第5章污水好氧生物處理

—生物膜法水污染控制工程南京師范大學內容5.1生物膜法概述5.2生物濾池5.3生物轉盤5.4生物接觸氧化5.5生物膜法的進展（生物流化床、曝氣生物濾池、膜生物反應器）5.1概述生物膜法分為以下三類：1）潤壁型生物膜法廢水和空氣沿固定的或轉動的接觸介質表面的生物膜流過，如生物濾池和生物轉盤等；2）浸沒型生物膜法接觸濾料固定在曝氣池內，完全浸沒在水中，采用鼓風曝氣，如生物接觸氧化；3）流動床型生物膜法使附著有生物膜的活性炭、砂等小粒徑接觸介質懸浮流動于曝氣池中，如生物流化床。生物膜的結構及凈化機理

生物膜是指以附著在惰性載體表面生長的，以微生物為主，包含微生物及其產生的胞外多聚物和吸附在微生物表面的無機及有機物等組成，并具有較強的吸附和生物降解性能的結構。

構造：生物膜(好氧層＋兼氧層＋厭氧層)＋附著水層(高親水性)。組成：生物膜一般由細菌、真菌、原生動物、后生動物、藻類以及蠕蟲、昆蟲幼蟲組成。具體生物以菌膠團為主、輔以球衣菌、藻類等，含有大量固著型纖毛蟲（鐘蟲、等枝蟲、獨縮蟲等）和游泳型纖毛蟲（楯纖蟲、豆形蟲、斜管蟲等），它們起到了污染物凈化和清除池內生物（防堵塞）作用。污染物：分層降解。供氧：借助流動水層厚薄變化以及氣水逆向流動，向生物膜表面供氧。傳質與降解：有機物降解主要是在好氧層進行，部分難降解有機物經兼氧層和厭氧層分解，分解后產生的H2S，NH3等以及代謝產物由內向外傳遞而進入空氣中，好氧層形成的NO3

－N、NO2－N經厭氧層發生反硝化，產生的N2也向外而散入大氣中。生物膜更新：經水力沖刷，使膜表面不斷更新（DO及污染物），維持生物活性（老化膜固著不緊）。影響生物膜法污水處理效果的主要因素進水底物的組分和濃度營養物質有機負荷及水力負荷溶解氧生物膜量pH溫度有毒物質生物膜法污水處理特征1）微生物相方面的特征：

a、參與凈化反應微生物多樣化。與活性污泥法相比，膜法具有更好的生物多樣性，生物膜固著在載體上時間長或生物平均停留時間（泥齡）長，其除細菌廣泛存在外，世代時間長、比增殖速度小的微生物，如硝化菌等也大量存在，此外，絲狀菌，藻類眾多，線蟲、纖毛蟲、輪蟲以及昆蟲等也都較廣泛地存在。b、食物鏈長，污泥產率低。生物膜的生物中動物性營養所占比例較大，能棲息高營養水平的生物，其在捕食性纖毛蟲，線蟲之上還棲息有寡毛類和昆蟲，因而污泥少。c、能夠存活世代較長的微生物，在生物膜法中，θc與污水的停留時間無關，因此硝化細菌等可以增值（特別是在冬季低溫）。d、可分段運行，形成優勢微生物種群，提高降解能力。生物膜法污水處理特征2）工藝方面的特征：a、對水質水量變動有較強適應性——順水流方向形成了微生態系統。b、污泥沉降性能好，宜于固液分離。膜法污泥的生物組分中動物所占比重較大，含水率相對低，且剝落泥塊體積較大，故沉降性能好，宜固液分離。但若厭養層過厚，剝落污泥中有輕散顆粒，影響出水水質。c、能處理低濃度污水。生物膜能處理活性污泥法不能處理的低濃度污水和微污染的原水，使B0D5降至5-10mg/L。d、易于維護管理、節能。無污泥回流系統，甚至無曝氣系統，節能并易運行管理。生物膜法與活性污泥法相比：①活性污泥法系人工強化生物處理系統，生物量大，處理能力強，而膜法更趨于自然凈化原理。②活性污泥法為人工強化三相傳質，膜法趨向濃度差擴散傳質，傳質效果較活性污泥差，處理效率較活性污泥差。③適于工業廢水處理站和小規模生活污理廠。生物膜法反應動力學介紹微生物在載體上附著的一般過程生物膜反應動力學的幾個重要參數微生物在載體上附著的一般過程生物膜反應動力學的幾個重要參數5.2生物濾池生物濾池于1889年在勞倫斯實驗廠首先開始研究，1910年后期在美國開始了大規模的應用，20世紀70年代逐步被好氧法代替，隨著新型濾料的不斷誕生，生物濾池又得到了的改進，應用范圍不斷擴大。生物濾池的工作情況生物濾池機理

