1、生物膜法生物膜法屬于好氧生物處理方法。他是依靠固著于固體介質表面的微生物來降解有機污染物質。當含有大量有機污染物的污水連續不斷地通過某種固體介質表面時，在介質的表面上會逐漸生長出各種微生物，當微生物的質（活性）與量（數量）積累到一定程度，便形成了生物膜。生物膜內部主要是由細菌、真菌、原生動物、后生動物和一些藻類組成。當污水與生物膜接觸時，污水中的有機物，作為微生物的營養物質，被微生物所攝取，污水得到凈化，微生物本身也在繁殖、生長。生物膜法實質是污水土壤自凈的人工強化過程，這種方法既古老，又是發展中的生物處理技術。早在1893年英國在實驗室中成功地應用了生物膜技術，并于1900年應用于污水處理領

2、域。利用生物膜凈化污水的裝置稱為生物膜反應器。迄今為止，屬于生物膜處理法的反應器有生物濾池（包括普通生物濾池、高負荷生物濾池、塔式生物濾池）、生物轉盤、生物流化床及生物接觸氧化等。第一節 生物膜的構造及凈化機理一、生物膜的構造及其凈化原理生物膜法凈化污水的原理可用圖（12-1）來說明。污水流過固體介質（濾料）表面經過一段時間后，固體介質表面形成了生物膜，生物膜覆蓋了濾料表面。這個過程是生物膜法處理污水的初始階段，亦稱掛膜。對于不同的生物膜法污水處理工藝以及性質不同的污水，掛膜階段需1530天；一般城市污水，在20左右的條件下，需30天左右完成掛膜。從圖（12-1）中可以看出，固體介質（濾料）表

3、面外，依次由厭氧層、好氧層、附著水層、流動水層組成了生物膜降解有機物的構造。降解有機物的過程實質就是生物膜與水層之間多種物質的遷移與微生物生化反應過程。由于生物膜的吸附作用，其表面附著著一層很薄的水層，稱之為附著水層。它相對于外側運動的水流流動水層，是靜止的。這層水膜中的有機物首先被吸附在生物膜上，被生物膜氧化。由于附著水層中有機物濃度比流動層中的低，根據傳質理論，流動水層的有機物可通過水流的紊動和濃度差擴散作用進入附著水層，并進一步擴散到生物膜中，被生物膜吸附、分解、氧化。同時，空氣中的氧氣不斷溶入水中，穿過流動水層、附著水層進入好氧層中，為好氧微生物降解有機物創造條件。微生物在分解有機物的

4、過程中，本身的量不斷增加，式的生物膜不斷變厚，傳遞進來的氧很快被表層微生物耗盡，內層的生物膜的不到氧的供應，厭氧微生物在生物膜內大量滋長，厭氧層便形成。好氧層的厚度一般在2mm左右，有機物降解主要在好氧層內進行，好氧微生物的代謝產物（如水、二氧化碳）通過附著水層進入流動水層，并隨其排走。當厭氧層的厚度逐漸增加，并達到一定程度后，厭氧微生物的代謝產物也逐漸增加，這些產物必須要通過好氧層向外側傳遞，由于氣態產物的不斷增加，大大減弱了生物膜在固體介質上的固著力，此時，生物膜已老化，容易從固體介質表面脫落下來，并隨水流流向固液分離設施；生物膜脫落后再重新形成新的生物膜，此過程交替進行。生物膜法處理系統

5、中的生物相較多，主要是各種細菌、真菌、原生動物、后生動物、藻類、昆蟲等。藻類可以產生在生物濾池、生物轉盤等生物膜法處理工藝設備能被陽光照射到的部位，但僅限于表面。藻類具有光合作用，具備凈化污水的功能，但作用不大，而且藻類增殖能夠生成新的有機物，從生物膜的凈化機理來看，藻類的產生是不利的。二、生物膜處理法的特征（一） 微生物相方面的特征生物膜中的微生物主要是細菌組成的菌膠團為主，相對于活性污泥法而言，在生物膜中絲狀菌很多，因為它凈化能力很強，有時還起著主要作用，而且為生物膜形成了立體結構、使其密度疏松、增大了表面積。由于生物膜固著在固體介質表面上，所以不產生污泥膨脹現象。在生物濾池中真菌生長較普

6、遍，常見的真菌種類有酵母菌、鏈刀霉菌、白地霉菌等。另外，生物膜上能夠生長世代時間較長，比增殖速度小的硝化菌。后生動物如線蟲、輪蟲及寡毛蟲的微型動物也經常出現，有時在生物濾池上能產生濾池蠅等昆蟲類生物。（二） 處理工藝方面的特征1、運行管理方便、耗能較低生物處理法中絲狀菌起一定的凈化作用，但絲狀菌的大量繁殖，會降低污泥或生物膜的密度，如果在活性污泥法運行管理中，而絲狀菌增加能導致污泥膨脹，絲狀菌在生物膜法中無不良作用。相對于活性污泥法，生物膜法處理污水的能耗低2、具有硝化作用在污水中起硝化作用的細菌屬自養型細菌，容易生長在固體介質表面上被固定下來，故用生物膜法進行污水的硝化處理，能取得好的效果，

