摘要：對生物膜法的結(jié)構(gòu)、主要特征、機理、應(yīng)用進行了簡要介紹，生物膜法是與活性污泥法并列的一種好氧生物處理技術(shù)。

關(guān)鍵詞：生物膜 廢水處理

1. 生物膜中的微生物群落及其功能

1.1 微生物的群落

普通濾池內(nèi)生物膜的微生物群落有：生物膜生物（菌膠團為主，輔以浮游球衣菌、藻類）、生物膜面生物（固著型纖毛蟲、游泳型纖毛蟲）及濾池掃除生物（輪蟲、線蟲）

1.2 微生物群落的功能

生物膜生物起凈化和穩(wěn)定污、廢水水質(zhì)的功能。生物膜面生物起促進濾池凈化速度，提高濾池整體的處理效率的功能。濾池掃除生物起去除率池內(nèi)的污泥、防止污泥聚集和堵塞的功能。

2. 生物膜的構(gòu)造及其特征

污水與濾料或某種載體流動接觸，在經(jīng)過一段時間后，后者的表面將會為生物膜所覆蓋，生物膜逐漸成熟，其標志是：生物膜沿水流方向的分布，在其上由細菌及各種微生物組成的生態(tài)系以及其對有機物的降解功能都達到了平衡和穩(wěn)定的狀態(tài)。從開始形成到成熟，生物膜要經(jīng)歷潛伏和生長兩個階段，一般城市污水，在20℃左右的條件下大致需要30天左右的時間。生物膜在其形成與成熟后，由于微生物不斷增殖，生物膜的厚度不斷增加，在增厚到一定程度，在氧不能透入的里側(cè)深部即將轉(zhuǎn)變?yōu)閰捬鯛顟B(tài)，形成厭氧性膜。這樣，生物膜便由好氧和厭氧組成。好氧層的厚度一般為2mm左右，有機物的降解主要是在好氧層內(nèi)進行。

2.1 生物膜的構(gòu)造

⑴生物轉(zhuǎn)盤（圖1[1]）法

① 盤片：

盤片的形狀： 外緣：圓形、多角形及圓筒形；

盤面：平板、凹凸板、波形板、蜂窩板、網(wǎng)狀

板等以及各種組合。

盤片的厚度與材質(zhì)：要求質(zhì)輕、薄、強度高，耐腐蝕，

同時還應(yīng)易于加工、價格低等；一般厚度為0.5~1.0cm；

常用材料有聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯以及

玻璃鋼等。

轉(zhuǎn)盤的直徑：一般直徑為2.0、2.5、3.0、3.5m等，常用的是3.0m。

盤片間的間距：一般為30mm，高密度型則為10~15mm。

② 接觸反應(yīng)槽：

一般可以用鋼板或鋼筋混凝土制成，橫斷面呈半圓形或梯形；

槽內(nèi)水位一般達到轉(zhuǎn)盤直徑的40%，超高為20~30cm；

轉(zhuǎn)盤外緣與槽壁之間的間距一般為20~40cm。

③ 轉(zhuǎn)軸與驅(qū)動裝置

⑵ 生物接觸氧化法（圖2[1]）

圖 2? 生物接觸氧化法

2.2 生物膜的特征

⑴ 微生物相方面的特征

① 參與凈化反應(yīng)微生物多樣化

② 能夠存活世代時間較長的微生物

③ 生物的食物鏈長

④ 分段運行與占優(yōu)種屬

⑵ 處理工藝方面的特征

① 對水質(zhì)、水量變動有較強的適應(yīng)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

3. 生物膜的凈化機理

通過生長在填料（或濾料）表面的生物膜來處理廢水。廢水在濾料表面流動時，有機物就會從流動水層中轉(zhuǎn)移到附著水層中，進一步被生物所攝取。與此同時空氣中的氧氣也將通過水層而進入生物膜。生物膜上的微生物在有充足氧的條件下對有機物進行分解，將其轉(zhuǎn)為無機鹽和二氧化碳，二氧化碳沿著相反方向從生物膜經(jīng)過水層排到空氣中。