污水通過布水設備連續地、均勻地噴灑到濾床表面上，在重力作用下，污水以水滴的形式向下滲瀝，或以波狀薄膜的形式向下滲流。最后，污水到達排水系統，流出濾池。污水流過濾床時，有一部分污水、污染物和細菌附著在濾料表面上，微生物便在濾料表面大量繁殖，不久，形成一層充滿微生物的黏膜，稱為生物膜。這個起始階段稱為掛膜，是生物濾池的成熟期。掛膜污水流過成熟濾床時，污水中的有機污染物被生物膜中的微生物吸附、降解，從而得到凈化。生物膜表層生長的是好氧和兼性微生物，其厚度約2mm。在這里，有機污染物經微生物好氧代謝而降解，終點產物是H2O、CO2、NH3等。由于氧在生物膜表層已耗盡,生物膜內層的微生物處于厭氧狀態。在這里,進行的是有機物的厭氧代謝,終點產物是有機酸,乙醇、醛和H2S等。由于微生物的不斷繁殖，生物膜不斷加厚，超過一定厚度后，吸附有機物在傳遞到生物膜內層的微生物以前，已被代謝掉。此時，內層微生物因得不到充分的營養而進入內源代謝，失去其黏附在濾料上的性質，脫落下來隨水流出濾池，濾料表面再重新長出新的生物膜。生物濾池的工作情況生物濾池機理有機物轉化深度生物膜脫落原因真菌藻類原生動物后生動物一些肉眼可見的蠕蟲、昆蟲的幼蟲細菌（好氧、厭氧、兼性）低負荷濾池：原因復雜，昆蟲及其幼蟲的活動促使生物膜脫落。生物膜的組成高負荷濾池：水力沖刷使生物膜不斷脫落，生物膜厚度與濾率大小有關。低負荷濾池：有機物被深度轉化，出水中硝酸鹽含量較高，殘膜呈深棕色，類似腐殖質，沉淀性能較好。高負荷濾池：只有在負荷率較低時，出水才含有較低的硝酸鹽，殘膜易腐化。影響生物濾池性能的主要因素這些過程的發生和發展決定了生物濾池凈化污水的性能。影響這些過程的主要因素有：濾池高度負荷率回流供氧

生物濾池中有機物的降解過程

同時發生著多過程有機物在污水和生物膜中的傳質過程氧在污水和生物膜中的傳質過程生物膜的生長和脫落等過程有機物的好氧和厭氧代謝過程濾床影響生物濾池性能的主要因素——濾池高度

濾床上層,污水中有機物濃度較高,微生物繁殖速率高,種屬較低級,以細菌為主,生物膜量較多,有機物去除速率較高。

隨著濾床深度增加,微生物從低級趨向高級，種類逐漸增多,生物膜量從多到少。

濾床的上層和下層相比,生物膜量、微生物種類和去除有機物的速率均不相同。

濾床中的這一遞變現象，類似污染河流在自凈過程中的生物遞變。

當濾床各層的進水水質互不相同時,各層生物膜的微生物就不相同,處理污水的功能也隨之不同。濾床一、生物濾池的構造

生物濾池由濾床、布水裝置和排水系統三部分組成。池壁濾料布水系統排水系統1、濾床

濾床由濾料組成。濾料是微生物生長棲息的場所，理想的濾料應具備下述特性：①單位體積濾料的表面積要大；

能為微生物附著提供大量的表面積：②使污水以液膜狀態流過生物膜；③有足夠的空隙率，保證通風（即保證氧的供給）和使脫落的生物膜能隨水流出濾池；④物理化學性質穩定，對微生物的增殖無危害作用不被微生物分解，也不抑制微生物生長