7、且較為經濟。3、抗沖擊負荷能力強污水的水質、水量時刻在變化、當短時間內變化較大時，即產生了沖擊負荷，生物膜法處理污水對沖擊負荷的適應能力較強，處理效果較為穩定。有毒物質對微生物有傷害作用，一旦進水水質恢復正常后，生物膜凈化污水的功能即可得到恢復。4、污泥琛將于脫水性能好生物膜法產生的污泥主要是從介質表面上脫落下來的老化生物膜，為腐殖污泥、其含水率較低、具呈塊狀、沉降及脫水性能良好，在二沉池內易分離，得到較好的出水水質。第二節 生物濾池生物濾池可分為普通生物濾池、高負荷生物濾池、塔式生物濾池。生物膜法處理污水最初使用的裝置為普通生物濾池，亦稱滴濾池，為第一代生物濾池。這種裝置是將污水噴灑在由粒狀

8、介質（石子等）堆積起來的濾料上，污水從上部噴淋下來，經過堆積的濾料層， 濾料表面的生物膜將污水凈化，供氧由自然通風完成的，氧氣通過濾料的空隙，傳遞到流動水層、附著水層、好氧層。 此種方法處理污水的負荷較低，但出水水質很好，故亦成為低負荷生物濾池。20世紀初，英國最先得到實際應用，之后歐洲和北美得到了應用。普通生物濾池的特點為：1、出水水質好；運行管理方便；2、運行費用低；3、有機物負荷極低，處理設備占地面積大；但衛生條件差，濾池可孳生濾池蠅，影響環境。為了提高生物濾池的處理效率，20世紀中期，人工制造的濾料的出現，由于其比表面積大，濾料之間的空隙大，質輕等優點，提高了生物濾池的負荷，減小了占地

9、面積，高負荷生物濾池和塔式生物濾池工藝得到了發展。一、普通生物濾池的構造普通生物濾池由池體、濾床、布水裝置和排水系統、通風口等組成，其構造見圖（12-2）所示。1、池體：普通生物濾池的平面形狀一般為方形、矩形和圓形。池壁采用磚砌或混凝土燒制。池體的作用是維護濾料。一般在池壁上設有孔洞，以便可通風。池壁一般高出濾料表面0.50.9m，以防風力對表面均勻布水的影響。 圖122 普通生物濾池平（剖）面圖2、濾床：生物濾池的濾床由濾料組成。濾料的性質影響生物濾池的處理能力。濾料應具有下列要求：（1）強度高，林質要輕；（2）單位體積濾料的表面積要大；（3）空隙濾大；（4）物理化學性質穩定，對微生物的增殖

10、無毒害作用；（5）就地取料，價廉；（6）表面粗糙，以便于掛膜。一般濾料按形狀可分為塊狀、板狀和纖維狀。濾料可選天然濾料如碎石、礦渣、碎磚、焦炭等。也可選人工濾料如塑料球、小塑料管等。普通生物濾池的濾料粒徑為2540mm；此外，濾池底部集水孔板以上應設厚度為2030mm，粒徑為70100mm的承托層，起承托作用，濾料總厚度為1.52.0mm。3、布水裝置：布水裝置的作用是在規定的表面負荷的情況下，將污水均勻分配到整個濾池表面上，布水均勻與否，影響生物濾池的凈化作用。布水裝置應具有適應水量變化、不易堵塞和易于清通等特點。普通生物濾池可采用固定布水裝置，亦可采用活動布水裝。4、排水系統：濾池的排水裝

11、置設于池體的底部。主要包括滲水裝置、集水渠和排出管道等。滲水裝置形式多樣，常用的有混凝土板式滲水裝置。圖（12-3），其作用是支撐濾料和排出濾后水，空氣也是通過滲水裝置的孔隙進入池體的。為保證濾池濾料的通風狀態，滲水裝置上的孔隙率布的小于濾池總表面積的20%，底部空間高不小于0.6m，以保證通風良好；池底以1%2%的坡度坡向集水溝，集水溝以0.52%的坡度坡向排水渠。為防止老化生物膜淤積在池底部，排水渠的流速不應小于0.7m/s。 5、通風裝置：普通生物濾池的通風為自然通風，一般在池底部設通風孔，其總面積不應小于濾池表面積的1%。 普通生物濾池雖然處理程度高，運行管理方便、節能，但其負荷極低、

12、且易堵塞、衛生條件差，目前，很少采用。 二、普通生物濾池的設計與計算 普通生物濾低的計算內容為：求定所需濾料的容積；設計滲水裝置及排水系統；設計與計算配水系統。濾料容積計算是本工藝流程主要內容，本節詳細闡述。布水裝置的計算與設計參閱給水排水設計手冊城市排水分冊的有關章節。（一）、濾料容積的計算普通生物濾池的濾料容積可按負荷率法和系數法計算。1、負荷法：目前常用的負荷法由BOD5容積負荷率法和水利負荷率率法兩種。BOD5容積負荷率是指在保證處理水達到要求水質的前提下，每立方米濾料在一天內能接受的BOD5量，其單位為gBOD5/米類濾料/天。水力負荷率是指在保證處理水達到要求質量的前提下，每立方米

13、濾料或每平方米濾池表面在一天內所能夠接受的污水水量，其單位為m3/（cm3濾料）·d或m3/（cm2濾池表面·d）當處理生活污水或以生活污水為主體的城市污水時，BOD5容積負荷率可按表（12-1）數據選用普通生物濾池BOD容積負荷 表（12-1）年平均氣溫（）BOD容積負荷（gBOD5/m3·d）年平均氣溫（）BOD容積負荷（gBOD5/m3·d）36100102006.110170注：1、本表所列負荷率適用于處理生活污水或以生活污水為主體的城市污水的普通生物濾池。 2、當處理工業廢水含量較多的城市污水時，應考慮工業廢水所造成的影響；適當降低上表所列舉的

