥 — 生物转盘复合工艺生物接触氧化 (1)
生物接触氧化法简称接触氧化，又名浸没式生物滤池，
属于浸没式生物膜法。
生物接触氧化法基本流程生物接触氧化 (2)
生物接触氧化池的构造 按充氧和接触方式不同，可将生物接触氧化池分为 直流式 和 分流式 两种填料 a,组合填料 b,软性填料 c,蜂窝填料 d,弹性填料
生物接触氧化法的特点
生物接触氧化法的工艺设计稳 定 水 层出 水 渠出 水空 气进 水排 泥填 料 支 架布 水 装 置曝 气 装 置填 料图 6 - 5 3 直 流 式 接 触 氧 化 池 基 本 构 造 示 意 图直流式接触氧化池基本构造示意图 返回
1
分流式接触氧化池
1— 进水管； 2— 出水管； 3— 进气管； 4— 叶轮；
5— 填料； 6— 泵
2
接触氧化常用填料
a组合填料； b软性填料； c蜂窝填料； d弹性填料生物接触氧化法的特点生物接触氧化法既有生物膜工作稳定,耐冲击负荷和操作简单的特点,又有活性污泥法混合接触效果好的特点 。
（ 1） 净化效果好
（ 2） 污泥产量低
（ 3） 动力消耗比自然通风生物膜法大
（ 4） 污泥沉降性能差
（ 5） 污泥膨胀的可能性比生物滤池大
（ 6） 占地面积小,管理方便生物接触氧化法的工艺设计
生物接触氧化法的工艺设计主要包括氧化池的有效容积、剩余污泥排放量、需氧量和曝气系统设计。设计方法与活性污泥法相似。 具体见实例计算生物流化床
生物流化床的构造
生物流化床的类型 两相生物流化床 (常用的脱落装置 有叶轮式、转刷式和震动筛等 )和 三相生物流化床生物流化床的基本构造
a— 生物固定床； b— 生物流化床；
c— 生物移动床两相生物流化床生 物 膜污 泥净 化 水泵回 流脱 膜 设 备脱 膜 前 颗 粒脱 膜 后 载 体充 氧 设 备流化体二 沉 池空 气 或氧 气
（ 1 + r ) Q i,c s 0
Q r,c s e
Q i c s i
原 污 水
Q i,c s e
图 6 - 5 8 两 相 生 物 流 化 床 工 艺 流 程
Q i,c s e
两相生物流化床工艺流程两相生物流化床脱膜装置两相生物流化床脱膜装置
1— 剩余生物污泥； 2— 脱膜转刷； 3— 生物膜颗粒；
4— 脱膜后颗粒； 5— 流化床表面； 6— 叶轮
a— 转刷脱膜装置 b— 叶轮脱膜装置三相生物流化床流程三相生物流化床流程生物膜法的运行管理
生物膜的培养
（ 1）自然挂膜法
（ 2）接种挂膜法
生物膜法运行状态检测
（ 1）生物膜性状观察 生物相镜检
（ 2）处理效果、营养状况和运行条件检测
（ 3） 生物膜法处理系统的异常现象及控制措施生物膜法处理系统的异常现象
（ 1）滤料堵塞 悬浮固体堵塞，生物膜堵塞
（ 2）处理效率下降 处理效率下降的原因很多，
主要有供氧不足，含有毒物质,PH值和水温变化等
（ 3）泡沫 生物膜法不易产生泡沫，但接触氧化和三相生物流化床有时也会发生大量泡沫。
生物膜法产生泡沫的原因与活性污 泥法相同