；⑤有一定機械強度；⑥價格低廉。濾料1、濾料特性2、常見濾料3、濾料的重要參數粒徑比表面空隙率4、濾料的發展趨勢

早期主要以拳狀碎石為濾料，此外，碎鋼渣、焦炭等也可作為濾料，其粒徑在3～8cm左右，空隙率在45%一50%左右，比表面積（可附著面積）在65～100m2/m3之間。從理論上，這類濾料粒徑愈小，濾床的可附著面積愈大，則生物膜的面積將愈大，濾床的工作能力也愈大。但粒徑愈小，孔隙就愈小，濾床愈易被生物膜堵塞，濾床的通風也愈差，可見濾料的粒徑不宜太小。經驗表明在常用粒徑范圍內，粒徑略大或略小些，對濾池的工作沒有明顯的影響。60年代中期塑料工業發展起來以后，塑料濾料開始被廣泛采用。(圖1)和(圖2)是兩種常見的塑料濾料。圖2所示濾料。國內目前采用的玻璃鋼蜂窩狀塊狀濾料，孔心間距在20mm左右，孔隙率95%左右，比表面積在200m2/m3左右。環狀濾料比表面積在98-340m2/m3之間，空隙率為93%～95%波紋板狀濾料比表面積在81～195m2/m3之間，空隙率為93%一95%2、布水設備布水設備有固定式（圖）和可動式（圖）兩種。固定式布水裝置由虹吸裝置、饋水池、布水管道和噴嘴組成，噴水是間隙的，所以布水不均勻，配水的水頭要高，配水池也較高（配水面高0.9～2.1m），故目前應用較少。

可動式布水器組成及重要參數：水豎管和可旋轉的布水橫管組成，橫管可以是多根，布水小孔的直徑10～15mm，布水橫管距濾料表面的高度0.15～0.25m，噴水旋轉所需的水頭0.6～1.5m，布水器在水壓反推動力下旋轉。

旋轉布水器的特點：布水比較均勻，淋水周期短，水力沖刷作用強；缺點時噴水孔易堵，低溫時要采用防凍措施，僅適用于圓形池。旋轉布水器3、排水系統

排水系統的作用：收集濾床流出的污水與生物膜；保證通風；支撐濾料

排水系統組成：池子底面及開設于其上的溝渠。

重要參數：池子底面坡度(0.01～0.03)；排水溝坡度0.005～0.02。排水總渠坡度0.003～0.005。

重要提示：要保證不積淤流速(通常采用0.6m／s)，排水渠穿過池壁的地方，應設排水和通風孔洞，通風面積應不小于過水斷面。排水口可設于池壁的一側或數側，但通風口必須均勻分布于池壁的兩對邊或四周。二、生物濾池的工藝類型及典型應用生物濾池分為普通生物濾池、高負荷生物濾池和超負荷生物濾池（塔式生物濾池）。（一）普通生物濾池(低負荷濾池)

1．主要結構參數：（1）濾料一般為天然濾料：碎石、爐渣、卵石等（2）濾料高度1.3~1.8m

濾料直徑d=25~70mm

承托厚度0.2m，濾料總高1.5~2.0米（3）布水：采用固定式噴嘴布水系統

2．工藝設計參數：

水力負荷q=1~3（m3/m2d）;有機負荷Fw=0.1~0.25kgBOD5/m3d;BOD去除率80~95%;出水BOD<25mg/L,NO-3<10mg/L3.主要優缺點：優點：（1）處理效果較好（2）運行穩定，節約能源（3）操作方便，易維護管理缺點：占地面積大，僅適合＜1000m3/d以下小型污水處理廠；濾料易堵塞；易產生灰蠅，衛生條件差；噴灑污水，散發臭味。（二）高負荷生物濾池、回流式生物濾池、

塔式濾池（第二代工藝）1.結構特征：（同普通濾池）2.結構參數：工作層高1.8m濾料粒徑40~100mm

承托層0.2m粒徑70~100mm

通風方式為：自然通風和機械通風。布水裝置：多采用旋轉布水器3.工藝特征：有較高的水力負荷（一般為10~30m3/m2d）和有機負荷（0.8~1.2kgBOD5/m3·d）,較普通生物濾池提高數倍；池子體積小，占地面積省；抑制了灰蠅生長，改善了衛生條件；

