水质工程学课件1
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水质工程学1(工业给水处理1、2章)
四、水中离子的假想化合物（阴阳离子之间的关系）
水质资料的整理内容和原则：
第一，全部阳离子所带的总正电荷必须与全部阴离 子所带总负电荷相等。 第二，阳离子和阴离子之间存在等和组合关系。
阴、阳离子在水中本是独立存在的，但在水处理中往往假 定它们组合成一些化合物，称为假想化合物。这种假定的 原因是：
水质工程学Ⅰ
（工业给水处理）
李福勤
序 言
1、给排水专业性质：半土建、半化工、半机械、 半自动化（参与水的社会循环，解决水的质量问题） 2、水的社会循环：天然水（地表水与地下水）、 使用水（生活与生产用水）、污废水（生活和生产 使用过的水，通过水处理使这三种水质不断转换， 从而构成了水的社会循环。
理论纯水：
18.3
2、水的硬度（以CaCO3计，mg/l） 软化水： ＜10
特软水：
软水： 中硬水： 硬水： 极硬水：
＜70
70～140 140～280 280～530 ＞530
五、有关水质标准对含盐量、硬度的要求
饮用水有关标准： 1.我国饮用水水质卫生标准（GB5749－2006）
TDS ＜1000 mg/l
5.硬度
水中Ca2+ 、 Mg2+离子的总浓度或总含量。包括：暂时硬度 （碳酸盐硬度Hc 煮沸时可析出）和永久硬度（非碳酸盐 硬度Hn）或分为：钙硬度（HCa）和镁硬度（HMg）。
各硬度关系：总硬度（Ht）= Hc+ Hn= HCa + HMg 暂时硬度加热分解： Mg(HCO3)2 →Mg(OH)2↓+2CO2↑ Ca(HCO3)2 →CaCO3↓+H2O +CO2↑ 硬度单位：（1）法定计量单位：mol/L或mmol/L （2）其它：meq/L 德国度:1°d=10mg/LCaO 美、日:1度=1mg/LCaCO3 （3）换算关系：1meq/L=2.8°d=50mg/LCaCO3 硬度和碱度的关系（碱度以A表示）
水质工程学(1)--消毒
与 环
●强氧化剂：氧化还原电位与pH有关，在酸性溶液中为2.07V, 仅次于氟（3.06），在碱性溶液中为1.24V。
境 工
●在水中的溶解度较低，只有3－7mg/L（25度时）。臭氧化 空气中臭氧只占0.6-1.2%
程 ●会自行分解为氧气。水中的分解速度比在空气中的快。如
学
水中的臭氧浓度为3mg/L时，在常温常压下，其半衰期
研
室
19
7.3 其它消毒法
土 木 与
一、氯氨消毒 优点：水中含有有机物和酚时，氯氨消毒不会
环 产生氯臭和氯酚臭，大大减少了THMs的产
境 生，能保持水中余氯较久。
工 程 学
但作用缓慢，杀菌能力比自由氯弱。单独使用 的情况较少。
院 人工投加氨可以是液氨、硫酸氨或氯化氨。
给 排 水
氯和氨的投加量视水质不同而有所不同。一般 采用氯：氨＝3：1～6：1
室 当原水游离氨>0.5mg/L时→加氯量控制在峰点前
11
土 木 与
三、加氯点： 滤后加氯
环 滤前加氯――混凝剂投加时加氯，提高混凝
境 效果。
工 程
管网中途加氯
学
院 四、加氯设备
给 排
一般用氯气：有毒气体，在6－8气压下变成液氯
水 使用时采用氯瓶。干燥氯气和液氯对钢瓶无腐蚀作用，
教
但遇水或受潮则会严重腐蚀金属。因此，必须严格
环 境
氯在水中瞬间水解：
工 程 学
Cl2 ＋ H2O HOCl ＋ HCl HOClH+ + OCl-
院
pH>9时，OCl- 接近100％
给 排
O要用途：氰化物、硫化物、酚、醛、油类的
教 研
《水质工程学》课件
水资源管理的概念和 方法
水资源管理旨在有效利用和保 护水资源，采用科学规划和综 合管理。
水质工程实践案例
水质工程应用案例
通过介绍实际应用案例，展示水 质工程学在解决问题中的作用。
城市污水处理例
介绍城市污水处理系统的设计与 运营，解决城市污染问题。
饮用水安全保障案例
分享保障饮用水安全的成功案例 和可行性措施。
《水质工程学》PPT课件
水质工程学是研究水的物理化学性质、污染与处理、水质分析与监测、饮用 水标准与水资源管理等方面的学科。本课程将深入探讨水质工程学的各个方 面。
课程概述
水质工程学的定义
水质工程学是研究水的物理 化学性质、污染与处理等方 面的学科。
水质工程学的应用范围
水质工程学应用于饮用水安 全、污水处理、水资源保护 等领域。
总结与展望
1 水质工程的意义
水质工程学对于保护环境、促进可持续发展具有重要意义。
2 未来发展方向
水质工程学将面临新的挑战和机遇，需要持续创新和发展。
3 自我提高和学习建议
鼓励学习者积极参与实践和研究，不断提升自身的水质工程技能。
水质工程学的历史概述
