深度剖析生物膜法在污水处理中的应用

生物膜法是污水处理中常用的技术，本文将进行生物膜法的全面解读，让大家了解这种污水处理技术。

当有机污水或由活性污泥悬浮液培养而成的接种液流过载体时，水中的悬浮物及微生物被吸附于固相表面上，其中的微生物利用有机底物而生长繁殖，逐渐在载体表面形成一层粘液状的生物膜。这层生物膜具有生物化学活性，有进一步吸附、分解污水中呈悬浮、胶体和溶解状态的污染物。

生物膜的降解机理

1）空气中的氧溶解于流动水层中，通过附着水层传递给生物膜；

2）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；

3）微生物的代谢产物如H2O等则通过附着水层进入流动水层，并随其排走；

4）CO2及厌氧层分解产物如H2S、NH3以及CH4等气态代谢产物则从水层逸出进入空气中。

1） 生物膜降解有机物的过程，也是膜生长的过程；

2） 好氧层与厌氧层的平衡稳定关系；

3） 厌氧层加厚，生物膜老化、脱落。

（1）微生物多样化

（2） 生物的食物链长

（3） 能够存活世代时间较长的微生物

（4） 分段运行与优占种属

（1） 对水质、水量变动有较强的适应性

（2） 污泥沉降性能良好，宜于固液分离

（3）能够处理低浓度的污水

（4）易于维护运行、节能

生物滤池法是在砂滤池的基础上发展起来的一种生物膜处理方法，它利用滤料表面形成的一层生物膜来净化污水。在滤池内，污水由于重力作用自上而下地连续流经滤料，滤料表面的微生物借助酶的作用，使被吸附和吸收的有机物在氧气的参与下进行氧化分解，同时微生物又以有机物为营养进行自身繁殖。老化的微生物附着力差，在污水冲刷会不断脱落，脱落后随水流出滤池，同时新的生物膜不断生长，因而处理可连续进行。

生物滤池主要由池壁、池底、滤料、布水器等部分组成。

滤料：组成滤层的过滤材料。常以花岗石、安山岩、闪绿岩等较硬的岩石以及无烟煤等材料制成。

布水器：将污水散布于滤层表面的装置，使用较多的是旋转式布水器，其次是固定喷嘴式布水器。

水力负荷率：以滤料体积表示,m3(污水）/m3（滤料）·d。

有机负荷率：以进水有机污染物或特定污染物表示,kg(BOD5或特定污染物）/m3（滤料）·d。

水力负荷率与生物膜更新的关系：水力负荷小，生物膜厚，易堵塞；水力负荷大于8m/d时，水力冲刷作用强，生物膜更新快，不易堵塞，生物活性好。但污水停留时间短，出水水质下降。

城市污水BOD5在200-300mg/L，处理效率要求80-90%时，低负荷生物滤池的有机负荷率：0.2kg/ m3（滤料）·d，高负荷生物滤池的有机负荷率：1.1kg/ m3（滤料）·d左右。

普通生物滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池、曝气生物滤池

由于低密度滤料的使用，生物滤池突破了高度的限制，可达8～20m，外形像塔，故称之；

塔身分为数层，每层设置格栅，承担滤料重量；

水力负荷可高达20～200m/d，有机负荷2～3kg/m3d；

可多段进水，但要加强预处理，防止堵塞；

优点：占地大大缩小，能使用水质水量变化；

缺点：废水提升费用高，滤池太高管理不便。

20世纪80年代发展的高效、低成本、小体积的污水处理系统；

主要分类：上流式和下流式；

填料特性：高比表面积、低密度、硬度大、抗磨损、化学稳定性好；

处理效果好：BOD5、SS、NH3-N可分别达到10、10、1mg/L；

抗冲击能力强：可适应水质、水量的波动，即使长时间停用启用后也可迅速恢复。

生物转盘是一种通过盘面转动，交替与污水和空气接触从而使污水净化的一种处理方法。它是在生物过滤法基础上发展起来一种高效处理新技术，也是生物膜法之一，具有运行简便，可根据不同的要求调节接触时间、耗电少等优点，很适于小规模的污水处理。

