2008年注冊環保工程師專業知識一講義(二十二)
發布時間：2010-01-14 共1頁
2.2.3生物膜法的類型及工藝流程
生物膜法有多種分類，按照微生物附著的載體存在狀態可分為固定床生物膜法和流動床生物膜法。固定床生物膜分為生物濾池和生物接觸氧化法等，流動床生物膜法包括生物流化床和移動床等。
按照生物膜被污水浸沒的程度生物膜法又可分為浸沒式生物膜法、半浸沒式生物膜法和非浸沒式生物膜法。常見的浸沒式生物膜法包括生物接觸氧化池、曝氣生物濾池等，常見的半浸沒式生物膜法有生物轉盤，常見的非浸沒式生物膜法有生物濾池，生物濾池又分為普通生物濾池、高負荷生物濾池和塔式生物濾池三種類型。
1.普通生物濾池
⑴工藝流程
普通生物濾池又名滴濾池，是生物濾池早期出現的類型，即第一代的生物濾池。污水先進入初沉池，去除可沉的懸浮物，接著進入生物濾池。經過濾池處理的污水和生物濾料上脫落的老化生物膜流入二沉池，經過固液分離后，排出凈化水。
⑵構造
普通生物濾池由池體、濾料、布水裝置和排水系統等四部分組成。
①池體
其平面形式多呈方形、矩形或圓形，池壁一般用磚石或鋼筋混凝土筑造而成。
②濾料
濾料表面有生物膜附著，是凈化污水的主體，濾料對生物濾池的工作效能影響較大。生物濾池一般采用實心拳狀無機濾料，如碎石、卵石和爐渣等。近年來，生物濾池多采用塑料濾料，主要由聚氯乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯等加工成波紋板、蜂窩管、環狀以及空圓柱等復合式濾料，其特點是質輕、強度高、耐腐蝕、比表面積大、孔隙率高，從而大大改善了膜生長及通風條件，使處理能力大大提高。
③布水裝置
普通生物濾池多采用固定式噴嘴布水系統，主要由虹吸裝置、配水池、布水管道和噴嘴等部分組成。
④排水系統
普通生物濾池底部的排水系統，位于濾料層的下面，主要起收集及排出處理后的廢水，保證通風和支撐濾料的作用。排水系統通常分為兩層，即包括濾料下的滲水裝置和底板處的集水溝和排水溝。
⑶工藝特點
①普通生物濾池一般適用于處理每日污水量不大于1000m3的小城鎮污水和有機工業廢水，凈化效率高，處理效果好，出水水質穩定。
②基建投資省，運行穩定，易于管理，動力消耗低，節省能源。
③剩余污泥量小。
④負荷較低，占地面積大，不適用于處理水量較大的廢水，且其沖刷能力不足，易引起濾料內生物膜積累和堵塞，從而影響濾池內的通風，運行過程中會產生濾池蠅，且衛生條件較差，因此，使用受到限制。
2.高負荷生物濾池
⑴特征
高負荷生物濾池是繼普通生物濾池之后為解決普通生物濾池在凈化功能和運行中存在的實際弊端而開發出來的的第二代工藝。與普通生物濾池相比，其負荷能力大大提高，BOD5容積負荷一般為普通生物濾池6～8倍，水力負荷則為普通生物濾池的10倍，因此，它的池體較小，占地面積較少，衛生條件較好，比較適合于濃度和流量變化較大的廢水處理
⑵構造
其構造與普通生物濾池的構造基本相同，常用的高負荷生物濾池一般由鋼筋或磚石砌筑而成，池平面有矩形、圓形或多邊形，其中以圓形為多，主要組成部分是濾料、池壁、排水系統和布水系統。與普通生物濾池的不同之處有：
①濾池表面多呈圓形，濾料一般采用表面光滑的卵石或石英石，濾料總厚度為2～4m。濾料直徑增大，一般采用40～100mm的濾料，因而孔隙率較高，濾料層亦由底部的承托層和其上的工作層組成。
②高負荷生物濾池多采用連續工作的旋轉式布水器，由進水豎管和可旋轉的布水橫管組成。