水质工程学起源于古代文明， 经历了技术发展和研究进展。
水的物理化学性质
1 水的组成
水分子由氧原子和氢原子组成，化学式为 H2O。
2 电离、酸碱度和 pH 值
水分子可以电离形成氢离子和氢氧根离子， 影响酸碱度和 pH 值。
3 溶解度
水可以溶解许多物质，溶解度受温度、压力 和物质特性影响。
常见的水处理技术
常见的水处理技术包括混凝、 絮凝、过滤、消毒等。
污水处理技术
污水处理技术包括生物处理、 化学处理和物理处理等。
水质工程学1过滤PPT课件
∶·∶··
过滤过 ∶：：：∶ ∶·： ·。∶·：
…。∶．···…∶·∶ ·∶·：∶·：
程·
1.过滤过程
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五、滤池的种类
(一) 按滤速
1、慢滤池 0.01～0.4m/h 2、快滤池 8～10m/h 3、高速滤池 10～16m/h
五、滤池的种类
(二) 按作用水头 (三) 按水流方向
1、重力滤池 4～5m 2、压力滤池 15～25m
1、下向流滤池 2、上向流滤池 3、双向流滤池
(四) 按滤料组成
1、单层滤池 滤速 8-10m/h 2、双层滤池 滤速10-14m/h
直接过滤。（原水浊度低，水质好） 在废水处理中，过滤常作为吸附、离子交换、膜分离 法等的预处理手段，也作为生化处理后的深度处理，使 滤后出水达到回用要求。
四、作用 (给水)
1、进一步降低水的浊度； 2、同时水中有机物、细菌及病毒将随水的浊度 而部分被去除。
降低
3、为滤后消毒创造了良好条件。
（残留于滤后水中的细菌、病毒等失去浑浊物的保护和依附时，在滤后 消毒过 程中也将容易被杀灭。）
给水工程课件(一)
水质工程学Ⅰ总学时：45 学时课程设计： 1 . 5 周主讲：张朝升荣宏伟教授水质工程学Ⅰ第一章给水处理概论主讲：荣宏伟教授第一章给水处理概论给水处理的任务：用不同的方法与装置改变原水的主要质量指标以满足用户的要求，提高水的质量，解决原水不能满足用户要求的矛盾。
一部分排放水作为水源水又进入了新的循环，不进行或不完全进行废水处理，将使天然水体受到污染，致使水源水质恶化，给用水处理带来极大困难。
天然水体用水处理废水处理工业用水农业用水城市生活用水取水供水排水废水§1-1 原水的水质一、天然水中的杂质天然水中所合成分包括溶解的以及混合在水中的各种无机物、有机物以及有机体。
1. 按杂质的来源性质分：无机物:气体、泥沙、粘土、各种溶解盐类，如造成浊度的泥沙微粒，造成硬度、水垢的钙、镁盐,影响使用的铁、锰等。
有机物：如粪便、使水带有色度的腐植酸、使水具有臭味的酚、藻类、细菌等。
2.按杂质的颗粒大小或存在形态分可分为三大类：悬浮物、胶体、溶解物悬浮物：颗粒尺寸较大，﹥1μm ，它在水中的状态受颗粒本身质量影响较大。
在动水中，常呈悬浮状态。
在净水中，比重大的颗粒易于在重力作用下自然下沉，如密度小于水则可上浮到水面。
如：各种大颗粒的泥沙及矿物质废渣，颗粒尺寸﹥1μm，因颗粒较大，沉淀速度较快，能自行下沉，容易去除，特别是颗粒粒径>0.1mm的颗粒。
体积较大而密度较小的某些有机物能够上浮。
胶体：颗粒尺寸微小，1 nm～1 μm之间。
如：粘土微粒、溶解性的有机高分子物质、细菌及病毒、腐殖质及蛋白质等。
胶体在水中相当稳定，虽然长期静置也不会自然沉淀，光线照射时被散射而呈浑浊现象。
粘土微粒是造成原水浑浊的主要原因，腐植质是造成原水色度的主要原因，水中含有这种杂质，外观性状不佳，用于生活饮用必须处理，是自来水厂的主要处理对象。
粒径在100nm～1 μm之间属于胶体和悬浮物的过渡段，小颗粒悬浮物也具有一定的胶体特性。
水质工程学
§1-1水源水质1.原水中的杂质或源于自然过程或源于人为的污染。
按照杂质尺寸的大小可将其分为悬浮物、胶体和溶解物三类1.1悬浮物：尺寸较大，易于下沉或上浮，当水流较慢时可去除。
1.2胶体：尺寸很小，长期静置也难下沉，水处理解决的主要对象。
1.3溶解物：包括有机物和无机物两大类。
无机物是工业用水的主要去除对象，有害有毒的则是生活饮用水的去除对象。
有机物会产生色、臭、味及毒性，主要来自污染，是目前研究的重点对象之一。
溶解杂质的主要形式：1）溶解气体：02、N2、CO2、H2S2）离子：阳离子、阴离子2.各种天然水的水质特点2.1地下水：经地层渗滤，水质清澈，水质水温较稳定，宜作饮用水和工业冷却水水源。
2.2江河水：受自然条件影响很大，水中悬浮物、胶体态杂质含量较多。
江河水的最大缺点就是易污染、水温不稳定。
2.3湖泊及水库水：流动性小，浊度低、藻类多、含盐量高（淡水湖、微咸水湖和咸水湖3类）2.4海水：含盐量高，各种成分的比例基本一定，氯化物占89%左右，淡化后方可饮用。