BOD5去除率一般為75~90%；缺點：進水BOD5應＜200mg/L，出水BOD5＞30mg/L。

特點總結：1)BOD負荷高的濾池，生物膜增長快，對水力沖刷的要求也就迫切。增大水力沖刷的主要途徑是加大表面負荷，其辦法有二：一是增加濾料層高度，二是將處理后的廢水回流到生物濾池的進水中去。所以，低負荷生物濾池的濾料層高度通常只有2～3m左右，而且多不采用回流措施；塔式濾池的高度達20m之多，而且常采用回流措施。2)BOD負荷高的濾池，要求通風條件好，在采用自然通風的條件下，就要求濾料的孔隙率大和阻力小。所以，低負荷濾池的濾料粒徑較小(25～70mm)，高負荷濾池的濾料粒徑較大(40～100mm)，對于塔式生物濾池，最好采用塑料濾料。3)BOD負荷低的生物濾池的氧化分解程度就高，污泥量少而穩定，出水中有較高的溶解氧，有硝酸鹽，BOD5濃度可低于20mg/L；高負荷生物濾池的氧化分解程度低，污泥量多而不穩定，出水中溶解氧低，沒有或很少有硝酸鹽，BOD5濃度高于30mg／L，塔式生物濾池的情況可能更差些。2、組成系統初沉池、生物濾池、二次沉淀池組合而成，其組合型式有單級運行系統、多級運行系統和交替運行系統。生物濾池單級運行圖圖(a)為單級直流系統，多用于低負荷生物濾池圖(b)、(c)、(d)均為單級回流系統，多用于高負荷生物濾池。圖(b)的處理水回流至生物濾池前，用以加強表面負荷，又不加大初沉池的容積，但二次沉淀池要適當大些。圖(c)是生物濾池出水直接回流到生物濾池前，可加大表面負菏，又利用生物接種，促進生物膜更新，這個系統的兩個沉淀池都比較小。圖(d)是不設二次沉淀池，濾池出水回流到初沉池前，加強初沉池生物絮凝作用，促進沉淀效果。生物濾池多級運行圖理論依據：據實驗和分析多級運行系統，第一級生物濾池處理效率達70%，第二級處理效率可達20%，第三、四級的處理效率很低，在5%左右。應用：一般取兩級。圖(a)、(b)均為二級直流系統。二級串聯工作的生物濾池的優點是：濾層深度可適當減小，通風條件好，兩次灑水充氧，出水水質較好些。缺點：增加了提升泵，加大了占地面積。一般第一級生物濾池采用粒徑較大的濾料，后一級采用粒徑較小的濾料。圖(c)和(d)是二級回流系統。二級交替運行圖二級交流運行系統的每一生物濾池可交替作為一級和二級使用，循環往復，負荷率比一般二級系統提高2～3倍。思考題：如何選擇濾池類型和運行系統？工藝選擇：低負荷生物濾池的體積大、占地多、濾料的需要量大、易堵塞、常出現池蠅和臭味，僅在水量小的地區選用。目前大多數采用高負荷生物濾池。塔式生物濾池多用于工業有機廢水的處理。流程的選擇

在確定流程時，通常要解決的問題是：①是否設初次沉淀池；②采用幾級濾池；③是否采用回流，回流方式和回流比的確定。

當廢水含懸浮物較多，采用拳狀濾料時，需有初次沉淀池，以避免生物濾池阻塞。處理城市污水時，一般都設置初次沉淀池。

下述三種情況應考慮用二次沉淀池出水回流：①入流有機物濃度較高，可能引起供氧不足時；②水量很小，無法維持水力負荷率在最小經驗值以下時；③污水中某種污染物在高濃度時可能抑制微生物生長的情況下，應考慮回流。三、生物濾池的基本機理（一）

