環(huán)保工程師專業(yè)知識(shí)：生物膜法

生物膜法和活性污泥法一樣，都是利用微生物來去除廢水中有機(jī)物的方法，為生物膜提供附著生長固定表面的材料稱為填料，是影響生物膜法的發(fā)展和性能的重要因素。

生物膜法的基本原理

1.生物膜的形成及特點(diǎn)

生物膜法是通過附著在載體或介質(zhì)表面上的細(xì)菌等微生物生長繁殖，形成膜狀活性生物污泥——生物膜，利用生物膜降解污水中的有機(jī)物的生物處理方法。生物膜中的微生物以污水中的有機(jī)污染物為營養(yǎng)物質(zhì)，在新陳代謝過程中將有機(jī)物降解，同時(shí)微生物自身也得到增殖。

隨著微生物的不斷繁殖增長，以及廢水中懸浮物和微生物的不斷沉積，使生物膜的厚度不斷增加，其結(jié)果是使生物膜的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。

在生物處理過程中，生物膜總是在不斷地生長、更新和脫落的，造成生物膜不斷脫落的原因有：水力沖刷、由于膜增厚造成重的增大、原生動(dòng)物的松動(dòng)、厭氧層和介質(zhì)的粘結(jié)力較弱等。

生物膜法適用于中小規(guī)模污水生物處理，污水處理系統(tǒng)可以獨(dú)立建立，也可以與其他污水處理工藝組合應(yīng)用。污水進(jìn)行生物膜法處理前，宜經(jīng)沉淀處理，當(dāng)進(jìn)水水質(zhì)或水量波動(dòng)大時(shí)，應(yīng)設(shè)置調(diào)節(jié)池。

2.生物膜的結(jié)構(gòu)及其凈化廢水的機(jī)理

生物膜是蓬松的絮狀結(jié)構(gòu)，微孔多，表面積大，具有很強(qiáng)的吸附能力。生物膜微生物以吸附和沉積于膜上的有機(jī)物為營養(yǎng)物質(zhì)，將一部分物質(zhì)轉(zhuǎn)化為細(xì)胞物質(zhì)，進(jìn)行繁殖生長，成為生物膜中新的活性物質(zhì)，另一部分物質(zhì)轉(zhuǎn)化為排泄物，在轉(zhuǎn)化程中放出能量，供應(yīng)微生物生長的需要。增殖的生物膜脫落后進(jìn)入廢水，在二次沉淀池中被截留下來，成為污泥。如果

有機(jī)物負(fù)荷比較高，生物膜對(duì)吸附的有機(jī)物來不及氧化分解時(shí)，能形成不穩(wěn)定的污泥，這類污泥需要進(jìn)行再處理。由于生物膜法中的微生物以附著的狀態(tài)存在，所以泥齡長，使生物膜中既有世代時(shí)間短、比增長速率大的微生物，雙有世代時(shí)間長、比增長速率小的微生物，這使生物膜法中參與代謝的微生物種類多于活性污泥法。

3.生物膜法的主要特征

與活性污泥法相比，生物膜法具有以下特征：

⑴生物相特征：

①參與凈化反應(yīng)微生物多樣化

②生物的食物鏈長

③能夠存活世代時(shí)間較長的微生物

④分段運(yùn)行與優(yōu)占種屬

⑵工藝特征

①抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)

②污泥沉降性能良好，宜于固液分離

③能夠處理低濃度的廢水

④運(yùn)行簡單、節(jié)能，易于維護(hù)管理，動(dòng)力費(fèi)用低

⑤產(chǎn)生的污泥量少

⑥在低水溫條件下，也能保持一定的凈化功能

⑦具有較好的硝化與脫氮功能

生物膜法的主要影響因素

影響生物膜法的因素很多，例如水質(zhì)、溫度、pH值、溶解氧、營養(yǎng)平衡、有毒有害物質(zhì)濃度等，這些因素也是影響活性污泥法等的因素，前面已講過，下面介紹一下生物膜法所特有的影響因素。

1.水力負(fù)荷

水力負(fù)荷對(duì)生物膜法的處理效果以及生物膜厚度和傳質(zhì)改善等方面都有一定的'影響。生物膜法有多種處理工藝，應(yīng)該選擇合適的水力負(fù)荷。