3.受污染水源中的杂质：水源污染是普遍问题，特别水有机物的污染尤为严重及危险（P236自看）。
其解决办法：保护水源，控制污染源；强化处理工艺。
§1-2水质标准定义：水质标准是用户对象所要求的各项水质参数应达到的指标和限值。
1.2标准的基本要求1）水中不得含有病源微生物（3种）。
2）水中所含化学物质（70多种）及放射性物质（2种）不得危害人体健康。
3）水的感官性状良好。
1.3.1感官性状和一般化学指标浊度、悬浮物、臭和味2) 化学指标a 杂质或污染物质的单项指标b 无机特性的综合指标c 有机污染物的综合指标1.3.2毒理学指标指对人体有害的物质，包括众所多无机物、重金属及微量有机污染物，。
1.3.3细菌学指标细菌总数、大肠菌、余氯含量1.3.2放射性指标总α放射性、总β放射性1.给水处理的基本方法1）去除颗粒物方法有：混凝、沉淀、澄清、气浮、过滤、筛滤（格栅、筛网、微滤机、滤网滤芯过滤器等）、膜分离（微滤、超滤）、沉砂（粗大颗粒的沉淀）、离心分离（旋流沉砂）等2）去除、调整水中溶解（无机）离子、溶解气体的处理方法处理方法有：石灰软化、离子交换、地下水除铁除锰、氧化还原、化学沉淀、膜分离（反渗透、纳滤、电渗析、浓差渗析等方法）、水质稳定、除氟（高氟水的饮用水除氟）、氟化（低氟水的饮用水加氟）、吹脱（去除游离二氧化碳、硫化氢等）、曝气（充氧）、除气（锅炉水除氧等）等3）去除有机物的处理方法方法有：粉状炭吸附、原水曝气、生物预处理、臭氧预氧化、高锰酸钾预氧化、过氧化氢预氧化、预氯化、臭氧氧化、活性炭吸附、生物活性炭、膜分离、大孔树脂吸附4）消毒方法方法有：氯消毒、二氧化氯消毒、臭氧消毒、紫外线消毒、电化学消毒、加热消毒等5）冷却方法2.给水处理的基本工艺1）饮用水常规处理工艺2）在饮用水常规处理工艺的基础上，增加预处理和（或）深度处理的饮用水处理工艺3）其他特殊处理工艺§1-4反应器反应器是化工生产过程中的核心部分，在反应器中既有化学反应过程又有物理反应过程，影响因素。
水质工程学(1)PPT课件
1.1 天然水中杂质的种类与性质 1.3 饮用水水质与健康 1.4 用水水质标准
22
1.1 水中杂质的来源及其分类
水中杂质的来源
自然过程：降水、渗透、冲刷等 人为因素：使用中污染
水中杂质的分类
按杂质尺度分：悬浮物、胶体和溶解物 按化学结构分：无机杂质和有机杂质 按照来源分： 天然的和人为的
23
• 微量元素含量虽然低微，对人体健康有重要作用：
构成身体各个部分，调节生理功能， 参加酶的活动， 完成运送氧的任务和参与人体中激素的活动。
42
第 1 章 水质与水质标准
常量元素：氢、碳、氮、氧、钠、镁、磷、硫、氯、钾、钙 等。 钙是构成水的硬度的主要成分之一。人体内99％的钙存 在于骨骼和牙齿中，体内缺钙会引起佝偻病和骨质软化。 镁也是构成水的硬度的主要成分，70％存在于骨骼中， 其余分布于各种软组织和体液内。缺镁可引起心肌病变、 骨质脆弱和牙齿生长障碍等。 维持钾、钠离子的动态平衡，是保证心肌正常活动的重 要条件。钾对心肌坏死有预防作用。 磷占人体重量的1％，成年人体内含磷达700g，85％存 在于骨骼中，它可强心健脑，增强记忆。 这些元素大部分都含于自然界的天然水中，饮水是补充 这些元素的重要途径之一。
江河水 较多
最高
湖库水 较少
较低
海水
较少
低
水质 稳定性
稳定
硬度及含 盐量
高
不稳定
低
较稳定 较低
较稳定
高
35
第 1 章 水质与水质标准
• 1.3 饮用水水质与健康
水是构成人体的重要成分， 体内各种生理、生化活动绝大多数 是在水的参与下完成的。 世界卫生组织认为， 80％的成人疾病和50％的儿童死亡率 都与饮用水水质不良有关。
22
1.1 水中杂质的来源及其分类
水中杂质的来源
自然过程：降水、渗透、冲刷等 人为因素：使用中污染
水中杂质的分类
按杂质尺度分：悬浮物、胶体和溶解物 按化学结构分：无机杂质和有机杂质 按照来源分： 天然的和人为的
23
• 微量元素含量虽然低微，对人体健康有重要作用：
构成身体各个部分，调节生理功能， 参加酶的活动， 完成运送氧的任务和参与人体中激素的活动。
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第 1 章 水质与水质标准
常量元素：氢、碳、氮、氧、钠、镁、磷、硫、氯、钾、钙 等。 钙是构成水的硬度的主要成分之一。人体内99％的钙存 在于骨骼和牙齿中，体内缺钙会引起佝偻病和骨质软化。 镁也是构成水的硬度的主要成分，70％存在于骨骼中， 其余分布于各种软组织和体液内。缺镁可引起心肌病变、 骨质脆弱和牙齿生长障碍等。 维持钾、钠离子的动态平衡，是保证心肌正常活动的重 要条件。钾对心肌坏死有预防作用。 磷占人体重量的1％，成年人体内含磷达700g，85％存 在于骨骼中，它可强心健脑，增强记忆。 这些元素大部分都含于自然界的天然水中，饮水是补充 这些元素的重要途径之一。
