1、生物膜法主要工艺类型及其优缺点比较摘要：生物膜法技术具有很强的抗冲击负荷能力，且处理效果理想，运行维护简单，不会产生污泥膨胀的现象，因此在污水处理中有着广泛的应用。本文介绍了生物膜技术的概念、分类和特点对生物膜技术在污水处理中的应用状况做了简要的分析。关键词：生物膜；污水处理随着我国经济的高速增长，工业化和城市化的步伐加快，对水资源的需求也日益增加，进而产生了大量污水，加剧了对环境的污染，因此，不断地寻求效率高、投资少、运行费用低、治理效果好的污水处理技术是研究工作的主要任务。在污水处理的二级生化处理工艺中，活性污泥法和生物膜法占主导地位，而生物膜法处理工艺凭借其处理效率高、剩余污泥产泥
4、殖从而使生物膜逐步增厚，经过1030d左右，就可形成成熟的工作正常的生物膜。生物膜一般呈蓬松的絮状结构，微孔较多，表面积很大，因此具有很强的吸附作用，有利于微生物进一步对这些被吸附的有机物的分解和利用。当生物膜增厚到一定程度，将受到水力的流涮作用而发生剥落。适当的剥落可使生物膜得到更新。生物膜的外表层的微生物一般为好气菌，因而称好气层。内层因受氧扩散的影响而供氧不足，因而使厌氧菌大量繁殖形成厌氧层。生物膜微生物以吸附和沉积于膜上的有机物为营养物质，将一部分物质转化为细胞物质进行繁殖生长，成为生物膜中新的活性物质，另一部分物质转化为排泄物，在转化过程中释放能量，满足微生物生长的需要。增殖的生
5、物膜脱落后进入废水，在二次沉淀池中被截留下来，成为污泥。如果有机物负荷比较高，生物膜对吸附的有机物来不及氧化分解时，能形成不稳定的污泥，这类污泥需要进行再处理2。3.生物膜法中的微生物生物膜中微生物群体包括好氧菌、厌氧菌和兼性菌，其中有真菌、藻类、原生菌以及蚊蝇的幼虫等较高等的动物，在生物滤池中兼性菌常占优势。无色杆菌属、假单孢菌属、产黄菌属以及产碱杆菌属等是生物膜中常见的细菌。在生物黏层内，微生物生长条件差，常会出现丝状浮游球衣细菌和白硫菌属，在滤池较低部位还存在着硝化菌，如亚硝化单孢菌属和硝化菌属。若滤池中pH值较低，则真菌起到重要的作用。在滤池顶部有阳光照射处常有藻类生物。藻类一般不
6、接参与废物降解，只是通过光合作用向生物膜提供氧，但若太多则会堵塞滤池，不利于操作。在生物膜滤池中原生动物和一些较高等的动物均以细菌为食物，它们起着控制细菌群体数量的作用，能促使细菌群体以较高速率产生新细胞，有利于污水净化3。4.生物膜法的工艺特点生物膜法具有以下优点：1微生物多样化，生物的食物链长，有利于提高污水处理效果和单位面积的处理负荷；2优势菌群分段运行，有利于提高微生物对有机污染物的降解效率和增加难降解污染物的去除率，提高脱氮除磷效果；3对水质、水量变动有较强的适应性，耐冲击负荷力增强；4污泥沉降性能好，易于固液分离，剩余污泥产量少，降低了污泥处理费用，进而降低投资费用5适合低浓度
7、污水的处理；6易于维护，运行管理方便，耗能低。但是与活性污泥法相比，生物膜法对环境温度的要求较高，气温过高或过低都会影响生物膜的活性，引起生物膜的坏死和脱落。另外，由于生物膜需要附着在滤料上才能够对污水起到净化作用，因此载体的比表而积对生物膜处理的效果有着很大的影响，如果选用的滤料比表面积达不到要求，想要达到预期的处理效果就需要增加处理池的而积，使投资费用增大。生物膜法中使用的滤料属于消耗品，需要对其进行周性的更新，增大了运行期间的管理费用同时，生物膜法对_L艺设计和运行条件的要求较为严格，一旦发生问题，便会引起滤料的破损和堵塞，降低出水的水质。5.生物膜法的分类生物膜法不外乎生物滤池、
