No. 1 ? 14.0 概述概述 ? 14.1 生物膜法的基本概念生物膜法的基本概念 ? 14.2 生物膜的增长及动力学生物膜的增长及动力学 原原 理理 ? 14.3 生物滤池生物滤池 ? 14.4 生物转盘生物转盘 ? 14.5 生物接触氧化法生物接触氧化法 ? 14.6 生物流化床生物流化床 ? 14.7 其他新型生物膜反应器和联合处理工艺其他新型生物膜反应器和联合处理工艺 ? 14.8 生物膜法的运行管理生物膜法的运行管理 工艺及应用工艺及应用 第 14章 生物膜法 No. 2 14.2 生物膜的增长及动力学 生物膜的增长及动力学 生物膜的增长过程 潜伏期或适应期 对数增长期或动力学增长期 线形增长期 减速增长期 生物膜稳定期 脱落期 生物膜理论中的几个重要参数 生物膜的比增长速率 底物比去除速率 微生物增殖曲线 S(BOD)降解曲线 X O a 时间 量 内源呼吸期 b 对数增殖期 c d 减衰增殖期 氧利用速率曲线 活性污泥微生物 活性污泥微生物 增殖曲线及其和有机底物降解、氧利 增殖曲线及其和有机底物降解、氧利 用速率的关系 用速率的关系 （间歇培养、底物一次性投加） （间歇培养、底物一次性投加） 活性污泥微生物的增长 活性污泥微生物的增长 活性污泥微生物增殖分为以下四个阶段（期） 活性污泥微生物增殖分为以下四个阶段（期） : 适应期 适应期 亦称延迟期或调整期。本期是微生物培养 的最初阶段，是微生物细胞内各种酶系统对新培 养基环境的适应过程。 对数增殖期 对数增殖期 又称增殖旺盛期。出现本期的环境条 件是F/M比值很高，有机底物非常充分，营养物质 不是微生物增殖的控制因素，微生物以最高速率 摄取有机底物，也以最高速率增殖和合成新细胞。 由上图可见，微生物（活性污泥）的增殖速率与 时间呈直线关系，为一常数值，其值即为直线的 斜率。据此，对数增殖期又称为 “等速增殖期 ” 减衰增殖期 减衰增殖期 又称稳定期和平衡期。随着有机底 又称稳定期和平衡期。随着有机底 物浓度不断下降，微生物的不断增殖， 物浓度不断下降，微生物的不断增殖， F/M比值 比值 继续下降，营养物质逐步成为微生物增殖的控制 继续下降，营养物质逐步成为微生物增殖的控制 因素，此时微生物的增殖过渡到减衰增殖期。在 因素，此时微生物的增殖过渡到减衰增殖期。在 此期间，微生物的增殖速率和有机底物的降解速 此期间，微生物的增殖速率和有机底物的降解速 率已大为降低，并与残存的有机底物浓度有关， 率已大为降低，并与残存的有机底物浓度有关， 呈一级反应。 呈一级反应。 内源呼吸期 内源呼吸期 又称衰亡期。污水中有机底物持续 又称衰亡期。污水中有机底物持续 下降，达到近乎耗尽的程度， 下降，达到近乎耗尽的程度， F/M比值随之降至 比值随之降至 很低的程度。微生物由于得不到充足的营养物 很低的程度。微生物由于得不到充足的营养物 质，而开始大量地利用自身体内储存的物质或衰 质，而开始大量地利用自身体内储存的物质或衰 亡菌体，进行内源代谢以维持生命活动，微生物 亡菌体，进行内源代谢以维持生命活动，微生物 进入内源呼吸期。 进入内源呼吸期。 No. 6 参 数 潜伏期 （1） （2） （3） （4） （5） 时间 暂时性/M b 暂时性/M a 永久性/M a 永久性/M b 生物膜增长期 线形 减速 稳定指数 M a 动态阶段 M a 稳定阶段 在大量试验事实基 础上，法国Capdeville 教授等人于90年代初对 生物膜的增长过程进行 了详细划分，认为生物 膜整个增长过程由如下 六个阶段组成。如图： O 2 O 2 曲线：氧的利用率。 生物膜的增长过程 M b M b 曲线：生物膜总量 的变化过程； M a M a 曲线：活性生物量 的变化过程； S f S F 曲线：底物浓度变化过程； No. 7 潜伏期或适应期 对数期或动力学增长期 线形增长期 减速增长期 生物稳定期 脱落期 No. 8 潜伏期或适应期 这一阶段是微生物在经历不可逆附着过程后，开始 逐渐适应生存环境，并在载体表面逐渐形成小的、 分散的微生物菌落。这些初始菌落首先在载体表面 不规则处形成。 这一阶段的持续时间取决于进水底 物浓度以及载体表面特性。 在实际生物膜反应器启动时，要控制这一阶段是很 困难的。 No. 9 参 数 潜伏期 （1） （2） （3） （4） （5） 时间 暂时性/M b 暂时性/M a 永久性/M a 永久性/M b 生物膜增长期 线形 减速 稳定指数 M a 动态阶段 M a 稳定阶段 在大量试验事实基 础上，法国Capdeville 教授等人于90年代初对 生物膜的增长过程进行 了详细划分，认为生物 膜整个增长过程由如下 六个阶段组成。如图： O 2 O 2 曲线：氧的利用率。 生物膜的增长过程 M b M b 曲线：生物膜总量 的变化过程； M a M a 曲线：活性生物量 的变化过程； S f S F 曲线：底物浓度变化过程； No. 10 对数期或动力学增长期 在适应期形成的分散菌落开始迅速增长，逐渐覆盖载体表 面。在此阶段由于有机物、溶解氧及其它营养物的供给超过了 消耗的需要，附着微生物以最大速度在载体表面生长。一般在 动力学增长期末，生物膜厚可达几十个微米。在动力学增长 期，通常可观察到如下现象： 生物膜多聚糖及蛋白质产率增 加；底物浓度迅速降低，即有机污染物降解速率很高；大量的 溶解氧被消耗， 在此阶段后期，供氧水平往往成为底物进一步 去除的限制性因素；生物膜量显著增加，在显微镜下观察到的 生物膜主要由细菌等活性微生物组成。 No. 11 参 数 潜伏期 （1） （2） （3） （4） （5） 时间 暂时性/M b 暂时性/M a 永久性/M a 永久性/M b 生物膜增长期 线形 减速 稳定指数 M a 动态阶段 M a 稳定阶段 在大量试验事实基 础上，法国Capdeville 教授等人于90年代初对 生物膜的增长过程进行 了详细划分，认为生物 膜整个增长过程由如下 六个阶段组成。如图： O 2 O 2 曲线：氧的利用率。 生物膜的增长过程 M b M b 曲线：生物膜总量 的变化过程； M a M a 曲线：活性生物量 的变化过程； S f S F 曲线：底物浓度变化过程； No. 12 线形增长期 这一阶段的重要特点是：出水底物浓度不随生物量的 积累而显著变化；其耗氧速率保持不变；在载体表面形成 了完整的生物膜三维结构。 许多学者将生 物膜的生物量 按照生物活性 划分为两类 M b = M a ＋M i 式中 M b ——生物膜总量，[质量][面积] -1 。 则生物膜总量为： 活性生物量（Ma），主要是降解进水底 物，它处于新生菌落及已经存在菌落的表 面和边缘部分； 非活性生物量（Mi）代表在底物降解过程 中不再起任何作用的部分，这些非活性生 物量主要集中在菌落内部。 No. 13 参 数 潜伏期 （1） （2） （3） （4） （5） 时间 暂时性/M b 暂时性/M a 永久性/M a 永久性/M b 生物膜增长期 线形 减速 稳定指数 M a 动态阶段 M a 稳定阶段 在大量试验事实基 础上，法国Capdeville 教授等人于90年代初对 生物膜的增长过程进行 了详细划分，认为生物 膜整个增长过程由如下 六个阶段组成。如图： O 2 O 2 曲线：氧的利用率。 生物膜的增长过程 M b M b 曲线：生物膜总量 的变化过程； M a M a 曲线：活性生物量 的变化过程； S f S F 曲线：底物浓度变化过程； No. 14 大量实验表明，在生物膜动力学增长期末，活性生物量 已经达到最大值（Ma） max ，与此对应，生物膜反应器应在液 相达到稳态。