污水处理之生物膜法

⽣物膜及其特点

微⽣物附着在特定的载体表⾯上形成独特的微⽣物群体结构并以固着⽅式⽣长时形成⽣物膜。当污⽔流经⽣物膜表⾯时，污⽔中的有机物被微⽣物所吸附、吸收和降解。利⽤⽣物膜处理污⽔的⽅法叫做⽣物膜法。

和活性污泥法相⽐，⽣物膜法有以下⼏个特点：

(1)⽣物膜抗⽔质变化冲击能⼒较强。这是由于包埋在⽣物膜中的细胞的⽣理特性和游离的细胞的⽣理特性是不⼀样的。包埋在⽣物膜中的细胞由于群体效应，具有较强的抗毒性能⼒，⽐游离细胞的抗毒性能⼒要强50--500倍。所以⽣物膜对⽔质变动具有较强的适应能⼒。

(2)⽣物相多样化，尤其是⼀些增殖速度慢，世代较长的微⽣物可以在⽣物膜中定居，形成了较完整的微⽣态区，各种微⽣物的联合作⽤有利于⼤分⼦和难降解物质如多环芳烃、纤维素、⼏丁质的降解。此外，由于⽣物相中⾼营养级微⽣物如原⽣动物、后⽣动物较多，⽣物群落之间形成了较长的⾷物链，故⽣物膜法的剩余污泥量较活性污泥法要少。

(3)可以承受较⾼的有机负荷，⽣物膜法的特点是微⽣物群体吸附在载体上，因⽽不易流失，可以保持反应器中较⾼的污泥浓度。

此外，⽣物膜法还具有⽆污泥膨胀现象，运⾏管理⽅便，动⼒消耗少等优点。其缺点是填料及其⽀撑结构的⼀次性投资较⼤，填料容易堵塞等。

⽣物膜法的⽣物相组成

(⼀)⽣物膜的形成

当污⽔流经填料时，有部分微⽣物会附着在填料上，并在填料表⾯⼤量繁殖，逐渐形成⼀层滑腻的黏液状膜。这层膜不断增⽣加厚，产⽣分层现象，表层中的微⽣物主要为好氧微⽣物，内层处于厌氧状态，其微⽣物组成主要为厌氧微⽣物，这就是成熟的⽣物膜。当⽣物膜增加到⼀定厚度时，⽣物膜所吸附的营养物质在外层就已利⽤完全，难于传递到内层，此时内层微⽣物得不到充分的营养⽽进⼊内源代谢，不再分泌黏液质，因⽽失去黏附能⼒，在厌氧代谢产⽣的⽓泡扰动和⽔⼒剪切⼒作⽤下，过厚的⽣物膜会⾃动脱落载体。滤料表⾯会重新长出新的⽣物膜。

⽣物膜净化污⽔⽰意图(⼆)参与净化的微⽣物类群

⽣物膜法与活性污泥法相⽐，在⽣物种群上差别不⼤，但在种类、数量上⽣物膜法要⽐活性污泥法要丰富得多，表现在增殖缓慢的微⽣物、丝状菌在⽣物膜中频繁出现，⾼营养级微⽣物如肾形⾍、线⾍、轮⾍、寡⽑⾍等原⽣动物和后⽣动物等在⽣物膜中出现较多，在表⾯受阳光照射部分，会出现较多的藻类如⼩球藻属、绿球藻属、⽑枝藻属等。

⽣物膜法反应器类型

根据反应器结构，可以把⽣物膜法分为如下三类：

(1)⾮浸没式⽣物膜暴露于空⽓中，主要有普通⽣物滤池和塔式⽣物滤池。

(2)交替浸没式⽣物膜交替浸没于⽔中和暴露于空⽓中，主要有⽣物转盘和⽣物转筒。

(3)完全浸没式⽣物膜完全浸没于⽔中，靠⼈⼯⿎风提供氧⽓。主要有⽣物接触氧化池。

(⼀)⽣物滤池

如图所⽰为普通⽣物滤池运⾏⽰意图和塔式⽣物滤池运⾏⽰意图。由图可见，⽣物滤池主要由滤床、布⽔系统和排⽔系统三部分构成。普通⽣物滤池塔式⽣物滤池

1．滤床 滤床的形状有矩形和圆形，其中以圆形应⽤最为⼴泛。滤料为微⽣物附着⽣长的场所，在滤池内堆积构成滤床。滤料应满⾜以下特性：空隙率⾼，有巨⼤的⽐表⾯积，有⼀定的机械强度、化学性质稳定，粒径适中、易通风。普通⽣物滤池中常⽤的滤料为碎⽯、煤渣和焦炭等。⽽塔式⽣物滤池⼀般采⽤重量轻、强度⼤、空隙率⾼且有巨⼤⽐表⾯积的塑料滤料，如⽐较常⽤的环状塑料滤料和波纹状塑料滤料。所以塔式⽣物滤池可以有较⾼的有机负荷。

