图5-7 混凝土栅板式排水假底
6.2.2 影响生物滤池性能地主要因素
6.2.2.1 负荷
负荷是影响生物滤池性能地主要参数.通常分有机负荷和水力负荷2种。
有机负荷是指每天供给单位体积滤料的有机物,用N表示，单位是kg（BOD5）/m3（滤料）·d。由于一定的滤料具有一定的比表面积，滤料体积可以间接地表示生物膜面积和生物数量，所以，有机物负荷实质上表征了F/M值。普通生物滤池的有机负荷范围为0.15~0.3kg（BOD5）/m3·d；高负荷生物滤池在1.1 kg（BOD5）/m3·d左右。在此负荷下，BOD5去除率可达80%~90%。为了达到处理目的，有机负荷不能超过生物膜的分解能力。
水力负荷是指单位面积滤池或单位体积滤料每天流过的废水量（包括回流量），前者用qF表示，单位为m3/m2·d。后者以qV表示，单位为m3/m3·d。水力负荷表征滤池的接触时间和水流的冲刷能力。水力负荷太大，接触时间短，净化效果差，水力负荷太小，滤料不能充分利用，冲刷作用小。一般生物滤池的水力负荷为1~4 m3/m2·d。高负荷生物滤池为5~28 m3/m2·d。
有机负荷、水力负荷和净化效率是全面衡量生物滤池工作性能的三个重要指标，它们之间的关系是
N?SqSQS0?qVe?Fe （6-1） V1??H1??式中S0为进入滤池废水的有机物浓度；Se为二沉池出水的有机物浓度。η为有机物去除率。
由式（6-1）可知：（1）当进水浓度和净化效率一定时，出水浓度也一定，则qv与N成正比；（2）当出水浓度和水力负荷qV一定时，效率越高意味着N也越高；（3）当水力负荷和出水浓度一定时，处理效率随着H的增加而提高。由于不同深度出的废水组成不同，膜中微生物种类和数量也不同，因而实际的有机物去除率是不同的。一般沿水流方向，有机物去除率递减。当滤池深度超过某一数值后，处理效率提高不大。通常滤池的深度为
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2~3m。
6.2.2.2 处理水回流
在高负荷生物滤池的运行中，多用处理水回流，其优点是：（1）增大水力负荷，促进生物膜的脱落，防止滤池堵塞；（2）稀释进水，降低有机负荷，防止浓度冲击；（3）可向生物滤池连续接种，促进生物膜生长；（4）增加进水的溶解氧，减少臭味；（5）防止滤池孳生蚊蝇。但缺点是：缩短废水在滤池中的停留时间；降低进水浓度，将减慢生化反应速度；回流水中难降解的物质会产生积累；冬天使池子中的水温降低等。
可见，回流对生物滤池性能的影响是多方面的，采用时应做周密分析和试验研究。一般认为在下述三种情况下应考虑出水回流：（1）进水有机物浓度高（如COD＞400mg/L）；（2）水量很小，无法维持水力负荷在最小经验值以上时；（3）废水中某种污染物在高浓度时可能抑制微生物生长。
6.2.2.3 供氧
向生物滤池供给充足的氧是保证生物膜正常工作的必要条件，也有利于排除代谢产物。影响滤池自然通风的主要因素是滤池内外的气温差以及滤池的高度。温差愈大，滤池内的气流阻力愈小、通风量也就愈大。
滤池内的气温和水温一般比较接近，因废水温度比较稳定，故池内气温变化幅度也不大。但滤池外气温不单在一年内随季节的转换而有很大的变化，而且在一日内也有较大变化。所以，生物滤池的通风随时都在变化。当池内温度大于池外温度时，池内气流由下向上流动，反之，气流由上向下流动。
供氧条件与有机负荷密切相关。当进水有机物浓度较低时，自然通风供氧是充足的。但当进水COD＞400~500mg/L时，则出现供氧不足，生物膜好氧层厚度较小。为此，有人建议限制生物滤池的COD＜400mg/L。当入流浓度高于此值时，采用回流稀释或机械通风等措施，以保证滤池供氧充足。