生物转盘是由氧化槽支撑和水平轴固定的一系列间距很近的圆盘所组成。盘片由合成树脂（聚氯乙稀、玻璃钢）、金属（铅、钢）或竹材制成。氧化槽一般是与圆盘外形基本吻合的半圆形，由钢筋混凝土或钢板制成，由电动机和变速装置带动水平轴使盘片缓缓转动。

转盘用人工方法或自然方法挂膜后，转盘表面就形成了类似生物滤池滤料那样的生物膜。转盘旋转时，浸入污水的部分，其上的生物膜吸附有机污染物，并吸收生物膜外水膜中的溶解氧，在生物酶的催化作用下，分解有机物，排出代谢产物，微生物在这一过程中以有机污染物为营养进行自身繁殖。转盘露出水面的部分，空气不断地溶解到水膜中取，增加其溶解氧量。生物膜交替地与污水和空气接触，形成一个连续的吸附－吸氧－氧化分解过程，使污水得到净化。

微生物浓度高。若把生物膜折算成曝气池污泥浓度，可达10000～20000mg/L；生物相分级，预留无该机的污水水质相适应。这对微生物生长，有机污染物降解有利；具有消化、反硝化、除磷功能。由于污泥泥龄长，可生长生长期较长的消化、反硝化菌；不回流污泥，除水可加混凝剂除磷；耐冲击负荷，可适应BOD5达10～10000mg/L的有机废水；微生物食物链长，污泥量少，含水率低，易于处理。

接触氧化法是在接触滤池和生物滤池的基础上发展起来的处理方法，具有介于生物滤池或活性污泥法的特征。即在不透水的池内，填充填料，下侧曝气。在生物膜固定和污水流动方面和生物滤池相同，以污水充满池内、用人工进行曝气而言，又和活性污泥法相似。又称接触曝气或淹没式生物滤池、或固定式活性污泥法。

水流流态不同：生物膜表面直接与污水接触，提供更大污染物传质空间；水流稳定，加上充沛的溶解氧，适于微生物生长，微生物相丰富，能形成稳定的生态系；供氧方式不同：曝气供氧，传质快，效率高，污水中DO浓度大；容积负荷高且污泥产量低：污染物和氧气的传质条件好，单位容积生物量高于活性污泥法和生物滤池法（125g/m2填料表面，相当于MLSS 13g/L)，故容积负荷高，并保持较低的F/M，；不需污泥回流，运行管理方便；耐冲击负荷和水质骤变：污泥浓度高，完全混合。

生物接触氧化池的构造

池体：用于放置填料，布水布气装置，设置支撑填料的栅板和格栅的构筑物，钢或钢筋混凝土结构，池底设置派你装置；

填料：生物膜附着的载体，要求比表面积大、空隙率大、强度大、水力阻力小，化学与生物稳定性好。制作材料为聚氯乙烯塑料、聚丙烯塑料、环氧玻璃钢等，形状为蜂窝状或波纹板状；此外还有纤维状软性填料，由尼龙、维纶、腈纶和涤纶等化学纤维编结成。

布气管分为二种：分流式：中心曝气，侧面曝气；直流式：全面曝气。

在反应器中装入粒径较小、密度大于水的载体颗粒，通过污水以一定的流速自下而上的流动使载体成流化状态，污水中有机污染物通过与载体表面生长的生物膜相接触而达到去除的目的。

（1）两相生物流化床

流化床中只有固液两相，由液体流动托起固体颗粒，溶氧过程在另外的设备中完成。由于处于流态化工况下的水流流速难于使固体颗粒表面的生物膜脱落，故增加脱膜设备；

（2）三相生物流化床

流化床中同时有气、固、液三相，气、液两相同时流动托起固体颗粒，过程三相流，其中的气流同时起充氧作用，激烈湍动的气、液两相流使固体颗粒表面的生物膜脱落，故不必再设脱膜设备。

文章来源：公众号《水处理研究院》