廣元市化工產(chǎn)業(yè)污水生物膜裝置廣元市化工產(chǎn)業(yè)污水生物膜裝置
目前化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展十分迅速,但隨之而來的化工污染狀況也十分嚴(yán)重,化工廢水成分復(fù)雜、水質(zhì)水量變化大,隨著國家對其處理達(dá)標(biāo)要求越來越嚴(yán)格,其處理技術(shù)也在不斷發(fā)展。
生物膜法是與活性污泥法平行發(fā)展的一種污水處理技術(shù)方法,實質(zhì)是使細(xì)菌類微生物和原生動物、后生動物類的微型動物附著在濾料或某些載體上,并在其上形成膜狀生物污泥,即生物膜。
生物膜法是土壤自凈過程的人工強(qiáng)化,主要去除廢水中溶解性的和膠體狀的有機(jī)污染物,同時對廢水中的氨氮還具有一定的硝化能力。生物膜法在處理工業(yè)廢水中有著廣泛應(yīng)用。
生物膜法是屬于好養(yǎng)生物處理的方法,它是將廢水通過好氧微生物和原生動物,后生動物等在載體填料上生長繁殖形成的生物膜,吸附和降解有機(jī)物,使廢水得到凈化的方法。
根據(jù)裝置的不同,生物膜法可分為生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、接觸氧化法和生物流化床等四類。在石油和化學(xué)工業(yè)的廢水處理中,其中應(yīng)用多的是接觸氧化法。
生物膜法的機(jī)理
生物膜法的發(fā)展
在20世紀(jì)50年代以前,生物膜法卻一直未被人們重視,其原因主要是因為生產(chǎn)中早采用的生物膜法構(gòu)筑物是以碎石為填料的滴濾池。碎石的比表面積小,能夠為微生物附著生長的表面積小,因而滴濾池的負(fù)荷不可能很大,使其占地面積較大,衛(wèi)生狀況也不好。
50年代,由于塑料工業(yè)的發(fā)展以及塑料填料引入生物膜處理系統(tǒng),使生物膜法出現(xiàn)了許多具有重要意義的發(fā)展。因此,出現(xiàn)了許多新型的生物膜法設(shè)備。
20世紀(jì)70年代末,為強(qiáng)化生物膜法反應(yīng)器中的傳質(zhì),流化床系統(tǒng)被引人生物膜處理中,稱為生物流化床。生物流化床兼有活性污泥法和生物膜法的待點,又稱為半生物膜和半懸浮生長系統(tǒng)。
生物膜法的基本流程
生物膜法處理系統(tǒng)的基本流程:廢水經(jīng)初次沉淀池后進(jìn)入生物膜反應(yīng)器,廢水在生物膜反應(yīng)器中經(jīng)需氧生物氧化去除有機(jī)物后,再通過二次沉淀池出水。
生物膜凈化污水的機(jī)理
(1)生物膜的構(gòu)造特征
生物膜(好氧層+兼氧層+厭氧層)+附著水層(高親水性)。
(2)降解有機(jī)物的機(jī)理
①微生物:沿水流方向為細(xì)菌——原生動物――后生動物的食物鏈或生態(tài)系統(tǒng)。具體生物以菌膠團(tuán)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(nèi)生物(防堵塞)作用。
②污染物:重→輕(相當(dāng)多污帶→α中污帶→β中污帶→寡污帶)。
③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。
④傳質(zhì)與降解:有機(jī)物降解主要是在好氧層進(jìn)行,部分難降解有機(jī)物經(jīng)兼氧層和厭氧層分解,分解后產(chǎn)生的H2S,NH3等以及代謝產(chǎn)物由內(nèi)向外傳遞而進(jìn)入空氣中,好氧層形成的NO3--N、NO2--N等經(jīng)厭氧層發(fā)生反硝化,產(chǎn)生的N2也向外而散入大氣中。
⑤生物膜更新:經(jīng)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)。
生物膜法的特征
(1)微生物相方面
①微生物的多樣化:生物膜是由細(xì)菌、真菌、藻類、原生動物、后生動物以及一些肉眼可見的蠕蟲、昆蟲的幼蟲組成(濾池蠅具有抑制生物膜過速增長的功能)。
②生物的食物鏈長:生物膜上的食物鏈要長于活性污泥,因此污泥量少于活性污泥系統(tǒng)。
③能夠存活時間長的微生物:SRT與HRT無關(guān),因此硝化菌和亞硝化菌也得以繁衍、增殖,因此生物膜法的各種工藝都具有硝化功能,采取適當(dāng)運行方式,可脫氮。
④分段運行與優(yōu)勢菌種:生物膜法多分多段運行,每段繁衍與本段水質(zhì)相適應(yīng)的微生物。
(2)處理工藝方面的特征