江河水 较多
最高
湖库水 较少
较低
海水
较少
低
水质 稳定性
稳定
硬度及含 盐量
高
不稳定
低
较稳定 较低
较稳定
高
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第 1 章 水质与水质标准
• 1.3 饮用水水质与健康
水是构成人体的重要成分， 体内各种生理、生化活动绝大多数 是在水的参与下完成的。 世界卫生组织认为， 80％的成人疾病和50％的儿童死亡率 都与饮用水水质不良有关。
水质工程学PPt
• “水是人类社会赖以生存和发展的命脉， 水是人类社会赖以生存和发展的命脉， 水是人类社会赖以生存和发展的命脉 是城市的血液，没有水就没有人类社 是城市的血液， 没有水就没有城市。 会，没有水就没有城市。我跟水打了 ６０多年的交道 多年的交道， ６０多年的交道，深感至今对于水的 利用和处理还有许多问题需要研究探 讨，特别是在建设具有中国特色的社 会主义城镇的今天，尤为如此。”这 会主义城镇的今天，尤为如此。 是顾康乐一生的迷恋， 是顾康乐一生的迷恋，也是他留给后 来人的希冀。 来人的希冀。
• 主要课程：给水工程、排水工程、建筑 主要课程：给水工程、排水工程、 给水排水工程、工程力学、水力学、 给水排水工程、工程力学、水力学、测 量学、水泵与泵站、水处理微生物学、 量学、水泵与泵站、水处理微生物学、 无机化学、水分析化学、工程制图、 无机化学、水分析化学、工程制图、电 工与电子学、计算机技术与应用、 工与电子学、计算机技术与应用、管理 科学等。 科学等。
• 求职意向 应聘职能类型一： 应聘职能类型一：市政工程师 应聘职能类型二： 应聘职能类型二：给排水工程师 应聘职能类型三： 应聘职能类型三：建筑制图 应聘职能类型四： 应聘职能类型四：水电工程师 应聘职能类型五： 应聘职能类型五：设备工程师 应聘职能类型六： 应聘职能类型六：环保工程师
• 工作经验 2007年 7月 到天津市政工程公路有限责任公司 参加 暑期社会实践。 2007年 7月 到天津水利局及海水淡化研究所 参加暑 期社会实践。 2007年12月 在山东建筑大学校内实践基地实习。 2008年 8月 到北京西点方略营销顾问公司 参加银行 信息数据录入与整理工作。 2008年11月 到济南建大教授花园工地、09年十一届 全运会主场馆参加水工程施工实习。 2008年11月 到济南雪山供水有限公司、光大水务 （济南）有限公司、济南鹊华水厂实习。 2009年3月 江门市市政工程设计院 市政给排水设计 员 2009年7月 东莞新城市政工程设计咨询有限公司 市 政给排水设计员
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dM b ＝μ 0M dt
b
1.生物膜最大比增长速率（ μ 0） 2.生物膜平均比增长速率（ μ ）
μ ＝
M bs －M t
bo
M
bs
底物去除速率
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。
qo b s
式中
Q(So - S) A oM
b
qobs——底物比去除速率 Q ——进水流量 So——进水底物浓度 S ——出水底物浓度 Ao——载体表面积
缺点：
1.需要较多的填料和支撑结构， 基建投资高。 2.出水常携带较大的脱落的生物
膜片，大量非活性细小的悬浮物分
散在水中使处理水的澄清度降低 3.活性生物量难控制，在运行方
面灵活性差
微生物相方面的特征
1. 微生物的多样化 生物膜是由细菌、真菌、藻类、原生动物、后生动物以及一些肉眼 可见的蠕虫、昆虫的幼虫组成。生物膜上生物的种类，数量及其生活 状态的概括。细菌、真菌、微型动物、滤池蝇、具有抑制生物膜的过 速增长的功能线虫 ，组成较好的生物膜，促进其脱落的功能。 与活性污泥法的生物相对比：增加了藻类，寡毛类、后生动物、昆 虫类等生物。而真菌，肉足虫，纤毛虫，轮虫，线虫的含量都大大增 多。 2. 生物的食物链长 生物膜上的食物链要长于活性污泥污泥量少于活性污泥系统 3.能够存活世代时间长的微生物 4.分段运行与优势菌种 分多段运行，每段繁衍于本段水质相适应的微生物
以上是生物膜增长规律的分析，可以帮助我们更好的控制生物膜反 应器，同时也引出了生物膜法的几个重要参数。
14.2.2 生物膜理论中的几个重要参数
生物膜的比增长速率