生物膜的形成及特點（二）

生物膜中的物質遷移（三）

生物膜凈化廢水的原理（一）生物膜的形成及特點1、生物膜定義：附著在構筑物掛膜介質上，并在其上生長和繁殖，由細胞內向外伸展的胞外多聚物使微生物細胞形成纖維狀的纏結結構。2、生物膜的形成：隨著微生物的不斷繁殖增長，廢水中懸浮物和微生物的不斷沉積，生物膜的厚度不斷增加，使生物膜的結構發生變化。膜的表面和廢水接觸，吸取營養和溶解氧容易，微生物生長繁殖迅速，形成了由好氧和兼性微生物組成的好氧層（1～2mm）。在其內部和介質接觸的部分，營養和溶解氧的供應條件差，微生物生長繁殖受到限制，好氧微生物難以生活，兼性微生物轉化為厭氧代謝方式，某些厭氧微生物恢復了活性，從而形成了由厭氧微生物和兼性微生物組成的厭氧層。厭氧層是在生物膜達到一定厚度時才出現的，隨著生物膜的增厚和外伸，厭氧層也隨著變厚。3、各膜層在不同類型的系統中的分布：低負荷的凈化系統，由于有機物氧化分解比較完全，生物膜的增長速度較慢，好氧層和厭氧層的界限并不明顯。高負荷的凈化系統，生物膜增長迅速，好氧層和厭氧層的分解比較明顯。4、處理過程：生物膜總是不斷地增長、更新、脫落的。5、生物膜脫落原因：水力沖刷、由于膜增厚造成重量的增大、原生動物的松動、厭氧層和介質的粘結力較弱等。其中以水力沖刷最為重要。6、技術處理：從處理要求看，生物膜的更新脫落是完全必要的。生物膜是生物處理的基礎，必須保持足夠的數量。一般認為，生物膜厚度介于2～3mm時較為理想。生物膜太厚，會影響通風，甚至造成堵塞。厭氧層一旦產生，會使處理水質下降，而且厭氧代謝產物會惡化環境衛生。（二）生物膜中的物質遷移處理過程中的物質轉移：進入池內的廢水沿膜面流動時，由于濃度差的作用，有機物會從廢水中轉移到附著水層中去，進而被生物膜所吸附。空氣中的氧→廢水→生物膜。微生物對有機物進行氧化分解和同化合成，產生的二氧化碳和其它代謝產物一部分溶入附著水層，一部分吸附到空氣中去，如此循環往復，使廢水中的有機物不斷減少，從而得到凈化。在向生物膜細菌供氧的過程中，由于存在著氣－液膜阻抗，因而速度甚慢。所以，隨著生物膜的厚度的增大，廢水中的氧將迅速地被表層的生物膜所耗盡，致使其深層因氧不足而發生厭氧分解。異常情況：若供氧不足，厭氧菌將起主導作用，不僅喪失好氧生物分解的功能，而且將使生物膜發生非正常的脫落。（三）生物膜凈化廢水的原理生物膜呈蓬松的絮狀結構，微孔多表面積大，具有很強的吸附能力。生物膜微生物以及吸附和沉積于膜上的有機物為營養料。增殖的生物膜脫落后進入廢水，在二次沉淀池中被截留下來，成為污泥。如果有機物負荷比較高，生物膜對吸附的有機物來不及氧化分解時，能形成不穩定的污泥，這類污泥需要進行再處理，其處理水的NO3-可在2mg/L左右，BOD5去除率為60～90%。若負荷低，廢水經過處理后，BOD5可以降到25mg/L以下，硝酸鹽（NO3-）含量在10mg/L以上。5.3生物轉盤一、生物轉盤的構造和凈化機理二、生物轉盤的設計計算三、生物轉盤的進展和應用一、生物轉盤的構造和凈化機理

生物轉盤構造及工作示意圖生物膜廢水BODO2O2CO2CO2進水出水轉動抽廢水處理槽轉盤生物轉盤的流程生物轉盤的工作特點

（1）不需曝氣和回流，運行時動力消耗和費用低；（2）運行管理簡單，技術要求不高；（3）工作穩定，適應能力強；（4）適應不同濃度、不同水質的污水；（5）剩余污泥量少，易于沉淀脫水；（6）沒有濾池蠅、惡臭、堵塞、泡沫、噪音等問題；（7）可多層立體布置；（8）一般需加開孔防護罩保護、保溫。1.單軸單級式2.單軸多級式3.多軸多級式生物轉盤的布置方式