14、負荷率值。 3、若冬季污水溫度不低于6，則上表所列負荷率應乘以T/10（T為污水在冬季的平均溫度）。普通生物濾池容積負荷一般為0.150.30kg/(m3·d)，水力負荷可取（13m3/m2·d)。2、系數法1） 確定系數KK = S0/Se (12-1)式中 S0進入生物濾池進行處理污水的BODn值，一般不超過220mg/L；Se處理水的BODn值，按當時環保或回用要求確定；2） 根據當地冬季平均污水水溫度T及K值，確定濾層高度及平面水力負荷，見表（12-2） 普通生物濾池的計算參數 表122平面水力負荷q(m3/(m2.d) 不同冬季污水水溫條件下的K值 8 10 12

15、 141.01.52.0 2.5 3.0 8.011.6 5.910.24.98.24.36.93.86.09.812.67.010.95.710.04.98.34.47.1 10.713.8 8.211.7 6.610.7 5.610.1 5.08.611.415.110.012.88.011.56.710.75.910.2如果計算K值超出表（12-2）所列數據，應采用回流措施3） 根據污水量Q(m3/d)及平面水力負荷q(m3/m2·d) 求定濾池的總面積 （12-2）F生物濾池總面積，m2。三、高負荷生物濾池高負荷生物濾池是生物濾池的第二代工藝。它解決了普通生物濾池在運行中負荷

16、極低、以堵塞及濾池蠅的產生等一系列問題。高負荷生物濾池的有機容積位普通生物濾池的68倍。水力負荷率高達10倍，因此池體的占地面積小；由于水力負荷增大，能及時地沖刷掉老化的生物膜，促進其更新，使其保持較高的活性，提高了生物降解能力。但高負荷生物濾池要求進水BOD5值必須低于200mg/L，采用回流水稀釋。高負荷生物濾池有機物去除率一般為7590%，低于普通生物濾池。（一） 高負荷生物濾池的構造高負荷生物濾池的構造與普通生物濾池基本相同，由于其布水系統對采用旋轉布水器，故其平面尺寸多為圓形。高負荷生物濾池結構，見圖12-4所示。高負荷生物濾池的濾料與普通生物濾池不同。其濾料粒徑一般為40100mm

17、，大于普通生物濾池，濾料的空隙率較高，濾料層高一般為2.0m。（二） 布水裝置高負荷生物濾池多采用旋轉布水器（見圖圖125 旋轉布水器示意圖 12-5）。它是又固定不動的進水管和可旋轉的布水橫管組成，布水橫管有2根或4根，橫管中心軸距濾池地面0.150.25m，橫管繞豎管旋轉，旋轉的動力可以用電機，也可用水力反沖產生。從圖（12-5）可以看出，在橫管的統一側開一系列間距不等的孔口，周邊較密，中心較疏，當污水從孔口噴出后，產生反作用力，式布水橫管按噴水反方向旋轉，將污水均勻灑布在池面上。橫管與固定進水豎管連接處要封閉良好，并減小轉時的摩擦力，布水器的旋轉部分與固定豎管的連接處采用軸承連接。常用圖

18、（12-6(a)）所示構造，是一種構造簡單的設備、應用廣泛，但水銀密封，考慮到由于水銀流失而引起嚴重污染，現已限制使用。目前使用的是用水做水封的旋轉布水器，國外多采用氯丁橡膠密封裝置的旋轉布水器如圖（12-6(b)）。（三） 高負荷生物濾池的運行特征由于高負荷生物濾池進水的BOD5濃度不能高于200mg/L，而實際處理的污水污染物物質濃度往往高于此值，為了解決這一問題，應采用處理水回流的辦法，即將處理后的污水回流到濾池之前與進水相混合，降低BOD5 的濃度。通過回流水，還可以增大水力負荷，沖涮老化的生物膜，使之更新，保證其較高活性，抑制厭氧層產生。同時也防止了濾池堵塞，均和了進水水質，抑制了濾

19、池蠅的過渡滋長、減輕散發臭氣，改善了處理環境。回流水量(QR)與原污水量（Q）之比稱為回流比（R）。顯然噴灑在濾池表面上的總水量（QT）=Q+QR；總用水量QT與原污水量Q之比： （12-3）F稱為循環比。回流比R常采用0.53.0，但有時也可高達56。采用處理水回流工藝后，進入高負荷生物濾池的總污水量QT和經回流水稀釋后的污水有機物濃度Sa可用下式計算： （12-4）式中 S0 原污水的有機物濃度，mg/L； Se 濾池處理后出水的有機物濃度，mg/L； Sa 濾池進水的有機物濃度，一般BOD5不超過200mg/L。高負荷生物濾池典型工藝流程高負荷生物濾池采用回流水措施，由于所采用的回流水是

20、否經過沉淀澄清及回流之后與原污水在何處混合稀釋，使得高負荷生物濾池具有多種多樣的流程系統。圖（12-7）所示為一級高負荷濾池的典型工藝流程。圖（12-7）中流程（1）濾池出水直接向濾池回流，并由二沉池向初沉池回流生物污泥，有助于生物膜的接種，促進生物膜的更新。由于回流了生物污泥，初沉可以出現生物絮凝現象，提高了初沉池的沉淀效果；流程（2）中處理后水回流至濾池前，可避免加大初沉池的容積，生物污泥回流至初沉池前，提高沉淀效果；流程（3）中初力水回流至初次沉淀池，加大了濾池的水力負荷，但同時也提高了初沉池的負荷；流程(4)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，從而提高了初次沉淀池

