水污染控制工程课件水污染控制工程4

水污染控制工程(下)主讲:成官文

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第五章 污水的生理处理 -生物膜法教学要求:

1,掌握生物膜法的微生物学特征和工艺特征 2,掌握高负荷生物滤池,曝气生物滤池,塔式生物滤池 以及生物转盘三相传质和工艺运行特点. 3,掌握生物接触氧化特点及其工艺设计 教学时数: 8h

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一, 概

述

生物膜——是使细菌,放线菌,蓝绿细菌一 类的微生物和原生动物,后生动物,藻类, 真菌一类的真核微生物附着在滤料或某些载 体上生长繁殖,并在其上形成膜状生物污泥. 生物膜法:污水经过从前往后具有细菌→原 生动物→后生动物,从表至里具好氧→间氧 →厌氧的生物处理系统而得到净化的生物处 理技术.

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1,生物构造及其对有机物的降解 构造:生物膜(好氧层+兼氧层+厌氧层)+附着水层(高亲水 性). 微生物:沿水流方向为细菌——原生动物——后生动物的食 物链或生态系统.具体生物以菌胶团为主,辅以球衣菌,藻 类等,含有大量固着型纤毛虫(钟虫,等枝虫,独缩虫等) 和游泳型纤毛虫(楯纤虫,豆形虫,斜管虫等),它们起到 了污染物净化和清除池内生物(防堵塞)作用. 污染物:重→轻(相当多污带→α中污带→β中污带→寡污带). 供氧:借助流动水层厚薄变化以及气水逆向流动,向生物膜 表面供氧. 传质与降解:有机物降解主要是在好氧层进行,部分难降解 有机物经兼氧层和厌氧层分解,分解后产生的H2S,NH3 等以及代谢产物由内向外传递而进入空气中,好氧层形成的 NO3 --N,NO2--N等经厌氧层发生反硝化,产生的 N2也向外而散入大气中. 生物膜更新:经水力冲刷,使膜表面不断更新(DO及污染 物),维持生物活性(老化膜固着不紧).

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2,生物膜的主要特征: 1)微生物相方面的特征: a,参与净化反应微生物多样化.与活性污泥法相比,膜 法具有更好的生物多样性,生物膜固着在载体上时间长或生 物平均停留时间(泥龄)长,其除细菌广泛存在外,世代时 间长,比增殖速度小的微生物,如硝化菌等也大量存在,此 外,丝状菌,藻类众多,线虫,纤毛虫,轮虫以及昆虫等也 都较广泛地存在(见P200表5-1). b,食物链长,污泥产率低.生物膜的生物中动物性营养所 占比例较大,能栖息高营养水平的生物,其在捕食性纤毛虫, 线虫之上还栖息有寡毛类和昆虫,因而污泥少. c,能够存活世代较长的微生物,在生物膜法中,Qc与污水 的停留时间无关,因此硝化细菌等可以增值(特别是在冬季 低温). d,可分段运行,形成优势微生物种群,提高降解能力.

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2)工艺方面的特征: a,对水质水量变动有较强适应性——顺水流方向形成了微 生态系统. b,污泥沉降性能好,宜于固液分离.膜法污泥的生物组分 中动物所占比重较大,含水率相对低,且剥落泥块体积较大, 故沉降

性能好,宜固液分离.但若厌养层过厚,剥落污泥中 有轻散颗粒,影响出水水质. c,能处理低浓度污水.生物膜能处理活性污泥法不能处理 的低浓度污水和微污染的原水,使B0D5降至5-10mg/L. d,易于维护管理,节能.无污泥回系统,甚至无曝气系统, 节能并易运行管理. 与活性污泥法相比: ①活性污泥法系人工强化生物处理系统,生物量大,处理能 力强,而膜法更趋于自然净化原理. ②活性污泥法为人工强化三相传质,膜法趋向浓度差扩散传 质,传质效果较活性污泥差,处理效率较活性污泥差. ③适于工业废水处理站和小规模生活污理厂.