6.2.3 生物滤池系统的设计
生物滤池处理系统包括生物滤池和二次沉淀池，有时还包括初次沉淀池和回流泵。生物滤池系统的设计包括：① 滤池类型和流程的选择；② 滤池个数和滤床尺寸的确定；③ 二次沉淀池形式、个数和工艺尺寸的确定；④布水设备计算。
6.2.3.1 滤池类型的选择
低负荷率生物滤池现在已经基本上不用，仅在污水量小、地区比较偏僻、石料不贵的场合尚有可能选用。目前，大多数采用高负荷率生物滤池。高负荷生物滤池主要有两种类型：回流式生物滤池和塔式（多层式）生物滤池。滤池类型的选择，只有通过方案比较，才能作出合理的结论。同时还要考虑占地面积、基建费用和运行费用等因素。
6.2.3.2 流程的选择
在确定流程时，通常要解决的问题是：① 是否设初次沉淀池；②采用几级滤池；③是否采用回流，以及回流方式和回流比的确定。
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当废水含悬浮物较多，采用拳状滤料时，需要设初次沉淀池，以免生物滤池阻塞。处理城市污水时，一般均设初次沉淀池。
下述三种情况应考虑用二次沉淀池出水回流：① 原水有机物浓度较高，可能引起供氧不足时。有人建议生物滤池的入流BOD5应小于400mg/L；② 水量小，无法维持水力负荷率在最小经验值以下时；③ 污水中某种污染物在高浓度时可能抑制微生物生长的情况下，应考虑回流。
6.2.3.3 滤池个数和滤床尺寸的确定
生物滤池的工艺设计内容是确定滤床的总体积、总面积和高度。可以按负荷率进行设计计算，也可经过试验后用经验公式计算。生物滤池的负荷率有水力负荷率、表面水力负荷率和有机物负荷率三种。对于城市污水常采用有机物负荷率进行计算。
（1）滤床总体积（V）
V?(La?Lt)qV?10?8 （5-1）
N式中：La——污水进入滤池前的BOD5平均值，mg/L；
La——滤池出水的BOD5平均值，mg/L；
qV——污水日平均流量，m3/d，采用回流式生物滤池时，此项应为qV(1+r)，回流比
r可根据经验确定；
N——滤料容积负荷率，kgBOD5/m3·d。
生物滤池处理城市污水的负荷率 表5-1
生物滤池类型 低负荷率 回流式 塔 滤 BOD5负荷率 （kgBOD5/m3·d） 0.15～0.30 <1.2 1.0～3.0 水力负荷率 （m3/m2·d） 1～3 <10～30 80～200 处理效率 （%） 85～95 75～90 65～85 采用生物滤池处理城市污水时，低负荷率生物滤池的负荷率取0.2kgBOD5/m3·d左右，回流式生物滤池的负荷率取1.1kgBOD5/m3·d左右。表5-1是生物滤池处理城市污水的一些经验数据。
生物滤池处理工业废水时，应根据试验确定负荷率，而且，试验生物滤池的滤料和滤床高度应与设计相一致。
（2）滤床高度的确定
滤床高度通常根据经验或试验确定。例如低负荷率生物滤池取2m左右，两级回流生物滤池的滤床取1.0～1.8m，塔式生物滤池可取8m以上。在滤床和滤料高度确定以后，就可以算出滤床的总面积。当总面积不大时，可采用1个或2个滤池。目前生物滤池的最大直径为60m，通常在35m以下。
最后，还需进行滤率校核。回流生物滤池的滤率一般不超过30m/d，滤率的确定与进水的BOD5有关，见表5-2。
回流式生物滤池的滤率 表5-2
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进水BOD5（mg/L） 滤率（m/d） 120 25 150 20 200 15 6.2.3.4 回转布水器的设计
