水污染控制工程-第八章-生物膜法1(已修改)
2024-10-28 17:59 本頁(yè)面
【正文】 第八章 污水的好氧生物處理—生物膜法,第一節(jié) 生物膜法的歷史及其發(fā)展 一．微生物在水中存在的狀態(tài) 微生物在自然界到處存在，如水中、土壤中等，如細(xì)菌、原生動(dòng)物、后生動(dòng)物等，組成了一條食物鏈。例如在水中微生物多以懸浮狀態(tài)存在（例如糞水曝氣現(xiàn)象），而在土壤中多以固著狀態(tài)存在（例如青苔）。這些微生物在馴化后可作為降解污水中有機(jī)物的專有微生物。這些微生物有的是厭氧的，有的是好氧的，所以利用這兩種類型的微生物來(lái)處理污水就派生了兩大類污水生物處理類型—好氧工藝和厭氧工藝。 二．好氧工藝的分類 根據(jù)好氧微生物的生長(zhǎng)狀態(tài)，好氧工藝可細(xì)分為以下兩部分： 1.好氧懸浮生長(zhǎng)工藝→活性污泥法 2.附著生長(zhǎng)工藝→生物膜法 兩種工藝微生物生存狀態(tài)不同，各派生出多種不同工藝流程。,?,三．生物膜法的歷史及其發(fā)展 十九世紀(jì)末，國(guó)外研究人員在研究土壤凈化污水的過(guò)濾田基礎(chǔ)上，創(chuàng)造了生 物過(guò)濾法，即生物膜法的前身。三個(gè)例證： 1． 1865年德國(guó)杰出的科學(xué)家Alexandex Mueller發(fā)現(xiàn)帶有活著的微生物的土壤過(guò)濾柱可以凈化污水。 2． 1868年英國(guó)Edward Frankland 發(fā)現(xiàn)了填裝有各種卵石、砂和土壤的過(guò)濾柱具有凈化污水的作用，他的工作建立在過(guò)濾凈化過(guò)程中曝氣的作用。 3． 1893年，英國(guó)進(jìn)行將污水在粗濾料上噴灑進(jìn)行凈化的試驗(yàn)取得了良好的凈化效果，作為生物膜反應(yīng)器的生物濾池開(kāi)始問(wèn)世，并從此開(kāi)始用于污水處理的實(shí)踐。 依據(jù)上述研究，歐美國(guó)家漸漸開(kāi)始采用這種過(guò)濾方法來(lái)凈化污水。當(dāng)時(shí)由于美國(guó)的土壤滲透性要比歐洲好，且土地價(jià)格便宜，故多采用土壤過(guò)濾；而在歐洲則普遍采用較粗糙的過(guò)濾填料如碎焦碳、鋼渣等工業(yè)化的副產(chǎn)品來(lái)凈化污水，最后發(fā)展成了滴濾池—最經(jīng)典的生物膜法。,?,四. 生物膜法的凈化過(guò)程及分類,在生物膜法中，微生物附著在載體表面生長(zhǎng)而形成膜狀，當(dāng)污水流經(jīng)載體表面和生物膜接觸過(guò)程中，污水中的有機(jī)污染物即被微生物吸附、穩(wěn)定和氧化，最終轉(zhuǎn)化為H2O、CONH3和微生物細(xì)胞物質(zhì)，污水得到凈化。自二十世紀(jì)70年代以來(lái)，生物膜法引起了廣大研究者和工程師們的極大興趣，于是屬于生物膜法的塔式生物濾池（好氧或厭氧濾池）、生物轉(zhuǎn)盤、生物接觸氧化法、曝氣生物濾池等得到了較多的研究和工程應(yīng)用。,?,第二節(jié) 生物膜法類型及技術(shù)現(xiàn)狀,在20世紀(jì)20～30年代，國(guó)外開(kāi)始建造了許多生物膜反應(yīng)器系統(tǒng)，其主要形式就是生物濾池。其特點(diǎn)是生物量高和凈化效果較好，但其水力負(fù)荷和有機(jī)負(fù)荷均較低、環(huán)境衛(wèi)生條件也較差、處理構(gòu)筑物占地面積較大且有可能被脫落的生物膜堵塞等缺點(diǎn)， 在40～50年代生物濾池有逐漸被活性污泥法取代的趨勢(shì)。在此期間，作為生物濾池的填料主要是碎石、卵石、爐渣和焦碳等實(shí)心拳狀的無(wú)機(jī)天然材料，一般具有比表面積小和孔隙率低等缺點(diǎn)。 到了60年代，新型的有機(jī)合成材料開(kāi)始大量生產(chǎn)，如的波紋板狀、列管狀和蜂窩狀等有機(jī)人工合成填料，其比表面積和孔隙率大大增加，再加上環(huán)境保護(hù)對(duì)水質(zhì)要求的進(jìn)一步提高，生物膜反應(yīng)器獲得了新的發(fā)展。 到了70年代，除了普通生物濾池（Trick Filters，也稱為滴濾池）外，生物轉(zhuǎn)盤（RBC）、淹沒(méi)式生物濾池（Submerged Biofilm Reactor）和生物流化（Fluidised Bed）技術(shù)都得到了比較多的研究和應(yīng)用。 