滤料的⼯作⾼度即滤床⾼度跟滤料种类和性质有密切关系。传统的滤料如碎⽯、煤渣等由于孔隙率低，堆积太⾼会影响滤池的通风；传统滤料的另⼀个缺点是⽐重⼤，堆积太⾼会使基础结构和排⽔系统变形，所以普通滤池的滤床⾼度在2m左右。⽽新型塑料滤料由于易通风、重量轻，滤床的⼯作⾼度可以达到5m以上。如塔式⽣物滤池的⼯作⾼度可以达到10m。

2．布⽔系统 布⽔系统的作⽤是使污⽔能均匀地分布到整个滤床表⾯上，主要有两种类型：固定式喷嘴布⽔器和移动布⽔器。

固定喷嘴布⽔器可⽤于任何⼀种滤池，喷嘴的⾼度⼀般⽐滤层⾼15～20cm，喷嘴间距50~lOOcm。固定喷嘴结构简单，运⾏⽅便，但布⽔不易均匀。

移动式布⽔器有移⾏布⽔器和旋转布⽔器。移⾏布⽔器⽤于矩形池型，滤池沿池边装有轨道，布⽔器在滤池表⾯移动布⽔。旋转布⽔器适⽤于圆形滤池，靠电动驱动或⽔⼒反作⽤⼒来推动布⽔器旋转布⽔。

3．排⽔系统 排⽔系统位于滤床下⾯，收集由滤床处理的污⽔和⽼化后从滤料上脱落下来的⽣物

膜。排⽔系统由排⽔假底、集⽔沟和排⽔总渠组成。排⽔假底的作⽤是⽀撑滤料、排出处理后污⽔，并起通风作⽤。由假底滤出的处理后污⽔沿倾斜的集⽔沟汇集到排⽔总渠排出。集⽔沟坡度在1％~2％。为保证通风效果，假底的孔隙率所占⾯积不宜⼩于滤池总⾯积的5％~8％，与池底的距离应⼤于0.4—0.6cm。

(⼆)⽣物转盘(三)⽣物接触氧化法

⽣物接触氧化法是指污⽔在曝⽓条件下以⼀定的流速流经装有填料的滤池，使污⽔与填料上的⽣物膜接触得以净化。从⽣物膜固定和污⽔流动来看，⽣物接触氧化法类似⽣物膜法，⽽从污⽔流经曝⽓池和采⽤曝⽓系统来看则⼜类似于活性污泥法，所以接触氧化法兼有⽣物膜法和活性污泥法的特点。

接触氧化法的特点主要有以下⼏点：

①接触氧化池中填料分布于整个池中，⽐表⾯积⼤，总⽣物量⾼，所以接触氧化池能够负担较⾼的容积负荷，其BOD负荷可达到3~5kg／m3。

②适应性强、耐负荷冲击，表现在进⽔浓度变化或环境条件突然变化时，⽣物膜能较快恢复活性。

③适应范围⼴，对于各种⾼低浓度的⼯业污⽔和城市⽣活污⽔均具有较好的处理效果。

④处理效果好，出⽔⽔质稳定。同时⽆污泥膨胀问题，⽆需污泥回流，运⾏管理⽅便。

⽣物接触氧化池由池体、⽀架、填料和曝⽓系统构成。

1．池体 池体的作⽤是容纳被处理⽔和设置填料及曝⽓系统。池形⼀般为矩形，采⽤钢筋混凝⼟结构。池底有⼀定的坡度以便于维修时排⼲池中积⽔。接触氧化池的有效深度⼀般为4--5m。

2．填料 填料是⽣物膜的载体，同时对⽔流和⽓泡起阻挡、切割和混合作⽤，增加⽓泡和污⽔的接触⾯积和接触时间。

对填料的要求是⽐表⾯积⼤、孔隙率⾼、强度⼤和化学性质稳定。常⽤的填料是聚⼄烯塑料和玻璃钢等制成的蜂窝状和波纹状填料。近年来随着化纤⼯业的发展，性能更优良的软性和半软性填料得到了⼴泛的应⽤。⽣物接触氧化池⽣物填料

3．供氧⽅式 ⼀般采⽤⿎风曝⽓供氧，曝⽓设备以穿孔管、微孔曝⽓器等为主。曝⽓⽅式有中⼼曝⽓、侧⾯曝⽓和全⾯曝⽓。