1954年在聯邦德國的Heilbronn建成世界上第一座生物轉盤污水處理廠。生物轉盤的主要組成部分生物轉盤的構造轉動軸盤片廢水處理槽驅動裝置

盤片：高強度、輕質、耐腐蝕。直徑：2~3m，轉速2~3r/min，間距20~30mm。受材料、污水與膜的接觸均勻性、外緣膜易脫落等影響，直徑不可能做大。生物轉盤的構造

轉動軸：具有足夠的強度和剛度，防止斷裂和撓曲。直徑：50mm以上，長度0.5~7m。

處理槽：與盤片相吻合的半圓形或多邊形，凈空相距20~50mm，設排泥和放空管。

驅動裝置：機械驅動裝置；空氣驅動裝置；水輪驅動裝置。

生物轉盤的主體是垂直固定在水平軸上的一組圓形盤片和一個同它配合的半圓形水槽。

微生物生長并形成一層生物膜附著在盤片表面，約40%~50%的盤面（轉軸以下的部分）浸沒在廢水中，上半部敞露在大氣中。

工作時，廢水流過水槽，電動機轉動轉盤，生物膜和大氣與廢水輪替接觸，浸沒時吸附廢水中的有機物，敞露時吸收大氣中的氧氣。轉盤的轉動,,帶進空氣,,并引起水槽內廢水紊動,使溶解氧均勻分布。

生物膜的厚度約為0.5~2.0mm，隨著膜的增厚，內層的微生物呈厭氧狀態，失去活性時使生物膜脫落，并隨同出水流至二次沉淀池。生物轉盤的布置方式二、生物轉盤的設計計算1.轉盤總面積2.轉盤結構設計盤片：平板或波紋板，材質為聚乙烯硬質塑料、玻璃鋼、鋁合金等，直徑D=2.0-3.6m，厚度1-5mm。盤片間距：進水段25-35mm，出水段10-20mm。盤片周邊與反應槽內壁的距離：0.1D，不小于150mm。轉軸中心與水面距離不小于150mm。轉盤侵濕率40-45%轉盤轉速：0.8-3.0r/min，15-18m/min三、生物轉盤的進展和應用1.發展：用空氣驅動的生物轉盤、與沉淀池合建的生物轉盤、與曝氣池合建的生物轉盤、藻類轉盤等。2.應用：在我國主要用于處理工業廢水。3.優點：動力消耗低、抗沖擊負荷能力強、無需回流污泥、管理運行方便。4.缺點：占地面積大、散發臭氣、在寒冷地區需作保溫處理。5.4生物接觸氧化法一、生物接觸氧化池的構造二、生物接觸氧化池的設計計算接觸氧化池構造示例

生物接觸氧化法是一種浸沒曝氣式生物濾池，是曝氣池和生物濾池綜合在一起的處理構筑物，兼有兩者優點。生物接觸氧化法的特點

生物接觸氧化池的性能特征：

(1)具有較高的微生物濃度，一般可達10~20g/L；

(2)生物膜具有豐富的生物相，含有大量絲狀菌，形成了穩定的生態系統，污泥產量低；

(3)具有較高的氧利用率；

(4)具有較強的耐沖擊負荷能力；

(5)生物膜活性高；

(6)沒有污泥膨脹的問題。

缺點：濾床易堵塞和更換，運行費用較高。生物接觸氧化法的基本流程接觸氧化池的主要部分生物接觸氧化池的構造填料要求：比表面積大；空隙率大；水力阻力小；強度大；化學和生物穩定性好；能經久耐用。填料池底布水布氣裝置池底用于設置填料、布水布氣裝置和支撐填料的柵板和格柵。布氣管可布置在池子中心、側面和全池。接觸氧化池反應區的構造聚乙烯蜂窩填料聚乙烯蜂窩填料半軟性填料彈性立體填料軟性纖維填料軟性、復合填料YHT型彈性生物的環填料立體彈性填料漂浮填料SQC型絲球形懸浮填料生物接觸氧化法填料新型的纖維網狀填料生物填料框架框架與生物填料新型的三維立體網狀填料掛膜后的網狀填料曝氣裝置安裝生物接觸氧化池的設計計算1．生物接觸氧化池的有效容積（即填料體積）V式中：qv——平均日設計污水量，m3/d；ρs0