近年來(lái)，生物膜反應(yīng)器以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)更受廣大研究者和工程師們的關(guān)注，又涌現(xiàn)出大量新型的單一或復(fù)合式生物膜反應(yīng)器（Hybrid bio—reactors），如微孔膜生物反應(yīng)器、氣提式生物膜反應(yīng)器、移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器、復(fù)合式活性污泥生物膜反應(yīng)器、序批式生物膜反應(yīng)器、升流式厭氧污泥床—厭氧生物濾池（UASB—AF）、曝氣生物濾池及附著生長(zhǎng)穩(wěn)定塘等等。 由此可見(jiàn)，生物膜反應(yīng)器發(fā)展迅速，由單一到復(fù)合，有好氧亦有厭氧，逐步形成了一套較完整的污水生物處理工藝系列。,?,一. 生物膜反應(yīng)器的類型與技術(shù)現(xiàn)狀 根據(jù)生物膜反應(yīng)器附著生長(zhǎng)載體的狀態(tài)，生物膜反應(yīng)器可以劃分為固定床和流動(dòng)床兩大類。 在固定床中，微生物的載體固定不動(dòng)，在反應(yīng)器內(nèi)的相對(duì)位置基本不變；而在流動(dòng)床中，附著生長(zhǎng)載體不固定，在反應(yīng)器內(nèi)處于連續(xù)流動(dòng)的狀態(tài)。基于操作時(shí)是否有氧氣的參與，分為好氧狀態(tài)、或者缺氧和厭氧狀態(tài)。 生物膜反應(yīng)器的類型可系統(tǒng)劃分如下：,?,1. 生物濾池 生物濾池是生物膜反應(yīng)器的最初形式，現(xiàn)生物濾池已由原來(lái)承受較低負(fù)荷的普通生物濾池逐步發(fā)展成為承受較高負(fù)荷的高負(fù)荷生物濾池、塔式生物濾池以及最新研制成功并投入運(yùn)行的曝氣生物濾池， 2． 生物轉(zhuǎn)盤 生物轉(zhuǎn)盤亦稱旋轉(zhuǎn)生物接觸器（RBC），是由一系列平行的旋轉(zhuǎn)圓盤、轉(zhuǎn)動(dòng)橫軸、電機(jī)及減速裝置和氧化槽等部分組成。當(dāng)圓盤面積的40～50%浸沒(méi)于污水時(shí)，盤片上的生物膜吸附污水中的有機(jī)物，圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)離開(kāi)污水，生物膜上的固著水層從空氣中吸收氧，被吸附的有機(jī)物在微生物酶的作用下氧化分解，從而使污水得到凈化，此種操作的稱之為好氧生物轉(zhuǎn)盤。當(dāng)圓盤面積浸沒(méi)于污水中時(shí)，由于沒(méi)有吸氧過(guò)程，圓盤盤片僅是微生物的附著生長(zhǎng)載體，此種操作的稱之為厭氧生物轉(zhuǎn)盤。,?,3． 生物接觸氧化法 1971年在日本首創(chuàng)，在池內(nèi)充填一定密度的填料，污水浸沒(méi)全部填料并與填料上的生物膜廣泛接觸，在微生物新陳代謝功能的作用下，污水中的有機(jī)物得以去除，污水得以凈化。淹沒(méi)式生物濾池多在好氧狀態(tài)下運(yùn)行，充氧方式可以是污水預(yù)先充氧曝氣再流經(jīng)填料，也可以是在池內(nèi)設(shè)有人工曝氣裝置。 4． 生物流化床 生物流化床用于污水處理領(lǐng)域始于70年代初期并率先在美國(guó)和日本進(jìn)行廣泛的研究與應(yīng)用。所謂生物流化床，就是以砂和活性炭等顆粒物質(zhì)為載體填充于生物反應(yīng)器內(nèi)，因載體表面附著生長(zhǎng)著生物膜而使其質(zhì)變輕，當(dāng)污水以一定流速?gòu)南孪蛏狭鲃?dòng)時(shí)，載體便處于流化狀態(tài)。按照載體流動(dòng)的動(dòng)力來(lái)源的不同，生物流化床一般可分為以液流為動(dòng)力的流化床和以氣流為動(dòng)力的三相流化床兩大類。在兩相流化床中，按照進(jìn)入流化床的污水是否預(yù)先充氧曝氣，床體可處于好氧狀態(tài)和厭氧狀態(tài)。,?,5． 復(fù)合式生物膜反應(yīng)器 復(fù)合式生物膜反應(yīng)器是近些年來(lái)發(fā)展較快、引起研究者極大興趣的復(fù)合式處理工藝，這些反應(yīng)器將各單一操作的優(yōu)點(diǎn)復(fù)合在一起，使反應(yīng)器的凈化功能極大提高。有代表性且進(jìn)行深入研究或應(yīng)用的
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