而生物膜 线性阶段的生物膜总量的积累主要源 于非活性物质 。此时生物膜内活性生物量所占比例很小，且 随生物膜总量的增长呈下降趋势。一般非活性物质在生物膜 内的积累因生物膜菌种特性及环境条件不同而变化。 导致非活性物质在生物膜积累的主要原因 可剩余有 效载体表 面饱和 随着生物膜中 细菌密度的增 长，禁锢作用 变得较为明显 有毒或抑制性产 物的积累，使部分活 性生物量受到抑制或 丧失了其生理活性 No. 15 减速增长期 由于生存环境质量的改变以及水力学作用，这 一段内生物膜增长速率逐渐放慢。减速增长期是 生物膜在某一质量和膜厚上达到稳定的过渡期。 在减速增长期，生物膜对水力学剪切作用极为敏 感，水力剪切作用限制了新细胞在生物膜内的进 一步积累， 生物膜增长开始与水力剪切作用形成 动态平衡 。尤其在高溶解氧生物膜反应器中，生 物膜结构疏松，这时水力剪切作用更为敏感。 No. 16 在实际生物膜反应器运行中，经常可以观察到在 减速增长期内，出水中悬浮物浓度明显增高，这 一部分附加悬浮物正是由于生物膜在水力剪切作 用下脱落所造成。在减速增长期末，生物膜质量 及厚度都趋于稳定值，此时生物膜系统自身运行 接近稳定。 减速增长期 No. 17 参 数 潜伏期 （1） （2） （3） （4） （5） 时间 暂时性/M b 暂时性/M a 永久性/M a 永久性/M b 生物膜增长期 线形 减速 稳定指数 M a 动态阶段 M a 稳定阶段 在大量试验事实基 础上，法国Capdeville 教授等人于90年代初对 生物膜的增长过程进行 了详细划分，认为生物 膜整个增长过程由如下 六个阶段组成。如图： O 2 O 2 曲线：氧的利用率。 生物膜的增长过程 M b M b 曲线：生物膜总量 的变化过程； M a M a 曲线：活性生物量 的变化过程； S f S F 曲线：底物浓度变化过程； No. 18 生物稳定期 这一阶段的主要特点是生物膜新生细胞与由于 各种物理力所造成的生物膜损失达到平衡。在此阶 段，生物膜相及液相均已达到稳定状态。通常生物 膜稳定期的长短，与运行条件诸如底物供给浓度、 剪切力等密切相关。在实际生物膜反应器运行中， 生物膜稳定期的维持一直认为是过程稳定性的必要 保证，而在三相流化床等生物膜反应器中，在高底 物浓度、高剪切力作用情况下，这一阶段存在时间 很短，甚至不出现。 No. 19 参 数 潜伏期 （1） （2） （3） （4） （5） 时间 暂时性/M b 暂时性/M a 永久性/M a 永久性/M b 生物膜增长期 线形 减速 稳定指数 M a 动态阶段 M a 稳定阶段 在大量试验事实基 础上，法国Capdeville 教授等人于90年代初对 生物膜的增长过程进行 了详细划分，认为生物 膜整个增长过程由如下 六个阶段组成。如图： O 2 O 2 曲线：氧的利用率。 生物膜的增长过程 M b M b 曲线：生物膜总量 的变化过程； M a M a 曲线：活性生物量 的变化过程； S f S F 曲线：底物浓度变化过程； No. 20 脱落期 生物膜反应器运行在此阶段具有如下特点：出水悬浮物浓 度增高，直接影响出水水质；底物降解过程受到影响，其结果 是使底物去除率降低。从实际运行角度来说，生物膜反应器应 避免生物膜在运行过程中同时大量脱落。 生物膜脱落是一种随机现象。随着生物膜的成 熟，部分生物膜发生脱落。 影响因素 生物膜 内微生 物自身 氧化 内部 厌氧 层过 厚 生物膜 与载体表 面间相互 作用 某些物理作用，诸如 作用于生物膜上的重 力及剪切力等变化也 可引起膜的脱落 实际中若进水 中含有抑制或毒 性物质，导致附 加的生物膜脱落 No. 21 参 数 潜伏期 （1） （2） （3） （4） （5） 时间 暂时性/M b 暂时性/M a 永久性/M a 永久性/M b 生物膜增长期 线形 减速 稳定指数 M a 动态阶段 M a 稳定阶段 在大量试验事实基 础上，法国Capdeville 教授等人于90年代初对 生物膜的增长过程进行 了详细划分，认为生物 膜整个增长过程由如下 六个阶段组成。如图： O 2 O 2 曲线：氧的利用率。 生物膜的增长过程 M b M b 曲线：生物膜总量 的变化过程； M a M a 曲线：活性生物量 的变化过程； S f S F 曲线：底物浓度变化过程； No. 22 根据上面对生物膜增长规律的分析，从底物去除 的角度来看，我们可以得到以下几点 重要结论 ： 在动力学增长末期，活性生物量达到其最大值， 此时在生物膜反应器中液相达到稳定状态， 此时生物膜较薄，一般不超过50微米； 在生物膜稳定期末，生物膜相达到其稳定状态， 此时生物膜可达到数百微米。 No. 23 生物膜理论中的几个重要参数 1. 生物膜的比增长速率 微生物比增长速率（μ）是描述生物膜增长繁殖特性的 最常用参数之一，它反映了微生物增长的活性。微生物比增 长速率的定义为： X dtdX =μ 式中 X——微生物浓度，[质量][体积] -1 ； μ ——微生物比增长速率，[时间] -1 。 No. 24 dX t1 /dt dX t1 /dt X t1 μ t1 = t 1 t0 X t1 X 从理论上讲，当 获得微生物增长曲线 （X-t）后，可通过 任一点的导数及对应 的X值计算出微生物 增长过程中t时刻对 应的比增长速率（如 图）。 目前，生物膜比增长速率主要有两类：一是动力 学增长阶段的比增长速率，亦称生物膜 最大比增长速 率 ，二是整个生物膜过程的 平均比增长速率 。 No. 25 生物膜最大比增长速率（μ 0 ） 生物膜在动力学增长期遵循如下规律： b b M dt dM 0 μ= 积分后得: CtM b += 0 ln μ 生物膜平均比增长速率反映了生物膜表观增长特性。由于生物膜成长过程中往 往伴随着非活性物质的积累，因此从严格生物学意义上说，并不能真实反映生物膜 群体的增长特性。 生物膜平均比增长速率一般 根据下式计算： bs bobs M t MM ? =μ M bs ——生物膜稳态时对应生物膜量，[质量][面积] -1 ； M bo ——初始生物膜量，[质量][面积] -1 。 生物膜平均比增长速率(μ ) No. 26 2. 底物比去除速率 ( q 0bs ) b obs MA SSQ q 0 0 )( ? = q 0bs ——底物比去除速率，[时间] -1 ； Q ——进水流量，[体积][时间] -1 ； S 0 ——进水底物浓度，[质量][体积] -1 ； S ——出水底物浓度，[质量][体积] -1 ； A 0 ——载体表面积，[面积] 在实际过程 中，底物比去除 速率反映了生物 膜群体的活性， 底物的去除速率 越高，说明生物 膜生化反应活性 越高。 No. 27 14.3 生物滤池 生物滤池 1、生物滤池的概念 5、曝气生物滤池 4、塔式生物滤池 3、高负荷生物滤池 2、普通生物滤池 No. 28 生 物 滤 池 的 发 展 沿 革 生物滤池是生物膜反应器的最初形式，已有百余年 的发展史。 1893年在 英国试行 将污水喷 洒在粗滤 料上进行 净化试 验，取得 良好的处 理效果。 但早期出现的生物滤池水 力负荷和BOD负荷都很低， 虽净化效果好，但占地面 积大，而且易于堵塞，后 来人们采取处理水回流的 措施，提高了水力负荷和 有机负荷，从而成为 高负 荷生物滤池。 由于填料的革新、 工艺运行的改善，生物 滤池已由低负荷向高负 荷发展，现有的主要类 型为普通低负荷生物滤 池与高负荷生物滤池、 塔式生物滤池以及曝气 生物滤池等。 