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。则微生物比增长速率的定义式为
dX/dt μ X
其中： X----微生物浓度 μ —微生物比增长速率。
选择生物膜载体的基本原则
选择滤料时应该从以下方面考虑： 1.足够的机械强度，以抵抗强烈的水流剪切力的作用；
2.优良的稳定性，生物稳定性、化学稳定性、热力学稳定性。
3.亲疏水性及良好的表面带电特性，微生物在通常为带负电的，载体 要是带正电荷的，容易结合。
4.有毒性或抑制性。
5.良好的物理性状 6.就地取材，价格合理。
影响生物滤池功能的主要因素
1、滤床的比表面积和孔隙率
出水回流
原污水
初沉池
生物膜反应器
二沉池
处理水
初沉池作用：去除大部分悬浮固体物 质，防止生物膜反应器堵塞，尤其对 空隙小的填料是非常必要的。
初沉池作用：去除脱落的生物 膜，提高出水水质
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14.1 生物膜法的基本概念
生物膜法是通过生物膜来处理水的，所以生物膜污水处理的关键就 是生物膜的质量，生物膜的形成及其生长是实现污水有效处理的前提。
在生物膜法中应用的载体应满足如下条件：
1.易流化，但不易流失； 2.易成膜，但无毒害作用；
3.能提供大的比表面积，以增加生物附着量；
4.价格低廉，容易取材。
14.1.3 生物膜法的特征
优点：
与活性污泥法相比，生物膜法具有以下优点：生物膜体积小、微生 物量高、水力停留时间较短、生物相相对稳定、对毒物和冲击负荷抵 抗性强、处理效果高、操作方便、剩余污泥少，适用于小型污水处理 厂
生物膜中的物质迁移：
由于生物膜的吸附作用，在其表面有一层很薄的水层，称之为附着水 层。附着水层内的有机物大多已被氧化，其浓度比滤池进水的有机物浓 度低得多。由于浓度差的作用，有机物会从污水中转移到附着水层中去， 进而被生物膜所吸附。空气中的氧也会进入生物膜。在此条件下，微生 物对有机物进行氧化分解和同化合成，产生的二氧化碳和其它代谢产物 一部分溶入附着水层，一部分到空气中去，污水从而得到净化。 由于生物膜厚度增大，致使其深层因 氧不足而发生厌氧分解，积蓄了硫化氢、 氨气、有机酸等代谢产物。会减弱生物 膜在惰性载体上的固着力，处于这种状 态的生物膜为老化生物膜，它不仅容易 脱落净化功能也不好。但供氧充足时， 可以加快好氧膜的更新，使生物膜不集 中脱落。
水量负荷提高3.0倍至40m³ .d;BOD负荷上升至0.5-2.5kg/m³ /m² .d。 径高比1：6～1：8，H=26米，通风良好，解决占地，
水量80-200m³ .d．BOD负荷2-3 kg/m³ /m² .d
14.3.1 生物滤池的概念
生物滤池的工作原理
含有污染物的废水从上而下从长有丰富生物膜的滤料的空隙间流过， 与生物膜中的微生物充分接触，其中的有机污染物被微生物吸附并进 一步降解，使得废水得以净化；主要的净化功能是依靠滤料表面的生 物膜对废水中有机物的吸附氧化作用。
和微型动物，并形成有机污染物－细菌－原 生动物（后生动物）的食物链。
生物膜成熟标志
真正生态系组成及对有机物的降解功能都达到了平衡状态
生物膜生长阶段
潜伏期、生长期。一般要20到30天左右。
生物膜净化污水的机理及优势
1. 生物膜表面积大，能大量吸附水中有机物 2. 有机物降解是在生物膜表层0.1-2mm的好氧生物膜内进行 3. 多种物质的传递过程： 空气 流动水层附着水层生物膜微生物呼吸
14.8 生物膜法的运行管理
14.0 概术方法； 实质是使细菌类微生物和原生动物、后生动物类的微型动物附
着 在滤料或某些载体上，并在其上形成膜状生物污泥-----生物膜
生物膜法的历史及发展：1865年德国科学家发现生物过滤作
用；1893年英国将污水喷洒在粗滤料上，作为膜生物反应器的生 物滤池问世；20世纪20—30年代建造了许多生物膜反应器；40—
污染物流动水层附着水层生物膜生物降解
微生物代谢产物 H2O附着水层流动水层 CO2 、H2S、NH3水层溢入空气中
4. 厌氧层与好氧层的关系 厌氧层与好氧层达到生态平衡 5. 理想生物膜法的状况——减缓老化，避免厌氧层过分生长，加快好 氧 层更新，不使膜集中脱落。
生物膜的形成
当污水均匀地淋洒在介质表面上，在充分供氧的条件下，介质表面的 微生物吸附污水中的有机物，迅速进行降解有机物，逐渐在介质表面形 成黏液状的生长有极多微生物的膜，即称之为生物膜。 随着微生物的不断繁殖增长，使生物膜的厚 度不断增加，膜的表面吸取营养和溶解氧比较 容易，微生物生长繁殖迅速，形成了好氧微生 物和兼性微生物组成的好氧层（1～2mm）。 在其内部由于营养料和溶解氧的供应条件差， 微生物生长繁殖受到限制，好氧微生物难以生 活，厌氧微生物恢复了活性，形成了厌氧微生 物和兼性微生物组成的厌氧层。厌氧层只有生 物膜达到一定厚度后才能出现，而且随着生物 膜的增厚和外伸变厚，但是有机物主要是在好 氧层内进行。
