生物膜法的基本原理

1、生物膜在載體上的生長過程：當有機污水或由活性污泥懸浮液培養(yǎng)而成的接種液流過載體時，水中的懸浮物及微生物被吸附于固相表面上，其中的微生物利用有機底物而生長繁殖，逐漸在載體表面形成一層粘液狀的生物膜。這層生物膜具有生物化學活性，有進一步吸附、分解污水中呈懸浮、膠體和溶解狀態(tài)的污染物。

2、生物膜的降解機理

(1) 物質(zhì)的傳遞

1）空氣中的氧溶解于流動水層中，通過附著水層傳遞給生物膜；

2）有機污染物則由流動水層傳遞給附著水層，然后進入生物膜；

3）微生物的代謝產(chǎn)物如H2O等則通過附著水層進入流動水層，并隨其排走；

4）CO2及厭氧層分解產(chǎn)物如H2S、NH3以及CH4等氣態(tài)代謝產(chǎn)物則從水層逸出進入空氣中。

(2) 膜的生長與脫落

1） 生物膜降解有機物的過程，也是膜生長的過程；

 2） 好氧層與厭氧層的平衡穩(wěn)定關(guān)系；

 3） 厭氧層加厚，生物膜老化、脫落。

二、生物膜的主要特征

1、 生物相方面的特征：

（1）微生物多樣化

（2） 生物的食物鏈長

（3） 能夠存活世代時間較長的微生物

（4） 分段運行與優(yōu)占種屬

2、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

三、生物濾池

1、生物濾池法的特征：

生物濾池法是在砂濾池的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種生物膜處理方法，它利用濾料表面形成的一層生物膜來凈化污水。在濾池內(nèi)，污水由于重力作用自上而下地連續(xù)流經(jīng)濾料，濾料表面的微生物借助酶的作用，使被吸附和吸收的有機物在氧氣的參與下進行氧化分解，同時微生物又以有機物為營養(yǎng)進行自身繁殖。老化的微生物附著力差，在污水沖刷會不斷脫落，脫落后隨水流出濾池，同時新的生物膜不斷生長，因而處理可連續(xù)進行。

2、典型構(gòu)造

生物濾池主要由池壁、池底、濾料、布水器等部分組成。

濾料：組成濾層的過濾材料。常以花崗石、安山巖、閃綠巖等較硬的巖石以及無煙煤等材料制成。

布水器：將污水散布于濾層表面的裝置，使用較多的是旋轉(zhuǎn)式布水器，其次是固定噴嘴式布水器。

3、影響生物濾池性能的主要因素----負荷率

 水力負荷率：以濾料體積表示,m3(污水）/m3（濾料）·d。

有機負荷率：以進水有機污染物或特定污染物表示,kg(BOD5或特定污染物）/m3（濾料）·d。

水力負荷率與生物膜更新的關(guān)系：水力負荷小，生物膜厚，易堵塞；水力負荷大于8m/d時，水力沖刷作用強，生物膜更新快，不易堵塞，生物活性好。但污水停留時間短，出水水質(zhì)下降。

城市污水BOD5在200-300mg/L，處理效率要求80-90%時，低負荷生物濾池的有機負荷率：0.2kg/ m3（濾料）·d，高負荷生物濾池的有機負荷率：1.1kg/ m3（濾料）·d左右。

4、 生物濾池的類型

普通生物濾池；    高負荷生物濾池；塔式生物濾池；    曝氣生物濾池

（1）塔式濾池：

由于低密度濾料的使用，生物濾池突破了高度的限制，可達8～20m，外形像塔，故稱之；

塔身分為數(shù)層，每層設(shè)置格柵，承擔濾料重量；

水力負荷可高達20～200m/d，有機負荷2～3kg/m3d；

可多段進水，但要加強預(yù)處理，防止堵塞；

優(yōu)點：占地大大縮小，能使用水質(zhì)水量變化；

缺點：廢水提升費用高，濾池太高管理不便。

（2）曝氣生物濾池

20世紀80年代發(fā)展的、低成本、小體積的污水處理系統(tǒng)；

主要分類：上流式和下流式；

填料特性：高比表面積、低密度、硬度大、抗磨損、化學穩(wěn)定性好；

處理效果好：BOD5、SS、NH3-N可分別達到10、10、1mg/L；

抗沖擊能力強：可適應(yīng)水質(zhì)、水量的波動，即使長時間停用啟用后也可迅速恢復。

四、生物轉(zhuǎn)盤

1、特點

    生物轉(zhuǎn)盤是一種通過盤面轉(zhuǎn)動，交替與污水和空氣接觸從而使污水凈化的一種處理方法。它是在生物過濾法基礎(chǔ)上發(fā)展起來一種處理新技術(shù)，也是生物膜法，具有運行簡便，可根據(jù)不同的要求調(diào)節(jié)接觸時間、耗電少等優(yōu)點，很適于小規(guī)模的污水處理。