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二, 生 物 滤 池 1,概述;原理:土壤自然净化原理 进展:早期滤料为石头,砖块,陶料等.其挂膜后易堵塞, 且负荷低;随着滤料轻质化,滤料可以高架与滤料层变厚, 因而可以增加水力负荷,改善气液传质,提高负荷(形成高 负荷生物滤池);也可以通过曝气传质,提高负荷(接触氧 化). 2,普通生物滤池:(现在少见,只需要了解) 构造:池体,滤料,布水装置和排水系统(P204 图5-2). a,池体,一般深2~2.5m,池壁超高0.5~0.9m(防风),其 底部为承托层(排水系统和大块滤料(起支撑,排水以及通水) 中部为工作层(挂膜),上部为配水系统,壁可设孔也可不 开孔,开孔在冬季有影响.

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b,滤料:碎石,卵石,炉渣,焦炭等,总厚度1.5~2.0m,其 中工作层1.3-1.8m,粒径20-40mm;承托层0.2m,粒径70100mm.这种滤料比表面积较大,且较粗糙,易挂膜,孔隙率 一般,利于供氧与传质,且易就地取材,但材料比重大,荷载重, 工作层不厚,工作效率不变,占地大. c,布水装置:固定喷咀式布水系统——即投配池,布水管, 喷咀组成.污水流入投配池是连续的,但布水是间歇式, 喷水周期5-8min. 投配池内设虹吸装置(间歇供水,使滤料排水后间歇充氧, 生物膜再生).排水干管布设在滤池表面下0.5-0.8m,支 (竖)管依据喷咀服务半径设置,高出滤料之上0.15-0.2m, 竖管上安装喷咀,通过喷咀均匀布水. d,排水系统:包括渗水装置,汇水沟,总排水沟(或集水槽), 见图5-2,汇水沟i=0.01-0.02(横向),集水槽i=0.050.01(纵向-书中出错).作用:排放处理后出水,保证间歇 阶段的通风(底部h≥0.6m);汇水沟宽0.15m,间距2.54.0m(与布水间距一致);排水沟内流速>0.7m/s; 渗水装置可以是大块滤料,也可以是图5-4混凝土板,渗水装 置排水口面积占滤池总面积的20%以上.

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3,高负荷生物滤池: 1)特征:通过限制进水BOD值(≤200mg/L)或采用处理水回 流,均化水质,提高或加大水力负荷(10倍),及时冲刷和更 新过厚生物膜,保持较高生物活性,改善处理环境状况(抑 制厌氧,减少臭味散发). 设原污水量Q,回流水量QR,则回流比R=QR/Q,喷总水 量(1+R)Q,进水BOD浓度Sa=(S0+RSe)/(1+R),具 体工艺回流比R建议值见P207表5-3,城市

生活污水一般一 段1.5,二段各段1.0;对工业废水可参照选取.

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2)工艺流程 a,一段法(见P207图5-5共5种典型流程)部分污泥回流, 图中排剩余污泥无. 工艺1:污泥回流初沉池,滤池出水回流滤池,利于改善水 力负荷,减轻二沉池负荷. 工艺2:污泥回流初沉池,二沉池出水回流过滤池,(较工 艺1比,二沉池负荷略重). 工艺3:污泥与二沉池出水同时回流初沉池,加大初沉池负 荷(二者回流量大). 工艺4:具有吸附再生工艺特点,但出水水质差,初沉水力 负荷大. 工艺5:滤池出水与污泥均回流到初沉池,初沉水力负荷大

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b,当污水浓度较高时或对处理出水要求较高时,建议考虑二 段法(见P208图5-6,7). 二段法强化了优势生物种群,但第二段因污染物少或负荷率 低,生物膜生长差,其容积负荷未充分发挥.但二段法能很 好解决一段法生物膜积存与堵塞现象.为充分发挥二段法工 艺效果与作用,建议采用图5-7的交替出水工艺.