4. 生物膜法在水處理中的應(yīng)用

4.1 沈陽市皮毛廠污水處理工程

沈陽市皮毛廠位于沈陽市渾河南岸。其下游5km處為李官堡水源地.全廠每月400m3的生產(chǎn)污水直接排入渾河.造成水體嚴重污染。根據(jù)1975年和1976年從總排出口取樣分析結(jié)果看：

Cr+6 10.98mg/L；COD 7126mg/L；BOD 1026mg/L。

分析結(jié)果表明除Cr+6以外是典型的有機污水.遠遠超過國家工業(yè)排放標準數(shù)10倍。由于生物轉(zhuǎn)盤與其它生物處理有所區(qū)別，而且污水的水質(zhì)不同，所以必須通過實驗來解決，以便提出轉(zhuǎn)盤的負荷量。本項工程采用天津大學與3514廠共同長期實驗所得最佳負荷量0. 084m3/m2·d進行計算與設(shè)計。[2]

4.2 生物轉(zhuǎn)盤法處理煤礦含鐵酸性礦井水基本原理及工藝

生物轉(zhuǎn)盤法是生物膜法的一種，其處理煤礦酸性礦井水的原理：利用生物轉(zhuǎn)盤中廢水處于半靜止狀態(tài)，微生物生長在轉(zhuǎn)盤的盤面上，當轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)時，廢水被揚起，不停地與空氣接觸。隨著轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速的提高，CO2被逸出到空氣中，水中溶解氧DO增加，F(xiàn)e2+氧化速度增大。同時，利用生長在盤面上的微生物——氧化亞鐵硫桿菌，在酸性條件下將水中，F(xiàn)e2+氧化成Fe3+，因而在不受pH值大小影響情況下，達到除鐵和除H2CO3的目的。出水再進行中和，可在加入少量中和劑后除去SO4-等酸性離子，使廢水得到凈化。[3]

4.3 生物膜法技術(shù)在給水處理中的運用

用于給水處理中生物預(yù)處理工藝主要有：生物過濾反應(yīng)器、生物濾塔、生物接觸氧化反應(yīng)器、生物轉(zhuǎn)盤反應(yīng)器、生物流化床以及土地處理系統(tǒng)等。[4]其中以生物過濾反應(yīng)器中的生物陶粒濾池與生物接觸氧化反應(yīng)器最為常用。前者有一定的機械過濾能力適合處理較低濃度或低溫原水，后者則因為填料空隙率大，不易堵塞，適合處理較高濃度的微污染原水。

在臭氧—生物活性炭吸附工藝這一生物膜法處理工藝中，顆粒活性炭是微生物生長的載體?；钚蕴勘砻婕拔⒖仔纬傻奈⑸锬ねㄟ^生物降解作用，可進一步降解在活性炭表面及微孔富集的有機物，從而降低了活性炭的吸附飽和度，延長了其使用壽命。70年代中期，德國對臭氧—生物活性炭吸附工藝的研究發(fā)現(xiàn)，與單純的活性炭吸附比較，活性炭的再生周期延長4～6倍。[5]其后，歐洲的許多現(xiàn)代化水廠逐步推廣使用了臭氧-生物活性炭吸附對微污染水源的深度凈化工藝。

在“八五”、“九五”國家科技攻關(guān)計劃中，“飲用水微污染凈化技術(shù)”作為專題進行研究，并將取得的重要成果中的生物預(yù)處理技術(shù)成果成功運用于工程實踐。其中位于深圳水庫庫尾，設(shè)計處理規(guī)模400萬m3/d的廣東省東深源水生物硝化工程是國內(nèi)目前規(guī)模最大的采用生物接觸氧化法的預(yù)處理工程。[6]源水經(jīng)沉砂區(qū)、粗、細隔柵后，進入采用YDT彈性立體填料的生物處理池，水力停留時間55min填料接觸時間40min，氣水比1:1。自1998年12月試運行以來，通過工藝啟動過程的自然接種，培養(yǎng)馴化，使填料掛膜，形成系統(tǒng)的生物硝化能力，并使氨氮去除率和硝酸鹽氮生成率趨于穩(wěn)定。試運行得出的初步結(jié)論是：生物接觸氧化工藝適合于處理東深微污染源水，對氨氮的處理效果顯著。氨氮去除率在75%以上。同時，增加了深圳水庫水體的溶解氧，提高了水庫的自凈能力，改善了東深源水供水水質(zhì)。[7]