21、的效果，同時使其兼得二沉池的功能；流程（5）中處理水直接由濾池出水回流，生物污泥則從二沉池回流，然后兩者同步回流至初次沉淀池。當原水有機物濃度較高，為了避免單級生物濾池的濾料深度過大，或者處理后的水質要求較高時，可將兩個高負荷生物濾池串聯，形成兩級生物濾池系統。兩級生物濾池的流程系統更具有多樣性。圖（12-8） 圖128二段（級）高負荷生物濾池系統 所式為幾種典型的工藝流程，在流程（4）中設置中間沉淀池，其目的在于減輕二段濾池的負荷，避免堵塞，有時可以不設。二級生物濾池系統的主要弊端是負荷率不均，前段濾池負荷率高、生物膜生長快、活性強，脫落的生物膜易積存于濾料空隙中產生堵塞現象，后級濾池的負荷

22、率往往偏低，生物膜生長不好，濾池容積本能得到充分的利用。考慮到上述問題，可以通過調節進水方式，使得前級和后級交替運行。如圖（12-9）所示。在此系統中，兩級串聯的兩個濾池交替地用作一級濾池或二級濾池，因此，兩個濾池中的濾料粒徑應完全相同，在構筑物的高程布置上應考慮水流方向互換的可能性。故需增設污水泵站、增加了建設和運行成本；該流程占地面積較大是其弊端。有時由于條件所限，也可考慮采用二級生物濾池。工藝設計與計算高負荷生物濾池的設計與計算內容包括：確定濾料容積和旋轉布水器的設計與計算1、 濾池池體的工藝設計與計算：內容包括：（1）確定濾料容積；（2）確定濾池深度；（3）計算濾池表面面積。濾池池體工

23、藝計算方法有多種，本章僅以負荷率法加以闡述。常用的負荷率有： （1）BOD容積負荷，即每m3濾料在每日內所接受的BOD5值，以gBOD5/(m3濾料·d)計，此值不宜超過1200gBOD5/(m3濾料·d)；（2）BOD面積負荷率，即每m2濾池表面積在每日所能夠接受的BOD5值，以gBOD5/(m2濾料表面·d)計，此值介于11002000 gBOD5/(m2濾料表面·d)。（3）水力負荷率：即每平方米濾料表面每日所能接受的污水流量，一般為1030m3/(m2·d)。高負荷生物濾池氣進入污水的BOD5應低于200mg/L，如進水BOD5濃度高于

24、200mg/L，應采用處理水回流措施，回流比通過計算確定。用負荷率計算，流量按日平均污水量計算。對于城市污水，其進水BOD5往往大于200mg/L，因此應首先確定污水經回流水稀釋后的BOD5值和回流稀釋倍數。經處理水稀釋后進入濾池污水的BOD5值為： Sa=a·Se （12-5)式中 Sa向濾池噴灑污水的BOD值，mg/L Se濾池處理水的BOD值，mg/L a系數。按下表列數據選用 系數a 表123污水冬季平均溫度（）年平均氣溫（）濾料層高度D(m)2.02.53.03.54.081032.53.34.45.77.51014363.34.45.77.59.61464.45.77.5

25、9.612.0回流稀釋倍數（n）： （12-6）式中S0原污水的BOD5值，mg/L。 按BOD容積負荷率NV計算濾料容積V： （12-7）式中n回流稀釋倍數Q原污水日平均流量，m3/d其他各項同前。 濾池表面積A： （12-8）式中H濾料層高度，m。按BOD面積負荷率NA計算濾池面積： (12-9) 式中NABOD面積負荷，gBOD5/(m2濾料表面·d)濾料容積： V=H·A (12-10)按水力負荷率Nq計算濾池面積： (12-11)式中Nq濾池表面水力負荷，m3污水/(m2濾料表面·d)。例題 某城鎮設計人口N=60000人，污水量標準250L/人

26、3;d，排放的BOD5量為30g/人·d。鎮內有一座工廠，污水量2000m3/d，BOD5值為1000mg/L。混合污水冬季平均溫度為15，年平均氣溫10。濾料層厚度為H=2.0m，采用旋轉布水器布水，要求處理后出水BOD530mg/L。解 高負荷生物濾池計算。(1) 污水平均日流量Q(2) 污水的BOD5濃度S0 (3) 因為S0200mg/L，原污水必須用回流水稀釋，回流稀釋后混合污水濃度（Sa）為：根據所給條件查表12-3得a=4.4故 Sa=4.4×30=132mg/L(4) 回流稀釋比n(5) 濾池總面積A取NA=1800gBOD5/m2·d(6) 濾池

27、濾料總體積VV=H·A=2×2365=4730m3(7) 單個濾池面積A1采用4個濾池，每個濾池面積： m2(8) 濾池直徑D(9) 校核表面水力面積負荷Nq(10) 校核容積負荷率NV 經計算，采用4座直徑27.5m高2.0m的高負荷生物濾池。旋轉布水器計算詳見給水排水設計手冊有關章節。四、塔式濾池塔式生物濾池簡稱濾塔，屬第三代生物濾池。塔式生物濾池在污水凈化工藝方面與高負荷生物濾池相同。但式塔式生物濾池有本身獨特的特征。（一） 塔式生物濾池的特征（1）構造特征：塔式生物濾池的外形如塔，一般高824m，直徑13.5m；高度與直徑比為68：1。由于構造特殊，因此在池內形成強

