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好氧生物膜法处理技术

文章出处：未知发表时间：2021-04-30 08:23:29

好氧生物膜法处理技术

生物膜法又称固定膜法，是与活性污泥法并列的一种废水好氧生物处理技术。这种处理技术的实质是使细菌和真菌一类的微生物和原生动物、后生动物一类的微型动物附着在滤料或某些载体上生长繁育，并在其上形成膜状生物污泥——生物膜。

与活性污泥法一样，生物膜法主要去除废水中溶解性和胶体状的有机污染物，同时对废水中的氨氮还具有一定的硝化能力。废水与生物膜接触，废水中的有机污染物作为营养物质，被生物膜上的微生物所摄取，废水得到净化，微生物自身也得到繁衍增殖。

与活性污泥不同的是，生物膜法是使微生物聚集生长在人为设置的填（滤）料上，并形成一定厚度的生物膜，废水流经生物膜时，生物膜上的微生物摄取废水中的有机物而生长繁殖，当生物膜老化后自然脱落，并从水分离出来。也就是说，生物膜法是靠微生物的分解代谢和分离老化的生物摸两条途径使废水得以净化的。事实上，生物膜法和活性污泥法是不能完全分开的，采用生物膜法，特别是采用接触氧化法时，生物膜是去除污染物的主体，但是活性污泥在曝气池中也存在，活性污泥的作用也对污染物的去除有贡献。

因为生物膜法要人为设置填（滤）料，所以使用规模受到限制，一般适用于小型污水处理厂和部分工业废水处理项目，常用的生物膜法工艺有生物滤池（塔）工艺、生物转盘工艺、生物接触氧化法工艺、好氧生物流化床工艺、曝气生物滤池工艺等。

1、生物膜的形成过程

含有营养物质和接种微生物的废水与滤料或某种载体流动接触，在经过一段时间后，微生物会附着在后者的表面增殖和生长而形成一种膜状污泥，此即为生物膜。

随着时间的推移，生物膜的厚度不断增加，溶解氧不能透入的内部深处将转变为厌氧状态，由此出现厌氧膜，生物膜逐渐成熟，其标志是：生物膜沿水流方向的分布，在其上由细菌及各种微生物组成的生态系统以及其对有机物的降解功能都达到了平衡和稳定的状态。成熟生物膜都是由厌氧膜和好氧膜组成的，好氧膜是有机物降解的主要场所，其厚度一般为2mm。从开始形成到成熟，生物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30天的时间。

随着厌氧膜中的代谢产物增多，厌氧膜与好氧膜之间的平衡被破坏，气态产物不断逸出，减弱了生物膜在填料上的附着能力，使之成为老化生物膜，净化功能变差，且易于脱落。老化的生物膜脱落，新生的生物膜又会生长起来，新生生物膜的净化功能较强。

2、生物膜的结构

图：生物滤料上生物膜的构造

生物膜是高度亲水的物质，在废水不断在其表面更新的条件下，在其外侧总是存在着一层附着水层。生物膜又是微生物高度密集的物质，在膜的表面和一定深度的内部生长繁殖着大量的各种类型的微生物和微型动物，并形成有机污染物－细菌－原生动物的食物链。生物膜在其形成与成熟后，由于微生物不断增殖，生物膜的厚度不断增加，增厚到一定程度后，在氧不能透入的内侧深部即将转变为厌氧状态，形成厌氧性膜。这样，生物膜便由好氧和厌氧两层组成。好氧层的厚度一般为2mm左右，有机物的降解主要在好氧层内进行。

