污水生物膜法处理设计方案

1.生物膜法的原理与主要特征

污水的生物膜处理法是一种被广泛采用的污水好氧生物处理技术，适用于中小规模污水处理。与活性污泥法相比，生物膜法的主要优点是对原污水水质和水量变化的适应性较强，处理污水的动力费用较低。生物膜法处理污水可单独应用，也可与其他污水处理工艺组合应用。污水进行生物膜法处理前宜经沉淀处理。当进水水质或水量波动较大时，应设调节池。生物膜法的处理构筑物应根据当地气温和环境等条件采取防冻、防臭和灭蝇等措施。

（1）生物膜法的原理污水与滤料或某种载体流动接触，经过一段时间后，滤料或载体表面会形成一层由细菌、真菌、藻类、原生动物及后生动物等构成的膜状黏泥，称为生物膜。从开始形成到成熟，生物膜要经历潜伏和生长两个阶段，一般的城市污水，在20℃左右的条件下大致需要30d的时间。污水与生物膜接触后，污水中的有机物被生物膜上的微生物吸附降解，转化为H₂O、CO₂和微生物细胞物质等，污水得到净化，老化的生物膜不断脱落更新。

（2）生物膜法的主要特征

1）微生物相方面

①参与净化反应的微生物多样化：生物膜处理法的各种工艺都具有适于微生物生长栖息、繁衍的安静稳定环境，生物膜固着在滤料或载体上，生物固体平均停留时间较长，因此在生物膜上能够生长世代时间较长。在生物膜上还可能出现大量丝状菌，而且没有污泥膨胀的问题。线虫类、轮虫类以及寡毛虫类的微型动物出现的频率也较高。

②生物的食物链长，剩余污泥量较少：生物膜上能够栖息高次营养水平的生物，因此，在生物膜上形成的食物链要长于活性污泥上的食物链。正因为如此，生物膜处理系统内产生的污泥量也少于活性污泥处理系统。一般来讲，生物膜处理法产生的污泥量较活性污泥处理系统少1/4左右。

③能够存活世代时间较长的微生物：硝化细菌和亚硝化细菌的世代时间都比较长，在一般生物固体平均停留时间较短的活性污泥法处理系统中，此类细菌是难以存活的。在生物膜处理法中，生物污泥的生物固体平均停留时间与污水的停留时间无关，因此，硝化菌和亚硝化菌也得以繁衍、增殖。生物膜处理法的各项处理工艺都具有一定的硝化功能，采取适当的运行方式，还可能具有反硝化脱氮的功能。

④优势种属微生物的功能得到充分发挥：生物膜处理法多分段进行，在正常运行的条件下，每段都繁衍与进入本段污水水质相适应的微生物，并形成优势种属，这种现象非常有利于微生物新陈代谢功能的充分发挥和有机污染物的降解。

2）处理工艺方面

①对水质、水量变化有较强的适应性：生物膜处理法对流入污水水质、水量的变化都具有较强的适应性，即使有一段时间中断进水，对生物膜的净化功能也不会造成致命的影响，通水后能够很快地得到恢复。

②污泥沉降性能良好，易于固液分离：生物膜上脱落下来的生物污泥所含动物成分较多，密度较大，而且污泥颗粒个体较大，沉降性能良好，易于固液分离。但是，如果生物膜内部形成的厌氧层过厚，在其脱落后，将有大量的非活性的细小悬浮物分散于水中，使处理水的澄清度降低。

③能够处理低浓度的污水：活性污泥法处理系统不适宜处理低浓度的污水，如原污水的BOD值长期低于50～60mg/L，将影响活性污泥絮凝体的形成和增长，净化功能降低，处理水水质低下。但是，生物膜处理法对低浓度污水也能够取得较好的处理效果，运行正常可使BOD浓度为20～30mg/L的污水降至5～10mg/L。

④维护管理方便，动力费用较低：生物膜处理法中的各种工艺都是比较易于维护管理的，而且像生物滤池、生物转盘等工艺，还可以节省能源，动力费用较低，去除单位质量BOD的耗电量较少。

2.生物膜处理工艺种类及特点

（1）生物滤池生物滤池是以土壤自净原理为依据，在污水灌溉的实践基础上经较原始的间歇砂滤池和接触滤池而发展起来的人工生物处理技术。

污水长时间地以滴状喷洒在块状的滤料层表面上，在滤层表面上会形成生物膜，栖息在生物膜上的微生物可摄取流经污水中的有机物作为营养，从而使污水净化。

进入生物滤池的污水必须经过预处理，去除原污水中悬浮物等能堵塞滤料的污染物，并使水质均化，处理城市污水的生物滤池前加初沉池。滤料上的生物膜，不断脱落更新，脱落的生物膜经处理水流出，因此，生物滤池后也应设沉淀池。