28、大的拔風狀態，通風良好，增加了氧的轉移效果。再有由于池體較高，再加上有機負荷與水力負荷的提高，塔內水流紊動劇烈，污水、空氣和生物膜三相充分接觸，傳質效果良好，使得生物膜的生長和脫落速度加快，加快了生物膜的更新，增強了生物膜的活性。由于塔式生物濾池可認為是高負荷生物濾池在結構上為同池體串聯運行，所以在不同的高度濾料層上存活著種群不同的微生物，這種情況有利于有機污染物的降解。塔式生物濾池由于其負荷高、占地少、不用設置專用的供氧設備等優點，自20世紀50年代開發后，很快在東歐各國得到應用，尤其是20世紀60年代以后，由于新型濾料的出現，這些質輕、強度高、空隙大、比表面積大的塑料濾料的應用，更促進了塔

29、式生物濾池的應用。我國從20世紀70年代引入塔式生物濾池，廣泛開展實驗研究工作，得到了廣泛的應用。（2）塔式生物濾池的構造1） 池體：塔式生物濾池平面多呈圓形或方形，外觀呈塔狀。池體主要起圍擋濾料的作用，可采用磚砌，也可以現場澆筑混凝土或采用預制板構件現場組裝。也可以采用鋼框架結構，四周用塑料板或金屬板圍嵌，這種結構對池體重量可以大大減輕。如圖（12-10圖）所示為塔式生物濾池的構造示意圖。塔身沿高度分層建設，分層設格柵，格柵承托在塔身上，起承托濾料的作用。每層高度不大于2.5m為宜，以免強度較低的下層濾料被壓碎，每層設檢修器，以便檢修和更換濾料。 2） 濾料對于塔式生物濾池填充的濾料的各項要

30、求，空氣與高負荷生物濾池相同。由于其構造上的特征，最好對塔濾池采用質輕、高強、比表面積大、空隙率高的人工塑料濾料。國內常用濾料為環氧樹脂固化的玻璃布蜂窩濾料，其特點為：比表面積大、質輕、構造均勻、有利于空氣流通和污水均勻分布，不宜堵塞。 3） 布水裝置 圖1210 塔式生物濾池構造 塔式生物濾池常使用的布水裝置有兩種：一是旋轉布水 1塔身 2濾料 3格柵 器；二是固定布水器。旋轉布水器可用水力反沖轉動，也可 4檢修口 5布水器 6通風口 電機驅動，轉速一般為10r/min以內，固定式布水器多采用 7集水槽 噴嘴，由于塔濾表面積較小，安裝數量不多，布水均勻。 4） 通風孔塔式生物濾池一般采用自然

31、通風，塔底有高度為0.40.6m的空間，周圍留有通風孔，有效面積不小于池面積的7.510%當塔式生物濾池處理特殊工業廢水時，為吹脫有害氣體，可考慮機械通風，即在濾池的下部和上部設鼓、引風機加強空氣流通。（二） 塔式生物濾池的工藝特征塔式生物濾池主要特征是池體高，通風情況好，并且污水從池頂流下，水流紊動強，固、液、氣傳質好，降解污水中有機物速度快。（1）負荷率高塔式生物濾池是通過加大濾層厚度來提高處理能力的。其水力負荷可80200m3/(m2·d)，為高負荷生物濾池的210倍。BOD容積負荷率可達10002000gBOD5/(m3·d)，較高負荷生物濾池高23倍。BOD容積負

32、荷高可促進生物膜快速生長；水力負荷高，可沖刷生物膜，加速生物膜的更新，保持生物膜的活性。但是生物膜生長速度過快，易產生濾料的堵塞現象。因此應控制進水的BOD5在500mg/L以下為宜。（2）濾層內生物相分層塔濾池濾層每層的生物相明顯，在各層上生長繁殖著種屬不同、但又適應于該層污水特征的微生物群體，這有助于生物的增殖、代謝蹬生理活動，更有助于有機物的降解，并且能承受較大的有機物和毒物的沖擊負荷。因此，塔式生物濾池常用于處理較高有機污染物的污水和各種工業廢水。（三） 塔式生物濾池的計算與設計塔式生物濾池雖然已經在國內外得到了一定的應用，但到目前為止，還沒有建立用于塔濾池的成熟計算方法。目前，塔式生

33、物濾池的工藝設計與計算主要按BOD容積負荷率NV進行計算，方法如下所述。1） 確定容積負荷率對于城市污水可參考國內外運行數據選定，也可參照圖（12-11）選定。對于工業廢水，當無實例資料時，應通過實驗確定。BOD容積負荷取決于處理水BOD值的要求和污水在冬季的平均溫度。圖（12-11所示三者關系，可作處理城市污水的參數。圖(12-11(a)適用于污水量大于400m3/d的生物濾塔的工藝設計，而圖（1211（b）圖則是用于污水量小于400m3/d的生物濾塔的工藝設計。圖1211 塔式生物濾池BODu允許負荷與處理水BODu及水溫之間的關系曲線（a）Q=4005000m3/d的生物濾塔；（b）Q=

34、200400m3/d的生物濾塔；2）、 濾料容積： V=SaQ/Na （12-12）式中 V濾料容積，m3；Sa進水BOD5，也可按BODn考慮，g/m3，Q污水流量，取平均日污水量，m3/dNaBOD容積負荷或BODn容積允許負荷，gBOD5/(m3·d)3)濾塔的表面積： （12-13）式中A濾塔的表面積，m2； H濾塔的工作高度，m，其值根據下表所列數據確定進水BODn與濾塔高度的關系。進水BODu與濾池高度的關系 表12-4進水BOD(mg/L)250300350450500濾塔高度（m）810121416例12-2 某城鎮居民6000人，排水量標準110L/人·d