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3)构造特点: 构造与普通生物滤池同(池体,滤料,出水与排水系统), 不同之处如下: a,池形.圆形(P210图5-9) b,滤料:聚氯乙烯,聚苯乙烯和聚酰胺等制成的人工滤料, 滤料质轻,耐蚀,高强,呈波状,管状和蜂窝状,使滤料表 面积大,空隙率高(具体见P209表5-4).当采用自然通风 时,滤层厚度≤2m,其中工作层1.8m,承托层0.2m;当 采用人工通风时,滤层厚度2~4m. c,施转式排水器(见P216图5-10),在横管的同一侧开 有一系列间距不等的孔口,中心疏,二头密,使污水从孔口 喷出时产生反作用力,从而反向自由旋转布水(间歇或周 期).竖管连接装置具体见P210图5-8.

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4)装置的需氧与供氧 a,生物膜量:由于在不同厚度的污水浓度不一样, 其微生物量不一样,进水端生物膜厚,出水端生物 膜薄,故生物量计算困难. 生物膜量计算有二种方法.一种是测膜的厚度(不 同深度)—用显微镜,后按表面积计算;另一种方 法是称重法,先取定量的滤料或一定面积的膜称重, 挂膜后再取一定量滤料或一定面积的滤料称重(烘 干),得出单个滤料或单位面积的生物量. b,需氧量O2=a′BODr+b′P=a′Sa+b′P= a′(S0-Se)+b′P 式中: a′: 降解1KgBOD5所需氧量.对城市污水取1.46. b′:单位重量生物膜的所需氧量,取值:对城市污 水0.18kg/kg. P:每m3滤料上的生物膜量.

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C,滤池供氧: 生物滤池供氧是通过气水逆向运动,由污水或膜表 面扩散传质的. 其通风传质的影响因素有:滤池内外的温差,风力, 滤料类型,水力负荷(布水量),其中主要是温差. 由于滤池内部温度较水温略高(冬季),空气向上 流动;夏季滤池内温度低于池外气温,空气下向流 动.温差与空气流速的关系为: V=0.075×⊿T-0.15(m/min),当温差=2℃时, V=O,供氧效果不好.一般情况下温差在6℃左右, V=0.3m/min=432m/d.,即每m3滤料通

过气量 432m3,总供氧量432×0.28=120.96kg.尽管其 氧的利用率低(5%左右),但供气富裕,实际可利 用氧量≥6kg/m3.故采用BOD负荷1.2kg/m3d 时,供氧是没问题的.

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① 池体:一般采用负荷法计算. 取值:容积负荷1.2kgBOD5/(m3滤料.d);表 面面积负荷1.1~2kgBOD5/(m3滤料.d);水力 负荷10-30m3/(m3.d),其主要取决于污水浓 度或回流比: a,进水浓度(BOD)Sa=αSe (Se为出水浓度), α见表5-5的取值,它反映了其可降解的能力(-1) Se. b,回流稀释倍数 n=(S0-Sa)/(Sa-Se) c,滤料容积V=Q(n+1)Sa/NV 为容积负荷. d,滤池表面积A=V/D D为滤料层高度. 或按表面负荷计算A= Q(n+1)Sa/NA NA面积负荷 或按水力负荷计算A= Q(n+1)/ Nq Nq 水力负荷 例题见213 例5-2

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② 旋转布水器计算与设计. a,旋转布水器的直径D′=D-200mm (D滤池直径) b,布水横管的数目及其管径D″,横管数目一般2-4根 选择数目依据管中流速v=0.5~1.0m/s D″=(q/4 v) 0.5 q设计流量. c,布水横管的出水孔口数(m),孔口直径(d)及每个孔 口距池中心的距离(ri) 设计依据:V>0.5m/s以及每个孔口的喷洒面积基本相等. 则 m=1/[1-(1-a/ D′) a为最末端2个出流孔口间距的2 倍,取0.08m; 出口孔径一般10-15mm,不得小于10mm. 每个出流孔口距滤池中心的距离(ri) ri=R(i/m)0.5 (中间间距大,外侧小)R为布水半径(D′/2),i为从池 中心算起,每个孔口的排列顺序,一般从300mm,开始逐 步减少到40mm.