生物膜法 |
生物膜法主要用於從汙水中去除溶解性有機汙染物，是一種被廣泛采用的生物處理方法。生物膜法的主要優點是對水質、水量變化的適應性較強。生物膜法是一大類生物處理法的統稱，共同的特點是微生物附著在介質“濾料”表麵上，形成生物膜，汙水同生物膜接觸後，溶解的有機汙染物被微生物吸附轉化為H2O、CO2、NH3和微生物細胞物質，汙水得到淨化，所需氧氣一般直接來自大氣。汙水如含有較多的懸浮固體，應先用沉澱池去除大部分懸浮固體後再進入生物膜法處理構築物，以免引起堵塞，並減輕其負荷。按照生物膜形成的方式，生物膜法可分為生物濾池、生物轉盤、生物接觸氧化池和曝氣生物濾池等。
1、 生物濾池
1.1 工藝原理 汙水通過布水設備連續地、均勻地噴灑到濾床表麵，在重力作用下，汙水以水滴的形式向下滲瀝，或以波狀薄膜的形式向下滲流。最後，汙水到達排水係統，流出濾池。汙水流過濾床時，有一部分汙水、汙染物和細菌附著在濾料表麵上，微生物便在濾料表麵大量繁殖，不久，形成一層充滿微生物的黏膜，稱為生物膜。汙水流過成熟濾床時，汙水中的有機汙染物被生物膜中的微生物吸附、降解，從而得到淨化。 1.2 工藝特點
生物濾池處理城市汙水比較理想。生物濾池構造簡單，操作容易，對有毒物質的衝擊有一定的承受和適應能力，當負荷比較低時，出水水質可以高度硝化，汙泥量少，並且依靠自然通風供氧，運行費用低。但是由於微生物附著在濾料固定的表麵生長，不能隨環境的變化而改變反應器中的生物量，從而對汙水濃度和流量的適應性較差。對於季節和環境溫度的變化也受一定影響。
 2、 生物接觸氧化法 2.1 工藝原理 生物接觸氧化法也稱淹沒式生物濾池，其在氧化池內設置填料並淹沒在汙水中，經曝氣充氧的汙水與填料上的生物膜相接觸。在生物膜的作用下有機物被生物膜所吸附，汙水得到淨化。舊的生物膜脫落後，新的生物膜又會在原來脫落的地方生長起來，如此新陳代謝，使氧化池淨化功能處於動態平衡，使出水水質保持穩定。
2.2 工藝特點 ①用分段法提高淨化能力。生化過程分為兩個階段。首先是有機物被吸附在汙泥上或存在細胞內進行生物合成，這個吸附合成速度很快。第二階段的生化過程以氧化為主，速度較慢。
②用加接觸層的辦法來提高沉澱池效率。對沉澱池的生物膜采取沉澱的辦法，而對細小的懸浮物采取濾層截留的辦法，沉澱池取上升流速6.5～7.5m/h；澄清區停留15min。
③接觸氧化工藝隻需0.5～1.0h就可以達到活性汙泥工藝8h的效果。主要靠生物膜，把氧化池分為兩段，沉澱池加接觸層，接觸氧化池分離下來的汙泥含有大量氣泡，宜采用氣浮法分離。
2.3 基本特點 1、由於填料比表麵積大，池內充氧條件良好，池內單位容積的生物固體量較高，因此，生物接觸氧化池具有較高的容積負荷；
2、由於生物接觸氧化池內生物固體量多，水流完全混合，故對水質水量的驟變有較強的適應能力；
3、剩餘汙泥量少，不存在汙泥膨脹問題，運行管理簡便。
生物接觸氧化法具有生物膜法的基本特點，但又與一般生物膜法不盡相同。一是供微生物棲附的填料全部浸在廢水中，所以生物接觸氧化池又稱淹沒式濾池。二是采用機械設備向廢水中充氧，而不同於一般生物濾池靠自然通風供氧，相當於在曝氣池中添加供微生物棲附的填料，也可稱為曝氣循環型濾池或接觸曝氣池。三是池內廢水中還存在約 2～5%的懸浮狀態活性汙泥，對廢水也起淨化作用。因此生物接觸氧化法是一種具有活性汙泥法特點的生物膜法，兼有生物膜法和活性汙泥法的優點。