、ρse——分別為進水與出水的BOD5，mg/L；Nv——有機容積負荷率，kg(

BOD5)/(m3·d)(城市污水可用1.0～1.8)。2．生物接觸氧化池的總面積A和座數n式中：h0——填料高度，一般采用3.0m；A1——每座池子的面積,m2,一般<25m2。4.有效停留時間t

5.空氣量D和空氣管道系統計算式中：D0——1m3污水所需氣量，m3/m3，一般為15～20m3/m3。生物接觸氧化池的設計計算3.池深h式中：h1——超高，0.5～0.6m；

h2——填料層上水深，0.4～0.5m；

h3——填料至池底的高度，0.5～1.5m。5.5生物膜法的進展一、曝氣生物濾池二、生物流化床三、其他新型生物膜法工藝一、曝氣生物濾池

曝氣生物濾池(BiologicalAeratedFilter，BAF)是一種發展較快的新型生物處理技術，具有占地面積小，出水水質高，投資省，運行靈活方便，易于管理，抗沖擊負荷能力強等優點，不僅可以用于污水的二級和三級處理，而且還可用于微污染水源水預處理等。曝氣生物濾池技術將污水生物處理與深層過濾集于一身，充分體現了現代水處理工藝向復合、集成化發展的趨勢。曝氣生物濾池的原理曝氣生物濾池是在生物接觸工藝的基礎上，以濾池中填裝的粒狀填料(如陶粒、焦炭、石英砂等)為載體，以顆粒狀填料及其附著生長的生物膜為主要處理介質，充分發揮生物代謝作用，生物絮凝作用，物理過濾作用，膜及填料的物理吸附和截留作用，以及反應器內沿水流方向食物鏈的生物多級捕食作用，實現污染物在任一單元反應器內高效去除。（1）分區：緩沖配水區、承托層及濾料層、出水區（2）濾池池體：圓形、方形、矩形。

（3）承托層及濾料層：濾料3-5mm，比表面積大，微生物吸著能力強陶粒、焦炭等）（4）布水系統：配水室和濾板上的配水濾頭，或者采用管式大阻力配水系統；（5）配水室：緩沖配水區和濾板組成；（6）布氣系統：正常運行曝氣和反沖洗時曝氣；（7）反沖洗系統：采用氣水聯合反沖洗；（8）出水系統：周邊出水和單側堰出水等；（9）管道和自控系統組成：采用PL控制系統。曝氣生物濾池的結構（1）從投資費用看，曝氣生物濾池無需二沉池，水力負荷、容積負荷高，停留時間短，具有占地面積小，基建投資省；（2）從工藝效果上看，抗沖擊荷能力強，適應的溫度范圍廣，

且耐低溫；處理水質高，可滿足回用要求;勿需污泥回流，

無污泥膨脹；（3）從運行上看，易掛膜，啟動快；（4）從運行費用看，曝氣生物濾池氧傳輸效率高，曝氣量小，

供氧動力消耗低，處理單位污水電耗低；（5）該工藝自動化程度高，運行管理方便，可以單獨建立，也可以與其它工藝組合應用。曝氣生物濾池的工藝特點（6）對進水SS要求高，需要對SS進行預處理的工藝；進水濃度不能太高，否則易堵塞；（7）水頭損失較大，加上大部分都建于地面以上，進水提升水頭較大；（8）反沖洗是運行的關鍵，濾料反洗不充分，易引起結團現象，導致工藝運行失效；（9）產泥量略大于活性污泥法，污泥穩定性差。曝氣生物濾池的工藝特點曝氣生物濾池的分類按水流方向分下向流BAF上向流BAFBIOCARBONE工藝屬早期曝氣生物濾池，其缺點是負荷不夠高，且大量被截留的SS集中在濾池上端幾十厘米處，此處水頭損失占整個濾池水頭損失的絕大部分。同時納污能力不強，容易堵塞，運行周期短。下向流BAF（BIOCARBONE

