生物膜法綜述

生物膜法又稱固定膜法。是與活性污泥法并列的一類廢水好氧生物處理技術，是一種固定膜法，是土壤自凈過程的人工化和強化。主要去除廢水中溶解性的和膠體狀的有機污染物。

生物膜法是利用附著生長于某些固體物表面的微生物（即生物膜）進行有機污水處理的方法。生物膜是由高度密集的好氧菌、厭氧菌、兼性菌、真菌、原生動物以及藻類等組成的生態(tài)系統(tǒng)，其附著的固體介質(zhì)稱為濾料或載體。生物膜自濾料向外可分為厭氧層、好氧層、附著水層、運動水層。

生物膜法的原理是，生物膜首先吸附附著水層有機物，由好氧層的好氧菌將其分解，再進入?yún)挌鈱舆M行厭氧分解，流動水層則將老化的生物膜沖掉以生長新的生物膜，如此往復以達到凈化污水的目的。

廢水中微生物沿固體（可稱載體）表面生長的生物處理方法的統(tǒng)稱。因微生物群體沿固體表面生長成粘膜狀，故名。廢水和生物膜接觸時，污染物從水中轉(zhuǎn)移到膜上，從而得到處理。其基本機理見水的生物處理法。

生物膜法的典型流程中的生物器可以是生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、曝氣生物濾池或厭氧生物濾池。前三種用于需氧生物處理過程，后一種用于厭氧過程。最早出現(xiàn)的生物膜法生物器是間歇砂濾池和接觸濾池（滿盛碎塊的水池）。它們的運行都是間歇的，過濾-休閑或充水-接觸-放水-休閑，構成一個工作周期。它們是污水灌溉的發(fā)展，是以土壤自凈現(xiàn)象為基礎的。接著就出現(xiàn)了連續(xù)運行的生物濾池。新型塑料問世后，又有了新的發(fā)展。

生物膜法生物濾池

生物膜法中最常用的一種生物器。使用的生物載體是小塊料(如碎石塊、塑料填料)或塑料型塊，堆放或疊放成濾床，故常稱濾料。與水處理中的一般濾池不同，生物濾池的濾床暴露在空氣中,廢水灑到濾床上。布水器有多種形式，有固定式的,有移動式的?；剞D(zhuǎn)式布水器使用最廣。

它以兩根或多根對稱布置的水平穿孔管為主體，能繞池心旋轉(zhuǎn)。穿孔管貼近濾床表面,水從孔中流出。布水器的工作是連續(xù)的，但對局部床面的施水是間歇的，這承繼了污水灌溉間歇灌水的概念。濾床的下面有用磚或特制陶塊、混凝土塊鋪成的集水層。再下面是池底。集水層和池外相通，既排水又通風。

工作時,廢水沿載體表面從上向下流過濾床，和生長在載體表面上的大量微生物和附著水密切接觸進行物質(zhì)交換。污染物進入生物膜，代謝產(chǎn)物進入水流。出水并帶有剝落的生物膜碎屑，需用沉淀池分離。生物膜所需要的溶解氧直接或通過水流從空氣中取得。在普通生物濾池中，生物粘膜層較厚，貼近載體的部分常處在無氧狀態(tài)。

濾床的深度和濾率、濾料有關。碎石濾床的深度在一個相當長的時間內(nèi)大多采用1.8～2米左右。深度如果提高,濾床表層容易堵塞積水。濾率在1～4左右，如果提高床面也容易積水。首先突破的是濾率的提高。

水力負荷率(即濾率)提高到8～10以上時，水流的沖刷作用使生物膜不致堵塞濾床，而且有機物負荷率，可從0.2左右提高到1以上。為了滿足水力負荷率的要求,來水常用回流稀釋。為了穩(wěn)定處理效率，可采用兩級串聯(lián)。

這種流程革新、負荷率提高、構造不變的生物濾池稱高負荷率生物濾池。繼而發(fā)現(xiàn)，濾床深度從2米左右提高到8米以上時，通風改善，即使水力負荷率提高，濾床也不再堵塞，濾池工作良好，同時有機物負荷率也可以提高到1左右。

因為這種濾池的平面直徑一般為池高的1/6～1/8左右，外形像塔，故稱塔式濾池。自塑料型塊問世后，通風、堵塞等不再成為問題，濾床深度和濾率可根據(jù)需要進行設計。

生物膜法生物轉(zhuǎn)盤

是隨著塑料的普及而出現(xiàn)的。數(shù)十片、近百片塑料或玻璃鋼圓盤用軸貫串，平放在一個斷面呈半圓形的條形槽的槽面上。盤徑一般不超過4米,槽徑約大幾厘米。有電動機和減速裝置轉(zhuǎn)動盤軸，轉(zhuǎn)速1.5～3轉(zhuǎn)/分左右，決定于盤徑，盤的周邊線速度在15米/分左右。

廢水從槽的一端流向另一端。盤軸高出水面，盤面約40%浸在水中，約60%暴露在空氣中。盤軸轉(zhuǎn)動時,盤面交替與廢水和空氣接觸。盤面為微生物生長形成的膜狀物所覆蓋，生物膜交替地與廢水和空氣充分接觸，不斷地取得污染物和氧氣，凈化廢水。膜和盤面之間因轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生切應力，隨著膜的厚度的增加而增大，到一定程度，膜從盤面脫落，隨水流走。

同生物濾池相比，生物轉(zhuǎn)盤法中廢水和生物膜的接觸時間比較長。而且有一定的可控性。水槽常分段，轉(zhuǎn)盤常分組，既可防止短流，又有助于負荷率和出水水質(zhì)的提高，因負荷率是逐級下降的。生物轉(zhuǎn)盤如果產(chǎn)生臭味，可以加蓋。生物轉(zhuǎn)盤一般用于水量不大時。

