生物膜法废水处理概述

Posted 2023-01-14 生物

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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。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。同时可以查看中国污水处理工程网更多技术文档。

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。

③ 生物接触氧化池（见生物接触氧化法）。

提高生物膜法的处理效率，主要是在单位时间内适当地加大生物膜同废水的接触面积和充分供给所需要的氧气。为此，有些国家在试验研究一种流化床。这种设施以砂或活性炭等比表面积大的材料作为生物膜担体，以沸腾状态在废水中分解氧化有机物。

补充

生物膜法是利用附着生长于某些固体物表面的微生物（即生物膜）进行有机污水处理的方法。生物膜是由高度密集的好氧菌、厌氧菌、兼性菌、真菌、原生动物以及藻类等组成的生态系统，其附着的固体介质称为滤料或载体。生物膜自滤料向外可分为庆气层、好气层、附着水层、运动水层。生物膜法的原理是，生物膜首先吸附附着水层有机物，由好气层的好气菌将其分解，再进入厌气层进行厌气分解，流动水层则将老化的生物膜冲掉以生长新的生物膜，如此往复以达到净化污水的目的。生物膜法具有以下特点：（1）对水量、水质、水温变动适应性强；（2）处理效果好并具良好硝化功能；（3）污泥量小（约为活性污泥法的3/4）且易于固液分离；（4）动力费用省。