③生物膜經常剝落、更新，并連續地隨廢水排出池外。
④池內不易出現硝化反應，出水中沒有或少有硝酸鹽，BOD5常大于30mg/L。
⑤二次沉淀池的污泥呈褐色，沒有完全氧化，容易腐化。
⑶典型工藝流程
高負荷生物濾池采取處理水回流的措施后，具有多種多樣的流程系統。教材167頁圖2-2-23所示為一級高負荷濾池的典型工藝流程。流程a中將生物濾池出水直接回流至濾池，并且二次沉淀池向初次沉淀池回流生物污泥。該系統有助于生物膜的接種，促進生物膜的更新，同時對初次沉淀池的沉淀效果將有所提高，但回流的生物膜易堵塞濾料。流程b中處理水回流至濾池前，可避免加大初次沉淀池的容積。流程c中處理水和生物污泥均回流至初次沉淀池，提高了初沉池的效果，加大了濾池的水力負荷。流程d中不設二沉池，濾池出水(含生物污泥)直接回流至初次沉淀池，從而使初次沉淀池的效果得到提高，并兼作二次沉淀池的功能，具有提高初沉池的沉淀效率和節省二沉池的優點，該流程適用于含懸浮固體量較高而溶解性有機物濃度較低的廢水。流程e中濾池出水回流至初次沉淀前，生物污泥也由二次沉淀池回流至初次沉淀池。
當原水有機物濃度較高時，為了避免單個生物濾池的深度過大或者當處理后的廢水水質要求較高時，可以將兩個高負荷生物濾池串聯起來使用，形成二級生物濾池系統。二級生物濾池具有多種流程系統，例如教材168頁三種典型的流程，流程a中，一級濾池產生的生物膜和出水一部分進入第二級生物濾池，另一部分回流至初沉池前增加沉淀效果，提高一級濾池的水力負荷;流程b中，一部分初沉池出水超越到二級生物濾池，提高了有機物負荷，一級濾池產生的生物膜和出水一部分進入二級生物濾池，另一部分回流至初沉池前增加沉淀效果，提高一級濾池的水力負荷;流程c中，采用二級生物濾池出水進行循環稀釋進水和增加水力負荷。在這幾個流程中均不設中間沉淀池，目的是保持二級生物濾池的生物量。
⑷高負荷生物濾池的特點
①高負荷生物濾池克服了普通生物濾池的缺陷，例如，高負荷生物濾池的表面水力負荷與BOD容積負荷較高，運行簡單，滋生的濾池蠅較少等;②運行比較穩定;③剩余污泥量小;④占地面積大;⑤工藝中需要較大的水頭跌落，一般超過3m;⑥需二次提升。
3.塔式生物濾池
塔式生物濾池屬第三代生物濾池，是受到污水生物處理工程界重視和應用較廣泛的一種濾池。
⑴塔式生物濾池在構造和凈化功能方面的特征
①塔式生物濾池水流落差大，紊動強烈，使生物膜受到強烈的水力沖刷，從而保持良好的活性。
②塔式生物濾池的水力負荷較高，是高負荷生物濾池的2～10倍，BOD負荷也較高，是高負荷生物濾池的2～3倍，進水BOD濃度可提高到500mg/L。
③塔式生物濾池內部存在著明顯的分層現象，在各層生長著種屬不同但又適應該層廢水性質的生物菌群，有助于微生物的增殖、代謝，有助于有機污染物的降解、去除，所以能承受較大的有機物和有毒物質的沖擊負荷。
④占地面積小，經常運行費用較低，但基建投資較大，BOD去除率較低，適用于處理城市污水和各種工業有機廢水，但只適宜于少量污水的處理。
⑤由于高度大，水力負荷大，使濾池內水流紊動強烈，廢水與空氣及生物膜的接觸非常充分。
⑥由于BOD負荷高，使生物膜生長迅速，同時由于水力負荷較高，使生物膜受到強烈的水力沖刷，從而使生物膜不斷脫落，加快更新，塔內的生物膜也能夠經常保持較好的活性。
⑦不需專設供氧設備。
