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                友 源 環(huán) 保

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                生物接觸氧化法知識點(diǎn)

                1



                生物接觸氧化法的基本原理


                1、生物接觸氧化法的特點(diǎn)


                生物接觸氧化法是生物膜法的一種形式。它是在生物濾池法的基礎上發(fā)展起來(lái)的,從生物膜固定和污水流動(dòng)來(lái)說(shuō),相似于生物濾池法。從污水充滿(mǎn)曝氣池和采用人工曝氣看,它又相似于活性污泥法。所以,生物接觸氧化法兼有生物濾池法和活性污泥法的特點(diǎn)。


                實(shí)踐表明,生物接觸氧化法具有BOD負荷高,處理時(shí)間短,占地面積小,不需污泥回流,不產(chǎn)生污泥膨脹,運轉比較靈活,維護管理方便等一系列優(yōu)點(diǎn),因此,是一種有發(fā)展前途的處理方法。


                2、生物膜對廢水的凈化作用


                在生物接觸氧化法中,微生物主要以生物膜的狀態(tài)固著(zhù)在填料上,同時(shí)又有部分絮體或碎裂生物膜懸浮于處理水中。生物接觸氧化池中的生物膜重量,比曝氣池內懸浮活性污泥的重量大得多,一般生物膜重量為6000-14000mg/L,而氧化池中呈懸浮狀的微生物(活性污泥)濃度一般為200-1000 mg/L。由此,可粗略地用生物膜重量表示生物接觸氧化法中的微生物重量,用生物膜濃度表示微生物濃度。


                附著(zhù)在填料表面的生物膜對廢水的凈化作用:


                最初,稀疏的細菌附著(zhù)于填料表面,隨著(zhù)細菌的繁殖逐漸形成很薄的生物膜。在溶解氧和食料(有機物)都充足的條件下,微生物的繁殖十分迅速,生物膜逐漸加厚。生物膜的厚度通常為1.5-2.0mm,其中外表面到1.5 mm深處為好氣菌,1.5 mm深處到內表面與填料壁相接的部分為弱厭氣菌。


                廢水中的溶解氧和有機物擴散到生物膜內為好氣菌利用。但是,當生物膜長(cháng)到一定厚度時(shí),溶解氧無(wú)法向生物膜內擴散,好氣菌死亡、溶化,而內層的厭氣菌得以繁殖發(fā)展。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后,厭氣菌在數量上亦開(kāi)始下降,加上代謝氣體的逸出,使內層生物膜出現許多空隙,附著(zhù)力減弱,終于大塊脫落。在生物膜脫落的填料表面上,新的生物膜又重新生長(cháng)發(fā)展。實(shí)際上,新陳代謝過(guò)程在生物接觸氧化池中生物膜發(fā)展的每一個(gè)階段都是同時(shí)存在著(zhù)的,這樣就使其去除有機物的能力保持在一個(gè)水平上。


                3、流態(tài)


                生物接觸氧化法的固定生物膜與一般的生物膜不同。在氧化池中采用曝氣方式,不僅提供較充分的溶解氧,而且由于曝氣攪動(dòng)加速了生物膜的更新,從而更加提高膜的活力與氧化能力。另外,曝氣會(huì )形成水的紊流,使固著(zhù)在填料上的生物膜可以連續地、均勻地與污水相接觸,避免生物濾池中存在的接觸不良的缺陷。


                對于接觸氧化池的單池(或單格)來(lái)說(shuō),其流態(tài)是一種混合型,各點(diǎn)水質(zhì)比較均勻,各部分的工況基本一致,具有完全混合型的特點(diǎn)。


                對于將氧化池分格按照推流式設置的接觸氧化池來(lái)說(shuō),則全池又具有推流式活性污泥法的特點(diǎn)。由于按推流式設置時(shí),水在池子內不斷地沿著(zhù)池的縱向逐步推流至出口,使生物膜上的微生物與污水中的有機物得到充分混合和接觸,從而使污水逐漸凈化。全池的水質(zhì)是有變化的,進(jìn)水端COD值最大,以后逐漸減小,出口端最小。


                4、生物相及其演化規律


                生物接觸氧化法生物膜上的生物相是豐富的,起作用的微生物包括許多門(mén)類(lèi),由細菌、真菌、原生動(dòng)物、后生動(dòng)物組成比較穩定的生態(tài)系。


                (1)細菌類(lèi)


                生物相中數量最多的是細菌。它們的形態(tài)有:


                ①游離菌


                大多為體形較小的桿狀菌,有時(shí)也可能是比較大型而自身又能運動(dòng)的螺旋菌。細菌的種屬因處理的污水種類(lèi)不同而異,一般生長(cháng)繁殖的細菌有無(wú)色桿菌屬、假單孢菌屬、芽孢桿菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬等。它們多數在掛膜培菌初期出現,然后消失。


                ②菌膠團


                它是低等細菌建立的膠粘物,有良好的吸附能力,對被粘附的有機物加以分解利用,使有機物無(wú)機化。菌膠團多半呈垂絲狀,也有呈蘑菇狀、分枝狀。


                ③絲狀菌


                這是由低等細菌密切結合的高等細菌。絲狀菌多數是真菌球衣細菌,是生物膜中起重要作用的微生物。它們的菌絲體較長(cháng),常呈亂發(fā)狀。絲狀菌的繁殖和廢水的硝化有著(zhù)密切聯(lián)系。在生物接觸氧化法中,絲狀菌是固著(zhù)在填料表面上的,它的繁殖不僅不會(huì )引起活性污泥法中的那種污泥膨脹,反而使出水水質(zhì)變好。


                (2)真菌類(lèi)


                生物膜中的真菌主要是鐮刀霉菌、地霉菌和各類(lèi)酵母菌等。真菌對某些人工合成的有機物(如丙烯腈等)有一定降解能力。


                (3)原生動(dòng)物


                在正常運行和生物膜降解能力良好時(shí),生物相中占優(yōu)勢的原生動(dòng)物以固著(zhù)性的纖毛蟲(chóng)為主,如鐘蟲(chóng)、小口鐘蟲(chóng)、等枝蟲(chóng)、蓋纖蟲(chóng)、無(wú)柄鐘蟲(chóng)等。有時(shí)也有游泳性纖毛蟲(chóng),如草履蟲(chóng)、豆形蟲(chóng)、漫游蟲(chóng)等。


                運行穩定時(shí),生物膜上的生物相也是相對穩定的,細菌和原生動(dòng)物之間存在著(zhù)制約關(guān)系。一方面,原生動(dòng)物纖毛蟲(chóng)吞噬細菌,抑制細菌群體的蔓延;另一方面,細菌被破壞后,又不斷繁殖生長(cháng),這就需要以廢水中的大量有機物作為食料,從而凈化了廢水。所以,原生動(dòng)物纖毛蟲(chóng)特別是鐘蟲(chóng)、等枝蟲(chóng)、蓋纖蟲(chóng)是生物接觸氧化系統運轉良好的有價(jià)值的指示性生物。


                在運行時(shí),若有機物負荷或營(yíng)養狀況有較大變化,則原生動(dòng)物中的固著(zhù)性鐘蟲(chóng)、等枝蟲(chóng)突然消失,絲狀菌稀少,菌膠團結構松散,而游泳性草履蟲(chóng)、鐘蟲(chóng)游泳體大量出現,出水水質(zhì)變差;反之,若原來(lái)出水水質(zhì)較差,一旦出現鐘蟲(chóng)、等枝蟲(chóng)、絲狀菌叢生,菌膠團結構緊密,而游泳性纖毛蟲(chóng)減少,則說(shuō)明環(huán)境條件有了改善,出水水質(zhì)變好。


                (4)后生動(dòng)物


                與活性污泥法不同的是,在生物接觸氧化法中的生物膜上存在著(zhù)大量的后生動(dòng)物如輪蟲(chóng)、線(xiàn)蟲(chóng)、紅斑瓢體蟲(chóng)。這些是以食死肉為主的動(dòng)物,能軟化生物膜,促進(jìn)生物膜脫落,從而經(jīng)常保持活性和良好的凈化功能。當輪蟲(chóng)等后生動(dòng)物數量多且活躍,個(gè)體肥大,則處理后出水水質(zhì)好;反之,則處理效果差。一旦發(fā)現生物呆滯,個(gè)體死亡,則預示著(zhù)處理效果急劇下降。



                2

                影響處理效果的因素


                1、進(jìn)水水質(zhì)


                ①PH值


                環(huán)境條件對生物處理的影響是重要的,有時(shí)甚至是決定性的。其中PH值是重要的環(huán)境因素之一。


                對于大多數細菌來(lái)說(shuō),雖然PH的最廣范圍為4-10,但是由于異常的PH值會(huì )損害細胞表面的滲透功能和細胞內部的酶反應,因此適宜的PH值范圍應為6-8。


