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好氧生物膜法處理技術(shù)

文章出處：未知發(fā)表時(shí)間：2021-04-30 08:23:29
好氧生物膜法處理技術(shù)

       生物膜法又稱固定膜法，是與活性污泥法并列的一種廢水好氧生物處理技術(shù)。這種處理技術(shù)的實(shí)質(zhì)是使細(xì)菌和真菌一類的微生物和原生動(dòng)物、后生動(dòng)物一類的微型動(dòng)物附著在濾料或某些載體上生長(zhǎng)繁育，并在其上形成膜狀生物污泥——生物膜。

       與活性污泥法一樣，生物膜法主要去除廢水中溶解性和膠體狀的有機(jī)污染物，同時(shí)對(duì)廢水中的氨氮還具有一定的硝化能力。廢水與生物膜接觸，廢水中的有機(jī)污染物作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，被生物膜上的微生物所攝取，廢水得到凈化，微生物自身也得到繁衍增殖。

      與活性污泥不同的是，生物膜法是使微生物聚集生長(zhǎng)在人為設(shè)置的填（濾）料上，并形成一定厚度的生物膜，廢水流經(jīng)生物膜時(shí)，生物膜上的微生物攝取廢水中的有機(jī)物而生長(zhǎng)繁殖，當(dāng)生物膜老化后自然脫落，并從水分離出來(lái)。也就是說(shuō)，生物膜法是靠微生物的分解代謝和分離老化的生物摸兩條途徑使廢水得以凈化的。事實(shí)上，生物膜法和活性污泥法是不能完全分開的，采用生物膜法，特別是采用接觸氧化法時(shí)，生物膜是去除污染物的主體，但是活性污泥在曝氣池中也存在，活性污泥的作用也對(duì)污染物的去除有貢獻(xiàn)。

       因?yàn)樯锬しㄒ藶樵O(shè)置填（濾）料，所以使用規(guī)模受到限制，一般適用于小型污水處理廠和部分工業(yè)廢水處理項(xiàng)目，常用的生物膜法工藝有生物濾池（塔）工藝、生物轉(zhuǎn)盤工藝、生物接觸氧化法工藝、好氧生物流化床工藝、曝氣生物濾池工藝等。

1、生物膜的形成過(guò)程
     
       含有營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和接種微生物的廢水與濾料或某種載體流動(dòng)接觸，在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，微生物會(huì)附著在后者的表面增殖和生長(zhǎng)而形成一種膜狀污泥，此即為生物膜。

       隨著時(shí)間的推移，生物膜的厚度不斷增加，溶解氧不能透入的內(nèi)部深處將轉(zhuǎn)變?yōu)閰捬鯛顟B(tài)，由此出現(xiàn)厭氧膜，生物膜逐漸成熟，其標(biāo)志是：生物膜沿水流方向的分布，在其上由細(xì)菌及各種微生物組成的生態(tài)系統(tǒng)以及其對(duì)有機(jī)物的降解功能都達(dá)到了平衡和穩(wěn)定的狀態(tài)。成熟生物膜都是由厭氧膜和好氧膜組成的，好氧膜是有機(jī)物降解的主要場(chǎng)所，其厚度一般為2mm。從開始形成到成熟，生物要經(jīng)歷潛伏和生長(zhǎng)兩個(gè)階段，一般的城市污水，在20℃左右的條件下大致需要30天的時(shí)間。

       隨著厭氧膜中的代謝產(chǎn)物增多，厭氧膜與好氧膜之間的平衡被破壞，氣態(tài)產(chǎn)物不斷逸出，減弱了生物膜在填料上的附著能力，使之成為老化生物膜，凈化功能變差，且易于脫落。老化的生物膜脫落，新生的生物膜又會(huì)生長(zhǎng)起來(lái)，新生生物膜的凈化功能較強(qiáng)。

2、生物膜的結(jié)構(gòu)
      
圖：生物濾料上生物膜的構(gòu)造
   
       生物膜是高度親水的物質(zhì)，在廢水不斷在其表面更新的條件下，在其外側(cè)總是存在著一層附著水層。生物膜又是微生物高度密集的物質(zhì)，在膜的表面和一定深度的內(nèi)部生長(zhǎng)繁殖著大量的各種類型的微生物和微型動(dòng)物，并形成有機(jī)污染物－細(xì)菌－原生動(dòng)物的食物鏈。生物膜在其形成與成熟后，由于微生物不斷增殖，生物膜的厚度不斷增加，增厚到一定程度后，在氧不能透入的內(nèi)側(cè)深部即將轉(zhuǎn)變?yōu)閰捬鯛顟B(tài)，形成厭氧性膜。這樣，生物膜便由好氧和厭氧兩層組成。好氧層的厚度一般為2mm左右，有機(jī)物的降解主要在好氧層內(nèi)進(jìn)行。