）

BIOFOR工藝具有氧化降解、生物絮凝吸附、截留懸浮物的功能，集生物作用與固液分離作用于一身，不需后設二沉池。曝氣裝置設于整個濾料下面濾料在過濾時呈壓實狀態。氣水同向流（上向流），并以較高的濾速過濾采用氣水聯合反沖洗，主要依賴氣體的擦洗作用，反沖洗時濾料基本不膨脹。反沖污泥最終回流入初沉池。上向流BAF（BIOFOR）運行反洗上向流BAF運行過程ononoffoffoff工作狀態停止上向流BAF工作狀態ononoffoffoff工作狀態停止上向流BAF工作狀態ononoffoffoff工作狀態停止上向流BAF工作狀態onononoffoff反洗狀態停止上向流BAF反洗狀態onononoffoff反洗狀態停止上向流BAF反洗狀態onononoffoff反洗狀態停止上向流BAF反洗狀態onononoffoff反洗狀態停止上向流BAF反洗狀態

BIOSTYR采用了新型輕質懸浮濾料Biostyrene（主要成分是聚苯乙烯）；并且將濾床分為兩部分，上部分為曝氣的生化反應區，下部分為非曝氣的過濾區，可以進行反硝化脫氮。上向流BAF（BIOSTYR）曝氣生物濾池的主要工藝設計參數二、生物流化床

生物流化床處理技術是借助流體（液體、氣體）使表面生長著微生物的固體顆粒（生物顆粒）呈流化態，同時進行去除和降解有機污染物的生物膜法處理技術。

生物流化床是70年代開始應用于污水處理的一種高效的生物處理工藝。流態化原理美國Ecolotrol公司1973—1975年研制成功的HyFlo生物流化床床層的三種狀態固定床階段流化床階段液體輸送階段流態化原理

當液體以很小的速度流經床層時，固體顆粒處于靜止不動的狀態，床層高度也基本維持不變，這時的床層稱固定床。固定床階段

上圖中的ab段：液體通過床層的壓力降△p隨空塔速度v的上升而增加，呈冪函數關系，在雙對數坐標圖紙上呈直線。

上圖中的b點：液體濾速增大到壓力降△p大致等于單位面積床層重量，固體顆粒間的相對位置略有變化，床層開始膨脹，固體顆粒仍保持接觸且不流態化。

流化床階段

當液體流速大于b點流速，床層不再維持于固定狀態，顆粒被液體托起而呈懸浮狀態，且在床層各個方向流動，在床層上部有一個水平界面，此時由顆粒所形成的床層完全處于流化態狀態，這類床層稱流化床。

上圖中的bc段：流化層的高度h是隨流速上升而增大，床層壓力降△p則基本不隨流速改變。

b點的流速vmin是達到流態化的起始速度，稱臨界流態化速度。臨界速度值隨顆粒的大小、密度和液體的物理性質而異。液體輸送階段

當液體流速提高至超過c點后，床層不再保持流化，床層上部的界面消失，載體隨液體從流化床帶出，這階段稱液體輸送階段。在水處理工藝中，這種床稱“移動床”或“流動床”。

上圖中的c點的流速vmax稱顆粒帶出速度或最大流化速度。

流化床的正常操作應控制在vmin和vmax之間。流化床的類型

根據生物流化床的供氧、脫膜和床體結構的不同，好氧生物流化床主要有兩種類型：兩相生物流化床三相生物流化床兩相生物流化床這類流化床是在流化床體外設置充氧設備與脫膜裝置，以對微生物充氧并脫除載體表面的生物膜。以純氧為氧源時，充氧后水中溶解氧可達30～40mg/L；以壓縮空氣為氧源時，水中溶解氧一般低于9mg/L。當一次充氧不能提供足夠的溶解氧時，可采用處理水回流循環。回流比R可以根據氧量平衡計算來確定：式中：S0、Se——分別為進水和出水BOD5濃度，mg/L；DO0、DOe

——分別為進水和出水的溶解氧濃度，mg/L；

D

——去除每千克BOD5所需的氧量,kg/kg,對于城市污水，D=1.2~1.4kg/kg；

Q——廢水水量,m3/d。三相生物流化床

三相流化床設備較簡單，操作亦較容易，此外，能耗也較二相流化床低。

三相生物流化床是氣、液、固三相直接在流化床體內進行生化反應，不另設充氧設備和脫膜設備，載體表面的生物膜依靠