1951年原民主德国化学工 程师舒尔兹根据气体洗涤 塔原理创立了塔式生物滤 池，通风畅行，净化功能 良好，也使占地大的问题 进一步得到解决。 1900年以后， 这种工艺得到 公认，命名为 生物过滤法， 处理构筑物则 称为生物滤 池，开始用于 污水处理实 践，并迅速地 在欧洲一些国 家得到应用。 No. 29 1、生物滤池的概念 生 物 滤 池 的 工 作 原 理 在生物滤池中，污水通过布水器均匀的分布在滤池表面，在重力 作用下，以滴状喷洒下落， 滤料 一部分被吸 附于滤料表 面，成为呈 薄膜状的 附 着水层 另一部分则以薄膜的形式渗 流过滤料，成为 流动水层 ， 污水流过滤床时， 滤料截留了污水中 的悬浮物，同时把 污水中的胶体和溶 解性物质吸附在自 己的表面，有机物 被微生物利用以生 长繁殖，逐渐形成 了 生物膜。 生物膜成熟后，栖息 在生物膜上的微生物即摄 取污水中的有机物作为营 养，对污水中的有机物进 行吸附氧化作用， 因而污 水在通过生物滤池时能得 到净化 。 No. 30 产生有机酸、氨和硫化氢等 厌氧分解产物，这些中间产 物有的很不稳定，有的还带 有嗅味，从而影响出水的水 质。 生物膜越厚，滤料间的孔隙越小，滤池的通风 情况就越差，空气中的氧就越不容易进入生物膜。 有时生物膜的增长甚至会造成滤池的堵塞，使滤池 的工作完全停顿下来。 当生物膜较厚、 污水中有机物浓 度较大时，空气 中的氧将很快被 表层的生物膜所 消耗 靠近滤料的一 层生物膜因得 不到充足氧的 供应而使厌氧 生物发展起 来，形成厌氧 层 No. 31 影响生物滤池性能的主要因素 生物滤池中同时发生着： ? 有机物在污水和生物膜中的传质过程； ? 有机物的好氧和厌氧代谢过程； ? 氧在污水和生物膜中的传质过程 ? 生物膜的生长和脱落过程。 影响这些过程的 主要因素为： 滤池高度 负荷 回流 供氧 No. 32 人们早就发现，滤床的上层和下层相比，生物 膜量、微生物种类和去除有机物的速率均不相同。 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。随着滤床深度增加，微生物 从低级趋向高级，种类逐渐增多，生物膜量从多到 少。滤床中的这一递变现象，类似污染河流在自净 过程中的生物递变。 滤池高度 No. 33 有机负荷 即指单位时间供给单位 体积滤料的有机物量，单位为 kg(BOD 5 )/［m 3 (滤料) ·d］ 。 由于一定的滤 料具有一定的比表面积，滤料体积可 间接表示生物膜面积和生物数量，所 以有机负荷实质上表征了F/M值。有 机负荷不能超过生物膜的分解能力， 否则出水水质将相应有所下降。 负荷 生物滤池的负荷是一个集中反映生物滤池工作性能的参数， 同滤床的高度一样，负荷直接影响生物滤池的工作，主要有水力 负荷和有机负荷两种。 水力负荷 即单位面积的滤池或 单位体积滤料每日处理的废水量， 单位为 m 3 （废水）/［m 2 (滤池) ·d］或m 3 (废 水)/［m 3 (滤池) ·d］ ，表征滤池的接触 时间和水流的冲刷能力。水力负荷 太大则流量大，接触时间短，净化 效果差；水力负荷太小则滤料不能 得到完全利用，冲刷作用小。 No. 34 回流 回流多用于高负荷生物滤池的运行系统，对其 性能有明显的影响。 优 点 增大水力负荷，促进生物膜的脱落，防止滤池堵 塞及孳生蚊蝇； 可稀释污水，降低其有机负荷，并借以均化、稳 定进水水质； 可向生物滤池连续接种，促进生物膜的生长； 增加进水的溶解氧，改善进水的腐化状态。 缺 点 缩短了废水在滤池中的停留时间； 降低入流污水的有机物浓度，降低传质和有机物 的去除率； 冬天使池中水温降低； 增加能耗，增大运行费用。 一般认为下述情况时考虑出水回流：进水有机物浓度较 高；水量很小，无法维持水力负荷在最小经验值以上时；废 水中某种有机污染物在高浓度时有可能抑制微生物生长。 No. 35 供氧条件与有机负荷密切相关。但当入流污水有机物浓 度较高时，供氧条件就可能成为影响生物滤池工作的主要因 素，为保证生物滤池的正常工作，可采用回流的方法，降低 滤池进水有机物浓度，或采用机械通风，以保证滤池供氧充 足，正常运行。 供氧 向生物滤池供给充足的氧是保证生物膜正常工 作的必要条件，也有利于排除代谢产物。 在生物滤池中，微生物所需的氧一般来自大气，靠自然 通风供给，影响滤池自然通风的主要因素是自然拔风和风力。 自然拔风的推动力是池内外的气温差以及滤池高度。温差愈 大，滤池内的气流推动力越大，通风量也就愈大。 No. 36 2、 普通生物滤池 普通生物滤池示意图 普通生物滤池负荷低，水力负荷只有 1～4m 3 /［m 2 (滤 池) ·d］， BOD负荷也仅为 0.1～0.4kg/［m 3 (滤池) ·d］。 通气道 排 水 渗水装置 配水 虹吸 配水干管 及支管 滤料 又名滴滤池 （Trickling filter），是 生物滤池早期 出现的类型， 即第一代生物 滤池。 No. 37 （1）. 构造特征 通气道 排水 渗水装置 配水 虹吸 配水干管 及支管 滤料 池壁多由砖石筑 造，具有围护滤料的作 用，应能够承受滤料压 力。一些池壁上由许多 孔洞，用以促进滤层的 内部通风。 在平面上多是方形、矩形或圆形。 池底的作用是 支撑滤料和排除 处理后的出水。 池底底部四周设通风 口，其总面积不小于滤 池表面积的1%。 池体 No. 38 通气道 排水 渗水装置 配水 虹吸 配水干管 及支管 滤料 布水装置的主要任务是向滤池表面均匀 地撒布污水。还应：适应水量的变化；不易 堵塞和易于清通以及不受风、雪影响等特征。 普通生物滤池的布水装置多采用固定喷嘴式 布水系统。固定喷嘴式布水系统是由投配 池，布水管道和喷嘴等几部分所组成. 排水系统设于池 的底部，它有两 个作用：一是排 除处理后的出 水；二是保证滤 池的通风良好。 排水系统包括渗 水装置、汇水沟 和总排水沟以及 其供通风的底部 空间。 No. 39 易于管理、节省能源、运行稳定、剩余污泥 少且易于沉降分离等。 正是因为普通生物滤池具有上述缺点，使其在推广应用 上受到很大限制，近年来应用较少，有日渐被淘汰的趋势。 占地面积大、不适合处理水量大的污水；滤料 易于堵塞；滤池表面生物膜积累过多，易于产生滤 池蝇，恶化环境卫生；喷嘴喷洒污水，散发臭味。 普通生物滤池一般适用于处理每日污水量不高 于1000m 3 的小城镇污水或有机性工业废水。 优点 缺点 （2）. 适用范围与优缺点 No. 40 3、 高负荷生物滤池 高负荷生物滤池是生物滤池的第二代工艺，它是在解决、 改善普通生物滤池在净化功能和运行中存在的实际弊端的基础 上而开创的。 （1）. 构造特征 高负荷生物滤池在平面上多为圆形。如使用粒状滤料， 其粒径较大，空隙率较高。滤料层高一般为2.0m。 现在，高负荷生物滤池也已广泛使用由聚氯乙烯、聚苯 乙烯和聚酰胺等材料制成的呈波形板状、列管状和蜂窝状等 人工滤料。 在构造上，高负荷生物滤池与普通生物滤池略有不同， 主要如下： No. 41 配水短管 布水横管 滤料 进水竖管 在横管的同一 侧开有一系列 间距不等的孔 口，中心较 疏，周边较 密，须经计算 确定。污水从 孔口喷出，产 生反作用力， 从而使横管按 与喷水相反的 方向旋转。 高负荷生物滤池多使用旋转布水器。旋转布水器有多种结 构形式，右图所示为其中应用较为广泛且构造简单的一种。 污水以一定的压力流入位于池中央处的固定竖管 再流入布 水横管， 横管绕竖 管旋转。 