处理工艺方面的特征
1.对水质、水量变动有较强的适应性
一段时间中断进水，对生物膜也不会有致命影响，通水后易恢复
2.污泥沉淀性良好 污泥比重较大 3.能够处理低浓度废水 活性污泥：不适合处理低浓度的污水，若BOD长期低于50-60mg/l， 会影响污泥絮体的形成 。 生物膜：20-30mg/L时，能降解到5-10mg/l 4.易于维护运行，节能，动力费用低
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14.3 生物滤池
14.3.0 概述
以土壤自净原理为根据，在污水灌溉的实践基础上发展
需要有预处理及二沉池 早期生物滤池（普通生物滤池）
水量负荷低，（1-4m³ .d）；BOD负荷0.1-0.4kg/m³ /m² .d
高负荷生物滤池 塔式生物滤池
限制进水BOD浓度〈200mg/l），常常采用回流水稀释。
第14章
生物膜法
重点： 生物膜法的基本概念与流程、生物
接触氧化法、生物流化床。
难点： 生物接触氧化法。
14.0 概述 14.1 生物膜法的基本概念 14.2 生物膜的增长及动力学 14.3 生物滤池 14.4 生物转盘 14.5 生物接触氧化法
14.6 生物流化床
14.7 其他新型生物膜反应器和联合处 理工艺
线性增长期
生物膜在载体表面以恒速率增长，出水底物浓度不随生物量的积累 而显著变化；其好氧速率保持不变；生物膜的生物量Mb可以表示为：
Mb＝Ma＋Mi
此阶段生物膜总量的积累主要源于非活性物质。此时生物膜活性生物 量所占比例很小，且随生物膜总量的增长呈下降趋势。原因是：可剩 余有效载体表面饱和；禁锢作用明显，有毒或抑制性物质的积累。这 个阶段对底物的去除没有明显的贡献，但在流化床反应器内，这个阶 段可以改变生物颗粒的体积特性。
14.1.1 生物膜的形成及其净化 过程
生物膜的构造
挂膜：污水流经滤料，污水和细 菌附着在有机物被分解形成 生物膜并逐渐成熟。 结构：从外面到里面的顺序为污 水、流动水层、附着水层、 生物膜（分为好氧层和厌氧 层）、滤料。
生物膜特性
高度亲水的物质:在污水不断更新的条件下，外测总是存在附着水层
微生物高度密集的物质：在膜的表面和一定深度的内部生长这微生物
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14.2 生物膜的增长及动力学
14.2.1生物膜的增长过程
生物膜的增长过程与悬浮微生物的增长过程相似，主要经历了适 应期、对数增长期、稳定期及衰减期。但是又由生物膜法的具体运 行情况，在这四个阶段的基础上划分成六个阶段：
潜伏期或适应期
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。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第五浓度以及载体表 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。
14.1.2 生物膜的载体
填料 为生物膜提供附着生长固定的材料。 分类 为无机类填料和有机类填料两大类
1. 无机类载体
目前常用的无机类载体有砂子、碳酸盐类、各种玻璃材料、沸石类、 陶瓷材料、炭纤维、矿渣、活性炭、金属等。 无机类载体具有机械强度较高、化学性质较稳定、比表面积较大的优 点。缺点为密度较大，不适宜做流态化运动， 使其在悬浮生物膜反应器工艺中的应用受到 限制。 通常情况下，微生物以附着的形式固定在 载体表面从而形成生物膜，特殊情况下，有
b
1.生物膜最大比增长速率（ μ 0） 2.生物膜平均比增长速率（ μ ）
μ ＝
M bs －M t
bo
M
bs
底物去除速率
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。
qo b s
式中
Q(So - S) A oM
b
qobs——底物比去除速率 Q ——进水流量 So——进水底物浓度 S ——出水底物浓度 Ao——载体表面积
缺点：
1.需要较多的填料和支撑结构， 基建投资高。 2.出水常携带较大的脱落的生物
膜片，大量非活性细小的悬浮物分
散在水中使处理水的澄清度降低 3.活性生物量难控制，在运行方
面灵活性差
微生物相方面的特征