4.4 生活污水處理中生物膜法技術(shù)運用

生物膜法水處理技術(shù)用在市政污水處理主要有滴濾池(TF)、生物接觸轉(zhuǎn)盤(RBC)、淹沒式附著生長生物反應(yīng)器(SAGB)等主要形式。[8]

滴濾池是生物膜法水處理技術(shù)在污水處理領(lǐng)域最早運用的形式。早在1889年就進行了砂礫處理廢水的試驗。19世紀90年代到20世紀初在英國進行了研究。并于20世紀前半葉到20世紀50年代在美國大規(guī)模應(yīng)用。之后人們趨向采用經(jīng)濟型操作性更好的活性污泥法。但是隨著新介質(zhì)、工藝構(gòu)造以及對生物膜過程的理解增加，導(dǎo)致了滴濾池再次大規(guī)模應(yīng)用。[9]目前滴濾池常與其他的污水處理工藝一起運用于城市污水處理，如滴濾池與活性污泥組合工藝(TF/AS工藝)，滴濾池與活性生物濾池組合工藝(TF/ABF工藝)。[10]瑞典LCKEBY水務(wù)集團為馬爾摩市政廢水處理廠承建了4個大型滴濾池，采用 滴濾池作為硝化反應(yīng)器和新的脫氮段，包括Kaldnes固定膜技術(shù)。并于1999年春季將該處理廠投入運行，至今運行效果良好。

生物接觸轉(zhuǎn)盤是生物膜法污水生物處理技術(shù)的一種，是污水灌溉和土地處理的人工強化。這種處理法使細菌和菌類的微生物、原生動物一類的微型動物在生物轉(zhuǎn)盤境料載體上生長繁育，形成膜狀生物性污泥——生物膜。污水經(jīng)沉淀池初級處理后與生物膜接觸，生物膜上的微生物攝取污水中的有機污染物作為營養(yǎng)，使污水得到凈化。當前生物接觸轉(zhuǎn)盤工藝開發(fā)于20世紀50年代，20世紀60年代第一套生物接觸轉(zhuǎn)盤系統(tǒng)在德國運行，目前全世界有大約3000套裝置在運行。[9]盡管生物接觸轉(zhuǎn)盤工藝出水水質(zhì)與活性污泥法接近，運行能耗低，平均只有傳統(tǒng)活性泥法的一半費用低，但是由于其工程造價高而限制了其使用。

淹沒式附著生長生物反應(yīng)器是一種新一代的生物膜水處理技術(shù)，由于該技術(shù)趨向?qū)⑸镙d體淹沒在流體中，因而叫做淹沒式附著生長生物反應(yīng)器。該工藝主要類型有下流式填充生物反應(yīng)器(DFPB)、上流式填充生物反應(yīng)器(UFPB)、流化床生物反應(yīng)器(FBBR)、懸浮與附著生長組合系統(tǒng)(CSAG)。其中好氧類型的下流式填充生物反應(yīng)器(DFPB)和上流式填充生物反應(yīng)器(UFPB)加起來又叫曝氣生物濾池(Biological aeratedfilter)，簡稱BAF，是近年來國際上興起的污水處理新技術(shù)，發(fā)展極為迅速。[11][12]廣泛應(yīng)用于城市污水、小區(qū)生活污水、生活雜排水和食品加工廢水、釀造等有機廢水處理，具有去除SS、CODcr、BOD5、硝化與反硝化、脫氮除磷、除去AOX(有害物質(zhì))的作用，其最大特點是集生物氧化和截留懸浮固體于一體，并節(jié)省了后續(xù)二次沉淀池。該工藝采用了高比表面積的生物填料，有機物容積負荷、水力負荷大、水力停留時間短、出水水質(zhì)高，因而所需占地面積小、基建投資少、能耗及運行成本低。[13]由于這些優(yōu)點該水處理工藝倍受關(guān)注。