No. 42 （2）. 工艺特征 高负荷生物滤池大幅度地提高了滤池的负荷率，其BOD 容积负荷率高出普通生物滤池6～8倍，高达0.5～ 2.5kg/[m 3 (滤池) ·d]；水力负荷率则高出10倍，高达5～ 40m 3 /[m 2 (滤池) ·d]。 高负荷生物滤池实现高负荷率是通过限制进水的BOD 5 值 和在运行上采取处理水回流等技术措施而达到的。进入高 负荷生物滤池的BOD 5 值必须低于200mg/L，否则用处理水回 流加以稀释。 No. 43 回流水量(Q R )与原 污水量(Q)之比称 为回流比( R): Q Q R R = 喷洒在滤池表面上 的总水量(Q T )为: RT QQQ += 总水量(Q T )与原污水量(Q) 之比称为循环比（F）: R Q Q F T +== 1 No. 44 采取处理水回流措施，原污水的BOD值(或COD值)被稀 释，进入滤池的污水BOD浓度根据下列关系式计算。 根据 eRORa SQQSQQS +=+ )( R RSS S e a + + = 1 0 S a ——喷洒向滤池的污水 BOD值， mg/L； S 0 ——原污水的 BOD值， mg/L； S e ——滤池处理水的 BOD值， mg/L； R ——回流比。 得： 4、 塔式生物滤池 塔式生物滤池，简称滤塔，是在 50年代初开创的，属 第三代生物滤池。 （ 1） . 工艺特征 l) 高负荷率 塔式生物滤池的水力负荷率可达 80~200m 3 /(m 2 ·d)， 为一般高负荷生物滤池的 2~10倍， BOD—容积负荷率达 1000~2000gBOD 5 /(m 3 ·d)，较高负荷生物滤池高 2~3倍。 塔式生物滤池内的生物膜能够经常保持较好的活性。但 是，生物膜生长过快，易于产生滤料的堵塞现象。 2)滤层内部的分层 塔滤滤层内部存在着明显的分层现象，在各层生长 繁育着种属各异，但适应流至该层污水特征的微生物群 集，这种情况有助于微生物的增殖、代谢等生理活动， 更有助于有机污染物的降解、去除。由于具有这种分层 现象的特征，塔滤能够承受较高的有机污染物的冲击负 荷，对此，塔滤常用于作为高浓度工业废水二级生物处 理的第一级工艺，较大幅度地去除有机污染物，以保证 第二级处理技术保持良好的净化效果。 （ 2） . 构造特征 塔式生物滤池 包括 塔身 、 滤料 、 布水装置 、 通风系统 四部分。如图 所示： 1-塔身； 2-滤料； 3-格栅 4-检修口； 5-布水器； 6-通风口； 7-集水槽 塔式生物滤池构造示意图 塔式生物滤池构造示意图 2 1 3 5 4 6 7 （ 3） .适用条件与优缺点 ? 塔式生物滤池适用于 生活污水和城市污水处理，也适 用于处理各种有机性的工业废水，但只适宜于少量污 水的处理，一般不宜超过 10000m 3 /d。 ? 塔式生物滤池的优点 是占地面积可大大缩小，对水量 水质突变的适应性强，即使是受突然变化的负荷影响 后，一般也只是上层滤料的生物膜受影响，因此能较 快地恢复正常工作。 ? 其主要不足之处 是在地形平坦处需要的污水抽升费用 较大，并且由于池高使得运行管理也不太方便，但这 些都不至于影响塔式生物滤池在实践中的应用。 5、曝气生物滤池 ? 曝气生物滤池曝气生物滤池 (Biological Aerated Filter，简称，简称 BAF)， ， 是 是 20世纪 世纪 80年代末和 年代末和 90年代初在欧美兴 年代初在欧美兴 起的一种污水生物处理技术，起初用作三级处 起的一种污水生物处理技术，起初用作三级处 理，后发展成直接用于二级处理。该工艺处理负 理，后发展成直接用于二级处理。该工艺处理负 荷高， 荷高， BOD的容积负荷可以达到 的容积负荷可以达到 5~6kg/(m 3 ·d)。 。 ? 曝气生物滤池从单一的工艺逐渐发展成系列综合曝气生物滤池从单一的工艺逐渐发展成系列综合 工艺。有去除 工艺。有去除 SS、 、 COD、 、 BOD以及硝化、脱氮、 以及硝化、脱氮、 除磷、去除 除磷、去除 AOX（有害物质）的作用。 （有害物质）的作用。 填料层 原污 水流 入 溢流堰 曝气用 空气管 反冲用 空气管 反冲洗水进水管 处理水排水管 承托层 中间排水管 反冲洗水排水管 曝气生物滤池构造示意图 （ 1） .工作原理及特征 ? 采用曝气生物滤池时为了减少污水中的悬浮采用曝气生物滤池时为了减少污水中的悬浮 物， 物， 进入生物滤床的污水要求进行充分的预 进入生物滤床的污水要求进行充分的预 处理。一般要求生物滤床进水悬浮物（ 处理。一般要求生物滤床进水悬浮物（ SS） ） 浓度在 浓度在 50~60mg/L。 。 ? 对于用于三级处理的曝气生物滤池工艺对于用于三级处理的曝气生物滤池工艺 ，进，进 水悬浮物浓度一般不会影响生物滤床的效率。 水悬浮物浓度一般不会影响生物滤床的效率。 ? 如果把生物滤床作为主要生物处理段如果把生物滤床作为主要生物处理段 ，那么，那么 采用常规的初沉池处理很难保证生物滤床进 采用常规的初沉池处理很难保证生物滤床进 水悬浮物浓度在 水悬浮物浓度在 50mg/L以下，需要采用初沉 以下，需要采用初沉 池的预处理，最好与一级强化处理相结合。 池的预处理，最好与一级强化处理相结合。 ? 在曝气生物滤池工艺中进水水流向下， 在曝气生物滤池工艺中进水水流向下， 空气从距滤料底部 空气从距滤料底部 30cm处通入，空气流 处通入，空气流 向上，两者形成逆流，增大了气 向上，两者形成逆流，增大了气 /水接触 水接触 时间，有利于氧的转移，发挥下层滤料 时间，有利于氧的转移，发挥下层滤料 表面生物膜的氧化降解作用，提高整个 表面生物膜的氧化降解作用，提高整个 曝气生物滤池的储污能力，延长反冲周 曝气生物滤池的储污能力，延长反冲周 期。 期。 ? 由于滤料粒径小，比表面积大，使池中 由于滤料粒径小，比表面积大，使池中 容纳着大量微生物，从而体现出容积负 容纳着大量微生物，从而体现出容积负 荷高、停留时间短的特点，又能保证滤 荷高、停留时间短的特点，又能保证滤 池在较低的污泥负荷下运行，为进一步 池在较低的污泥负荷下运行，为进一步 降解污水中的有机污染物提供了可靠的 降解污水中的有机污染物提供了可靠的 保证，进而获得优良的处理效果，保证 保证，进而获得优良的处理效果，保证 了出水稳定。 了出水稳定。 ? 处理水由底部出水系统收集到出水渠， 处理水由底部出水系统收集到出水渠， 进入集水池。当滤池运行到一定时期， 进入集水池。当滤池运行到一定时期， 随着生物量和滤料中截留杂质的增加， 随着生物量和滤料中截留杂质的增加， 滤料中水头损失增大，水位上升，需对 滤料中水头损失增大，水位上升，需对 滤料进行反冲洗，反冲洗废水通过排水 滤料进行反冲洗，反冲洗废水通过排水 管回流到一级处理设施 管回流到一级处理设施 ? 曝气生物滤池具有以下特征：曝气生物滤池具有以下特征： ? 1)、、 用粒状填料作为生物载体，如陶粒 、焦炭、用粒状填料作为生物载体，如陶粒 、焦炭、 石英砂、活性炭等； 石英砂、活性炭等； ? 2)、、 区别于一般生物滤池及生物滤塔，在去除区别于一般生物滤池及生物滤塔，在去除 BOD、氨氮时需进行曝气； 、氨氮时需进行曝气； ? 3)、、 高水力负荷、高容积负荷、水力停留时间高水力负荷、高容积负荷、水力停留时间 短及高的生物膜活性； 短及高的生物膜活性； ? 4)、、 具有生物氧化降解和截留具有生物氧化降解和截留 SS的双重功的双重功 能，生物处理单元之后不需要再设二次沉淀 能，生物处理单元之后不需要再设二次沉淀 池； 池； ? 