①對水質(zhì)、水量變動有較強(qiáng)的適應(yīng)性:一段時間中斷進(jìn)水,對生物膜也不會有致命影響,通水后易恢復(fù)。
②污泥沉淀性良好:污泥比重較大 ,且顆粒較大,易沉淀;但厭氧層過厚時,脫落的細(xì)小非活性懸浮物分散于水中,使水的澄清度下降。
③微生物量多,處理能力大、凈化功能強(qiáng):附著生長,故生物膜含水率低,單位池容的生物量是活性污泥法的5~20倍,因而具有較大處理能力,凈化功能顯著提高。
④能夠處理低濃度廢水: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。
⑤易于維護(hù)運行,節(jié)能,動力費用低;如生物轉(zhuǎn)盤、生物濾池等,去除單位BOD的耗電量較少。
生物濾池
【生物濾池的基本原理:土壤自然凈化原理】
含有污染物的廢水從上而下從長有豐富生物膜的濾料的空隙間流過,與生物膜中的微生物充分接觸,其中的有機(jī)污染物被微生物吸附并降解,使得廢水得以凈化。主要凈化功能是依靠濾料表面的生物膜對廢水中有機(jī)物的吸附氧化降解作用。
【生物濾池的分類】
生物濾池按其結(jié)構(gòu)可分為普通生物濾池、高負(fù)荷生物濾池及塔式生物濾池三種。
【生物濾池的構(gòu)造與組成】
生物濾池一般主要由池體、濾料、布水裝置、排水系統(tǒng)等四部分組成。
(1)池體
在平面上多為方形、矩形或圓形,高出濾池1.5~0.9m。在寒冷地區(qū),有時需要考慮防凍、采暖、或防蠅等措施。
池壁:圍護(hù)填料,應(yīng)該能承受壓力,分為有孔池壁和無孔池壁。有孔洞的池壁有利于濾料的內(nèi)部通風(fēng),但在冬季易受低氣溫的影響;池底:支撐濾料和排除處理后的水,池底四周設(shè)置通風(fēng)口。
(2)濾料
一般為實心拳狀濾料,如碎石、卵石、爐渣等;工作層的濾料粒徑為25~40mm,承托層濾料粒徑為70~100mm;同一層濾料要盡量均勻,以提高孔隙率;濾料的粒徑愈小,比表面積就愈大,處理能力可以提高;但粒徑過小,孔隙率降低,則濾料層易被生物膜堵塞;一般當(dāng)濾料的孔隙率在45%左右時,濾料的比表面積約為65~100m2/m3。
(3)布水裝置
布水裝置的目的是將廢水均勻地噴灑在濾料上;主要有兩種:固定式布水裝置、旋轉(zhuǎn)式布水裝置。普通生物濾池多采用固定式布水裝置;高負(fù)荷生物濾池和塔式生物濾池則常用旋轉(zhuǎn)布水裝置。
(4)排水系統(tǒng)
排水系統(tǒng)處于濾床的底部,其作用是收集、排出處理后的廢水和保證良好的通風(fēng)。一般由滲水頂板、集水溝和排水渠所組成。滲水頂板用于支撐濾料,其排水孔的總面積應(yīng)不小于濾池表面積的20%;滲水頂板的下底與池底之間的凈空高度一般應(yīng)在0.6m以上,以利通風(fēng),一般在出水區(qū)的四周池壁均勻布置進(jìn)風(fēng)孔。
生物轉(zhuǎn)盤法
* 生物轉(zhuǎn)盤的構(gòu)造特點 *
生物轉(zhuǎn)盤由盤片、接觸反應(yīng)槽、轉(zhuǎn)軸、驅(qū)動裝置4部分組成。
(1)盤片
盤片的形狀:外緣:圓形、多角形及圓筒形;
盤面:平板、凹凸板、 波形板、蜂窩板、網(wǎng)狀板等以及各種組合。
盤片的厚度與材質(zhì):要求質(zhì)輕、薄,強(qiáng)度高,耐腐蝕,同時還應(yīng)易于加工,價格低等;一般厚度為0.5~1.0cm;常用材料有聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯以及玻璃鋼等。
轉(zhuǎn)盤的直徑:一般直徑為2.0m、2.5m、3.0m、3.5m等,常用的是3.0m。
盤片間的間距:一般為30mm,高密度型則為10~15mm。
(2)接觸反應(yīng)槽
一般可以用鋼板或鋼筋混凝土制成,橫斷面呈半圓形或梯形;槽內(nèi)水位一般達(dá)到轉(zhuǎn)盤直徑的40%,超高為20~30cm;轉(zhuǎn)盤外緣與槽壁之間的間距一般為20~40cm。
(3)轉(zhuǎn)軸
長度:0.5~7.0m,其直徑50~80mm ,軸中心高于槽液面150mm,b/D=0.06-0.1,b為軸心與液面的距離。
(4)驅(qū)動裝置
驅(qū)動方式——電力、空氣,水力驅(qū)動轉(zhuǎn)速——0.8~3.0r/min,外緣線速度15~18m/min。
凈化原理
廢水處于半靜止?fàn)顟B(tài),而微生物則在轉(zhuǎn)動的盤面上;轉(zhuǎn)盤40%的面積浸沒在廢水中,盤面低速轉(zhuǎn)動;盤面上生物膜的厚度與廢水濃度、性質(zhì)及轉(zhuǎn)速有關(guān),一般0.1~0.5mm。
