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    好氧生物处理生物膜法

    来源: 发表时间:2016-10-18 访问次数:
    生物膜法(biomembrane process)生物膜法又称固定膜法。主要用于去除废水中溶解性的和胶体状的有机污染物。

    是与活性污泥法并列的一类废水好氧生物处理技术,是一种固定膜法,是土壤自净过程的人工化和强化主要去除废水中溶解性的和胶体状的有机污染物;




     
    第一节    生物膜法的基本原理

    什么是“生物膜”?

    附着生长在固体状材料表面的由多种微生物形成的膜状生物聚集体。

    一、生物膜的形成

    前提条件:

    载体——填料或称滤料;

    营养物质——有机物、N、P及其它,由污水提供;

    微生物——由污水自行提供,或接种;

    形成过程:含有营养物质和接种微生物的污水在填料表面流动,经过一定时间后,污水中的微生物会在填料表面附着增殖和生长,形成一层薄的生物膜。

    生物膜的成熟:在生物膜上由细菌及其它各种微生物组成的生态系统以及生物膜对有机物的降解功能都达到了平衡和稳定。

    成熟所需时间:在20°C下处理城市污水时,生物膜从开始形成到成熟,一般需要30天左右。

    二、生物膜结构示意图

    生物膜的性质:

    ①高度亲水,存在着附着水层;

    ②微生物高度密集:各种细菌以及微型动物,形成了有机污染物——细菌——原(后)生动物的食物链。

    厌氧膜的出现:

    ①生物膜厚度不断增加,氧气不能透入的内部深处将转变为厌氧状态;

    ②成熟的生物膜由厌氧膜和好氧膜组成;

    ③好氧膜是有机物降解的主要场所,一般厚度为2mm。


    三、生物膜的脱落与更新

    厌氧膜的加厚:

    ①生物膜处于老化状态,净化功能变弱,易于脱落。

    ②厌氧代谢产物增多,减弱生物膜的附着能力;

    ③破坏厌氧膜与好氧膜之间的平衡;

    生物膜的更新:

    ①老化膜脱落,新生膜会重新生长;

    ②新生膜具有更强的净化功能。

    什么是“生物膜法”?

    定义:以生物膜作为去除废水中污染物的主体的工艺,通称为生物膜法工艺;

    又称固定膜法,是与活性污泥法并列的一类废水好氧生物处理技术;

    起源:土壤自净过程的人工化和强化;

    处理对象:废水中溶解性和胶体状的有机物及氮素污染物;如:生活污水或城市废水;以及某些工业废水;

    分类:

    生物滤池、生物转盘、生物接触氧化工艺、生物流化床等

    四、生物膜法的运行原则

    减缓生物膜的老化进程;

    控制厌氧膜的厚度;

    加快好氧膜的更新;

    控制使生物膜不集中脱落。

    五、生物膜法的主要特点

    1、微生物方面的特征:本质特征

    1)、微生物种类多样化;

    ① 微生物种属繁多、类型广泛;  

    ②不用担心污泥膨胀,丝状菌可大量生长,且其对低浓度污水具有较强的处理能力;

    ③ 线虫、轮虫等微型动物较常见,甚至藻类与昆虫也可出现;

    2)、生物膜上微生物的食物链较长;

    3)、能够存活世代时间较长的微生物

    2、工艺运行特征

    (1)、适应性强(对水质、水量等的变化);

    (2)、剩余污泥的沉降性能良好,易于分离;

    (3)、能够处理低浓度污水——原因?;

    (4)、易于维护运行,运行费用少。



    第二节生物滤池工艺


    工艺类型

    普通生物滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池


    1、高负荷生物滤池

      (1)基本概念:

      ①以碎石为滤料时,滤床高度为2m;

      以塑料为滤料时,滤床高度可达4m;

      ②正常气温下,处理城市废水时,

      表面水力负荷为10~30m3/m2.d,

      BOD5容积负荷不大于1.2kgBOD5/m3.d,

      单级滤池的BOD5的去除率一般为75~85%;