1. 微生物的多样化 生物膜是由细菌、真菌、藻类、原生动物、后生动物以及一些肉眼 可见的蠕虫、昆虫的幼虫组成。生物膜上生物的种类，数量及其生活 状态的概括。细菌、真菌、微型动物、滤池蝇、具有抑制生物膜的过 速增长的功能线虫 ，组成较好的生物膜，促进其脱落的功能。 与活性污泥法的生物相对比：增加了藻类，寡毛类、后生动物、昆 虫类等生物。而真菌，肉足虫，纤毛虫，轮虫，线虫的含量都大大增 多。 2. 生物的食物链长 生物膜上的食物链要长于活性污泥污泥量少于活性污泥系统 3.能够存活世代时间长的微生物 4.分段运行与优势菌种 分多段运行，每段繁衍于本段水质相适应的微生物
以上是生物膜增长规律的分析，可以帮助我们更好的控制生物膜反 应器，同时也引出了生物膜法的几个重要参数。
14.2.2 生物膜理论中的几个重要参数
生物膜的比增长速率
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。则微生物比增长速率的定义式为
dX/dt μ X
其中： X----微生物浓度 μ —微生物比增长速率。
选择生物膜载体的基本原则
选择滤料时应该从以下方面考虑： 1.足够的机械强度，以抵抗强烈的水流剪切力的作用；
2.优良的稳定性，生物稳定性、化学稳定性、热力学稳定性。
3.亲疏水性及良好的表面带电特性，微生物在通常为带负电的，载体 要是带正电荷的，容易结合。
4.有毒性或抑制性。
5.良好的物理性状 6.就地取材，价格合理。
影响生物滤池功能的主要因素
1、滤床的比表面积和孔隙率
出水回流
原污水
初沉池
生物膜反应器
二沉池
处理水
初沉池作用：去除大部分悬浮固体物 质，防止生物膜反应器堵塞，尤其对 空隙小的填料是非常必要的。
初沉池作用：去除脱落的生物 膜，提高出水水质
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14.1 生物膜法的基本概念
生物膜法是通过生物膜来处理水的，所以生物膜污水处理的关键就 是生物膜的质量，生物膜的形成及其生长是实现污水有效处理的前提。
在生物膜法中应用的载体应满足如下条件：
1.易流化，但不易流失； 2.易成膜，但无毒害作用；
3.能提供大的比表面积，以增加生物附着量；
4.价格低廉，容易取材。
14.1.3 生物膜法的特征
优点：
与活性污泥法相比，生物膜法具有以下优点：生物膜体积小、微生 物量高、水力停留时间较短、生物相相对稳定、对毒物和冲击负荷抵 抗性强、处理效果高、操作方便、剩余污泥少，适用于小型污水处理 厂
生物膜中的物质迁移：
由于生物膜的吸附作用，在其表面有一层很薄的水层，称之为附着水 层。附着水层内的有机物大多已被氧化，其浓度比滤池进水的有机物浓 度低得多。由于浓度差的作用，有机物会从污水中转移到附着水层中去， 进而被生物膜所吸附。空气中的氧也会进入生物膜。在此条件下，微生 物对有机物进行氧化分解和同化合成，产生的二氧化碳和其它代谢产物 一部分溶入附着水层，一部分到空气中去，污水从而得到净化。 由于生物膜厚度增大，致使其深层因 氧不足而发生厌氧分解，积蓄了硫化氢、 氨气、有机酸等代谢产物。会减弱生物 膜在惰性载体上的固着力，处于这种状 态的生物膜为老化生物膜，它不仅容易 脱落净化功能也不好。但供氧充足时， 可以加快好氧膜的更新，使生物膜不集 中脱落。
水量负荷提高3.0倍至40m³ .d;BOD负荷上升至0.5-2.5kg/m³ /m² .d。 径高比1：6～1：8，H=26米，通风良好，解决占地，
水量80-200m³ .d．BOD负荷2-3 kg/m³ /m² .d
14.3.1 生物滤池的概念
生物滤池的工作原理
含有污染物的废水从上而下从长有丰富生物膜的滤料的空隙间流过， 与生物膜中的微生物充分接触，其中的有机污染物被微生物吸附并进 一步降解，使得废水得以净化；主要的净化功能是依靠滤料表面的生 物膜对废水中有机物的吸附氧化作用。
和微型动物，并形成有机污染物－细菌－原 生动物（后生动物）的食物链。
生物膜成熟标志
真正生态系组成及对有机物的降解功能都达到了平衡状态
生物膜生长阶段
潜伏期、生长期。一般要20到30天左右。
生物膜净化污水的机理及优势
1. 生物膜表面积大，能大量吸附水中有机物 2. 有机物降解是在生物膜表层0.1-2mm的好氧生物膜内进行 3. 多种物质的传递过程： 空气 流动水层附着水层生物膜微生物呼吸
14.8 生物膜法的运行管理
14.0 概术方法； 实质是使细菌类微生物和原生动物、后生动物类的微型动物附
着 在滤料或某些载体上，并在其上形成膜状生物污泥-----生物膜
生物膜法的历史及发展：1865年德国科学家发现生物过滤作
用；1893年英国将污水喷洒在粗滤料上，作为膜生物反应器的生 物滤池问世；20世纪20—30年代建造了许多生物膜反应器；40—
