生物膜法

废水好氧生物处理技术

生物膜法，是与活性污泥法并列的一类废水好氧生物处理技术，是一种固定膜法，是污水土壤自净过程的人工化和强化，主要去除废水中溶解性的和胶体状的有机污染物。处理技术有生物滤池(普通生物滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池)、生物转盘、生物接触氧化设备和生物流化床等。

简介

十九世纪二、三十年代，建造了较多的生物滤池。当时是生物过滤法和活性污泥法并列。这两种方法相比，由于生物过滤法体积负荷和BOD去除率都较低，环境卫生条件也较差，处理构筑物又有可能堵塞等缺点，于是在四十至六十年代有逐渐被活性污泥法代替的趋势。但到了六十年代，由于新型合成材料的大量生产和环境保护对水质要求的进一步提高，生物膜法又获得了新的发展。近年来，属于生物膜法的塔式生物滤池、生物转盘、生物接触氧化法和生物流化床得到比较多的研究和应用。

生物膜法是在充分供氧条件下，用生物膜稳定和澄清废水的污水处理方法。生物膜是由高度密集的好氧菌、厌氧菌、兼性菌、真菌、原生动物以及藻类等组成的生态系统，其附着的固体介质称为滤料或载体。生物膜自滤料向外可分为厌氧层、好氧层、附着水层、运动水层。

在污水处理构筑物内设置微生物生长聚集的载体（一般称填料），在充氧的条件下，微生物在填料表面聚附着形成生物膜，经过充氧(充氧装置由水处理曝气风机及曝气器组成)的污水以一定的流速流过填料时，生物膜中的微生物吸收分解水中的有机物，使污水得到净化，同时微生物也得到增殖，生物膜随之增厚。当生物膜增长到一定厚度时，向生物膜内部扩散的氧受到限制，其表面仍是好氧状态，而内层则会呈缺氧甚至厌氧状态，并最终导致生物膜的脱落。随后，填料表面还会继续生长新的生物膜，周而复始，使污水得到净化。

微生物在填料表面聚附着形成生物膜后，由于生物膜的吸附作用，其表面存在一层薄薄的水层，水层中的有机物已经被生物膜氧化分解，故水层中的有机物浓度浓度比进水要低得多，当废水从生物膜表面流过时，有机物就会从运动着的废水中转移到附着在生物膜表面的水层中去，并进一步被生物膜所吸附，同时，空气中的氧也经过废水而进入生物膜水层并向内部转移。

生物膜上的微生物在有溶解氧的条件下对有机物进行分解和机体本身进行新陈代谢，因此产生的二氧化碳等无机物又沿着相反的方向，即从生物膜经过附着水层转移到流动的废水中或空气中去。这样一来，出水的有机物含量减少，废水得到了净化。

特点

生物膜法的这些新工艺和新设备，与原有以碎石为填料的生物滤池相比具有以下优点：

1．供氧充分，传质条件好。

2．处理效果受气温影响小。

3．采用轻质填料以后构筑物轻巧、填料表面积较大。

4．设备处理能力大，处理效果好。

5．不生长灰蝇，气味小，卫生条件较好。特别是在生物膜法中微生物固着生长，能够和介质中的有机物浓度形成动平衡，故可应用于低浓度污水的深度处理。近年来，国内外用生物膜法作为对生物处理构筑物出水的补充处理进行了不少研究。生物膜法用于含氨氮(包括有机氮)污水的硝化、脱氮，获得了很好效果。

生物膜法与活性污泥法的主要区别是：生物膜固定生长；附着生长在固体填料(或称载体)的表面上。与活性污泥法比较，生物膜法具有如下特征：

1.生物相多样化

生物膜是固定生长的，具有形成稳定生态的条件，能够栖息增殖速度慢、世代时间长的细菌和较高级的微型生物，如硝化菌，它的繁殖速度要比一般的假单胞菌慢40—50倍，故用生物膜法可获得很高的脱氮能力。在生物膜上出现的生物，在种属上要比在活性污泥中丰富得多，除细菌、原生动物外，而且还能出现在活性污泥中比较少见的真菌、藻类、后生动物以及大型的无脊椎生物等。

