生物膜法-科普123

生物膜法

生物科学2023-02-02 22:49:17百科

生物膜法

[拼音]：shengwumofa

[外文]：bio-membrane process

使废水流过生长在固定支承物表面上的生物膜，利用生物氧化作用和各相间的物质交换，降解废水中有机污染物的方法，是废水需氧生物处理法的一种。用生物膜法处理废水的构筑物有生物滤池、生物转盘和生物接触氧化池等。

生物滤池是由过滤田和灌溉田逐步发展而来的。过滤田和灌溉田是天然条件下的需氧生物处理设施。废水流入过滤田和灌溉田后，水中的有机物滞留在土壤表层，由需氧微生物氧化分解为无机物。这种作用只在土壤表层进行，占地面积大，而且受气候影响，只能在适当条件下采用。19世纪末，进行了洒滴滤池试验。20世纪初洒滴滤池法得到公认，出现了各种型式的生物滤池。用生物滤池处理废水的方法统称为生物膜法。

处理废水过程

生物滤池一般是长方形或圆形，池内填有滤料，滤料层上为布水装置，滤料层下为排水系统。废水通过布水装置均匀洒到生物滤池表面，呈涓滴状流下，一部分废水呈薄膜状被吸附于滤料周围，成为附着水层；另一部分则呈薄膜流动状流过滤料，并从上层滤料向下层滤料逐层滴流，最后通过排水系统排出池外。

由于滤料间隙的空气不断地溶于水中，水层中保有比较充足的溶解氧；而流过的废水中所含的大量有机物质，可作为微生物的营养源，因此水层中需氧微生物能够大量生长繁殖。微生物的代谢作用使部分有机物质被氧化分解为简单的无机物，并释放出能量。这些能量一部分供微生物自身生长活动的需要，另一部分被转化合成为新的细胞物质。另外，废水通过滤池时，滤料截留了废水中的悬浮物质，并吸附了废水中的胶体物质，使大量繁殖的微生物有了栖息场所，从而在滤料表面逐渐生长起一层充满微生物及原生动物的“生物膜”。膜的外侧有附着水层，废水不断地从滤池上淋洒下来，就有一层废水不断沿生物膜上部表面流下，这部分废水为流动水层（图1）。流动水层和附着水层相接触，附着水层由于生物净化作用，所含有机物质浓度很低，流动水层通过传质作用把所含的有机物传递给附着水层，从而不断地得到净化。同时由于生物膜上的微生物的增殖，膜的厚度不断增加，当达到一定厚度时，生物膜层内由于得不到足够的氧，由需氧分解转变为厌氧分解，微生物逐渐衰亡、老化，使生物膜从滤料表面脱落，随水流至沉淀池。生物滤池的滤料上再生成新的生物膜，如此不断更新。

就部分滤料来说，处理废水效能呈周期性变化。在生物膜形成的初期，微生物的代谢活动旺盛，净化功能最好；随着生物膜逐渐加厚，内部出现厌氧分解现象，净化的功能逐渐减退；到生物膜脱落时为最低。但就整个滤池来说，滤料上生物膜的脱落是参差交替的。因此，在正常情况下，整个滤池的处理效果是基本稳定的。

由于生物膜要不断更新，脱落的生物膜随水流出，因此必须在生物滤池后设置沉淀池。这种池称为二次沉淀池。为保证生物滤池的正常工作，对含有较多悬浮物质和油脂等易于堵塞滤料的废水，须设置初次沉淀池、浮选池和隔油池等，以进行预处理。

需氧生物膜上的微生物种类很多，有细菌、真菌、藻类、原生动物和后生动物，以及肉眼可见的微型动物。生物滤池中上层、中层、下层构成生物膜的微生物，种类也有区别。

需氧生物膜上微生物的代谢产物主要是二氧化碳和水，在同流动水层接触时，被流动水层带走。厌氧生物膜内的产物主要是硫化氢和氨。这些厌氧生化产物在透过需氧生物膜时大部分被氧化，因此生物滤池在工作正常时基本上没有臭气。

构筑物

在生产中应用较早的有两种生物滤池：普通生物滤池和高负荷生物滤池。它们的工作状况如表：

普通生物滤池的水力负荷和有机物负荷都较低，往往采用间歇运行方式，废水中的有机物被氧化分解得比较彻底，但占地面积大。高负荷生物滤池的水力负荷和有机物负荷都较高，采用连续运行方式，废水在滤池中停留时间短，只有易于氧化的有机物被分解，而较难氧化的有机物未及分解就被排出。因此这种滤池的净化程度不如普通生物滤池彻底，而且二次沉淀池中沉淀的污泥量较多。但它的水力负荷较高，水的冲刷力大，滤池不易堵塞。如进入滤池的废水中有机物浓度过高，可采用回流运转方式，即将生物滤池的一部分出水回流到滤池前同进水混合。这样可以降低进水浓度，保证水的冲刷力，还能增加滤池中的有用微生物，从而保证生物滤池的正常工作。

选择合适的滤料十分重要。滤料必须机械强度好，耐腐蚀；表面积大，略呈粗糙，但又不影响水的均匀流动；滤料间应有一定的空隙，以免堵塞，并使空气流通；能就地取材，价格低廉。长期以来多以卵石、碎石、炉渣、焦炭等为滤料。近年来开始使用人工塑料滤料，如波形板和列管式滤料。这种滤料质量轻，强度高，耐腐蚀性能好，表面积和空隙率都较大。

与活性污泥法比较，生物膜法对于进水负荷的变化适应性强，管理简便，基本建设投资和运行费用都较低。但处理效率和卫生条件较差，占地面积较大。生物膜法近年发展起来的几种新型构筑物有：

（1）塔式生物滤池，简称塔滤(图2)。塔高7～24米，内部通风良好，水流紊动剧烈，水力冲刷较强。因此，污水同空气和生物膜接触充分，生物膜更新速度快，各层生长有适应于废水性质的不同的生物群，有利于有机物的生物降解。塔滤负荷较高，水力负荷每日每平方米可达90～150米³，有机物负荷每日每立方米达1100～2400克(BOD₅)。占地少，对冲击负荷有较强的适应性。

（2）生物转盘（图3）。由固定在一横轴上的若干间距很近的圆盘组成。圆盘面生长有一层生物膜，作用与生物滤池中滤料相似。圆盘是用轻质耐腐蚀、坚固而不易挠折的材料，如泡沫聚氯乙烯、泡沫聚苯乙烯、硬聚氯乙烯、玻璃钢等材料制成。圆盘有约一半的面积浸在一个半圆形或矩形的水槽内。废水在槽中流过时，圆盘缓慢转动。圆盘的一部分浸入废水时，生物膜吸附废水中的有机物，使微生物获得营养。当转出水面时，生物膜又从大气中直接吸收氧气。如此循环反复，废水中的有机物在需氧微生物的作用下得到氧化分解。圆盘上的生物膜也会因老化不断地自行脱落，随水流出，在二次沉淀池中沉淀下来。生物转盘能处理高浓度废水，而不会发生堵塞现象。构造与生物转盘类似的还有生物转筒。主体装置是由固定在一横轴上的若干圆筒组成，圆筒中装填料，生物膜生长在填料表面。