                在污水處理中,特別是在工業(yè)廢水處理中,污水的PH值往往不能適應微生物的生長(cháng)繁殖。此時(shí),當在培菌馴化時(shí)考慮到PH值因素,并使PH值逐漸偏于某一側,那么,即使在較高的堿性和酸性條件下,也能夠使整個(gè)經(jīng)過(guò)馴化的微生物群體具有一定的凈化能力。


                運行實(shí)踐表明,生物接觸氧化法對PH值的適應性比較強,當污水的PH值為8-9時(shí),微生物仍然有適應能力,對處理效果沒(méi)有多大影響。因此,生物接觸氧化池進(jìn)水PH值可為6.5-9.0。否則,應考慮預先的PH調整措施。


                ②水溫


                在生物接觸氧化池中接觸停留時(shí)間較短,因此處理過(guò)程中污水受氣溫的影響不大,主要起作用的是水溫。


                溫度對生物處理有一定的影響。一般地,溫度高,微生物活力強,新陳代謝旺盛,氧化與呼吸作用強,處理效果較好。但溫度過(guò)高,會(huì )抑制通常的嗜中溫微生物的生長(cháng)。同樣,溫度過(guò)低,微生物的生命活動(dòng)受到抑制,處理效果受到影響。


                為了保持基本正常運行,生物接觸氧化池的進(jìn)水水溫宜控制在10-35℃之間。


                ③硫化物及其它有害物質(zhì)


                污水中的大量硫化物對生物接觸氧化法處理是有害的。一是,硫化物是還原劑,要消耗生物接觸氧化池中的大量溶解氧;二是,硫化物在充氧作用下,易產(chǎn)生難聞的硫化氫氣體;三是,硫化物對微生物代謝過(guò)程有抑制作用。為此,生物接觸氧化池進(jìn)水中的硫化物含量應在30mg/L以下。


                其它有害物質(zhì)的情況,在此從略。


                2、有機負荷


                有機負荷是反映生物接觸氧化法凈化效能的主要指標。它通常用單位容積填料的污染物(BOD)負荷量來(lái)表示,即


                BOD負荷=單位時(shí)間內供給生物膜的有機物數量(BOD)÷填料總容積單位:Kg BOD/(m3·d)


                ①BOD負荷同被處理水的污染物質(zhì)有關(guān)


                處理對象不同,BOD負荷亦不同。易于生物降解的污水,例如城市污水、酵母廢水等,BOD負荷較高。而可生化性較低的廢水,如印染廢水等,BOD負荷較低。


                ②BOD容積負荷與處理水水質(zhì)亦有密切關(guān)系


                實(shí)踐表明,在一定范圍內,出水BOD愈高,則BOD容積負荷也愈高;出水BOD愈低,則BOD容積負荷也就愈低。在保持相同處理水水質(zhì)的情況下,允許的BOD容積負荷愈高,則證明處理設備效率愈高。


                ③BOD容積負荷的實(shí)際取值范圍


                對于可生化性較高的有機廢水,如城市污水、食品工業(yè)廢水等,BOD容積負荷宜取1.0-3.0Kg BOD/(m3·d);對于可生化性較差的廢水,如印染廢水等, BOD容積負荷取0.5-1.0Kg BOD/(m3·d)更為穩妥。


                3、接觸停留時(shí)間


                ①接觸停留時(shí)間同處理效果有很大關(guān)系


                在相同的進(jìn)水水質(zhì)條件下,若接觸停留時(shí)間愈長(cháng),則處理水BOD值愈低,處理效果亦就愈好;反之亦然。


                這是因為,微生物對有機物的轉化過(guò)程同微生物機體的化學(xué)過(guò)程緊密地聯(lián)系著(zhù)。不論是將復雜的有機物分解氧化成簡(jiǎn)單的無(wú)機物,還是將比較簡(jiǎn)單的無(wú)機物合成復雜的細胞物質(zhì),都需要一定時(shí)間。特別是被吸附與附著(zhù)在生物膜上的有機物經(jīng)氧化分解和細胞合成作用全部轉化為穩定物質(zhì)(有機物無(wú)機化)所需時(shí)間較長(cháng),一般為數小時(shí)乃至數十天。因此,處理效果對接觸停留時(shí)間的依賴(lài)性很大。


                ②接觸停留時(shí)間同所采用的處理工藝流程有關(guān)


                在原水水質(zhì)和處理水質(zhì)都相同的條件下,一段法同多段法相比較,所需要的接觸停留時(shí)間是不相同的。一般地,二段法或多段法的總接觸停留時(shí)間短于一段法。


                對于BOD濃度較低的城市污水,宜采用二段法工藝流程,總接觸停留時(shí)間1.0-3.0h,一氧池接觸停留時(shí)間約占總接觸停留時(shí)間的2/3,二氧池約占1/3。