5)、、 需定期进行反冲洗，清洗滤池中截留的需定期进行反冲洗，清洗滤池中截留的 SS，同时更新生物膜。 ，同时更新生物膜。 反冲洗进气管 进水 反冲洗出水 反冲洗进水 曝气管 （ 2）新型曝气生物滤池 A： BIOCARBONE BIOCARBONE ? 在滤池中下部设曝气管在滤池中下部设曝气管 (一般距底部一般距底部 25~40cm 处 处 )进行曝气，曝气管上部起生物降解作用， 进行曝气，曝气管上部起生物降解作用， 下部主要起截留 下部主要起截留 SS及脱落的生物膜的作用。 及脱落的生物膜的作用。 运行中，因截留了 运行中，因截留了 SS及生物膜的生长，水头 及生物膜的生长，水头 损失逐渐增加，达到设计值后，开始反冲洗。 损失逐渐增加，达到设计值后，开始反冲洗。 一般采用气水联合反冲，底部设反冲洗气、 一般采用气水联合反冲，底部设反冲洗气、 水装置。 水装置。 ? BIOCARBONE属早期曝气生物滤池， 属早期曝气生物滤池， 其缺点是负荷仍不够高，且大量被截留 其缺点是负荷仍不够高，且大量被截留 的 的 SS集中在滤池上端几十厘米处，此处 集中在滤池上端几十厘米处，此处 水头损失占了整个滤池水头损失的绝大 水头损失占了整个滤池水头损失的绝大 多数，滤池纳污率不高，容易堵塞，运 多数，滤池纳污率不高，容易堵塞，运 行周期短。 行周期短。 ? 法国 法国 Degremont公司开发的 公司开发的 BIOFOR和 和 OTV公司开发的 公司开发的 BIOSTYR，克服了 ，克服了 BIOCARBONE的这些缺点。 的这些缺点。 处理出水 反冲洗出水 反冲洗进水 进水 反冲气 填充 材料 垫层 曝气 B: BIOFOR ? BIOFOR(Bio-Filtration Oxygenated Reactor，简称 ，简称 BIOFOR)，其结构如图 ，其结构如图 所示。 所示。 BIOFOR运行时一般采用上向 运行时一般采用上向 流，污水从底部进入气水混合室，经长 流，污水从底部进入气水混合室，经长 柄滤头配水后通过垫层进入滤料，在此 柄滤头配水后通过垫层进入滤料，在此 进行 进行 BOD、 、 COD、氨氮、 、氨氮、 SS的去除。 的去除。 反冲洗时，气、水同时进入气水混合 反冲洗时，气、水同时进入气水混合 室，经长柄滤头配水、气后进入滤料， 室，经长柄滤头配水、气后进入滤料， 反冲洗出水回流入初沉池，与原污水合 反冲洗出水回流入初沉池，与原污水合 并处理。 并处理。 ? BIOFOR采用上向流采用上向流 (气水同向流气水同向流 )的主要原因的主要原因 有： 有： ? 1)、、 同向流可促使布气、布水均匀；同向流可促使布气、布水均匀； ? 2)、、 若采用下向流，则截留的若采用下向流，则截留的 SS主要集中在主要集中在 填料的上部。运行时间一长，滤池内会出现 填料的上部。运行时间一长，滤池内会出现 负水头现象，进而引起沟流，采用上向流可 负水头现象，进而引起沟流，采用上向流可 避免这一点； 避免这一点； ? 3)、、 采用上向流，截留在底部的采用上向流，截留在底部的 SS可在气泡可在气泡 的上升过程中被带入滤池中上部，加大填料 的上升过程中被带入滤池中上部，加大填料 的纳污率，延长了反冲洗间隔时间。 的纳污率，延长了反冲洗间隔时间。 C： BIOSTYR BIOSTYR结构示意图 ? BIOSTYR滤池是滤池是 BAF工艺的一种，是法国工艺的一种，是法国 OTV公司的注册工艺，由于采用了新型轻质 公司的注册工艺，由于采用了新型轻质 悬浮填料 悬浮填料 ——Biostyrene（主要成分聚苯乙 （主要成分聚苯乙 烯且密度小于 烯且密度小于 1.0g/cm 3 ）而得名。 ）而得名。 ? 脱氮的脱氮的 BIOSTYR反应器的结构和原理如图反应器的结构和原理如图 14- 20所示，滤池底部设有进水和排泥管，中上 所示，滤池底部设有进水和排泥管，中上 部是填料层，厚度一般为 部是填料层，厚度一般为 2.5~3m，填料顶部 ，填料顶部 装有挡板，防止悬浮填料的流失。 装有挡板，防止悬浮填料的流失。 ? 与一般的与一般的 BAF工艺不同之处工艺不同之处 是其是其 滤头设在池滤头设在池 子的上部， 子的上部， 在上部挡板上均匀安装有出水滤 在上部挡板上均匀安装有出水滤 头。挡板上部空间用作反冲洗的储水区，其 头。挡板上部空间用作反冲洗的储水区，其 高度根据反冲洗水头而定，该区设有回流泵 高度根据反冲洗水头而定，该区设有回流泵 用以将滤池出水泵送至配水廊道，继而回流 用以将滤池出水泵送至配水廊道，继而回流 到滤池底部实现反硝化。 到滤池底部实现反硝化。 ? BIOSTYR工艺抓住 BAF的技术关键 ——填填 料，因此具有如下工艺特点： 料，因此具有如下工艺特点： ? 1）） 采用新型密度小于水的球形有机填料，利采用新型密度小于水的球形有机填料，利 于微生物的生长和截留 于微生物的生长和截留 SS，促进水 ，促进水 —气均匀 气均匀 混合； 混合； ? 2）） 池内微生物浓度大，活性高，处理负荷池内微生物浓度大，活性高，处理负荷 高，出水水质优，运行稳定； 高，出水水质优，运行稳定； ? 3）） 占地省，投资少；占地省，投资少； ? 4）） 工艺流程简单，运行灵活，管理方便；工艺流程简单，运行灵活，管理方便； ? 5）） 增加了预处理日常药剂费用；增加了预处理日常药剂费用； ? 6）） 污泥量相对加大，污泥稳定性较差。污泥量相对加大，污泥稳定性较差。 ? BIOSTYR工艺在欧美应用较普遍，而且 工艺在欧美应用较普遍，而且 许多工程集中在处理厂用地紧张、出水 许多工程集中在处理厂用地紧张、出水 水质要求高的地方。 水质要求高的地方。 （ 3）、曝气生物滤池的主要优点及缺点 ? 1)、主要优点 、主要优点 ? a)占地面积小，基建投资省。 占地面积小，基建投资省。 曝气生物滤 曝气生物滤 池之后不设二次沉淀池。曝气生物滤池水 池之后不设二次沉淀池。曝气生物滤池水 力负荷、容积负荷大大高于传统污水处理 力负荷、容积负荷大大高于传统污水处理 工艺，停留时间短 工艺，停留时间短 (每级 每级 0.5~0.66ｈ ｈ )，因此 ，因此 所需生物处理面积和体积都很小，节约了 所需生物处理面积和体积都很小，节约了 占地和投资。 占地和投资。 ? b)、出水水质高。、出水水质高。 在在 BIOFOR中，由于填料本中，由于填料本 身截留及表面生物膜的生物絮凝作用，使得 身截留及表面生物膜的生物絮凝作用，使得 出水 出水 SS很低，一般不超过 很低，一般不超过 10mg/l；因周期性 ；因周期性 的反冲洗，生物膜得以有效更新，表现为生 的反冲洗，生物膜得以有效更新，表现为生 物膜较薄 物膜较薄 (一般为 一般为 10um左右 左右 )，活性很高。若 ，活性很高。若 采用全套 采用全套 BIOFOR工艺，则可除磷脱氮。 工艺，则可除磷脱氮。 ? c)氧的传输效率很高，曝气量小，供氧 氧的传输效率很高，曝气量小，供氧 动力消耗低。 动力消耗低。 在 在 BIOFOR中，氧的利用 中，氧的利用 效率可达 效率可达 20%~30%，曝气量明显低于 ，曝气量明显低于 一般生物处理法。 一般生物处理法。 ? d)抗冲击负荷能力强，耐低温。 抗冲击负荷能力强，耐低温。 国外运 国外运 行经验表明，曝气生物滤池可在正常负 行经验表明，曝气生物滤池可在正常负 荷 荷 2~3倍的短期冲击负荷下运行，而其 倍的短期冲击负荷下运行，而其 出水水质变化很小。此外，根据国外的 出水水质变化很小。