2.4 工藝控製條件 （1）pH值 接觸氧化法對pH值有一定的適應能力，但pH值超過9時，其處理效果明顯下降。因此，接觸氧化法進水的pH值宜控製在6.5～8.8。
（2）水溫 溫度過高或過低都會抑製微生物的生長為宜。因此，其進水溫度應控製在10～35℃。
（3）BOD負荷 BOD負荷與被處理廢水的汙染物及處理出水水質有密切關係。通常，易降解廢水的BOD負荷較高，對城市汙水，一般取1.0～1.8kgBOD5/(m3·d)。
（4）接觸時間 相同的進水水質條件下，接觸時間愈長，出水的BOD5值愈低，處理效果愈好；反之，則相反。此外，接觸時間與采用的處理工藝流程也有很大關係。
（5）供氣量 在生物接觸氧化法中，生物膜消耗溶解氧的總量因BOD5的負荷而異，一般在1～3mg/L。工程上有時間根據試驗結果以水氣比（處理水量與供氣量之比）來確定供氣量，如城市廢水為1：（3～5）。
 3、 生物轉盤 3.1 工藝原理 生物轉盤是一種汙水處理的好氧生物反應器，由水槽和一組圓盤構成，圓盤下部浸沒在水中，圓盤上部暴露在空氣中，圓盤表麵生長有生物群落，轉動的轉盤周而複始地吸附和生物氧化有機汙染物，使汙水得到淨化。
生物轉盤每旋轉一周經曆吸附分解廢水中有機物和吸收空氣中分子氧的兩個過程。當附著生長的生物膜的圓盤的下部浸沒到廢水中時，廢水中的有機物被盤體上的生物膜吸附，並在生物酶的作用下，作為微生物的營養物質加以吸收和氧化分解；而當這部分盤體在轉軸的帶動下離開水麵暴露在空氣當中時，空氣中的分子氧首先溶入盤片上生物膜表麵的附著水層中，並繼續向生物膜及其膜的內部遷移，提供好氧微生物代謝所需要的溶解氧。如此往複循環，使廢水中的有機汙染物不斷在生物膜的作用下氧化分解，廢水得以淨化。
在實際運行過程中，生物膜經曆生長、增厚和衰老脫落的過程，其原因在於生物轉盤在轉動過程中所產生的剪切力，生物膜過厚而造成靠近盤片的生物膜形成厭氧分解所產生的氣體產物對生物膜起到一定的剝離等共同作用結果。脫落後的片狀生物膜作為腐殖汙泥，在二沉池中得到沉澱分離。除有效地去除有機汙染物外，如運行得當，生物轉盤係統能夠具有硝化、脫氮和除磷的功能。 3.2 工藝流程 廢水經格柵、沉砂池和初沉池後，進入生物轉盤。廢水中溶解態和細微懸浮態有機物通過生物膜微生物的氧化降解作用，一部分轉化為簡單的有機物及CO2、H2O等，另一部分用於合成生物膜微生物的原生質。廢水經生物轉盤處理後連同從盤體上脫落的生物膜殘片進入二沉池，經泥水分離獲得淨化出水，所分離的腐殖汙泥另行處理。采用生物轉盤處理濃度高的廢水時，也可采用初次沉澱池、一級生物轉盤、中間沉澱池、二級生物轉盤、二次沉澱池的工藝流程。
生物轉盤工藝中的氧化槽可以有多種不同的組合形式。
（1）單軸單級處理 廢水從氧化槽的一側流入平行於盤麵流動，從槽的另一側流出。
（2）單軸多級處理 前一級氧化槽流出的水流入後一級氧化槽。
（3）多軸多級處理 廢水經第一級（軸）的生物轉盤處理後，進入第二級（軸）轉盤。
3.3 工藝特點 1.微生物濃度高
特別是最初幾級的生物轉盤，據一些實際運行的生物轉盤的測定統計，轉盤上生物膜量如折算成曝氣池的MLVSS，可達40000～60000mg/L，F/M比為0.05～0.1，這是生物轉盤高效率主要原因之一。