工藝流程
(1)生物轉(zhuǎn)盤的布置
生物轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速一般為18m/min;有一軸一段、一軸多段、以及多軸多段等形式;廢水的流動方式,有軸直角流與軸平行流。多極布置:盤片面積不變,能提高處理水水質(zhì)和DO含量。
(2)生物轉(zhuǎn)盤為主體的工藝流程
需要有預(yù)處理,調(diào)節(jié)池可小點(與活性污泥相比),高濃度有機(jī)廢水,中間設(shè)沉淀池。
(3)以去除BOD為主要目的的工藝流程
廢水→沉砂池→沉淀池→生物轉(zhuǎn)盤→二沉池→出水
生物接觸氧化法
【生物接觸氧化池的構(gòu)造】
生物接觸氧化池由池體、填料、布水系統(tǒng)和曝氣系統(tǒng)等組成。
(1)池型:方形、園形,頂部穩(wěn)定水層。
(2)填料:其特性對接觸氧化池中生物量、氧的利用率、水流條件和廢水與生物膜的接觸反應(yīng)情況等有較大影響;分為硬性填料、軟性填料、半軟性填料、及球狀懸浮型填料等。填料高度一般為3.0m左右,填料層上部水層高約為0.5m,填料層下部布水區(qū)的高度一般為0.5~1.5m之間。
(3)曝氣裝置:設(shè)在填料底部,可充分利用池容,填料間紊流激烈,生物膜更新快,活性高,不易堵塞;但檢修較困難。
【接觸氧化池的分類】
按曝氣與填料的相對位置可為分流式和直流式。
(1)分流式
國外多用分流式,其特點是填料區(qū)水流較穩(wěn)定,有利于生物膜的生長,但沖刷力不夠,生物膜不易脫落;可采用鼓風(fēng)曝氣或表面曝氣裝置;較適用于深度處理。
(2)直流式
國內(nèi)用直流式,曝氣裝置多為鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng);可充分利用池容;填料間紊流激烈,生物膜更新快,活性高,不易堵塞;檢修較困難。
【生物接觸氧化法的特征】
(1)工藝方面
①采用多種形式填料,形成氣液固三相共存,有利于氧的轉(zhuǎn)移;
②填料表面形成生物膜立體結(jié)構(gòu);
③有利于保持膜的活性,抑制厭氧膜的增殖;
④負(fù)荷高,處理時間短。
(2)運行方面
①耐沖擊負(fù)荷,有一定的間歇運行功能;
②操作簡單,勿需污泥回流,不產(chǎn)生污泥膨脹、濾池蠅;
③生成污泥量少,易沉淀;
④動力消耗低。
(3)缺點
①去除效率低于活性污泥法,工程造價高;
②運行不當(dāng),填料可能堵塞,布水曝氣不易均勻,出現(xiàn)局部死角;
③大量后生動物容易造成生物膜瞬時大量脫落,影響出水水質(zhì)。
生物流化床
【生物流化床基本原理】
廢水和從生物流化床反應(yīng)器出水的回流水在充氧設(shè)備進(jìn)口處與空氣混合后,從反應(yīng)器的底部進(jìn)入,自下而上通過反應(yīng)器,使續(xù)料保持在流化的工作狀態(tài),經(jīng)填料上的生物膜處理后的廢水,除部分回流到無氧設(shè)備進(jìn)口處外,后流人二次沉淀池,以便沉掉懸浮的生物量,排出合格的出水。
【生物流化床的工藝類型】
根據(jù)供氧方式、脫膜方式及床體結(jié)構(gòu)等的不同,可分為兩相生物流化床和三相生物流化床。
(1)兩相生物流化床
外設(shè)充氧設(shè)備和脫膜設(shè)備,在床體內(nèi)只有液、固兩相;進(jìn)入反應(yīng)器之前,廢水中的DO可達(dá)8~9mg/L(以純氧為氣源時,可達(dá)30~40mg/L)。
(2)三相生物流化床
直接向反應(yīng)器內(nèi)充氧,床體內(nèi)有氣、固、液三相共存;氣體攪動劇烈,載體顆粒之間摩擦劇烈,可使表層的生物膜自行脫落,因此無需體外脫膜裝置。
【生物流化床的特點】
(1)優(yōu)點
①生物固體濃度高(40~50g/l),因此容積負(fù)荷較高 (3~6kgBOD5/m3.d以上),水力停留時間可大大縮短,基建費用較小;
②無污泥膨脹或其它生物膜法中的濾料堵塞;
③能適應(yīng)不同濃度范圍的廢水,能適應(yīng)較大的沖擊負(fù)荷;
④由于容積負(fù)荷和床體高度較大,占地面積較小;
⑤微生物活性高;
⑥傳質(zhì)效果好。
(2)缺點
①投資低,但運轉(zhuǎn)費用高(載體流化的動力消耗);
②實際生產(chǎn)運行的經(jīng)驗較少,對于床體內(nèi)的流動特征尚無合適的模型描述,在進(jìn)行放大設(shè)計時有一定的不確定性。