污染物流动水层附着水层生物膜生物降解
微生物代谢产物 H2O附着水层流动水层 CO2 、H2S、NH3水层溢入空气中
4. 厌氧层与好氧层的关系 厌氧层与好氧层达到生态平衡 5. 理想生物膜法的状况——减缓老化，避免厌氧层过分生长，加快好 氧 层更新，不使膜集中脱落。
生物膜的形成
当污水均匀地淋洒在介质表面上，在充分供氧的条件下，介质表面的 微生物吸附污水中的有机物，迅速进行降解有机物，逐渐在介质表面形 成黏液状的生长有极多微生物的膜，即称之为生物膜。 随着微生物的不断繁殖增长，使生物膜的厚 度不断增加，膜的表面吸取营养和溶解氧比较 容易，微生物生长繁殖迅速，形成了好氧微生 物和兼性微生物组成的好氧层（1～2mm）。 在其内部由于营养料和溶解氧的供应条件差， 微生物生长繁殖受到限制，好氧微生物难以生 活，厌氧微生物恢复了活性，形成了厌氧微生 物和兼性微生物组成的厌氧层。厌氧层只有生 物膜达到一定厚度后才能出现，而且随着生物 膜的增厚和外伸变厚，但是有机物主要是在好 氧层内进行。
处理工艺方面的特征
1.对水质、水量变动有较强的适应性
一段时间中断进水，对生物膜也不会有致命影响，通水后易恢复
2.污泥沉淀性良好 污泥比重较大 3.能够处理低浓度废水 活性污泥：不适合处理低浓度的污水，若BOD长期低于50-60mg/l， 会影响污泥絮体的形成 。 生物膜：20-30mg/L时，能降解到5-10mg/l 4.易于维护运行，节能，动力费用低
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14.3 生物滤池
14.3.0 概述
以土壤自净原理为根据，在污水灌溉的实践基础上发展
需要有预处理及二沉池 早期生物滤池（普通生物滤池）
水量负荷低，（1-4m³ .d）；BOD负荷0.1-0.4kg/m³ /m² .d
高负荷生物滤池 塔式生物滤池
限制进水BOD浓度〈200mg/l），常常采用回流水稀释。
第14章
生物膜法
重点： 生物膜法的基本概念与流程、生物
接触氧化法、生物流化床。
难点： 生物接触氧化法。
14.0 概述 14.1 生物膜法的基本概念 14.2 生物膜的增长及动力学 14.3 生物滤池 14.4 生物转盘 14.5 生物接触氧化法
14.6 生物流化床
14.7 其他新型生物膜反应器和联合处 理工艺
线性增长期
生物膜在载体表面以恒速率增长，出水底物浓度不随生物量的积累 而显著变化；其好氧速率保持不变；生物膜的生物量Mb可以表示为：
Mb＝Ma＋Mi
此阶段生物膜总量的积累主要源于非活性物质。此时生物膜活性生物 量所占比例很小，且随生物膜总量的增长呈下降趋势。原因是：可剩 余有效载体表面饱和；禁锢作用明显，有毒或抑制性物质的积累。这 个阶段对底物的去除没有明显的贡献，但在流化床反应器内，这个阶 段可以改变生物颗粒的体积特性。
14.1.1 生物膜的形成及其净化 过程
生物膜的构造
挂膜：污水流经滤料，污水和细 菌附着在有机物被分解形成 生物膜并逐渐成熟。 结构：从外面到里面的顺序为污 水、流动水层、附着水层、 生物膜（分为好氧层和厌氧 层）、滤料。
生物膜特性
高度亲水的物质:在污水不断更新的条件下，外测总是存在附着水层
微生物高度密集的物质：在膜的表面和一定深度的内部生长这微生物
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14.2 生物膜的增长及动力学
14.2.1生物膜的增长过程
生物膜的增长过程与悬浮微生物的增长过程相似，主要经历了适 应期、对数增长期、稳定期及衰减期。但是又由生物膜法的具体运 行情况，在这四个阶段的基础上划分成六个阶段：
潜伏期或适应期
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。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第五浓度以及载体表 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。
14.1.2 生物膜的载体
填料 为生物膜提供附着生长固定的材料。 分类 为无机类填料和有机类填料两大类
1. 无机类载体
目前常用的无机类载体有砂子、碳酸盐类、各种玻璃材料、沸石类、 陶瓷材料、炭纤维、矿渣、活性炭、金属等。 无机类载体具有机械强度较高、化学性质较稳定、比表面积较大的优 点。缺点为密度较大，不适宜做流态化运动， 使其在悬浮生物膜反应器工艺中的应用受到 限制。 通常情况下，微生物以附着的形式固定在 载体表面从而形成生物膜，特殊情况下，有