第五章 污水的生物处理方法(二)——生物膜法

第五章污水的生物处理方法（二）——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

第一节概述

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→兼氧→厌氧的生物处理系统而得到净化的生物处理技术。

一、生物构造及其对有机物的降解

1 生物膜的构造特征

生物膜(好氧层＋兼氧层＋厌氧层)＋附着Array水层(高亲水性)。

2 降解有机物的机理

1)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。

2)污染物：重→轻(相当多污带→α中污带→

β中污带→寡污带).

3)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。

4)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。

5)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）。

二、生物膜的主要特征

1 微生物相方面的特征

1)参与净化反应微生物多样化；

2)食物链长，污泥产率低；

3)能够存活世代较长的微生物；

4)可分段运行，形成优势微生物种群，提高降解能力。

2 工艺方面的特征

1)对水质水量变动有较强适应性；

2)污泥沉降性能好，宜于固液分离；

3)能处理低浓度污水；

4)易于维护管理、节能。

3 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，而生物膜法更趋于自然

净化原理。

2)活性污泥法为人工强化三相传质，生物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。

第二节生物滤池

一、普通生物滤池(现在少见，只需要了解）

1 构造

池体、滤料、布水装置和排水系统(P204 图5-2)。

1)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（掛膜），上部为配水系统，壁可设孔也可不开孔，开孔在冬季有影响。

2)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70~100mm。这种滤料比表面积较大，且较粗糙，易掛膜，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。

3)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。

4)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。

5)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=0.05~0.01(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2.5~4.0m(与布水间距一致)；排水沟内流速＞0.7m/s；

6)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。

二、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）。

2 工艺流程

（1）一段法

部分污泥回流。（见P207图5-5共5种典型流程）

1)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。

2)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）。

3)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）。

4)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。

5)工艺5：滤池出水与污泥均回流到初沉池，初沉水力负荷大

（2）二段法

当污水浓度较高时或对处理出水要求较高时，建议考虑。（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。

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：

1)池形.圆形（P210图5-9）

2)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。

3)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。

4 装置的需氧与供氧

（1）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）一种是称重法

（2）需氧量

O2＝a′BOD r＋b′P＝a′Sa＋b′P＝a′（S0－S e）＋b′P

其中：a′为降解1KgBOD5所需氧量。对城市污水取1.46

b′为单位重量生物膜的所需氧量，取值：对城市污水0.18kg/kg

P为每m3滤料上的生物膜量。

（3）滤池供氧：

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），

温差与空气流速的关系为：

V＝0.075×⊿T-0.15(m/min)

5 池体设计计算

一般采用负荷法计算。

进水浓度（BOD）

S a＝αS e（S e为出水浓度）

α见表5-5的取值，它反映了其可降解的能力。

回流稀释倍数

n＝（S0－S a）/(S a-S e)

滤料容积

V=Q(n+1)S a/N V

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)S a/N A （N A面积负荷）

或按水力负荷计算

A= Q(n+1)/ N q （N q 水力负荷）

第三节生物转盘

一、基本构造

由盘片、转轴与驱动装置、接触反应槽三部分组成。

1 盘片

1)材质：要求轻质高强、耐腐不变形、取材加工方便，一般采用聚氯乙烯或聚脂玻璃钢制

作。ζ=3~7mm（ζ=10~15）

2)形状、大小：圆形、正多角形，为波纹状盘片，此时表面积可提高一倍。直径Φ：2~3.6m，

最大Φ5.0m

3)盘片间距：一般为30mm，多级转盘前级数为25~35mm，后级数10~20mm。

2．接触反应槽

半圆形，盘片直径40%浸没于污水中，盘片边缘与槽内面间距≥150mm，进出水采用锯齿形溢流堰，槽底设放空管。对于多级生物转盘在级与级之间设导流槽。

3．转轴与驱动装置

1)转轴：实心钢轴或无缝钢管，长L=0.5~7.0m，否则易扰曲变形，发生折断或扭断，直

径d=50~80mm。

2)驱动装置：电机→减速器→转动链条→轴，转速0.8~3.0r/min，线速度10~20m/min。不

能过高或过低。

二、生物转盘的工作原理

盘片交替与污水和空气相接触，在盘片上产生一层滋生着大量微生物的生物膜。当生物膜与反应槽内污水接触时，污水中有机物被生物膜所吸附降解，当生物膜与空气接触时，一方面继续降解生物膜表面吸附水层中的有机物，一方面吸附水层吸收空气中的氧使之成为溶解氧而进入生物膜中，同时也使槽内的DO达到一定浓度。而老化了的生物膜在剪切力作用下而脱落，然后进入二沉池。

三、生物转盘系统的特征

1)微生物浓度高，达40~60g/l，F/M=0.05~0.1，∴处理效率高。

2)生物相分级：第一级异养菌；第二级原、后生动物；第三~四级丝状性藻类。

3)污泥龄长，具有硝化、反硝化功能。

4)能处理高浓度有机废水，耐冲击负荷。Sa=10000mg/l→10mg/l，效果好。

5)食物链长，污泥量少，为活性污泥法的1/2左右，约0.25Kg/KgBOD5。

6)能耗小，不需曝气与污泥回流，0.7Kw·h/Kg BOD5。

7)便于维护管理。

8)不会发生二次污染现象。

9)流态：完全混合—推流式

第四节生物接触氧化

一、生物接触氧化的工作原理

生物接触氧化处理技术的实质之一是在池内充填填料，已经充氧的污水浸没全部填料，并以一定的流速流经填料。在填料上布满生物膜，污水与生物膜广泛接触，在生物膜上微生物的新陈代谢功能的作用下，污水中有机污染物得到去除，污水得到净化。

生物接触氧化处理技术的另一项技术实质是采用与曝气池相通的曝气方法，向微生物提供气所需要的氧，并起到搅拌与混合作用。

二、基本构造

1 构造

由池体、填料、进水装置、曝气系统组成

池体：圆形、矩形、方形。填料高3~3.5m，底部布气层高为0.6~0.7m，顶部稳定水层0.5~0.6m，H总=4.5~5.0m

填料：蜂窝式填料，波纹板状填料，半软性填料，弹性立体填料，不规则粒状填料，球状填料

2 形式

按曝气装置的位置分为：分流式和直流式

按水流循环方式分为：填料内循环与外循环式

三、生物接触氧化操作系统

第五节生物流化床

一、工作原理

流化床是以砂、活性炭、焦炭一类的较小的惰性颗粒为载体充填在床内，载体表面被覆着生物膜，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。

二、基本构造

床体：平面多呈圆形，多有钢板焊制，也可以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：对生物流化床能够发挥正常的净化功能的重要环节，又是填料的承托层。

充氧装置

脱膜装置

三、操作系统

1 液流动力流化床

二相流化床，污水（液相）与载体（固相）相接触。而由单独的充氧设备对污水进行充氧。

2 气流动力流化床

三相生物流化床，污水（液）、载体（固）及空气（气）三相同步进入床体。

3 机械搅拌流化床

悬浮粒子生物膜处理工艺。