35、，冬季水溫10，每人每日產生的BODu值為45g計，生活污水擬用濾塔處理，處理水的BODn按35mg/L考慮。解：1、計算各項設計參數（1） 每日產生的平均污水量 6000×0.11=660m3/d（2） 每日產生的BODu值 6000×45=270000g折算成污染濃度 mg/L（3） 選定BODu允許負荷率：按處理水BODn為35mg/L的要求，冬季水溫為10的條件，按圖（12-11）查到BODu允許容積負荷率為1600g/(m3·d)2、 確定塔濾池的各部尺寸（1）濾料總容積 （2）濾池高度按表（12-4），進水BODu值為400mg/L，將濾池高度近似的確

36、定為14m。（3）塔生生物沉池表面積決定采用4座塔濾池，每座塔濾的表面積為 （4）塔式濾池直徑 （5）校核塔高：直徑（H:D）為： 14:196=7.14:1，符合要求，計算成立。第三節 生物曝氣濾池生物曝氣濾池（Biological Acrated Filter）簡稱BAF，是一種高負荷淹沒式固定膜三相反應器。生物曝氣濾池是采用粒徑較小的粒狀材料為濾料，并將濾料浸沒在水中，供氧采用鼓風曝氣供氧。濾料層有兩方面作用：一是作為固體介質，作為微生物的載體；二是作為過濾介質。由于生物曝氣濾池的濾料粒徑較小，因此與一般生物濾池相比，其濾料的比表面積大，污水與生物膜的接觸面積長，生化反應更為徹底，再則濾

37、料之間由于有空隙，可直接截留進水中的懸浮固體和老化脫落的生物膜等生物固體，這一截留過程與普通快濾池相似，從而省去了其他生物處理法中的二沉池，出水水質好。一、生物曝氣濾池的構造生物曝氣濾池時20世紀80年代新開發的一種污水生物處理技術。它是集生物降解、固液分離于一體的處理設備。生物曝氣濾池主要由池體、濾料層、工藝用氣布氣系統，低布氣布水裝置；反沖洗排水裝置及出水口等部分組成。見圖（12-12）所示（一）池體 池體的主要作用為維護濾料一般可采用鋼筋混凝土結構，也可用鋼板焊制。生物曝氣濾池的基本構造與矩形重力過濾池相似。（二）濾料層：濾料的作用有二方面，一方面在其表面產生生物膜，另一方面起過濾作用。

38、曝氣生物濾池選用的濾料一般選用比重小的為好，主要考慮反沖洗方便，比重較小的濾料在反沖洗時容易松動、反沖洗效果好，同時可節省反沖洗用水。濾料應滿足如下要求（1）有足夠的強度；（2）耐磨，表面粗糙；（3）耐水；（4）耐腐蝕；（5）要有一定的空隙率。常用濾料有陶粒、無煙煤、石英砂、膨脹頁巖等。陶料孔隙較多，吸水后比重約1.1，無煙煤比重約1.5，石英砂為2.6，三者比較，陶粒比較理想，無煙煤次之。與普通濾池相似，濾料的粒徑關系到處理效果的好壞，以及運行過濾周期的長短。粒徑越小，比表面積大、生物量多、處理效果好，但孔隙小，運行中易堵塞，過濾周期短，反沖洗用水量高，給運行管理帶來不便。濾料粒徑的選擇取決

39、于進水水質和設計的反沖洗周期。一般反沖周期為24h為宜。對于城市污水二生物處理采用粒徑一般為46mm，對于城市污水三級處理采用粒徑為35mm。濾料層的高度一般為1.83.0m，常選用2.0m為宜。（三）工藝用氣布氣設備工藝用氣布氣系統用來向濾池供氧。水流自上而下，通過濾料層，由于工藝用鼓風機，從底部鼓入空氣，微生物化學反應提供所需的氧。工藝用氣布氣系統一般采用穿孔管布氣系統。穿孔管應采用塑料或不銹鋼材質，以防腐蝕，穿孔管布置在距濾料層底面以上約0.3m處，使在濾料層的底部有一小段距離不進行曝氣，不受空氣泡的擾動，保證有良好的過濾效果，以便使處水清澈。供氣設備常選用風機，應有備用設備。（四） 底

40、部的布氣布水系統底部布氣布水的主要作用是產生反沖洗水或氣。目前反沖洗有三種方式：（1）單獨采用壓縮空氣反沖；（2）氣水聯合反沖洗；（3）單獨用水沖洗。采用壓縮空氣反沖洗，能使粘附在濾料表面上的生物膜大量剝落；氣水聯合反沖洗，可以將剝落的生物膜帶出池外，是濾料層略有膨脹，產生松動，使生物膜被水沖走，并可以減少反沖洗強度和沖洗水量；用水反沖洗可將濾料沖洗干凈，但反沖洗水量較大。生物曝氣濾池底部反沖洗系統要求布氣、布水均勻，常用以下三種結構，圖（12-13）所示。圖（1213（a）是采用濾頭進行布氣、布水的裝置。濾頭固定在水平承重板上，每平方米板上設置約50個濾頭。氣和水通過濾頭混合，從濾頭的縫隙中