2.生物相分級
在每級轉盤生長著適應於流入該級汙水性質的生物相，這種現象對微生物的生長繁育，有機汙染物降解非常有利。
3.汙泥齡長
在轉盤上能夠增殖世代時間長的微生物，如硝化菌等，因此，生物轉盤具有硝化、反硝化的功能。采用適當措施，生物轉盤還可以用以除磷，由於無需汙泥回流，可向最後幾級接觸反應槽或直接向二次沉澱池投加混凝劑去除水中的磷。
4.對BOD適應範圍廣
對BOD值達10000mg/L以上的超高濃度有機汙水到10mg/L以下的超低濃度汙水都可以用生物轉盤進行處理，並能夠得到較好的處理效果。因此，該法是耐衝擊負荷的。
5.產生的汙泥量較少
在生物膜上的微生物的食物鏈較長，故其產泥量約為活性汙泥處理係統的1/2左右，在水溫為5～20℃的範圍內，去除率為90%的條件下，去除1kgBOD的產泥量約為0.25kg。
6.動力消耗低
接觸反應槽不需要曝氣，汙泥也無需回流，能耗低是該法最突出的特征之一，據有關運行單位統計，每去除1kgBOD的耗電量約為0.7kW·h，運行費用低。
7.維護管理方便
該法不需要經常調節生物汙泥量，不存在產生汙泥膨脹的麻煩，複雜的機械設備也比較少，因此，便於維護管理，不產生濾池蠅，不出現泡沫也不產生噪聲，不存在發生二次汙染的現象。
4、 曝氣生物濾池 4.1 工藝原理 曝氣生物濾池法（BAF，Biological Acrated Filters）也叫淹沒式曝氣生物濾池（SBAF，Submerged Biological Aeratcd Filters），是生物濾池的一種改造，它以顆粒濾料為填料進行生物處理和懸浮過濾，節省了二沉池。其工藝原理為濾池中裝填一定量粒徑較小的粒狀濾料，濾料表麵生長著生物膜，濾料內部曝氣，汙水流經時利用濾料上高濃度生物膜的生物絮凝作用截留汙水中的懸浮物，並保證脫落的生物膜不會隨水漂出，運行一段時間後，出水頭損失增加，需對濾池進行反衝洗，以釋放截留的懸浮物並更新生物膜。
 4.2 工藝特點 ①一次性投資比傳統方法低1/4；②占用麵積為常規工藝的1/10～1/5，運行費低1/5；③進水要求懸浮物50～60mg/L，最好與一級強化處理相結合，如采用水解酸化池；④填料多為頁岩陶粒，直徑5mm，層高1.5～2m；⑤水往下、氣往上的逆向流可不設二沉池。
曝氣生物濾池與普通活性汙泥法相比，具有有機負荷高、占地麵積小（是普通活性汙泥法的1/3）、投資少（節約30%）、不會產生汙泥膨脹、氧傳輸效率高、出水水質好等優點，但它對進水SS要求較嚴（一般要求SS≤100mg/L，最好SS≤60mg/L），因此對進水需要進行預處理。同時，它的反衝洗水量、水頭損失都較大。
另外，曝氣生物濾池作為集生物氧化和截留懸浮固體於一體的新工藝，節省了後續沉澱池(二沉池)，具有容積負荷、水力負荷大，水力停留時間短，所需基建投資少，出水水質好：運行能耗低，運行費用少的特點。
4.3 應用範圍 曝氣生物濾池的應用範圍較為廣泛，其在水深度處理、微汙染源水處理、難降解有機物處理、低溫汙水的硝化、低溫微汙染水處理中都有很好的、甚至不可替代的功能。
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