生物滤池的平面形状宜采用圆形或矩形。生物滤池的填料应质坚、耐腐蚀、高强度、比表面积大、孔隙率高，适合就地取材，一般宜采用碎石、卵石、炉渣、焦炭等无机滤料。用作填料的塑料制品应抗老化，比表面积大，一般为100～200m²/m³；孔隙率高，一般为80%～90%。生物滤池底部空间的高度不应小于0.6m，沿滤池池壁四周下部应设置自然通风孔，其总面积不应小于池表面积的1%。生物滤池的布水装置可采用固定布水器或旋转布水器。生物滤池的池底应设1%～2%坡度坡向集水沟，集水沟以0.5%～2%的坡度坡向总排水沟，并有冲洗底部排水渠的措施。

低负荷生物滤池采用碎石类填料时，应符合下列要求：

1）滤池下层填料粒径宜为60～100mm，厚0.2m；上层填料粒径为30～50mm，厚为1.3～1.8m。

2）处理城市污水时，正常气温下，水力负荷以滤池面积计，宜为1～3m³/（m²·d）；5日生化需氧量容积负荷以填料体积计，宜为0.15～0.3kg（BOD₅）/（m³·d）。

高负荷生物滤池宜采用碎石或塑料制品作填料，当采用碎石类填料时，应符合下列要求：

1）滤池下层填料粒径宜为70～100mm，厚0.2m；上层填料粒径为40～70mm，厚度不宜大于1.8m。

2）处理城市污水时，正常气温下水力负荷以滤池面积计，宜为10～36m³/（m²·d）；5日生化需氧量容积负荷以填料体积计，宜大于1.8kg（BOD₅）/（m³·d）。

（2）塔式生物滤池塔式生物滤池直径宜为1～3.5m，直径与高度之比宜为1∶8～1∶6；填料层厚度宜根据试验资料确定，一般宜为8～12m。塔式生物滤池的填料应采用轻质材料，填料应分层，每层高度不宜大于2m，并应便于安装和养护。

塔式生物滤池进水的5日生化需氧量值应控制在500mg/L以下，否则处理出水应回流。塔式生物滤池水力负荷和5日生化需氧量容积负荷应根据试验资料确定。无试验资料时，水力负荷宜为80～200m³/（m²·d），5日生化需氧量容积负荷宜为1.0～3.0kg（BOD₅）/（m³·d）。

塔式生物滤池宜采用自然通风方式。污水从上向下滴落，水流紊动强烈，污水、空气、滤料上的生物膜三者接触充分，充氧效果好，污水物质传递速度快，有助于无机物的降解，这是塔式生物滤池的独特优势。

塔式生物滤池的水力负荷可达80～200m³/（m³·d），比高负荷生物滤池高2～10倍，BOD5-容积负荷达1～2kg（BOD₅）/（m³·d），比高负荷生物滤池高2～3倍。

塔式生物滤池滤层内部存在明显分层现象，在各层生长繁育出种属各异、适应流过该层的污水特征的微生物群落，有助于微生物的增殖、代谢等生理活动，更有助于有机污染物的降解、去除。因而，塔式生物滤池能够承受较高有机污染物的冲击负荷。

（3）曝气生物滤池曝气生物滤池是集生物降解、固液分离于一体的污水处理设备。该设备构造与给水处理的快滤池类似，池内底部设承托层，其上部是作为滤料的填料。在承托层中设置曝气用的空气管道及空气扩散装置，处理水集水管兼作反冲洗水管也设置在承托层内。曝气生物滤池的池型可采用上向流或下向流进水方式。

曝气生物滤池具有以下优点：气液在滤料间隙充分接触，由于气、液、固三相接触，氧的转移率高，动力消耗低；自身具有截留原污水中悬浮物与脱落的生物污泥的功能，因此不用设置沉淀池，占地面积小；以3～5mm的小颗粒作为滤料，比表面积大，微生物附着力强；池内能够保持大量的生物量，处理效果良好；无需污泥回流。也无污泥膨胀之忧，如反冲洗全部自动化，维护管理也非常方便。

曝气生物滤池前应设沉砂池、初次沉淀池或混凝沉淀池、除油池等预处理设施，也可设置水解调节池，进水悬浮固体浓度不宜大于60mg/L。曝气生物滤池根据处理程度不同，可分为碳氧化、硝化、后置反硝化或前置反硝化等。碳氧化、硝化和反硝化可在单级曝气生物滤池内完成，也可在多级曝气生物滤池内完成。

