污水处理之生物膜法

知识点：旋转布水器

生物膜及其特点

微生物附着在特定的载体表面上形成独特的微生物群体结构并以固着方式生长时形成生物膜。当污水流经生物膜表面时，污水中的有机物被微生物所吸附、吸收和降解。利用生物膜处理污水的方法叫做生物膜法。

和活性污泥法相比，生物膜法有以下几个特点：

(1)生物膜抗水质变化冲击能力较强。这是由于包埋在生物膜中的细胞的生理特性和游离的细胞的生理特性是不一样的。包埋在生物膜中的细胞由于群体效应，具有较强的抗毒性能力，比游离细胞的抗毒性能力要强50--500倍。所以生物膜对水质变动具有较强的适应能力。

(2)生物相多样化，尤其是一些增殖速度慢，世代较长的微生物可以在生物膜中定居，形成了较完整的微生态区，各种微生物的联合作用有利于大分子和难降解物质如多环芳烃、纤维素、几丁质的降解。此外，由于生物相中高营养级微生物如原生动物、后生动物较多，生物群落之间形成了较长的食物链，故生物膜法的剩余污泥量较活性污泥法要少。

(3)可以承受较高的有机负荷，生物膜法的特点是微生物群体吸附在载体上，因而不易流失，可以保持反应器中较高的污泥浓度。

此外，生物膜法还具有无污泥膨胀现象，运行管理方便，动力消耗少等优点。其缺点是填料及其支撑结构的一次性投资较大，填料容易堵塞等。

生物膜法的生物相组成

(一)生物膜的形成

当污水流经填料时，有部分微生物会附着在填料上，并在填料表面大量繁殖，逐渐形成一层滑腻的黏液状膜。这层膜不断增生加厚，产生分层现象，表层中的微生物主要为好氧微生物，内层处于厌氧状态，其微生物组成主要为厌氧微生物，这就是成熟的生物膜。当生物膜增加到一定厚度时，生物膜所吸附的营养物质在外层就已利用完全，难于传递到内层，此时内层微生物得不到充分的营养而进入内源代谢，不再分泌黏液质，因而失去黏附能力，在厌氧代谢产生的气泡扰动和水力剪切力作用下，过厚的生物膜会自动脱落载体。滤料表面会重新长出新的生物膜。

生物膜净化污水示意图

(二)参与净化的微生物类群

生物膜法与活性污泥法相比，在生物种群上差别不大，但在种类、数量上生物膜法要比活性污泥法要丰富得多，表现在增殖缓慢的微生物、丝状菌在生物膜中频繁出现，高营养级微生物如肾形虫、线虫、轮虫、寡毛虫等原生动物和后生动物等在生物膜中出现较多，在表面受阳光照射部分，会出现较多的藻类如小球藻属、绿球藻属、毛枝藻属等。

生物膜法反应器类型

根据反应器结构，可以把生物膜法分为如下三类：

(1)非浸没式生物膜暴露于空气中，主要有普通生物滤池和塔式生物滤池。

(2)交替浸没式生物膜交替浸没于水中和暴露于空气中，主要有生物转盘和生物转筒。

(3)完全浸没式生物膜完全浸没于水中，靠人工鼓风提供氧气。主要有生物接触氧化池。

(一)生物滤池

如图所示为普通生物滤池运行示意图和塔式生物滤池运行示意图。由图可见，生物滤池主要由滤床、布水系统和排水系统三部分构成。

普通生物滤池

塔式生物滤池

1．滤床 滤床的形状有矩形和圆形，其中以圆形应用最为广泛。滤料为微生物附着生长的场所，在滤池内堆积构成滤床。滤料应满足以下特性：空隙率高，有巨大的比表面积，有一定的机械强度、化学性质稳定，粒径适中、易通风。普通生物滤池中常用的滤料为碎石、煤渣和焦炭等。而塔式生物滤池一般采用重量轻、强度大、空隙率高且有巨大比表面积的塑料滤料，如比较常用的环状塑料滤料和波纹状塑料滤料。所以塔式生物滤池可以有较高的有机负荷。

滤料的工作高度即滤床高度跟滤料种类和性质有密切关系。传统的滤料如碎石、煤渣等由于孔隙率低，堆积太高会影响滤池的通风；传统滤料的另一个缺点是比重大，堆积太高会使基础结构和排水系统变形，所以普通滤池的滤床高度在2m左右。而新型塑料滤料由于易通风、重量轻，滤床的工作高度可以达到5m以上。如塔式生物滤池的工作高度可以达到10m。

2．布水系统 布水系统的作用是使污水能均匀地分布到整个滤床表面上，主要有两种类型：固定式喷嘴布水器和移动布水器。

固定喷嘴布水器可用于任何一种滤池，喷嘴的高度一般比滤层高15～20cm，喷嘴间距50~lOOcm。固定喷嘴结构简单，运行方便，但布水不易均匀。

移动式布水器有移行布水器和旋转布水器。移行布水器用于矩形池型，滤池沿池边装有轨道，布水器在滤池表面移动布水。旋转布水器适用于圆形滤池，靠电动驱动或水力反作用力来推动布水器旋转布水。

3．排水系统 排水系统位于滤床下面，收集由滤床处理的污水和老化后从滤料上脱落下来的生物膜。排水系统由排水假底、集水沟和排水总渠组成。排水假底的作用是支撑滤料、排出处理后污水，并起通风作用。由假底滤出的处理后污水沿倾斜的集水沟汇集到排水总渠排出。集水沟坡度在1％~2％。为保证通风效果，假底的孔隙率所占面积不宜小于滤池总面积的5％~8％，与池底的距离应大于0.4—0.6cm。

(二)生物转盘

(三)生物接触氧化法

生物接触氧化法是指污水在曝气条件下以一定的流速流经装有填料的滤池，使污水与填料上的生物膜接触得以净化。从生物膜固定和污水流动来看，生物接触氧化法类似生物膜法，而从污水流经曝气池和采用曝气系统来看则又类似于活性污泥法，所以接触氧化法兼有生物膜法和活性污泥法的特点。

接触氧化法的特点主要有以下几点：

①接触氧化池中填料分布于整个池中，比表面积大，总生物量高，所以接触氧化池能够负担较高的容积负荷，其BOD负荷可达到3~5kg／m3。

②适应性强、耐负荷冲击，表现在进水浓度变化或环境条件突然变化时，生物膜能较快恢复活性。

③适应范围广，对于各种高低浓度的工业污水和城市生活污水均具有较好的处理效果。

④处理效果好，出水水质稳定。同时无污泥膨胀问题，无需污泥回流，运行管理方便。

生物接触氧化池由池体、支架、填料和曝气系统构成。

1．池体 池体的作用是容纳被处理水和设置填料及曝气系统。池形一般为矩形，采用钢筋混凝土结构。池底有一定的坡度以便于维修时排干池中积水。接触氧化池的有效深度一般为4--5m。

2．填料 填料是生物膜的载体，同时对水流和气泡起阻挡、切割和混合作用，增加气泡和污水的接触面积和接触时间。

对填料的要求是比表面积大、孔隙率高、强度大和化学性质稳定。常用的填料是聚乙烯塑料和玻璃钢等制成的蜂窝状和波纹状填料。近年来随着化纤工业的发展，性能更优良的软性和半软性填料得到了广泛的应用。

生物接触氧化池

生物填料

3．供氧方式 一般采用鼓风曝气供氧，曝气设备以穿孔管、微孔曝气器等为主。曝气方式有中心曝气、侧面曝气和全面曝气。

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