8、生物转盘、生物接触氧化法、好氧生物流化床四种类型。其中，生物滤池又包括普通生物滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池等几种类型。下面，我们就生物膜法的几种主要类型进行阐述。二、生物滤池1.生物滤池的发展十九世纪末，在研究土壤净化污水的过滤田基础上，产生了生物过滤法。生物滤池是生物膜法处理污水的传统工艺，早于活性污泥法诞生。早期的普通生物滤池虽然净水效果较好，但占地面积大，水力负荷和有机负荷低，易于堵塞，没有得到广泛推广。20世纪60年末，为适应工业废水处理要求，高负荷生物滤池和塔式生物滤池改善了普通生物滤池的缺点，得到了快速发展。近年来，始于欧洲80年代发展起来的曝气生物滤池已成为一种独立的
9、生物膜法污水处理工艺，在城市污水处理、某些工业废水处理和污水回用深度处理等领域等得到了广泛的应用。其具有投资费用低，水力负荷、容积负荷高，耐低温，出水水质高，易挂膜、启动快，自动化程度高、运行管理方便等优点，但也还存在一定的缺点，它对进水的悬浮物浓度要求较高，水头损失较大，污泥稳定性差，产泥量略大。2.生物滤池的基本概念生物滤池是生物膜法中最常用的一种生物器。使用的生物载体是小块料如碎石块、塑料填料或塑料型块，堆放或叠放成滤床，故常称滤料。与水处理中的一般滤池不同，生物滤池的滤床暴露在空气中废水洒到滤床上。布水器有多种形式，有固定式的有移动式的。回转式布水器使用最广。它以两根或多根对称布
10、置的水平穿孔管为主体，能绕池心旋转。穿孔管贴近滤床表面水从孔中流出。布水器的工作是连续的，但对局部床面的施水是间歇的，这承继了污水灌溉间歇灌水的概念。滤床的下面有用砖或特制陶块、混凝土块铺成的集水层。再下面是池底。集水层和池外相通，既排水又通风。工作时废水沿载体表面从上向下流过滤床，和生长在载体表面上的大量微生物和附着水密切接触进行物质交换。污染物进入生物膜，代谢产物进入水流。出水并带有剥落的生物膜碎屑，需用沉淀池分离。生物膜所需要的溶解氧直接或通过水流从空气中取得。在普通生物滤池中，生物粘膜层较厚，贴近载体的部分常处在无氧状态。3.不同类型的生物滤池1）普通生物滤池图1普通生物滤池
11、普通生物滤池生物膜法处理污水最初使用的装置为普通生物滤池，亦称滴滤池，为第一代生物滤池。这种装置是将污水喷洒在由粒状介质（石子等）堆积起来的滤料上，污水从上部喷淋下来，经过堆积的滤料层，滤料表面的生物膜将污水净化，供氧由自然通风完成的，氧气通过滤料的空隙，传递到流动水层、附着水层、好氧层。此种方法处理污水的负荷较低，但出水水质很好，故亦成为低负荷生物滤池。20世纪初，英国最先得到实际应用，之后欧洲和北美得到了应用。普通生物滤池的优点是处理效果好，BOD5去除率可达90以上，出水BOD5可下降到25mg/L以下，硝酸盐含量在10mg/L左右，出水水质稳定；缺点是占地面积大，易于堵塞，