                對于中等濃度的工業(yè)廢水(如BOD濃度為150-300mg/L),接觸停留時(shí)間宜采用3-6h。


                對于高濃度的工業(yè)廢水(BOD濃度為500mg/L以上),接觸停留時(shí)間宜采用8-16h。



                3

                填料選擇


                (1)填料的作用及要求


                填料是生物膜的載體,同時(shí)兼有截留懸浮物質(zhì)的作用。因此載體填料是氧化池的關(guān)鍵,直接影響著(zhù)生物接觸氧化法的效能。同時(shí),載體填料費用在生物接觸氧化處理系統的基建費用中又占較大比重,所以填料關(guān)系到接觸氧化技術(shù)的經(jīng)濟合理性。


                通常,對載體填料的要求是:


                ①生物膜的附著(zhù)性


                表面粗糙度是能否很快形成初期生物膜的主要因素。表面粗糙度大,掛膜快;表面粗糙度小,掛膜慢。


                生物膜附著(zhù)還同微生物和載體填料表面的靜電作用有關(guān)。一般微生物常帶負電,若填料表面的電位愈高,則可以推測生物膜附著(zhù)愈易;反之亦然。由于微生物可以視為親水性粒子,所以在親水性填料表面易附著(zhù)微生物。于是,有的塑料填料在使用前先進(jìn)行了提高表面親水性處理。


                ②水力學(xué)特性


                載體填料的水力學(xué)特性包括空隙率、比表面積、形狀尺寸、填充率等?障堵视绊懰膶(shí)際停留時(shí)間和生物膜量?障堵视,氧化池阻力愈小,同時(shí)需要填料少,降低造價(jià)。但是,空隙率高時(shí)機械強度和比表面積都比較小。比表面積影響氧化池單位容積的生物膜量。


                若載體填料的比表面積大,則不僅對溶解性底質(zhì),而且對懸浮物質(zhì)的去除效果較好。但是,比表面積大的填料帶來(lái)的問(wèn)題是,流經(jīng)填料內的水流阻力增大,能量消耗隨之增大,同時(shí)易于堵塞填料。為了防止堵塞,就要提高反沖洗強度,這樣使原生動(dòng)物、后生動(dòng)物受到?jīng)_刷,微生物的食物鏈變短,產(chǎn)生的剩余污泥量就大。因此,一般固定床氧化法載體填料的比表面積宜在一至數個(gè)100m2/m3之間。


                填料的形狀尺寸除了同空隙率和比表面積密切相關(guān)以外,也是影響填料間水流態(tài)的重要因素,一般用雷諾數Re表示。Re小于2000為層流,大于2000為紊流。若填料間紊流愈甚,則水與生物膜接觸效率愈高,生物膜更新愈快,增大了去除污染物質(zhì)的能力。但是,為了提高Re,勢必要增大流速,從而增大能量消耗。若比表面積小,則Re值大,提高單位生物膜表面積的凈化效率。因此,從這一點(diǎn)考慮,則采用比表面積小的填料是有利的。


                若空隙率大、比表面積大、形狀尺寸均一,則水流阻力;反之亦然。從節能觀(guān)點(diǎn)來(lái)看,填料間的水流阻力愈小愈好,這是一個(gè)方面。但另一方面由于填料自身具有整流作用,阻力愈大,則填料內流速分布比較均一,因此克服氧化池內流速偏差是有效的。


                ③經(jīng)濟性


                影響填料成本的主要因素是材質(zhì)、填料形狀與厚度、加工工藝過(guò)程等。不言而喻,采制價(jià)格低廉、厚度小、加工工藝簡(jiǎn)單,則成本低。


                當建設資金充足時(shí),可以考慮一次性采用性能好、使用壽命長(cháng)而價(jià)格又較貴的填料;若建設資金比較短缺時(shí),建議可以先使用性能良好、價(jià)格低廉的填料,如軟性纖維填料,以滿(mǎn)足污水處理的需要,而以后再逐漸更換成其它更為理想的填料。


                (2)種類(lèi)


                載體填料按形狀分,有:蜂窩管狀、束狀、波紋狀、圓環(huán)輻射狀、盾狀、板狀、網(wǎng)狀、筒狀、不規則粒狀等;按性狀分,有:硬性、半軟性、軟性;按材質(zhì)分,有:塑料、玻璃鋼、纖維填料等。