2、構(gòu)造

生物轉(zhuǎn)盤是由氧化槽支撐和水平軸固定的一系列間距很近的圓盤所組成。盤片由合成樹脂（聚氯乙稀、玻璃鋼）、金屬（鉛、鋼）或竹材制成。氧化槽一般是與圓盤外形基本吻合的半圓形，由鋼筋混凝土或鋼板制成，由電動機和變速裝置帶動水平軸使盤片緩緩轉(zhuǎn)動。

3、工作原理

轉(zhuǎn)盤用人工方法或自然方法掛膜后，轉(zhuǎn)盤表面就形成了類似生物濾池濾料那樣的生物膜。轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)時，浸入污水的部分，其上的生物膜吸附有機污染物，并吸收生物膜外水膜中的溶解氧，在生物酶的催化作用下，分解有機物，排出代謝產(chǎn)物，微生物在這一過程中以有機污染物為營養(yǎng)進行自身繁殖。轉(zhuǎn)盤露出水面的部分，空氣不斷地溶解到水膜中取，增加其溶解氧量。生物膜交替地與污水和空氣接觸，形成一個連續(xù)的吸附－吸氧－氧化分解過程，使污水得到凈化。

4、生物轉(zhuǎn)盤的特征

微生物濃度高。若把生物膜折算成曝氣池污泥濃度，可達10000～20000mg/L；生物相分級，預(yù)留無該機的污水水質(zhì)相適應(yīng)。這對微生物生長，有機污染物降解有利；具有消化、反硝化、除磷功能。由于污泥泥齡長，可生長生長期較長的消化、反硝化菌；不回流污泥，除水可加混凝劑除磷；耐沖擊負荷，可適應(yīng)BOD5達10～10000mg/L的有機廢水；微生物食物鏈長，污泥量少，含水率低，易于處理。

五、 生物接觸氧化法

1、特點

    接觸氧化法是在接觸濾池和生物濾池的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的處理方法，具有介于生物濾池或活性污泥法的特征。即在不透水的池內(nèi)，填充填料，下側(cè)曝氣。在生物膜固定和污水流動方面和生物濾池相同，以污水充滿池內(nèi)、用人工進行曝氣而言，又和活性污泥法相似。又稱接觸曝氣或淹沒式生物濾池、或固定式活性污泥法。

2、生物接觸氧化法與生物濾池的區(qū)別：

水流流態(tài)不同：生物膜表面直接與污水接觸，提供更大污染物傳質(zhì)空間；水流穩(wěn)定，加上充沛的溶解氧，適于微生物生長，微生物相豐富，能形成穩(wěn)定的生態(tài)系；供氧方式不同：曝氣供氧，傳質(zhì)快，效率高，污水中DO濃度大；容積負荷高且污泥產(chǎn)量低：污染物和氧氣的傳質(zhì)條件好，單位容積生物量高于活性污泥法和生物濾池法（125g/m2填料表面，相當于MLSS 13g/L)，故容積負荷高，并保持較低的F/M，；不需污泥回流，運行管理方便；

耐沖擊負荷和水質(zhì)驟變：污泥濃度高，*混合。

3、構(gòu)造

生物接觸氧化池的構(gòu)造

池體：用于放置填料，布水布氣裝置，設(shè)置支撐填料的柵板和格柵的構(gòu)筑物，鋼或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，池底設(shè)置派你裝置；

填料：生物膜附著的載體，要求比表面積大、空隙率大、強度大、水力阻力小，化學與生物穩(wěn)定性好。制作材料為聚氯乙烯塑料、聚丙烯塑料、環(huán)氧玻璃鋼等，形狀為蜂窩狀或波紋板狀；此外還有纖維狀軟性填料，由尼龍、維綸、腈綸和滌綸等化學纖維編結(jié)成。

布氣管分為二種：分流式：中心曝氣，側(cè)面曝氣；直流式：全面曝氣。

六、 生物流化床

在反應(yīng)器中裝入粒徑較小、密度大于水的載體顆粒，通過污水以一定的流速自下而上的流動使載體成流化狀態(tài)，污水中有機污染物通過與載體表面生長的生物膜相接觸而達到去除的目的。

1、生物流化床的類型

（1）兩相生物流化床：流化床中只有固液兩相，由液體流動托起固體顆粒，溶氧過程在另外的設(shè)備中完成。由于處于流態(tài)化工況下的水流流速難于使固體顆粒表面的生物膜脫落，故增加脫膜設(shè)備；

（2）三相生物流化床：流化床中同時有氣、固、液三相，氣、液兩相同時流動托起固體顆粒，過程三相流，其中的氣流同時起充氧作用，激烈湍動的氣、液兩相流使固體顆粒表面的生物膜脫落，故不必再設(shè)脫膜設(shè)備；