12、灰蝇很多，影响环境卫生。它由池体、滤料、布水装置和排水系统四部分组成，见图1。2）高负荷生物滤池流随着新型滤料的使用，程的革新，人们提出了多种型式的高负荷生物滤池，使负荷率比普通生物滤池提高数倍，池子体积大大缩小。回流式生物滤池、塔式生物滤池属于这样类型的滤池。它们的运行比较灵活，可以通过调整负荷率和流程，得到不同的处理效率（65一90）。低负荷率生物滤池现在基本上已不常用，仅在污水量小、地区比较偏僻、石料不贵的场合尚有可能选用。其优点是处理效果好，去除率可达90以上，其出水可降到25mgL以下，J上出水水质非常稳定；其缺点是占地面积过大，容易堵塞，影响环境卫生，负荷率高时，有
13、机物转化较不彻底，排出的生物膜容易腐化。须注意的是，滤池类型的选择，只有通过方案比较，才能作出合理的结论。占地面积，基建费用和运行费用的比较，常起关键性作用。3）塔式生物滤池在生物滤池的基础上，参照化学工业中的填料塔方式，建造了直径与高度比为1:61:8，高达824米的滤池。由于它的直径小、高度大、形状如塔，因此称为塔式生物滤池，简称为“塔滤”。塔式生物滤池也是利用好氧微生物处理污水的一种构筑物，是生物膜法处理生活污水和有机工业污水的一种基本方法，目前已在石油化工、焦化、化纤、造纸、冶金等行业的污水处理方面得到了应用。通过近几年的实践表明，塔式滤池对处理含氰、酚、腈、醛等有毒污水效果较好，处
14、理出水能符合要求。由于它具有一系列优点，故而得到了比较广泛的应用。塔式生物滤夭捎迷黾勇瞬愕母叨壤刺岣呗顺氐拇砟芰话懵瞬愀叨仍16米，甚至大于16米。在平面上，一般呈矩形或圆形，它的主要部分包括塔体、滤料、布水设备、通风装置和排水系统，如图2所示。与传统的生物滤池相比，其具有负荷高、分层明显、堵塞可能小与占地面积小等优点4。图2塔式生物滤池三、生物转盘1.生物转盘法的发展1954年在联邦德国的Heilbronn建成世界上第一座生物转盘污水处理厂后，在欧洲已有上千座，发展十分迅速。迄今为止，国外已应用生物转盘进行处理生活污水、工业废水的小试、中试及生产性实验研究，均取得了较好的效果。近年
16、代谢功能叶逐渐的发挥出来，并达到稳定的程度，污水中的有机物为生物膜所吸附降解。转盘转动离开污水与空气接触，生物膜上的固定着水层从空气中吸收氧，固着水层中的氧是过饱和的，并将其传递缴锬臀鬯校共勰谖鬯娜芙庋鹾看锏揭欢呐龋踔量赡艽锏奖汀锬鸾龊瘢谄淠诓啃纬裳嵫醪悖祭匣匣纳锬谖鬯肱堂嬷涞募羟辛淖饔孟露洌涞钠扑樯锬诙纬恋沓啬诒唤亓簦锬崖湫纬傻奈勰啵芏冉细撸子诔恋怼躺系纳锬缯鬯愠善仄氐腗LVSS（混合液挥发性悬浮固体浓度），可达40000-60000mg/L，F/M（有机污泥量/活性污泥量）比为0.05-0.1，这也是生物转盘高效率主要原因之一。图3生物转盘法水处理工艺流程图3.生物转盘的优缺点与生
17、物滤池法相比，生物转盘法就具有了很多特有的优越性：转盘上生物膜生长的表面积很大，又不会发生像生物滤池中滤料堵塞的现象，因此，容许的进水有机物浓度可以较高，适宜处理高浓度有机废水；生物转盘的生物膜在“水空气”的体系中交替循环，使其微生物常处在“缺复_富氧”的状态中，出现反硝化作用，进而对所处理的废水达到生物脱氮的目的。起初，生物转盘脱氮工艺中反硝化作用靠缺氧条件来形成，其可放在好氧的前或后进行，若在好氧之后，反硝化过程需加氮；在好氧之前，则不需要。后来，研究发现硝化、反硝化过程可在同一反应期内同时进；生物转盘法中的废水与生物膜接触时问比生物滤池长，生物转盘忍受突变负荷的能力也要比生物滤池强