2.生物量多、设备处理能力大

生物膜法普遍的特点之一是膜具有较少的含水率，单位体积内的生物量有时可多达活性污泥的5—20倍，因此处理构筑物具有较大的处理能力。

3.剩余污泥的产量少

在生物膜中，较多栖息着高次营养水平的生物，食物链较活性污泥的为长、剩余污泥量较活性污泥法要少。特别是在一些生物膜法工艺中，生物膜是由好气层和厌气层组合而成，厌气层中的厌气菌能降解好气过程合成的剩余污泥，从而使总的剩余污泥量大大减少，这对于污泥处置是很有利的。

4.运行管理比较方便

生物膜法不需要污泥回流，因而不需要经常调整污泥量和污泥排除量，易于维护管理。活性污泥法普遍存在污泥膨胀问题，对处理效果影响很大，甚至使处理工艺遭到破坏。而生物膜法由于微生物固着生长，故无此问题。丝状菌的大量繁殖，可导致活性污泥膨胀，但另一方面，丝状菌又具有相当强的氧化能力。生物膜法则可充分利用丝状菌的长处而克服其缺陷。

5.工艺过程比较稳定

有机负荷和水力负荷的波动影响较小，即使工艺遭到较大的破坏，恢复起来也比较快。由于固着生长的特点，处理构筑物还可间歇运行。

6.动力消耗较少

当采用在填料下直接曝气时，由于气泡的再破裂提高了充氧效率，加上厌气膜不消耗氧的特性，故一般动力消耗较活性污泥法要小。

生物膜法和活性污泥法相比，也具有一些缺点：

1．需要较多的填料和填料的支承结构，在某些情况下基本建设投资超过活性污泥法。

2．出水常带有较大、且易沉淀的生物膜片，也带有许多非常细小的生物碎片，这些碎片由于缺乏类似活性污泥的生物絮凝能力，故出水较混浊。

生物膜介绍

生物膜的形成

●前提条件：起支撑作用的载体物——填料或称滤料

●营养物质——有机物、N、P以及其它

●接种微生物生物膜的形成过程：含有营养物质和接种微生物的污水在填料的表面流动，一定时间后，微生物会附着在填料表面而增殖和生长，形成一层薄的生物膜。

生物膜的成熟

在生物膜上由细菌及其它各种微生物组成的生态系统以及生物膜对有机物的降解功能都达到了平衡和稳定。

对于城市污水，在20°C条件下，生物膜从开始形成到成熟，一般需要30天左右。

性质：高度亲水，存在着附着水层。

微生物高度密集：各种细菌以及微型动物，这些微生物起着主要去除废水中的有机污染物的作用，形成了有机污染物——细菌——原生动物(后生动物)的食物链。

生物膜的更新与脱落

厌氧膜的出现过程：

①生物膜厚度不断增加，氧气不能透入的内部深处将转变为厌氧状态。

② 成熟的生物膜一般都由厌氧膜和好氧膜组成。

③好氧膜是有机物降解的主要场所，一般厚度为2mm。

厌氧膜的加厚过程：

① 厌氧的代谢产物增多，导致厌氧膜与好氧膜之间的平衡被破坏。

②气态产物的不断逸出，减弱了生物膜在填料上的附着能力。

③ 成为老化生物膜，其净化功能较差，且易于脱落。

生物膜的更新：

①老化膜脱落，新生生物膜又会生长起来。

② 新生生物膜的净化功能较强。

生物膜法的运行原则

①减缓生物膜的老化进程

② 控制厌氧膜的厚度

③加快好氧膜的更新

④尽量控制使生物膜不集中脱落

处理技术

生物膜法的典型流程中的生物器可以是生物滤池、生物转盘、曝气生物滤池或厌氧生物滤池。前三种用于需氧生物处理过程，后一种用于厌氧过程。最早出现的生物膜法生物器是间歇砂滤池和接触滤池（满盛碎块的水池）。它们的运行都是间歇的，过滤-休闲或充水-接触-放水-休闲，构成一个工作周期。它们是污水灌溉的发展，是以土壤自净现象为基础的。接着就出现了连续运行的生物滤池。新型塑料问世后，又有了新的发展。