曝气生物滤池的池体高度宜为5～7m。曝气生物滤池宜采用滤头布水布气系统。曝气生物滤池宜分别设置反冲洗供气和曝气充氧系统。曝气装置可采用单孔膜空气扩散器或穿孔管曝气器。曝气器可设在承托层或滤料层中。

曝气生物滤池宜选用机械强度和化学稳定性好的卵石作承托层，并按一定级配布置。曝气生物滤池的滤料应具有强度大，不易磨损，孔隙率高，比表面积大，化学物理稳定性好，易挂膜，生物附着性强，密度小，耐冲洗和不易堵塞的性质，宜选用球形轻质多孔陶粒或塑料球形颗粒。

曝气生物滤池的反冲洗宜采用气水联合反冲洗，通过长柄滤头实现。反冲洗空气强度宜为10～15L/（m²·s），反冲洗水强度不应超过8L/（m²·s）。

曝气生物滤池后可不设二次沉淀池。在碳氧化阶段，曝气生物滤池的污泥产率系数可为0.75kg（VSS）/kg（BOD₅）。曝气生物滤池的容积负荷宜根据试验资料确定，无试验资料时，曝气生物滤池的5日生化需氧量容积负荷宜为3～6kg（BOD₅）/（m³·d），硝化容积负荷（以NH₃-N计）宜为0.3～0.8kg（NH₃-N）/（m³·d），反硝化容积负荷（以NO₃-N计）宜为0.8～4.0kg（NO₃-N）/（m³·d）。

（4）生物转盘生物转盘由盘片、转轴、驱动装置和接触反应槽4部分组成。生物转盘以较小的线速度在接触槽内转动，接触槽内充满污水，转盘交替地和空气和污水相接触。经过一段时间后，转盘上附着一层栖息着大量微生物的生物膜，微生物的种属组成逐渐稳定，其新陈代谢功能也逐步地发挥并达到稳定的程度，污水中的有机污染物为生物膜所吸附降解。除有效地去除有机污染物外，如运行得当，生物转盘系统能够具有硝化、脱氮与除磷的功能。

生物转盘的盘体材料应质轻、高强度、耐腐蚀、抗老化、易挂膜、比表面积大以及方便安装、养护和运输。生物转盘的反应槽设计，应符合下列要求：

1）反应槽断面形状应呈半圆形。

2）盘片外缘与槽壁的净距不宜小于150mm；盘片净距：进水端宜为25～35mm，出水端宜为10～20mm。

3）盘片在槽内的浸没深度不应小于盘片直径的35%，转轴中心高度应高出水位150mm以上。

生物转盘转速宜为2.0～4.0r/min，盘体外缘线速度宜为15～19m/min。生物转盘的转轴强度和挠度必须满足盘体自重和运行过程中附加荷重的要求。生物转盘的设计负荷宜根据试验资料确定，无试验资料时，5日生化需氧量表面有机负荷，以盘片面积计，宜为0.005～0.020kg（BOD₅）/（m²·d），首级转盘不宜超过0.030～0.040kg（BOD₅）/（m²·d）；表面水力负荷以盘片面积计，宜为0.04～0.20m³/（m²·d）。

生物转盘处理工艺流程宜为初次沉淀池、生物转盘、二次沉淀池。根据污水水量、水质和处理程度等，生物转盘可采用单轴单级式、单轴多级式或多轴多级式布置形式。

（5）生物接触氧化池生物接触氧化池处理技术是在池内充装填料，填料浸没在曝气充氧的污水中，污水以一定的流速流经填料。填料上布满生物膜，在微生物的新陈代谢作用下，污水中有机物得到去除，污水得到净化，故生物接触氧化又称为“淹没曝气生物滤池”或称为“接触曝气池”。

生物接触氧化池处理技术的特点：具有较高的容积负荷和处理效率，生物量高；不易出现污泥膨胀问题；对进水水质、水量的冲击负荷的适应能力强；污泥生成量少，沉降性能好；一般不需要污泥回流，运行管理方便。

生物接触氧化池由池体、填料、支架、曝气装置、进出水装置及排泥管道等基本部件组成。填料是生物膜的载体，是接触氧化池处理工艺的关键部件。

生物接触氧化池应根据进水水质和处理程度确定采用一段式或二段式。生物接触氧化池平面形状宜为矩形，有效水深宜为3～5m。生物接触氧化池不宜少于两个，每池可分为两室。生物接触氧化池中的填料可采用全池布置（底部进水、进气）、两侧布置（中心进气、底部进水）或单侧布置（侧部进气、上部进水），填料应分层安装。

生物接触氧化池的5日生化需氧量容积负荷，宜根据试验资料确定，无试验资料时，碳氧化宜为2.0～5.0kg（BOD₅）/（m³·d），碳氧化/硝化宜为0.2～2.0kg（BOD₅）/（m³·d）。