采用不同的工藝組合以及控制不同的工藝參數(shù)，曝氣生物濾池可以用來進行好氧的碳氧化、碳氧化與硝化組合、分段硝化、反硝化和厭氧處理[14]。甚至可以在同一曝氣生物濾池中實現(xiàn)以上各功能。[15]

4.5 生物膜法技術(shù)在處理市政二級排水中的運用

隨著水資源的日益匱乏和短缺，大量的市政污水處理廠的排水被視為新的水源越來越受到人們的重視。城市污水的再生與回用可以有效地緩解水環(huán)境污染和水資源缺乏的矛盾。由于市政污水處理廠二級排水中尚含有大量的污染物，直接回用必定受到限制。因此城市污水二級處理后的深度處理，其目的是進一步去除污水中的懸浮物(SS)、有機物、濁度、以及氮和磷等。生物過濾技術(shù)充分利用濾料的截污吸附作用和濾料上附著生物膜的降解作用，可以獲得較好的污染物去除效果，并且具有流程短、運行管理方便、費用低的優(yōu)點。

結(jié)論：綜上所述，生物膜法已經(jīng)得到越來越廣泛的應(yīng)用，生物轉(zhuǎn)盤法也有了長足的發(fā)展。生物膜法處理污水技術(shù)是現(xiàn)今國內(nèi)外廣泛采用的一種方法?，F(xiàn)在世界污染問題日趨嚴重特別是“三廢”的排放，大量有毒、有害物質(zhì)排入環(huán)境，威脅著本已脆弱的生態(tài)環(huán)境。針對污水的危害，各國政府都投入了大量的人力物力進行污水的處理研究。

參考文獻：

[1] 廢水生物處理原理與工藝 第九講 http://www.kmyz.edu.cn/xbzy/hsx/jpkc2/jianggao/9.doc

[2] 李世璋, 生物轉(zhuǎn)盤處理污水──沈陽市皮毛廠污水處理工程剖析，沈陽建筑工程學院學報, 1994. (1): 40-44

[3] 李鴻,黃維剛,熊云威,淺析生物轉(zhuǎn)盤法處理煤礦含鐵酸性礦井水,礦業(yè)安全與環(huán)保(增刊), 2001, 28: 109 - 110

[4] 王占生等，微污染水源飲用水處理，中國建筑工業(yè)出版社, 北京，1999.54-62

[5] P.M.Huck, etal. Formation and removal of assimilable organic carbon during biological treatment. J.AWWA, 1991.83(12): 69-78

[6] 葉旭全等,東深源水生物硝化工程試運行的初步小結(jié),中國水網(wǎng), http://www.waterchina.com/docc/science/text/2000717.htm

[7] 郄燕秋, 北京市市政工程設(shè)計研究總院建院四十五周年論文集[C], 2000,4.

[8] C.P.Leslie Grady, Jr, Biological wastewater treatment: Theory and Application, Marcel Dekker, Inc. 1980: 44-47

[9] Water Environment Federation, Fixed Film Reactors, Draft Facilities Design Manual, Water Environment Federation, Alexandria, Virginia, 1997:24-30

[10] Daigger, G.T., Closure to discussion of ‘Process and kinetic analysis of nitrification in coupled trickling filter/activated sludge processes’, Water Environment Research, 1995, 67: 380-382.

[11] 鄭俊等,曝氣生物濾池水處理技術(shù)[M],化學工業(yè)出版社,北京,2002.

[12] Govind, R, L. Lai, and R. Dobbs, Integrated model for predicting the fate of organics in wastewater treatment plants, Environmental Progress, 1991, 18: 55-56

[13] Melcer, H., W. P. Bell, D. Thompson, C. M. Yendt, and J. Kemp, Modeling volatile organic contaminant’s fate in wastewater treatment plant, Journal of Environmental Engineering, 1994, 120: 588-609,

[14] Bernard, J., ed., Technical Advances in Biofilm Reactors, Water Science and Technology, 1990，22(1/2): 77-80

[15] Grady, C. P. L. Jr., Biodegradation of toxic organics: status and potential, Journal of Environmental Engineering, 1990，116：805-828