41、均勻噴出。這種裝置施工要求嚴格，造價高。圖（1213（b）是一種穿孔板布氣裝置。在水平承重板上均勻地開設許多小孔，板上鋪設一層卵石作為承托層，承托層作用同給水濾池。在穿孔板下設反沖氣管和反沖水管。這種裝置能起到良好的布氣布水作用。圖（1213（c）是大阻力配水系統，其構造同給水濾池，反沖洗氣管和反沖洗水管（可兼作出水管）埋在卵石承托層中。這種裝置的水頭損失大，施工方便，造價低。（五）反沖洗排水裝置和出水口反沖洗水自下向上穿過穿過濾層，上層設排水槽，連續排出反沖水。為防止濾料損失，可采用翼形排水槽，也可采用虹吸管排水。出水口的最高標高應與濾料層的頂面持平或稍高，保證反沖洗完畢開始運行時、濾料層上

42、有0.15以上水深，避免濾料外露。二、工藝流程生物曝氣池的工藝流程有初沉池、生物曝氣濾池、反沖洗水質和反沖洗儲水池，以及氣風機等組成。見圖（1214）經一次沉淀池沉淀的污水進入生物濾池。水流下通過濾料層，有工藝用氣底部股入空氣，氣水進入反沖水池后再排放，反沖水貯存一次反沖一格濾池所需的反沖水池可兼作接觸消毒。生物曝氣濾池經過一段時間運行后，濾池中固體物質逐漸增多，引起水頭損失增加，當達到一定程度時，需要對濾層進行反沖洗，以清除多余的固體物資。反沖洗強度有反沖洗形式而定，對于氣的反沖洗強度一般采用18 l/m2·s；水的反沖洗強度一般采用8 l/m2·s 。圖1214 生物曝

43、氣濾池工藝流程圖反沖洗操作是生物曝氣濾池管理工作的主要內容，控制較復雜，要求工人的技能水平較高。當生物曝氣濾池反沖洗時，應頻繁開關水泵、鼓風機和工藝閥門，尤其當濾池的分格數較多時，整個操作過程應采用自動化，工藝管道的閥門盡量選用水力閥門或電動閥門，用程序控制反沖洗操作過程，提高效率，達到生產運行自動化。三、生物曝氣濾池的特征由于生物曝氣濾池是集生物降解和固液分離于一體的設備。從其構造及運行管理方面，主要特征如下：1、 氣液在濾料層中充分接觸，氧的轉移率高，動力費用低；2、由于設備本身有截留懸浮和脫落的生物污泥的功能，工藝流程所需占地小；3、池內濾料粒徑較小、比表面積大，能保持大量的生物量，微生

44、物附著力強，污水處理效果好。4、不產生污泥膨脹，不需回流設備，反沖如果是空氣自動化，維護管理也方便。5、可作不同目的的污水和生物處理。即作二級生物處理可去除污水中的BOD5、COD、SS，還有一定的硝化功能；若作三級生物處理，主要是硝化去除氨氮，并能進一步深度去除污水中的有機物和懸浮固體，若同時在厭氧和好氧條件下運行，還可用作污水的脫氮和除磷功能。6、生物相分層。在距進水端較近的濾層，污水中的有機物濃度高，各種一樣菌占優勢，主要去除BOD；距出水口較近的濾料層中，污水中的有機物濃度較低，自養型的硝化菌將占優勢，可進行氨氮的硝化反應。四、生物曝氣濾池的工藝設計與計算（一）、容積負荷率：目前生物曝

45、氣濾池的計算方法主要采用BOD5容積負荷率法和氨氮容積負荷率法。對于城市污水，要求處理后BOD5<20mg/L時，BOD5容積負荷一般選用2.54.0kgBOD5/(m3·d)，若污水中溶解性BOD5的比例高，要求出水BOD5濃度低，應選較低值，否則應選高值。氨氮容積負荷率是單位體積濾料單位時間內去除氨氮kg數，對于城市污水一般為0.61.5kgNH4-N/(m3·d)。當出水要求氨氮小于5mg/L以下，容積負荷選低值；若出水要求氨氮值小于15mg/L時，容積負荷取大值，即1.5kgNH4-N/(m3·d)。（二）、濾池計算：1、濾料層體積 （1214）式中

46、 V濾料體積，m3 Q進水流量，m3/d S0進水BOD5或氨氮濃度，mg/L N相應于S0的BOD5或氨氮容積負荷，kgBOD5/(m3·d)或kgNH4-N/(m3·d)2、單格濾池的面積生物曝氣濾池的分格一般不小于3格。每格的最大平面尺寸一般不大于100m2 （1215）式中 A每格濾池的平面面積，m2 N分格數 H1濾料層高度，m 。3、濾池的總高度HH = H1+H2+H3+H4+H5 （1216）式中 H2底部布氣水區高度，m； H3濾層上部最低水位，約0.15m； H4最大水頭損失，一般取0.6m； H5超高，取0.5m。第四節 生物轉盤生物轉盤是生物膜法處理

47、污水的反應器之一。它于20世紀60年代問世，并有效地用于城市污水和各種有機工業廢水的處理，在歐美和日本應用廣泛，在我國也取得一定的應用。生物轉盤具有結構簡單、運轉安全、抗沖擊負荷能力強、不產生堵塞、運行費用低等特點。一、 生物轉盤的構造及凈化原理生物轉盤數生物膜反應器，降解有機物的機理與生物濾池相同，但其構造形式與生物濾池完全不同。如前所述，生物濾池技術是使微生物骨折在不動的濾料上，而廢水是流動滴落與生物膜接觸，從而完成傳質及凈化過程。生物轉盤則是使微生物（生物膜）固著在能夠轉動的圓板上，即生物轉盤上，而污水則處于半靜止狀態。在動力驅動下，轉盤緩慢轉動，由于轉盤表面積的40%淹沒在反應槽內，使