此外，根据国外的 报道，生物曝气滤池一旦挂膜成功，可 报道，生物曝气滤池一旦挂膜成功，可 在 在 6~10℃ ℃ 水温下运行，并具有良好的运 水温下运行，并具有良好的运 行效果。 行效果。 ? e）挂膜，启动快。 ）挂膜，启动快。 根据国外的运行， 根据国外的运行， 曝气生物滤池在水温 曝气生物滤池在水温 10~15℃ ℃ 时， 时， 2~3 周即可完成挂膜过程。曝气生物滤池在 周即可完成挂膜过程。曝气生物滤池在 暂时不使用的情况下可关闭运行，此时 暂时不使用的情况下可关闭运行，此时 滤料表面的生物膜并未死亡，而是以孢 滤料表面的生物膜并未死亡，而是以孢 子的形式存在，一旦通水曝气，可在很 子的形式存在，一旦通水曝气，可在很 短的时间内恢复正常。 短的时间内恢复正常。 2)主要缺点 ? a)曝气生物滤池对进水的曝气生物滤池对进水的 SS要求较高。要求较高。 ? b)采用曝气生物滤池，水头损失较大，水的总采用曝气生物滤池，水头损失较大，水的总 提升高度大。 提升高度大。 ? c)采用曝气生物滤池工艺，在反冲洗操作中，采用曝气生物滤池工艺，在反冲洗操作中， 短时间内水力负荷较大，反冲出水直接回流 短时间内水力负荷较大，反冲出水直接回流 入初沉池会对初沉池造成较大的冲击负荷。 入初沉池会对初沉池造成较大的冲击负荷。 ? d)因设计或运行管理不当还会造成滤料随水流因设计或运行管理不当还会造成滤料随水流 失等问题。 失等问题。 14.4 生物转盘 生物转盘源于原联邦德国，第一套半生产性的生物 转盘试验装置是于 1954年在西德海尔布隆 (Heilbronn)污 水处理厂建成。原联邦德国斯图加特工业大学勃别尔 (Popel)教授和哈特曼 (Hartman)教授对生物转盘技术的实 用化进行了大量的试验研究和理论探讨工作，并于 1964 年发表了题为《生物转盘的设计、计算与性能》的论 文，就此奠定了生物转盘技术发展的基础。 1. 生物转盘的构造特征 生物转盘是由 盘片 、 接触反应槽 、 转轴 及 驱 动装置 所组成。盘片串联成组，中心贯以转轴， 转轴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％左右浸没在槽内的污水中，转轴 高出槽内水面 10~25cm。其构造如下图所示。 生物转盘构造图 ⑴盘片 ? 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，比表面积大，易于 取材、便于加工安装等性质。 ⑵ 接触反应槽 ? 接触反应槽的各部位尺寸和长度，应根据转盘直径和 轴长决定，盘片边缘与槽内面应留有不小于 100mm的 间距。槽底应考虑设有放空管，槽的两侧面设有进出 水设备，多采用锯齿形溢流堰。对多级生物转盘，接 触反应槽分为若干格，格与格之间设导流槽 。 ⑶转轴 ? 转轴中心与接触反应槽液面的距离一般不应小于 150mm，应保证转轴在液面之上，并根据转轴直径与 水头损失情况而定。转轴中心距槽内水面的距离 (b) 与 转盘直径 (D)的比值 在 0.05~0.15之间，一般取值 0.06~0.1 。 ⑷驱动装置 ? 转盘的转动速度是重要的运行参数，必须选定适宜，转 速过高既有损于设备的机械强度，消耗电能，又由于在 盘面产生较大的剪切力，易使生物膜过早剥离。综合考 虑各项因素，转盘的转速以 0.8~3.0 r/min，外缘的线速 度以 15~18m/min为宜。 ? ? ? ? ? ? D b 2. 生物转盘的净化机理 转盘以较低的线速度在充满污水的接触反应槽内转 动。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，污水中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，生物膜上的固 着水层从空气中吸收氧，固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。转盘上附着的 生物膜与污水及空气之间，除有机物 (BOD、 COD)与 O 2 的传递外，还进行着其它物质，如 CO 2 、 NH 3 等的传递 。 生物转盘净化反应过程与物质传递过程 3.工艺流程与组合 以下是城市污水的生物转盘系统的基本工艺流程 。 格栅 二沉池 污水 出水 生物转盘 生物转盘处理系统基本工艺流程 沉砂池 初沉池 污泥处理 排砂 排泥 排泥 排泥 消毒 ? 生物转盘宜于采用多级处理方式。实践证明，如盘片 面积不变，将转盘分为多级串联运行，能够提高处理 水水质和污水中的溶解氧含量。 ? 生物转盘一般可分为单级单轴、单轴多级和多轴多级 等。级数多少主要根据污水的水质、水量、处理水应 达到的程度以及现场条件等因素决定。对城市污水多 采用四级转盘进行处理。在设计时特别应注意的是第 一级，首级承受高负荷，如供氧不足，可能使其形成 厌氧状态。对此应采取适当的技术措施，如增加第一 级的盘片面积，加大转数等。 4.生物转盘系统的工艺特征 (1) 微生物浓度高，特别是最初几级的生物转盘，据一些 实际运行的生物转盘的测定统计，转盘上的生物膜量 如折算成曝气池的 MLVSS，可达 40000~60000mg/L， F/M比为 0.05~0.1，这是生物转盘高效率主要原因之一。 (2) 生物相分级，在每级转盘生长着适应于流入该级污水 性质的生物相，这种现象对微生物的生长繁育，有机 污染物降解非常有利。 (3) 污泥龄长，在转盘上能够增殖世代时间长的微生物， 如硝化菌等，因此，生物转盘具有硝化、反硝化的功 能。 (4) 对 BOD值达 10000mg/L以上的超高浓度有机污水或 10mg/L以下的超低浓度污水都可以采用生物转盘进 行处理，并能够得到较好的处理效果。因此，本法 是耐冲击负荷的。 (5) 生物膜上的微生物的食物链较长，因此，产生的污 泥量较少，约为活性污泥处理系统的 1/2左右，在水 温为 5~20℃的范围内， BOD去除率为 90％的条件 下，去除 lkgBOD的产泥量约为 0.25kg。 (6) 接触反应槽不需要曝气，污泥也勿需回流，因此， 动力消耗低，这是本法最突出的特征之一，据有关 运行单位统计，每去除 1kgBOD 的耗电量约为 0.7kWh，运行费用低。 (7) 本法不需要经常调节生物污泥量，不存在产生污泥膨 胀的麻烦，复杂的机械设备也比较少，因此，便于维 护管理。 (8) 设计合理、运行正常的生物转盘，不产生滤池蝇、不 出现泡沫也不产生噪声，不存在发生二次污染的现象。 (9) 生物转盘的流态，从一个生物转盘单元来看是完全混 合型的，在转盘不断转动的条件下，接触反应槽内的 污水能够得到良好的混合，但多级生物转盘又应作为 推流式，因此，生物转盘的流态，应按完全混合—推 流来考虑。 5.生物转盘处理技术的进展 1) 空气驱动生物转盘 空气驱动生物转盘是 利用空气的浮力使转 盘旋转 (见右图 )。在 转盘的外周设空气 罩，在转盘下侧设曝 气管，在管上均等地 安装扩散器，空气从 扩散器均匀地吹向空 气罩，产生浮力使转 盘转动。 特点如下： (1) 槽内污水含有较高的溶解氧，在相同的负荷率 条件下， BOD的去除率较高； (2) 生物膜较薄，有较强的活性； (3) 通过调节空气量改变转盘的转数，采用空气量 调节装置，根据槽内溶解氧的变化自动运行； (4) 易于维修管理。 2) 生物转盘与其它处理设备相组合 ⑴ 与沉淀池相组合的生物转盘 （如下图所示） 与平流式沉淀池 (作为二次沉淀池 )相组合的生物转盘 ⑵ 与曝气池相组合的生物转盘 ? 