生物膜法曝氣生物濾池

設置了塑料型塊的曝氣池。按其過程也稱生物接觸氧化法。它的工作類似活性污泥法中的曝氣池，但是不要回流污泥，曝氣方法也不能沿用，一般采用全池氣泡曝氣，池中生物量遠高于活性污泥法,故曝氣時間可以縮短。

運行較穩(wěn)定，不會出現(xiàn)污泥膨脹問題。也有采用粒料（如砂子、活性炭）的。這時水流向上，濾床膨脹、不會堵塞。因為表面積高，生物量多,接觸又充分，曝氣時間可縮短，處理效率可提高，尚處在研究階段。

生物膜法厭氧生物濾池

構造和曝氣生物濾池雷同，只是不要曝氣系統(tǒng)。因生物量高，和污泥消化池相比，處理時間可以大大縮短（污泥消化池的停留時間一般在10天以上），處理城市污水等濃度較低的廢水時有可能采用。

生物膜運行過程

生物膜法生物膜的形成

●前提條件：起支撐作用的載體物——填料或稱濾料

●營養(yǎng)物質(zhì)——有機物、N、P以及其它

●接種微生物

生物膜的形成過程：含有營養(yǎng)物質(zhì)和接種微生物的污水在填料的表面流動，一定時間后，微生物會附著在填料表面而增殖和生長，形成一層薄的生物膜。

生物膜法生物膜的組成

在生物膜上由細菌及其它各種微生物組成的生態(tài)系統(tǒng)以及生物膜對有機物的降解功能都達到了平衡和穩(wěn)定。

對于城市污水，在20°C條件下，生物膜從開始形成到成熟，一般需要30天左右。

性質(zhì)：高度親水，存在著附著水層

微生物高度密集：各種細菌以及微型動物，這些微生物起著主要去除廢水中的有機污染物的作用，形成了有機污染物——細菌——原生動物(后生動物)的食物鏈

生物膜法生物膜的更新與脫落

厭氧膜的出現(xiàn)過程：

①生物膜厚度不斷增加，氧氣不能透入的內(nèi)部深處將轉(zhuǎn)變?yōu)閰捬鯛顟B(tài)

②成熟的生物膜一般都由厭氧膜和好氧膜組成

③好氧膜是有機物降解的主要場所，一般厚度為2mm。

厭氧膜的加厚過程：

①厭氧的代謝產(chǎn)物增多，導致厭氧膜與好氧膜之間的平衡被破壞

②氣態(tài)產(chǎn)物的不斷逸出，減弱了生物膜在填料上的附著能力

③成為老化生物膜，其凈化功能較差，且易于脫落。

生物膜的更新：

①老化膜脫落，新生生物膜又會生長起來

②新生生物膜的凈化功能較強。

生物膜法的運行原則

①減緩生物膜的老化進程

②控制厭氧膜的厚度

③加快好氧膜的更新

④盡量控制使生物膜不集中脫落。

生物膜法特點及基本特征

生物膜法特點

1、 生物相方面的特征：

（1）微生物多樣化

（2） 生物的食物鏈長

（3） 能夠存活世代時間較長的微生物

（4） 分段運行與優(yōu)占種屬

2、處理工藝方面的特征：

（1）對水質(zhì)、水量變動有較強的適應性

（2）污泥沉降性能良好，宜于固液分離

（3）能夠處理低濃度的污水

（4）易于維護運行、節(jié)能

生物膜法基本特征

在污水處理構筑物內(nèi)設置微生物生長聚集的載體（一般稱填料），在充氧的條件下，微生物在填料表面聚附著形成生物膜，經(jīng)過充氧(充氧裝置由水處理曝氣風機及曝氣器組成)的污水以一定的流速流過填料時，生物膜中的微生物吸收分解水中的有機物，使污水得到凈化，同時微生物也得到增殖，生物膜隨之增厚。當生物膜增長到一定厚度時，向生物膜內(nèi)部擴散的氧受到限制，其表面仍是好氧狀態(tài)，而內(nèi)層則會呈缺氧甚至厭氧狀態(tài)，并最終導致生物膜的脫落。隨后，填料表面還會繼續(xù)生長新的生物膜，周而復始，使生物膜法污水得到凈化。

微生物在填料表面聚附著形成生物膜后，由于生物膜的吸附作用，其表面存在一層薄薄的水層，水層中的有機物已經(jīng)被生物膜氧化分解，故水層中的有機物濃度濃度比進水要低得多，當廢水從生物膜表面流過時，有機物就會從運動著的廢水中轉(zhuǎn)移到附著在生物膜表面的水層中去，并進一步被生物膜所吸附，同時，空氣中的氧也經(jīng)過廢水而進入生物膜水層并向內(nèi)部轉(zhuǎn)移。

生物膜上的微生物在有溶解氧的條件下對有機物進行分解和機體本身進行新陳代謝，因此產(chǎn)生的二氧化碳等無機物又沿著相反的方向，即從生物膜經(jīng)過附著水層轉(zhuǎn)移到流動的廢水中或空氣中去。這樣一來，出水的有機物含量減少，廢水得到了凈化。

在小規(guī)模分散型污水處理中大量使用生物膜污水處理工藝，比使用活性污泥工藝更有優(yōu)勢，具體體現(xiàn)在：①微生物相方面，各種生物膜工藝中參與凈化反應的微生物多樣化，微生物的食物鏈較長，世代時間較長的微生物易于存活，在分段運行中每段都能夠形成優(yōu)勢菌種;②在處理工藝上，各種生物膜工藝對水質(zhì)水量變化均有較強的適應性，污泥沉降性能良好、易于固液分離，能夠處理低濃度的污水，易于維護、節(jié)能。