⑧對沖擊負荷有較強的適應能力，所以常用于高濃度工業廢水第二段生物處理的第一段，以大幅度地去除有機污染物，保證第二段處理經常能夠取得高度穩定的效果。
⑵構造
塔式生物濾池在平面上多呈圓形，主要由塔身、濾料、布水設備、通風裝置和排水系統所組成。
①塔身
塔身主要起濾料的作用，可用鋼筋混凝土結構、磚結構、鋼結構或鋼框架與塑料板面的混合結構。
塔的高度在一定程度上能夠影響塔式生物濾池對廢水的處理效果。
②濾料
塔式生物濾池一般都采用質輕的濾料，如紙質蜂窩濾料、玻璃布蜂窩、塑料蜂窩、和聚氯乙烯斜交錯波紋板以及隔膜塑料管等。
③布水裝置
塔式生物濾池的布水裝置與一般生物濾池的基本相同，對大中型塔式生物濾池多采用旋轉式布水器，可用電機驅動，也可以靠水的反作用力驅動，對小型塔式生物濾池則多采用固定式噴嘴布水系統，也可以使用多孔管和濺水型篩板等布水。
④通風與集水設備
在濾塔的底部設有一集水池，以收集處理水，并由管渠連續排入二沉池或氣浮池進行泥水分離。集水池水面以上開有許多通風窗口，為了保證空氣流暢，集水池最高水位與最下層層底面之間的空間高度，一般不應小于0.5m，周圍開有許多通風孔當污水中含有易揮發的有毒物質時，為了防止污染空氣，一般應采用機械通風，尾氣應經過水洗去除有毒物質后才能排入大氣。
4.生物接觸氧化法
生物接觸氧化法與前述生物膜法的主要不同點，是濾池內充滿污水，濾料淹沒在水中，并采用與曝氣池相同的曝氣方法，向微生物供氧，它是一種介于活性污泥法與生物濾池兩者之間的生物處理技術，凈化污水主要依靠載體上的生物膜作用，生物接觸氧化池內存在一定濃度的活性污泥，因此它兼有活性污泥和生物膜法的優點。
⑴工藝流程
生物接觸氧化池根據進水水質和處理程度主要有一段式或二段式兩種流程。
一段式生物接觸氧化法的工藝流程為：污水經過初沉池處理后進入接觸氧化池，經接觸氧化池處理后進入二沉池，從填料上脫落的生物膜在二沉池中形成的沉淀污泥，排出系統，澄清水由二沉池上部排出。
二段式生物接觸氧化法將一段生物接觸氧化池分為兩段：第一段微生物處于對數增殖期，以低能耗、高負荷、快速的生物吸附和合成為主，能夠去除污水中70%～80%的有機物，第二段利用微生物的氧化分解作用，對污水中殘留的有機物進行氧化分解，以進一步改善出水的水質。
⑵生物接觸氧化法的特征
①填料上附著的生物膜的生物豐富。
②能接受較高的有機負荷率，處理效率高，減小了池容和占地面積。
③抗沖擊負荷能力較強，操作簡單，運行方便，不需要污泥回流，不會產生污泥膨脹。
④如果設計或運行不當，填料可能堵塞，另外，如果布水和曝氣不均勻也可能在局部部位出現死角。
⑶構造
生物接觸氧化池主要由池體、填料及支架、曝氣裝置組成。
①池體
平面上有圓形、矩形和方形，鋼混結構或鋼板焊制。構筑物不應少于兩個池，每池可分為兩室，并且按同時運行考慮。
②填料
目前常用的填料有硬性、軟性和半軟性三種。硬性材料有：玻璃鋼蜂窩、塑料波紋板、塑料多面球等。軟性填料由化學纖維制成，特點是比表面積大、質輕、運輸和組裝方便、不宜堵塞，但是當氧化池停止工作時，會形成纖維束結塊，清洗較困難。半軟性填料由變性聚乙烯塑料制成，它既有一定剛性，也有一定柔性，能保持一定形狀，又有一定的變形能力，克服了軟性填料易于結塊成束的缺點。
生物接觸氧化法有兩種布置形式：分流式和直流式。
③布氣設備
布氣管可布置在池子中心、側面或全池，全池曝氣時，在整個池底安裝穿孔布氣管，管子相互正交，形成0.3m的方格，氣水比宜為8:1。