2.載體表面結(jié)構(gòu)和性質(zhì)

載體對(duì)污水處理效果的影響主要反映在載體的表面性質(zhì)，包括載體的比表面積大小、載體表面親水性及表面電荷、表面粗糙度、載體的密度、孔隙率和材料強(qiáng)度等。載體的選擇不僅決定了可供生物膜生長的面積大小和生物量的多少，還影響反應(yīng)器中的水動(dòng)力學(xué)狀態(tài)。

3.生物膜量及其活性

生物膜的厚度反映了生物量的大小，但是生物活性并非總是與生物量成正相關(guān)性。生物膜由好氧膜和厭氧膜組成，好氧膜的厚度通常為～，有機(jī)物的降解主要在好氧層內(nèi)完成。不能單純追求增加反應(yīng)器的生物量，應(yīng)保證反應(yīng)器內(nèi)生物膜正常脫落更新而不發(fā)生載體間隙被堵塞的現(xiàn)象。

生物膜法的類型及工藝流程

生物膜法有多種分類，按照微生物附著的載體存在狀態(tài)可分為固定床生物膜法和流動(dòng)床生物膜法。固定床生物膜分為生物濾池和生物接觸氧化法等，流動(dòng)床生物膜法包括生物流化床和移動(dòng)床等。

按照生物膜被污水浸沒的程度生物膜法又可分為浸沒式生物膜法、半浸沒式生物膜法和非浸沒式生物膜法。常見的浸沒式生物膜法包括生物接觸氧化池、曝氣生物濾池等，常見的半浸沒式生物膜法有生物轉(zhuǎn)盤，常見的非浸沒式生物膜法有生物濾池，生物濾池又分為普通生物濾池、高負(fù)荷生物濾池和塔式生物濾池三種類型。

1.普通生物濾池

⑴工藝流程

普通生物濾池又名滴濾池，是生物濾池早期出現(xiàn)的類型，即第一代的生物濾池。污水先進(jìn)入初沉池，去除可沉的懸浮物，接著進(jìn)入生物濾池。經(jīng)過濾池處理的污水和生物濾料上脫落的老化生物膜流入二沉池，經(jīng)過固液分離后，排出凈化水。

⑵構(gòu)造

普通生物濾池由池體、濾料、布水裝置和排水系統(tǒng)等四部分組成。

①池體

其平面形式多呈方形、矩形或圓形，池壁一般用磚石或鋼筋混凝土筑造而成。

②濾料

濾料表面有生物膜附著，是凈化污水的主體，濾料對(duì)生物濾池的工作效能影響較大。生物濾池一般采用實(shí)心拳狀無機(jī)濾料，如碎石、卵石和爐渣等。近年來，生物濾池多采用塑料濾料，主要由聚氯乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯等加工成波紋板、蜂窩管、環(huán)狀以及空?qǐng)A柱等復(fù)合式濾料，其特點(diǎn)是質(zhì)輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕、比表面積大、孔隙率高，從而大大改善了膜生長及通風(fēng)條件，使處理能力大大提高。

③布水裝置

普通生物濾池多采用固定式噴嘴布水系統(tǒng)，主要由虹吸裝置、配水池、布水管道和噴嘴等部分組成。

④排水系統(tǒng)

普通生物濾池底部的排水系統(tǒng)，位于濾料層的下面，主要起收集及排出處理后的廢水，保證通風(fēng)和支撐濾料的作用。排水系統(tǒng)通常分為兩層，即包括濾料下的滲水裝置和底板處的集水溝和排水溝。

⑶工藝特點(diǎn)

①普通生物濾池一般適用于處理每日污水量不大于1000m3的小城鎮(zhèn)污水和有機(jī)工業(yè)廢水，凈化效率高，處理效果好，出水

水質(zhì)穩(wěn)定。

②基建投資省，運(yùn)行穩(wěn)定，易于管理，動(dòng)力消耗低，節(jié)省能源。

③剩余污泥量小。

④負(fù)荷較低，占地面積大，不適用于處理水量較大的廢水，且其沖刷能力不足，易引起濾料內(nèi)生物膜積累和堵塞，從而影響濾池內(nèi)的通風(fēng)，運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生濾池蠅，且衛(wèi)生條件較差，因此，使用受到限制。