生物滤池

使用的生物载体是小块料(如碎石块、塑料填料)或塑料型块，堆放或叠放成滤床，故常称滤料。与水处理中的一般滤池不同，生物滤池的滤床暴露在空气中,废水洒到滤床上。布水器有多种形式，有固定式的,有移动式的。回转式布水器使用最广。它以两根或多根对称布置的水平穿孔管为主体，能绕池心旋转。穿孔管贴近滤床表面,水从孔中流出。布水器的工作是连续的，但对局部床面的施水是间歇的，这承继了污水灌溉间歇灌水的概念。滤床的下面有用砖或特制陶块、混凝土块铺成的集水层。再下面是池底。集水层和池外相通，既排水又通风。工作时,废水沿载体表面从上向下流过滤床，和生长在载体表面上的大量微生物和附着水密切接触进行物质交换。污染物进入生物膜，代谢产物进入水流。出水并带有剥落的生物膜碎屑，需用沉淀池分离。生物膜所需要的溶解氧直接或通过水流从空气中取得。在普通生物滤池中，生物粘膜层较厚，贴近载体的部分常处在无氧状态。

滤床的深度和滤率、滤料有关。碎石滤床的深度在一个相当长的时间内大多采用1.8～2米左右。深度如果提高,滤床表层容易堵塞积水。滤率在1～4米3/(米2·日)左右，如果提高,床面也容易积水。首先突破的是滤率的提高。水力负荷率(即滤率)提高到8～10米3/(米2·日)以上时，水流的冲刷作用使生物膜不致堵塞滤床，而且有机物（用BOD5衡量）负荷率，可从0.2公斤/(米3·日)左右提高到1公斤/（米3·日）以上。为了满足水力负荷率的要求,来水常用回流稀释。为了稳定处理效率，可采用两级串联。这种流程革新、负荷率提高、构造不变的生物滤池称高负荷率生物滤池。继而发现，滤床深度从2米左右提高到8米以上时，通风改善，即使水力负荷率提高，滤床也不再堵塞，滤池工作良好，同时有机物负荷率也可以提高到1公斤/（米3·日）左右。因为这种滤池的平面直径一般为池高的1/6～1/8左右，外形像塔，故称塔式滤池。自塑料型块问世后，通风、堵塞等不再成为问题，滤床深度和滤率可根据需要进行设计。

生物转盘

是随着塑料的普及而出现的。数十片、近百片塑料或玻璃钢圆盘用轴贯串，平放在一个断面呈半圆形的条形槽的槽面上。盘径一般不超过4米,槽径约大几厘米。有电动机和减速装置转动盘轴，转速1.5～3转/分左右，决定于盘径，盘的周边线速度在15米/分左右。

废水从槽的一端流向另一端。盘轴高出水面，盘面约40%浸在水中，约60%暴露在空气中。盘轴转动时,盘面交替与废水和空气接触。盘面为微生物生长形成的膜状物所覆盖，生物膜交替地与废水和空气充分接触，不断地取得污染物和氧气，净化废水。膜和盘面之间因转动而产生切应力，随着膜的厚度的增加而增大，到一定程度，膜从盘面脱落，随水流走。

同生物滤池相比，生物转盘法中废水和生物膜的接触时间比较长。而且有一定的可控性。水槽常分段，转盘常分组，既可防止短流，又有助于负荷率和出水水质的提高，因负荷率是逐级下降的。生物转盘如果产生臭味，可以加盖。生物转盘一般用于水量不大时。

曝气生物滤池

设置了塑料型块的曝气池。按其过程也称生物接触氧化法。它的工作类似活性污泥法中的曝气池，但是不要回流污泥，曝气方法也不能沿用，一般采用全池气泡曝气，池中生物量远高于活性污泥法,故曝气时间可以缩短。运行较稳定，不会出现污泥膨胀问题。也有采用粒料（如砂子、活性炭）的。这时水流向上，滤床膨胀、不会堵塞。因为表面积高，生物量多,接触又充分，曝气时间可缩短，处理效率可提高，尚处在研究阶段。

厌氧生物滤池

构造和曝气生物滤池雷同，只是不要曝气系统。因生物量高，和污泥消化池相比，处理时间可以大大缩短（污泥消化池的停留时间一般在10天以上），处理城市污水等浓度较低的废水时有可能采用。

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