48、得附著在盤片上的生物膜交替與污水和空氣接觸。當盤片淹沒在反應槽時，生物轉盤的生物膜吸收污水中的有機污染物；當轉到空氣中則吸收為微生物所必需的氧氣，以進行好氧生物分解。由于轉盤的緩慢轉動，使得反應槽內的污水得到充分的攪拌，在生物膜上附著水層中的過飽和溶解氧使得反應槽內溶解氧量增加。生物轉盤主要由盤片、觸反應槽、轉軸及驅動裝置所組成。如圖（12-15）所示。它是將盤片等距離串聯并固定在轉軸上，轉軸兩端安裝在接觸反應槽兩端的支座上，轉軸高出反應槽水面1025cm。轉盤旋轉動力來自于驅動裝置。驅動裝置由電機、減速器和傳動裝置等部件組成，帶動轉盤以較慢速度旋轉，反應槽內由進水管（渠）道充滿污水，轉盤交替

49、地和污水與空氣接觸。生物轉盤在低速轉動過程中，附著在盤片上的生物膜與污水和空氣交替接觸，完成了生物降解有機污染物。在生物膜構造中，除含有有機污染物及氧氣以外，還有生物降解產物如CO2、NH3等物質的傳遞。如（12-16）傳遞示意圖。由于生物降解有機物，生物膜逐漸增厚，靠近盤片內形成厭氧層，生物膜開始老化。在反應槽內的污水產生的剪切力的作用下，老化的生物膜剝落，隨處理水流入二次沉淀池被重力分離。二、 生物轉盤各部分構造特點1、 盤片盤片是生物轉盤反應器的主要部件，其表面形狀有：平板、凹凸板、波紋板、二重波紋、同心圓波紋、放射形波紋。盤片的材質應具有質輕高強，耐腐蝕，耐老化，易于掛膜，不變形，比表

50、面積大，安裝加工方便，就地取材等性質。目前盤片所用材質有：聚苯乙烯、聚乙烯、硬質聚氯乙烯、纖維增強塑料等；盤片的外周形狀有：圓形、多角形等，多見于圓形。盤片的直徑以2.03.6米居多，過大不便于運輸和安裝，國外已有直徑為4.05.0m的生物轉盤投入運行。由于在運轉過程中，片盤上的生物膜逐漸增厚，并為了保證通風的效果，盤片的間距一般為30mm。如果采用多級轉盤，前級盤片的間距一般為30mm，反極為1020mm。當生物轉盤用于脫氮時，其盤片的間距應取大些。所形成的生物膜的厚度與進水的BOD值有關，進水BOD濃度高，生物膜就越厚，但硝化過程的生物膜則較薄。2、轉軸及驅動裝置轉軸是支承盤片并帶動其旋轉

51、的部件。一般采用實心鋼軸或無縫鋼管做材料，轉軸的長度一般應控制在0.57.0m之間；過長易于撓曲變形，加工同心度也較難，更換盤片工作量大；要求轉軸的強度和剛度必須經過計算，否則盲目選材，易發生扭斷或磨斷。一般情況直徑介于5080mm之間。轉軸中心與槽內水面距離（b）與轉盤直徑（D）的比值（b/D）在0.050.15之間，一般取0.060.1。驅動裝置主要設備有電動機和減速器，以及齒輪和鏈條傳動裝置。動力設備有電力機械傳動，空氣傳動和水力傳動。多軸多級生物轉盤可分別由各自的驅動裝置帶動，也可以通過傳動裝置帶動34級轉盤轉動。轉盤的轉速直接影響處理效果，必須選定適度。轉速過高對設備有磨損，并要保證

52、足夠的機械強度，耗電高又因為轉速過高，盤面產生的剪切力大，生物膜易剝落。因此，轉盤轉速以0.83.0r/min為宜，外邊緣線速度以1518m/min為宜。3、接觸反應槽接觸反應槽外形應與轉盤材料外形相一致，一般為半圓形，以避免水流短流和污泥沉積。接觸反應槽壁與盤體邊緣凈距取值100mm，其底部可做成矩形或梯形。接觸反應槽一般建于地面上，也可以建于地下；當場地狹小時，為減小占地面積，反應槽可架空或修建在樓上，這種情況只適合小型設備。反應槽可用鋼板焊制，做好防腐處理；也可以用塑料板制成，也可以用鋼筋混凝土澆注，或者選用預制混凝土物件現場安裝。反應槽的容積按水位位于盤片直徑的40%處及軸長考慮。接觸反應槽底部應設排泥管和放空管及相應的閥門。出水形式多采用鋸齒形溢流堰。堰寬通過計算確定，堰口高度可設可調為宜。雙多級生物轉盤，接觸反應槽分為若干格，格與格之間設導流槽。三、 生物轉盤系統特征生物轉盤作為污水處理反應器，具有結構簡單、運轉安全、處理效果好、維護管理方便、運行費用低等優點，是因為其運行工藝和維護方面具有下面特征：1、處理污水成本較低。由于轉盤上的生物膜從水中進入空氣中時充分吸收了有機污染物，生物膜外側的附著水層可以從空氣中吸氧，接觸反應槽不