                4

                供氣量和曝氣充氧設備


                (1)供氣的作用


                ①充氧


                生物接觸氧化法主要是利用好氣性細菌完成生物凈化作用。微生物的氧化、合成和內源呼吸全部需要氧。所以,除了營(yíng)養物質(zhì)外,氧氣是保持微生物正;顒(dòng)的一個(gè)重要條件。供氣使氧化池中的溶解氧控制在一個(gè)相當的水平上。


                ②充分攪拌,形成紊流


                供氣使池內水流充分攪動(dòng),形成紊流。紊流愈甚,被處理水與生物膜的接觸效率愈高,傳質(zhì)效應愈好,從而提高處理效果。


                ③填料堵塞,促進(jìn)生物膜更新


                供氣的攪動(dòng)作用使填料上衰老的生物膜及時(shí)剝落,防止填料堵塞。同時(shí)還促進(jìn)生物膜更新,提高處理效果。


                (2)供氣量


                為了表面層的好氣菌維持良好的生物相,通過(guò)填料后的溶解氧應是2-3mg/L。


                關(guān)于供氣量的確定,一般有以下兩種方法:


                ①根據生物膜需氧量來(lái)計算供氣量


                生物膜的需氧量(R)包括合成用氧量和內源呼吸用氧量?jì)刹糠。?/p>


                R = a’·ΔBOD+b’·P


                式中:


                R——生物膜的需氧量(Kg/d)


                ΔBOD——單位時(shí)間內去除的BOD量(Kg/d)


                P——活性生物膜數量(Kg)


                a’、b’——系數(a’≈0.4~0.7、b’≈0.18)


                所需的供氣量(Qs)取決于需氧量(R)和曝氣裝置氧的總轉移系數KLa 。


                ②根據水氣比,確定實(shí)際供氣量


                在生物接觸氧化處理廢水實(shí)踐中,往往是根據水氣比確定供氣量。水氣比為處理水量和供氣量體積比,視水質(zhì)、水溫、填料和廢水所需的溶解氧而定。正常運行時(shí)的水氣比為:


                城市污水 1:(3-5)


                一般工業(yè)廢水 1:(15-20)


                高濃度生產(chǎn)廢水 1:(20-25)


                但是,在生物接觸氧化中,曝氣不僅提供溶解氧,還形成紊流,促進(jìn)生物膜脫落與更新,防止填料堵塞,還有利于污水中有機物和微生物的代謝產(chǎn)物的擴散與傳遞。所以,在確定供氣量時(shí)還應考慮反沖填料時(shí)須加大供氣量。一般地,反沖填料時(shí)的水氣比為:


                城市污水 1:(6-8)


                工業(yè)廢水 1:(20-25)


                (3)供氣方式


                對供氣方式總的要求是:能使水流均勻地流經(jīng)曝氣池和載體填料,充氧效果好,能耗低,維護管理方便。


                供氣方式可分為:鼓風(fēng)曝氣、機械曝氣和射流曝氣。


                目前國內用得較多的是鼓風(fēng)曝氣。鼓風(fēng)曝氣就是用鼓風(fēng)機(或空壓機)向曝氣池充入一定壓力的空氣(或氧氣)。這種方法動(dòng)力消耗較低,動(dòng)力效率較高,供氣量較易控制,脫落的生物膜沉淀性能較好。但是,氧的利用率較低,噪聲大。


                射流曝氣,就是用泵打入混合液,在射流器的喉管處形成高速射流,與吸入(或壓入)的空氣強烈混合攪拌,將氣泡粉碎為100μm左右,使氧迅速轉移至混合液中。其氧的利用率較高,管理方便。但是,動(dòng)力消耗較高,動(dòng)力效率較低,脫落的生物膜易被擊碎,質(zhì)輕上浮。


                機械曝氣大多以裝在曝氣池水面的葉輪快速轉動(dòng),進(jìn)行表面充氧。生物接觸氧化法,很少采用這種曝氣方式。


                (4)曝氣充氧設備


                各種不同方式對氧化池的供氣是通過(guò)曝氣充氧設備來(lái)實(shí)現的。曝氣充氧設備的性能不僅影響污水生物處理的效果,而且關(guān)系到處理設施的投資、電耗和運行費用。目前,鼓風(fēng)曝氣充氧設備常采用穿孔管、微孔曝氣器、可變孔曝氣軟管等。


                穿孔管,簡(jiǎn)單易行,安裝方便,一次投資省。但是,其氧的利用率較低,孔口易于堵塞。


                微孔曝氣器、可變孔曝氣軟管等,氧的利用率較高。但是,由于它是采用塑料(或橡膠)制成,很容易老化,使用壽命較低。


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