19、接触曝气氧化池演变而来的。早在l9世纪末就开始了生物接触氧化法的研究，后在欧美等国发展起来，我国于2O世纪70年代开始探索，目前在有机工业废水处理、小型生活污水处理中得到了广泛的应用。2.生物接触氧化法的原理及形式生物接触氧化法是生物膜法的一种。在生物接触氧化法中，微生物主要以生物膜的状态附着在固体填料上，有部分生物絮体呈破碎生物膜状悬浮于处理水中，生物接触氧化法中有机物的去除主要靠生物膜附着微生物的作用来完成。生物接触氧化法的中心处理构筑物是接触氧化池。接触氧化池主要由池体、填料、布水装置和曝气系统4部分组成。根据水流状态的不同，接触氧化池可分为分流式池内循环式和直流式。所谓
21、复杂的缺点，并由于它的流速相对低，更容易使微生物在填料表面附着生长。2污泥浓度高，系统耐冲击负荷能力强。一般情况下，生物接触氧化法的容积负荷为310kgm3d，是普通活性污泥法的35倍，COD去除率为传统生物法的23倍6。3污泥产量少。在操作过程中一般不会产生污泥膨胀，不需要污泥回流装置。4氧利用率高，动力消耗低。生物接触氧化法对氧的利用率比活性污泥法高38倍，动力消耗比活性污泥法减少203O7。5操作简单，维护方便，可间歇运行，运行费用低，综合能耗低。该法在处理效果、动力消耗、经济效益和管理维护等方面都明显优于活性污泥法，具有高容积负荷，无需回流污泥，不产生污泥膨胀，对水质、水量骤变有
22、较强的适应力等优势。4.生物接触氧化处理效果的影响因素1）填料填料是微生物的载体，填料的选择决定了反应器内可供生物膜生长的比表面积的大小和生物膜量的大小。在一定的水力负荷和曝气强度下，又决定了反应器内传质条件和氧的利用率，从而对工艺运行效果影响很大。2）水温水温以两种形式对生物接触氧化工艺产生影响：一是影响生物酶的催化反应速率，二是影响污染物质向微生物细胞扩散的速率。生物接触氧化中水温的适宜范围在1O35，水温过低或过高，都会影响处理效果。3）PH值生物接触氧化法作为一个微生物处理过程，pH值是其重要的环境因素，对大多数微生物来说，最适宜的pH值在7左右，对pH值过高或过低的废水，应考
23、虑调整pH的预处理，控制生物接触氧化池进水的pH值在6595。4）溶解氧生物接触氧化池中曝气的作用，一是供给生物氧化所需的氧，二是提供反应器内良好的水流紊动程度，以利于污染物、微生物和氧的充分接触，保证传质效果，同时还可通过对水体的扰动达到强制脱膜，防止填料积泥，保持生物活性。5）水质条件悬浮物是生物接触氧化法处理的重要影响因素。无机悬浮物和泥砂得不到很好的截留和沉淀，会直接影响充氧和微生物生长。一方面，悬浮物沉降或粘附于填料生物膜上，妨碍微生物与水中污染物、溶解氧的传质过程，降低生物膜的活性；另一方面，悬浮物在填料上的积累，使填料的比表面积减少，导致生物处理效果下降。通常，在污水进入接
26、及生物颗粒流失等问题目前还没有有效的解决方法，在一定程度上限制了生物流化床的推广8。目前，生物流化床反应器有多种形式：按循环方式可分为内循环、外循环流化床；按床内物相可分为二相及三相流化床；按生物膜特性等因素可分为好氧和厌氧生物流化床9。2.生物流化床的技术特点生物流化床法充分利用了微生物不同生命活动阶段的特征，根据微生物的生长特点将处理阶段划分为固定床阶段、流化床阶段、液体输送阶段三个阶段。生物流化床的主要优点：1）容积负荷高，抗冲击能力强。_由于生物流化床的载体足采用小粒径固体颗粒，且载体成流态化，所以生物流化床的单位体积表面积要比其他生物膜法的大很多且抗击能力要较其他生物处理法高。2）微生物的活性较强。山于