右图所示为剖面示 意图。这是提高曝 气池处理效率的一 种新措施。在曝气 池上侧设生物转 盘，转盘用空气驱 动，盘片 40％的面 积浸没于水中。 特点如下： 1) 高原有设备的处理效果，改装前 BOD 5 去除率 60％ ~70 ％，改装后提高到 90％； 2) 提高原有设备处理能力，占地 面积小，附加设备费用 亦低； 3) 处理效果稳定，菌体密度大， 生物量高，微生物增殖 迅速，活性强； 4) 污泥量少而且易于沉淀； 5) 动力消耗少，活性污泥装置本 身能够提供生物转盘转 动的能量； 6) 负荷选择适宜，可取得硝化的效果。 3) 藻类生物转盘 藻类生物转盘的主要特点是加大了盘间距离，增加受 光面，接种经筛选的藻类，在盘面上形成藻菌共生体系。 藻类的光合作用释放的氧，提高了水中的溶解氧，为好氧 菌提供了丰富的氧源，而微生物代谢所放出的 CO 2 成为藻 类的主要碳源，又促进了藻类的光合作用。在菌藻的共生 作用下，污水得到净化。 14.5 生物接触氧化法 生物接触氧化法亦称淹没式生物滤池 ， 1971 年在日本首创，近 20余年来，该技术在国内外都 得到了广泛的研究与应用，用于处理生活污水和 某些工业的有机污水，取得了良好的处理效果。 一生物接触氧化法的特征 ? 所谓生物接触氧化法就是在池内充填一定密度 的填料，污水浸没全部填料并与填料上的生物 膜广泛接触，在微生物新陈代谢功能的作用 下，污水中的有机物得以去除，污水得以净化。 1.在工艺方面的特征 ? 采用多种型式的填料，在生物膜上微生物是丰富的，除细 菌和多种种属原生动物和后生动物外，还能够生长氧化能 力较强的球衣菌属的丝状菌，而无污泥膨胀之虑。且在生 物膜上能够形成稳定的生态系统与食物链。 ? 填料表面全为生物膜所布满，形成了生物膜的主体结构， 由于丝状菌的大量滋生，有可能形成一个呈立体结构的密 集的生物网，污水在其中通过起到类似“ 过滤 ”的作用， 能够有效地提高净化效果。 ? 由于进行曝气，生物膜表面不断地接受曝气吹脱，这有利 于保持生物膜的活性，抑制厌氧膜的增殖，也宜于提高氧 的利用率，因此能够保持较高浓度的活性生物量。生物接 触氧化处理技术能够接受较高的有机负荷率，处理效率较 高，有利于缩小池容，减少占地面积。 2. 在运行方面的特征 ? 对冲击负荷有较强的适应能力，在间歇运行条件下，仍 能够保持良好的处理效果，对排水不均匀的企业，更具 有实际意义。 ? 操作简单、运行方便、易于维护管理，勿需污泥回流， 不产生污泥膨胀现象，也不产生滤池蝇 。 ? 污泥生成量少，污泥颗粒较大，易于沉淀 。 3. 在功能方面的特征 ? 生物接触氧化处理技术具有多种净化功能，除有 效地去除有机污染物外，如运行得当还能够用以 脱氮，因此，可以作为三级处理技术。 ? 主要 缺点 是：如设计或运行不当，填料可能堵 塞，此外，布水、曝气不易均匀，可能在局部出 现死角。 二 生物接触氧化处理技术的工艺流程 ? 一段 (级 )处理流程 ? 二段 (级 )处理流程 ? 多段 (级 )处理流程 1.一段(级)处理流程 ?此处理流程中，接触氧化池的流态为完全混合型，微生物 处于对数增殖期和减衰增殖期的前段，生物膜增长较快， 有机物降解速率也较高。 初沉池 接触氧化池 二沉池 污水 出水 排泥 2.二段(级)处理流程 ?它更能适应原水水质的变化，使处理水水质趋于稳定。二 段处理流程中的每座接触氧化池的流态都属完全混合型， 而结合在一起考虑又属于推流式。 初沉池 一段接 触氧化池 二沉池 污水 出水 排泥 中沉池 二段接 触氧化池 三 生物接触氧化池的构造及形式 1. 构造 ⑴池体 ⑵填料 ⑶支架 ⑷曝气装置 ⑸进出水装置 如图所示 格棚支架 排泥 进水装置 进气装置 出水 池体填料 出水渠 稳定水层 空气 进水 ? 填料的要求 ? 在水力特性方面，比表面积大、空隙率高、水 流流态良好、阻力小、流速均一； ? 在生物膜附着性方面，应当有一定的生物膜附 着性 ； ? 化学与生物稳定性较强，经久耐用，不溶出有 害物质，不导致二次污染 ； ? 在经济方面要考虑货源、价格，也要考虑便于 运输与安装等 。 ? 填料的种类 ? 蜂窝状填料 ? 波纹板状填料 ? 软性填料 ? 半软性填料 ? 盾形填料 ? 不规则粒状填料 ? 球形填料 2. 接触氧化池的形式 ? 分类： 按曝气装 置的位置 分流式 直流式 按水流循 环方式分 填料内循环式 填料外循环式 中心曝气型 单侧曝气型 四 生物接触氧化处理技术的应用 9 城市污水 9 印染废水 9 石油化工废水 9 含酚废水 9 啤酒废水 9 乳品加工废水 9 粘胶纤维废水 14.6 生物流化床 所谓生物流化床，就是以砂、活性炭、焦炭一类的 较小的惰性颗粒为载体充填在床内，因载体表面被覆着 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。它利用流态化的概念进行传质或 传热操作，是一种强化生物处理、提高微生物降解有机 物能力的高效工艺。 一 生物流化床的特点 ? 生物量大，容积负荷高； ? 微生物活性高 ； ? 传质效果好 ； ? 具有较强的抵抗冲击负荷的能力，不存在污泥膨胀问 题； ? 较高的生物量和良好的传质条件使生物流化床可以在维 持相同的处理效果的同时，减小反应器容积及占地面 积，节省投资。 二 生物流化床的工艺类型 流化床分类 去除对象 流化方式 (流化床类别 ) 充氧方式 液流动力流化床 表面机械曝气、鼓风曝气、加压溶解 气流动力流化床 鼓风曝气 好氧 流化床 有机污染物 (BOD、 COD) 氮 机械搅动流化床 鼓风曝气 厌养 流化床 硝酸氮 亚硝酸氮 液流动力流化床 机械搅动流化床 1.液流动力流化床 ? 基本的工艺流程如下图所示，本工艺也称之为二相流化 床，即在流化床内只有污水 (液相 )与载体 (固相 )相接触。 而在单独的充氧设备内对污水进行充氧。 ? 生物流化床内的载体，全被生物膜所包覆，生物高度密 集，耗氧速度很高，往往对污水的一 次充氧不足以保证对 氧的需要，此外，单纯依靠原污水的 流量不足以使载体流 化，因此要使部分处理水循环回流。 液流动力流化床 (二相流化床 )构造示意 处理水 泵 二次沉淀池 生物硫化床 回流水 空气 脱膜后载体 脱膜设备 脱除的生物膜 原废水 充氧设备 回流水循环率 (R)一般按生物流化床的需氧量确定，计算 公式为： ( ) 1 0 0 ? ? ? = e e OO DSS R (14-7) 式中 S 0 ——原污水的 BOD5值， mg/L； S e ——处理水的 BOD5值， mg/L； D——去除每 kgBOD5所需的氧量，对城市污水，此 值一般为 1.2~1.4kgO2/BOD5； O 0 ——原污水的溶解氧含量， mg/L； O e ——处理水的溶解氧含量， mg/L。 R值确定后还应通过试验校核载体是否流化，一般 R 值应以使载体流化为准。 2.气流动力流化床 本工艺亦称三相生物流化床，即污水 (液 )、载体 (固 )及 空气 (气 )三相同步进入床体 (参见下图 )。这种生物流化床， 具有如下各项特征： ⑴ 高速去除有机污染物， BOD－容积负荷率可高达 5kg/(m3· d)，处理水 BOD值可保证在 20mg/L以下 (城 市污水 )； ⑵ 便于维护运行，对水质、水量变动有一定的适应性； ⑶ 占地少，在同一水量水质的条件下，在同一处理水质的 要求下，设备占地面积只为活性污泥法的 1/5~1/8。 气流动力流化床 (三相流化床 )构造示意 3.