回转布水器的设计计算包括以下一些内容。 （1）布水管根数与管径
布水管的根数取决于池子和滤率的大小，布水管水量大时用4根，一般用2根。布水横管的管径（D1）用下式计算：
D1?2000??qV?qV?? （5-2）
(1?r)qV （5-3） n?——每根布水横管的最大设计流量，m3/s； 式中：qVυ——横管进水端流速，m/s； qV——每个滤池的设计流量，m3/s； n——横管数。
（2）孔口数及孔口在布水横管上的位置
假定每个出水孔口喷洒的面积基本相同，孔口数（m）的计算公式如下： m?1?4d??1??1???D2??2 （5-4）
式中：d——孔口直径，一般为10～15mm，孔口流速2m/s左右或更大一些；
D2——回转布水器直径，mm，比滤池内径小200mm。 第i个孔口中心距滤池中心的距离（ri）为：
ri?D22i （5-5） m式中：i——从滤池中心算起，任一孔口在横管上的排列顺序。
（3）布水器的转速
布水横管的回转速度与滤率、横管根数有关，如表5-3所示。也可以近似地用下述经验公式计算：
34.78?106? （5-6） n?qV2mdD2布水横管可以采用钢管或铝管，其管底离滤床表面的距离一般为150～250mm，以避免风力的影响。布水器所需水压为0.5～1.0m水柱。
回流式滤池的布水器回转速度 表5-3
滤率（m/d） 转速（r/min）（4根管） 转速（r/min）（2根管） 83
15 20 25 1 2 2 2 3 4 6.3 生物转盘
6.3.1 生物转盘的构造
生物转盘（转盘式生物滤池）也是一种常见的生物膜法处理设备。由于具有很多优点，因此，自1954年德国建立第一座生物转盘污水处理厂以来，发展迅速。我国已在印染、造纸、皮革及石油化工等行业的工业废水处理中得到了应用，效果较好。
生物转盘去除废水中有机物的原理与生物滤池基本相同，只是构造形式与生物滤池有所不同，见图5-8所示。
图5-8 生物转盘工作原理示意图
生物转盘的主要组成部分有传动轴、转盘、废水处理槽和驱动装置等。生物转盘的核心是垂直固定在水平轴上的一组圆形盘片和一个同它配合的半圆形水槽（图5-8所示）。微生物生长并形成一层生物膜附着在盘片表面，约40%～50%的盘面浸没在废水中，上半部分敞露在大气中。工作时，废水流过水槽，电动机带动转盘转动，生物膜和大气与废水轮替接触，浸没时吸附废水中的有机物，敞露时吸收大气中的氧气。转盘的转动，带进空气，并引起水槽内废水紊动，使槽内废水的溶解氧均匀分布。生物膜的厚度约为0.5～2.0mm，随着膜的增厚，内层的微生物呈厌氧状态，当其失去活性时则使生物膜自盘面脱落，并随同出水流至二次沉淀池。
盘片的材料要求质轻、耐腐蚀、坚硬和不变形。目前多采用聚乙烯硬质塑料或玻璃钢制作盘片。转盘可以是平板或由平板与波纹板交替组成。盘片直径一般是2～3m，最大为5m，轴长通常小于7.6m，盘片净间距为20～30mm。当系统要求的盘片总面积较大时，可分组安装，一组称一级，串联运行。转盘分级布置使其运行较灵活，可以提高处理效率。
水槽可以用钢筋混凝土或钢板制作，断面直径一般比转盘大20～40mm，使转盘既可以在槽内自由转动，脱落的生物膜又不致于在槽内滞留。
驱动装置通常采用附有减速装置的电机。根据情况也可以采用水轮驱动或空气驱动。 为防止转盘设备遭受风吹雨打和日光曝晒，转盘应设置在房屋或雨棚内，或用罩覆盖，罩上应开孔，开孔面积不小于0.01%。
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