生物膜法废水处理

1 概述
  生物膜法主要依靠固着于载体表面的微生物膜来净化有机物。
  与活性污泥法相比，生物膜法具有以下特点：①固着于固体表面上的生物膜对废水水质、水量的变化有较强的适应性②不会发生污泥膨胀，运转管理较方便。③由于微生物固者于固体表面，即使增殖速度慢的微生物也能生长繁殖。而在活性污泥法中，世代时间比停留时间长的微生物被排出曝气池，因此，生物膜中的生物相更为丰富，且沿水流方向膜中生物种群具有一定分布。④因高营养级的微生物存在，有机物代谢时较多的转移为能量，合成新细胞即剩余污泥量较少。⑤采用自然通风供氧。⑥活性生物难以人为控制，因而在运行方面灵活性较差。⑦由于载体材料的比表面积小，故设备容积负荷有限，空间效率较低。
  生物膜法设备类型很多，按生物膜与废水的接触方式不同，可分为填充式和浸渍式两类。
  在填充式生物膜法中，废水和空气沿固定的填料或转动的盘片表面流过，与其上生长的生物膜接触，典型设备有生物滤池和生物转盘。在浸渍式生物膜法中，生物膜载体完全浸没在水中，通过鼓风曝气供氧。如载体固定，称为接触氧化法；如载体流化则称为生物流化床。
  目前所采用的生物膜法多数是好氧装置，少数是厌氧形式，如厌氧滤池和厌氧流化床等。
  2.1生物滤池
  生物滤池也称为滴滤池，主要由一个用碎石铺成的滤床及沉淀池组成。滤床高度为1～6m，一般为2m，石块直径为3～10cm，从剖面上来看，下层为承托层，石块可稍大，以免上层脱落的生物膜累积而造成堵塞。石块大小的选择还要根据滤池单位体积的有机负荷来决定，若负荷高，则要选择较大的石块，否则由于营养物浓度高，微生物生长快而将空隙堵塞。
  废水通过布水系统，从滤池顶部布洒下来。为了保证空气在布水的间隙中进入滤料，早先都采用间歇喷洒的布水系统，其中包括投配池、配水管网及喷嘴三部分，通过投配池的虹吸作用，使废水每隔5～15min从固定埋于滤池中的喷嘴中喷出，喷嘴距地面约0.15～0.3m。现大多采用旋转式布水器，废水从滤池上方慢速旋转的布水横管中流出，布水管高度离滤池池表面约0.46m；太高水流受风影响；太低水流对生物膜不能起到冲刷作用。
  废水通过滤池时，滤料截留了废水中的悬浮物质，使微生物很快繁殖起来，微生物又进一步吸附了废水中溶解性有机物和胶体有机物而逐渐增长并形成了生物膜。生物滤池就是依靠滤料表面的生物膜对废水中有机物的吸附氧化作用而使废水得以净化的。
  由于生物膜的吸附作用，滤料的表面有一层附着水，附着水中的有机物大多已被生物膜所氧化，因此当废水进入滤池，在滤料表面流动时，有机物即会从流动着的废水中转移到附着的水中去，并进一步被生物膜吸附。空气中的氧也通过液相而进入生物膜。膜内的微生物在氧的参与下将有机物氧化分解成无机物，产生的无机物及CO2沿反方向从生物膜进入空气或随流动水排放。
  当生物膜较厚或废水中有机物浓度较大时，空气中的氧很快被膜表层的微生物所耗尽，使内层滋生大量厌氧微生物。膜内层微生物不断死亡并解体，降低了膜与滤料的粘附力，厌氧微生物发酵所产生的气体也可减小膜与滤料的粘附力，这时，过厚的生物膜即在本身重力及废水流动的冲刷力作用下脱落下来。膜脱落后的滤料表面又开始了新生物膜的形成过程，这是生物膜正常的更新过程。此外，生物膜中还有大量以生物膜为食料的噬膜微型动物，它们的活动也可导致膜的脱落或更新。
  滤料间空隙过小，滤池负荷过高，使生物膜增长过多会造成滤池的堵塞。这时堵塞处得不到废水，不堵处流量过大，造成短流现象，使出水水质大大下降，严重时整个滤池工作会停顿下来。流经滤料的水(已被净化)，通过滤池下方的渗水装置、集水沟及排水渠最后进入二沉池。
  2.2 生物转盘
  生物转盘又称为浸没式滤池，它由许多平行排列浸没在一个水槽(氧化槽)中的塑料圆盘(盘片)所组成。盘片的盘面接近一半浸没在废水水面之下，盘片上长着生物膜。它的工作原理和生物滤池基本相同，盘片在与之相垂直的水平轴带动下缓慢地转动，浸入废水中那部分盘片上的生物膜便吸附废水中的有机物，当转出水面时，生物膜又从大气中吸收所需的氧气，使吸附于膜上的有机物被微生物所分解。随着盘片的不断转动，最终使槽内废水得以净化。
  在处理过程中盘片上的生物膜不断地生长、增厚；过剩的生物膜靠盘片在废水中旋转时产生的剪力剥落下来，这样就防止了相邻盘片之间空隙的堵塞，脱落下来的絮状生物膜悬浮在氧化槽中，并随出水流出，同活性污泥系统和生物滤池一样，脱落的膜靠设在后面的二沉池除去，并进一步处置但不需回流。
  2.3 生物接触氧化法
  生物接触氧化法又称“淹没式生物滤池”，它是在池内设置填料，污水浸没全部填料，采用与曝气池相同的曝气方法，提供微生物所需的氧量。填料上长满生物膜，污水中的有机物被生物膜上的微生物降解，使污水得到净化。该法是一种介于活性污泥法与生物滤池之间的处理方法，并兼有两者的优点。
  该法的生物膜上生物相当丰富，生物量大，能够形成一个密集而稳定的生态，因而能有效地提高净化效果。不但能有效地去除有机物，还能用以脱氮和除磷。
  该法抗冲击负荷能力强，污泥生成量小，不需要污泥回流，易于管理，无产生污泥膨胀的危害，能够保证出水水质。
  2.4 生物流化床
  生物硫化床是以砂、焦炭、活性炭等颗粒材料作为载体，其载体表面附着生长着生物膜，充氧后的污水以一定速度自下而上流动，使载体处于流化状态，载体上的生物膜可以充分地和污水接触，并有效地降解污水中的有机物，而使污水净化，由于载体处于流动状态，可以防止生物膜引起的堵塞现象。
  生物流化床主要有四种工艺，即空气流化床工艺，纯氧流化床工艺，三相流化床工艺和厌氧—兼性流化床工艺。

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