      两级串联时,BOD5的去除率一般为90~95%;

      ③进水BOD5大于200mg/l时,应采取出水回流措施;

      ④池壁四周通风口的面积不应小于滤池表面积的2%;

      (2)工艺流程——单级高负荷生物滤池

    2、塔式生物滤池

      (1)基本参数:

      ①常用塑料滤料,滤池总高度为8~12m,甚至更高;

      每层滤料的厚度不应大于2.5m,径高比为1:6~8;

      ②容积负荷为1.0~3.0kgBOD5/m3.d,

      表面水力负荷为80~200m3/m2.d,

      BOD5的去除率一般为65~85%;

      ③通风形式:

      自然通风时,塔滤通风口的面积不应小于横截面的7.5~10%;

      机械通风时,风机容量一般按气水比为100~150:1来设计;


      

    第三节  生物转盘工艺


    一、基本概念


      废水处于半静止状态,而微生物则在转动的盘面上;

      转盘40%的面积浸没在废水中,盘面低速转动;

      盘面上生物膜的厚度与废水浓度、性质及转速有关,一般0.1~0.5mm

      生物转盘的特征:

      运行能耗较低;

      生物量多,净化率高,适应性强,出水水质较好;

      生物膜上生物的食物链长,污泥产量少,为活性污泥法的1/2左右;

      维护管理简单,功能稳定可靠,无噪音,无灰蝇;

      受气候影响较大,顶部需要覆盖,有时需要保暖;

      占地面积较大,建设投资较高。

    二、生物转盘的组成

      盘片

      接触反应槽

      转轴与驱动装置等。

      1、盘片:

      ①盘片的形状:

      外形:圆形、多角形及圆筒形;

      盘面:平板、凹凸板、波形板、蜂窝板、网状板等。

      ②盘片的厚度与材质:

      要求质轻、薄、强度高,耐腐蚀等;

      一般厚度为0.5~1.0cm;

      常用材料有聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯及玻璃钢等。

      ③转盘的直径:2.0、2.5、3.0、3.5m。

      ④盘片间距:一般为30mm,高密度型则为10~15mm。

      2接触反应槽:

      材质:钢板、钢筋混凝土或砖砌,断面为半圆形。

      槽壁与盘片间距:20~50mm

      氧化槽容积与盘片面积之比—称为体积面积比

      G=V/∑F

      G——氧化槽体积面积比

      V——氧化槽有效体积

      ∑F——盘片总面积(m2)

      工程中一般G≥5L/m2

      转速一般为18m/min;

      有一轴一段、一轴多段以及多轴多段等形式;

      废水的流动方式,有轴直角流与轴平行流。
      
    三、生物转盘的工艺流程与组合

      1、生物转盘为主体的工艺流程

      ①以去除BOD为主要目的的工艺流程

      ②以深度处理(去除BOD、硝化、除磷、脱氮)为目的


    第四节 生物接触氧化工艺


      介于活性污泥法与生物滤池之间的生物膜法处理工艺;

      又称为淹没式生物滤池。

      定义:生物接触氧化法又称淹没式生物滤池,在反应器内设置填料,同时向池内进行曝气,经过充氧的废水与长满生物膜的填料接触,在生物膜的作用下,废水的到净化。

    一、基本原理与特点

      主要特点:

      ①污泥浓度(10~20g/l)高于活性污泥法和生物滤池,可在较高容积负荷(3.0~6.0kgBOD5/m3.d)下运行;

      ②无需污泥回流,无污泥膨胀问题,运行管理简单;

      ③对水量水质的波动有较强的适应能力;

      ④污泥产量略低于活性污泥法。

    二、生物接触氧化工艺的组成与构造

        由池体、填料、布水系统和曝气系统等组成;

      填料高度一般为3.0m左右,填料层上部水层高约为0.5m,填料层下部布水区的高度一般为0.5~1.5m之间;

      根据曝气装置与填料的相对位置,可分:

      ①曝气装置与填料分开设置:

      ②曝气装置直接安设在填料底部:

      ①曝气装置与填料分设

      填料区水流稳定,有利于生物膜生长,但冲刷力不够,生物膜不易脱落;

      可采用鼓风曝气或表面曝气装置;

      较适用于深度处理。

      ②曝气装置直接安设在填料底部

      曝气装置多为鼓风曝气系统;

      可充分利用池容;

      填料间紊流激烈,生物膜更新快,活性高,不易堵塞;

      检修较困难。

    三、生物接触氧化工艺的填料

      填料是微生物的载体,其特性对接触氧化池中生物量、氧的利用率、水流条件和废水与生物膜的接触反应情况等有较大影响。

      分为硬性填料、软性填料、半软性填料及球状悬浮型填料等:

    四、生物接触氧化池的运行与管理

      l启动调试:

      启动调试时须培养生物膜,其方法类似活性污泥的培养,可间歇或连续进水;

      注意营养平衡(C、N、P)、pH值、抑制物浓度等;

      应对生物膜的生长情况经常观察,并及时调整运行条件。

      2日常运行管理:

      一般应控制溶解氧浓度为2.5~3.5mg/l;

      避免过大的冲击负荷;

      防止填料堵塞:

      1)加强前处理,降低进水中的悬浮固体浓度;

      2)增大曝气强度,以增强接触氧化池内的紊流;

      3)采取出水回流,以增加水流上升流速,以便冲刷生物膜。


    第五节好氧生物流化床工艺


      20世纪70年代;

      以比重大于1的细小惰性颗粒如砂、焦碳、陶粒、活性炭等为载体;

      反应器内的上升流速很高,可使载体处于流化状态;

      生物浓度很高,传质效率也很高,是一种高效好氧生物反应器。

    一、载体颗粒流化原理

      载体颗粒的流化,是由于上升的水流(或水流与气流)所造成的。

      三种状态:1)固定状态;2)流化状态;3)流失状态

    二、生物流化床的工艺类型

      根据供氧和脱膜方式及床体结构等的不同,可分为:

      两相生物流化床

           三相生物流化床

      1、两相生物流化床

      在生物流化床外设充氧设备和脱膜设备,在床体内只有液、固两相;

      进入反应器之前,废水中的DO可达8~9mg/l(以纯氧为气源时,可达30~40mg/l)。
      2、三相生物流化床

      直接向反应器内充氧,床体内有气、固、液三相共存;

      气体搅动剧烈,载体颗粒之间摩擦剧烈,可使表层的生物膜自行脱落,因此一般无需体外脱膜装置。

    三、生物流化床的构造

      反应器

      载体

      布水装置

      充氧装置

      脱膜装置

      1、反应器:

      一般呈圆柱状;

      高径比一般采用3~4:1;

      若采用内循环三相生物流化床时,升流区截面积与降流区面积之比应在1左右。

      2、载体

      主要性能:

      ①比重略大于1;

      ②表面比较粗糙;

      ③对微生物无毒性;

      ④不会与废水中的物质发生反应;

      ⑤价廉易得。

      常用载体有:砂粒、无烟煤、焦炭、活性炭、陶粒及聚苯乙烯颗粒;

      生物固体浓度与载体投加量有直接关系。

      3、布水设备

      对两相生物流化床,布水均匀十分关键;

      对三相生物流化床,由于有气体的搅拌,布水设备不十分重要。

      4、脱膜装置

      一般三相生物流化床不需设置专门的脱膜装置

      在两相生物流化床系统中常设的脱膜装置有:

      ①振动筛②叶轮脱膜装置③刷式脱膜装置

    优点及问题:

      1)生物浓度高(10~20g/l),容积负荷高(7~8kgBOD5/m3.d以上),水力停留时间可大大缩短,基建费用较小;

      2)无污泥膨胀或堵塞;

      3)能适应不同浓度范围的废水和较大的冲击负荷;

      4)由于容积负荷和床体高度较大,占地面积较小;

      5)工程设计和实际运行有一定难度。

      


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