机械搅拌流化床 又称悬浮粒子生物膜处理工艺 ，特点如下： ⑴ 降解速率高，反应室单位容积载体的比表面积 较大，可达 8000~9000m 2 /m 3 ； ⑵ 用机械搅动的方式使载体流化、悬浮，反应可 保持均一性，生物膜与污水接触的效率较高 ； ⑶ MLVSS值比较固定，勿需通过运行加以调整 。 机械搅拌流化床 构造示意图 三 生物流化床的构造 ? 床体 ，平面多呈圆形，由钢板焊制或者由钢筋 混凝土浇灌砌制； ? 载体 ，是生物流化床的核心部件； ? 布水装置 ； ? 脱膜装置 。 14.7 其他好氧生物膜法 近年来涌现出大量生物膜反应器 (Hibrid bio-reactors)： ? 微孔膜生物反应器 (Membrane Biofilm Reactor) ? 气提式生物膜反应器 (Air-lifts) ? 移动床生物膜反应器 (Moving Bed Biofilm Reactor) ? 合式活性污泥生物膜反应器 (Hybrid Activated Sludge-Biofilm Reactor) ? 序批式生物膜反应器 (Sequencing Batch Biofilm Reactor) ? 升流式厌氧污泥床 -厌氧生物滤池 (Upflow Anaerobic Sludge Blanket– Anaerobic Filters) ? 附着生长稳定塘 (Attached-growth Ponds)，等等。 生物膜反应器 生物膜反应器 ? 1、活性生物滤池 ? 2、移动床生物膜反应器 ? 3、复合式生物膜反应器 ? 4、生物膜 /悬浮生长联合处理工艺 1、 活性生物滤池 ? 活性生物滤池（ ABF）将生物滤塔、曝气池和二沉池组 合在一起，其特点是将生物滤塔的部分出水回流，汇同 二沉池的回流污泥一起进入生物滤塔，工艺流程如下图。 ? 活性生物滤池在进水时由于采用了较多的活性污泥回 流，滤床中具有大量的活性微生物，滤池中可发生较高 的微生物的同化作用，也就是说活性生物滤池尤如高效 的微生物合成器，进水中大量的有机物首先在此被活性 污泥所吸附和氧化，并进行微生物的大量合成。 活性生物滤池工艺示意图 2、 移动床生物膜反应器 移动床生物膜反应器 （ MBBR） 是近年来颇受研究者 重视的另一种革新型生物膜反应器，它是为解决固定床反 应器需定期反冲洗、流化床需使载体流化、淹没式生物滤 池堵塞需清洗滤料和更换曝气器的复杂操作而发展起来的。 在稳态运行条件下，当反应器承受较高的有机负荷时，表 现出良好的有机物去除率。中试结果表明，当采用连续流 操作方式时，该反应器可成功地用于经初沉后污水的硝 化；当采用间歇流操作方式时，则又可成功地用于反硝化。 该工艺可靠，易于操作，适用于小型污水处理厂的设计或 超负荷运转的活性污泥处理系统的改造。 好氧移动床生物膜反应器 (Rusten et al., 1998) 3、复合式生物膜反应器 ? （ 1）复合式活性污泥 -生物膜反应器 ? （ 2）序批式生物膜反应器 （1）. 活性污泥-生物膜反应器 ? 所谓的复合式活性污泥 -生物膜反应器是 在活性污泥曝气池中投加载体作为微生 物附着生长载体，悬浮生长的活性污泥 和附着生长的生物膜共同承担着去除污 水中有机物的任务。 （2）. 序批式生物膜反应器 ? 基于序批式活性污泥法的工艺过程及有关特征，再加 上生物膜反应器所固有的优点，一种新型复合式生物 膜反应器应运而生，并引起研究者们的兴趣。序批式 生物膜反应器（ Sequencing Biofilm Batch Reactor，简 称 SBBR）是在序批式活性污泥反应器中引入生物膜， 就操作来讲，序批式生物膜反应器与序批式活性污泥 法相似，一般依次经过五个阶段，即 进水 、 反应 (曝气 )、 沉淀 、 排放 和 闲置 。 4、生物膜/悬浮生长联合处理工艺 ? 生物膜工艺与悬浮生长工艺联合的方式主要有两大类， ? 其一是生物膜与活性污泥在同一构筑物内共同存在的组 合即复合式生物膜反应器； ? 其二为生物膜系统与悬浮生长系统按串联方式组合，其 中生物膜反应器类型主要包括塔式生物滤池、普通生物 滤池、生物转盘，悬浮生长反应器主要包括活性污泥曝 气池 (或小型接触渠 )和稳定塘。 ? 对联合处理工艺有多种不同的命名，如两级工艺、串联 序列、联合工艺、双重工艺、投料曝气等等。 （1）.普通生物滤池/固体接触(TF/SC)工艺 ? TF/SC工艺的优点是活性污泥部分能耗相当低，这是因 为普通生物滤池去除了大部分溶解性 BOD。另一个优 点是采用这种方法很容易实现已有滤池的更新改造， 通过增加活性污泥回流 (作为生物絮凝剂 )改善滤池出水 的水质。 ? 普通生物滤池 /固体接触 (TF/SC)工艺一般包括一个中低 有机负荷的生物膜反应器，后续以一个小型接触池， 如下图所示。 普通生物滤池 /固体接触工艺与粗滤池 /活性污泥工艺示意图 沉淀池 初沉 出水 出水 回流 曝气池 底流 滴滤池 回流污泥 剩余污泥 再曝气 （2）.粗滤池/活性污泥(RF/AS)工艺 ? RF/AS工艺和 TF/SC工艺具有相同的工艺流程，但在 RF/AS工艺中使用的普通生物滤池容积要小得多，因此 主要靠曝气池部分提供氧气、完成 BOD去除和进行污泥 固体消化。 TF/SC工艺则与此不同，普通生物滤池较大 并几乎去除所有的溶解性 BOD，接触池仅起到增强污泥 固体絮凝和出水澄清的作用。究竟是采用 TF/SC还是采 用 RF/AS，主要考虑因素是已有处理单元的可利用情 况，这些处理单元的利用与否直接影响了工程投资与运 行费用之间的权衡。 （3）.生物滤池/活性污泥(BF/AS)工艺 ? 生物滤池 /活性污泥 (BF/AS)工艺与 RF/AS工艺相类似， 不同之处为本工艺的 污泥回流与活性生物滤池工艺相 似，如图 14-55所示。在生物膜反应器上增加污泥回流 之后有助于减少丝状菌引起的污 泥膨胀，尤其是处理食 品加工废水的情况。尽管该方法 可以提高污泥的沉降性 能，但目前还没有观测到污泥回 流能够提高生物滤池的 氧传输能力。 生物滤池 /活性污泥工艺示意图 沉淀池 初沉 出水 出水 回流 曝气池 底流 滴滤池 回流污泥 剩余污泥 （4）.普通生物滤池/活性污泥(TF/AS)工艺 ? TF/AS工艺具有一个独有的特性，在 生物膜反应器和悬浮 生长反应器之间设有一个中间沉淀池。在生物膜反应器底 流进入悬浮生长反应器之前，中间沉淀池去除脱落的生物 膜污泥。 ? 采用 TF/AS工艺的一个主要好处是去除含碳 BOD所产生的 污泥可以在第二处理段之前得以分离。当工艺需要去除氨 氮，第二段工艺单元主要由硝化菌起作用时，常推荐此工 艺。采用本工艺的另一优点是中间沉淀池可以减少生物膜 反应器脱落污泥对悬浮生长段的影响。 普通生物滤池 /活性污泥工艺示意图 沉淀池 初沉 出水 出水 回流 曝气池 底流 滴滤池 回流污泥 剩余污泥 沉淀池 14.8 生物膜法的运行管理 生物膜法的运行管理 ? 14.8.1生物膜的培养与驯化 ? 生物膜的培养常称为挂膜。挂膜菌种大 多数采用生活污水或生活粪便水和活性 污泥混合液。 ? 1、生物膜法运行中应注意的问题 ?（ 1）防止生物膜过厚 ? 1）加大回流量，借助水力冲脱过厚的生物膜 ? 2）二级滤池串联，交替进水 ? 3）低频加水，使布水器转速减慢 （ 2）维持较高的 DO （ 3）减小出水悬浮物浓度 14.8.2生物膜处理系统运行管理 生物膜法的操作简单，一般只要控制好 进水量、浓度、温度及所需投加的营养 （ N、 P）等，处理效果稳定，微生物生 长情况良好。 2、生物膜法的日常管理 END