从上图可以看出，在生物膜内、外，生物膜与水层之间进行着多种物质的传递过程。空气中的氧溶解于流动水层中，从那里通过附着水层传递给生物膜，供微生物用于呼吸；废水中的有机污染物则由流动水层传递给附着水层，然后进入生物膜，并通过细菌的代谢活动而被降解。这样就使废水在其流动过程中逐步得到净化。微生物的代谢产物如水等则通过附着水层进入流动水层并随其排走，其CO₂及厌氧层的分解产物如H₂S、NH₃以及CH₄等气态代谢产物则从水层逸出进入空气中。当厌氧层还不厚时，它与好氧层保持着一定的平衡与稳定关系，好氧层能够维持正常的净化功能，但当厌氧层逐渐加厚并达到一定程度后，其代谢产物也逐渐增多，这些产物向外侧逸出时，必须要透过好氧层，使好氧层生态系统的稳定状态遭到破坏，从而失去了两种膜层之间的平衡关系，又因气态代谢产物的不断逸出，减弱了生物膜在滤料（填料）上的固着力，处于这种状态的生物膜即为老化生物膜，老化生物膜净化功能较差且易于脱落。生物膜脱落后生成新的生物膜，新生生物膜必须在经过一段时间后才能充分发挥其净化功能。比较理想的情况是：减缓生物膜的老化进程，不使厌氧层过分增长，加快好氧膜的更新，并且尽量使生物膜不集中脱落。

3、生物膜处理法的主要特征

与活性污泥法相比，生物膜法具有以下特征：

（1）微生物方面的特征

Ⅰ、参与净化反应微生物的多样化   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，在生物膜上的微生物无需像活性污泥那样承受强烈的搅拌冲击，易于生长增殖。生物膜固着在滤料或填料上，其生物固体平均停留时间（污泥龄）较长，因此在生物膜上能够生长世代时间较长、比增殖速率很小的微生物，如硝化菌等。在生物膜上还可能大量出现丝状菌，而且没有污泥膨胀现象。线虫类、轮虫类以及寡毛虫类等微型动物出现的频率也较高。在生物膜上生长繁殖的生物类型广泛，种属繁多，食物链长且较为复杂。

Ⅱ、生物的食物链长在生物膜上生长繁殖的生物中，动物性营养者所占比例较大，微型动物的存活率也高。这就是说，在生物膜上能够栖息高次营养水平的生物，在捕食性纤毛虫、轮虫类、线虫类之上还栖息着寡毛虫类和昆虫，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。正是这个原因，在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。污泥产量低是生物膜处理法各种工艺的共同特征，并已为大量的实际数据所证实。一般说来，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。

Ⅲ、能够存在世代时间较长的微生物硝化菌和亚硝代菌的世代时间都比较长，比增殖速率较小，如亚硝化单胞菌属、硝化杆菌属的比增殖速率分别为0.21d^-1和1.12d^-1。在一般生物固体平均停留时间较短的活性污泥处理系统中，这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废水的停留时间无关，硝化菌和亚硝化菌也得以繁衍、增殖。因此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。

Ⅳ、分段运行与优占种属   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，并形成优占种属，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）处理工艺方面的特征

Ⅰ、对水质、水量变化有较强的适应性生物膜处理法的各种工艺，对流入原废水水质、水量的变化都具有较强的适应性，这种现象已为多数运行的实际设备所证实，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，通水后能够较快地得到恢复。

Ⅱ、污泥沉降性能良好，易于固液分离    由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。但如果生物膜内部形成的厌氧层过厚，则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。

Ⅲ、能够处理低浓度的废水活性污泥处理系统不适宜处理低浓度的废水，如原废水中的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，处理水水质较差。但是生物膜处理法对低深度废水也能够取得较好的处理效果，运行正常可使BOD₅为20～30mg/L的原永的BOD₅值降至5～10mg/L。

Ⅳ、易于维护运行、节能   与活性污泥法处理系统相比，生物膜处理法的各种工艺都是比较易于维护管理的，而且动力费用较低，去除单位质量BOD的耗电量较小。

生物膜法处理设备的类型很多，按生物膜与废水的接触方式分为填充式和浸渍式两类。在填充式中，废水和空气沿固定的填料或转动的盘片表面流过，与其上生长的生物膜接触，典型设备有生物滤池和生物转盘。在浸渍式中，生物膜载体完全浸没在水中，通过鼓风曝气供氧。如载体固定，则称为接触氧化法；如载体流化，则称为流化床。

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