        從上圖可以看出，在生物膜內(nèi)、外，生物膜與水層之間進(jìn)行著多種物質(zhì)的傳遞過(guò)程?？諝庵械难跞芙庥诹鲃?dòng)水層中，從那里通過(guò)附著水層傳遞給生物膜，供微生物用于呼吸；廢水中的有機(jī)污染物則由流動(dòng)水層傳遞給附著水層，然后進(jìn)入生物膜，并通過(guò)細(xì)菌的代謝活動(dòng)而被降解。這樣就使廢水在其流動(dòng)過(guò)程中逐步得到凈化。微生物的代謝產(chǎn)物如水等則通過(guò)附著水層進(jìn)入流動(dòng)水層并隨其排走，其CO2及厭氧層的分解產(chǎn)物如H2S、NH3以及CH4等氣態(tài)代謝產(chǎn)物則從水層逸出進(jìn)入空氣中。當(dāng)厭氧層還不厚時(shí)，它與好氧層保持著一定的平衡與穩(wěn)定關(guān)系，好氧層能夠維持正常的凈化功能，但當(dāng)厭氧層逐漸加厚并達(dá)到一定程度后，其代謝產(chǎn)物也逐漸增多，這些產(chǎn)物向外側(cè)逸出時(shí)，必須要透過(guò)好氧層，使好氧層生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)遭到破壞，從而失去了兩種膜層之間的平衡關(guān)系，又因氣態(tài)代謝產(chǎn)物的不斷逸出，減弱了生物膜在濾料（填料）上的固著力，處于這種狀態(tài)的生物膜即為老化生物膜，老化生物膜凈化功能較差且易于脫落。生物膜脫落后生成新的生物膜，新生生物膜必須在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后才能充分發(fā)揮其凈化功能。比較理想的情況是：減緩生物膜的老化進(jìn)程，不使厭氧層過(guò)分增長(zhǎng)，加快好氧膜的更新，并且盡量使生物膜不集中脫落。

3、生物膜處理法的主要特征

    與活性污泥法相比，生物膜法具有以下特征：

（1）微生物方面的特征

      Ⅰ、參與凈化反應(yīng)微生物的多樣化   生物膜處理法的各種工藝都具有適于微生物生長(zhǎng)棲息、繁衍的安靜穩(wěn)定環(huán)境，在生物膜上的微生物無(wú)需像活性污泥那樣承受強(qiáng)烈的攪拌沖擊，易于生長(zhǎng)增殖。生物膜固著在濾料或填料上，其生物固體平均停留時(shí)間（污泥齡）較長(zhǎng)，因此在生物膜上能夠生長(zhǎng)世代時(shí)間較長(zhǎng)、比增殖速率很小的微生物，如硝化菌等。在生物膜上還可能大量出現(xiàn)絲狀菌，而且沒有污泥膨脹現(xiàn)象。線蟲類、輪蟲類以及寡毛蟲類等微型動(dòng)物出現(xiàn)的頻率也較高。在生物膜上生長(zhǎng)繁殖的生物類型廣泛，種屬繁多，食物鏈長(zhǎng)且較為復(fù)雜。

       Ⅱ、生物的食物鏈長(zhǎng)  在生物膜上生長(zhǎng)繁殖的生物中，動(dòng)物性營(yíng)養(yǎng)者所占比例較大，微型動(dòng)物的存活率也高。這就是說(shuō)，在生物膜上能夠棲息高次營(yíng)養(yǎng)水平的生物，在捕食性纖毛蟲、輪蟲類、線蟲類之上還棲息著寡毛蟲類和昆蟲，因此，在生物膜上形成的食物鏈要長(zhǎng)于活性污泥上的食物鏈。正是這個(gè)原因，在生物膜處理系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的污泥量也少于活性污泥處理系統(tǒng)。污泥產(chǎn)量低是生物膜處理法各種工藝的共同特征，并已為大量的實(shí)際數(shù)據(jù)所證實(shí)。一般說(shuō)來(lái)，生物膜處理法產(chǎn)生的污泥量較活性污泥處理系統(tǒng)少1/4左右。

        Ⅲ、能夠存在世代時(shí)間較長(zhǎng)的微生物  硝化菌和亞硝代菌的世代時(shí)間都比較長(zhǎng)，比增殖速率較小，如亞硝化單胞菌屬、硝化桿菌屬的比增殖速率分別為0.21d-1和1.12d-1。在一般生物固體平均停留時(shí)間較短的活性污泥處理系統(tǒng)中，這類細(xì)菌是難以存活的。在生物膜處理法中，生物污泥的生物固體平均停留時(shí)間與廢水的停留時(shí)間無(wú)關(guān)，硝化菌和亞硝化菌也得以繁衍、增殖。因此生物膜處理法的各項(xiàng)處理工藝都具有一定的硝化功能，采取適當(dāng)?shù)倪\(yùn)行方式還可能具有反硝化脫氮的功能。

      Ⅳ、分段運(yùn)行與優(yōu)占種屬   生物膜處理法多分段進(jìn)行，在正常運(yùn)行的條件下，每段都繁衍與進(jìn)入本段污水水質(zhì)相適應(yīng)的微生物，并形成優(yōu)占種屬，這種現(xiàn)象非常有利于微生物新陳代謝功能的充分發(fā)揮和有機(jī)污染物的降解。

（2）處理工藝方面的特征

     Ⅰ、對(duì)水質(zhì)、水量變化有較強(qiáng)的適應(yīng)性  生物膜處理法的各種工藝，對(duì)流入原廢水水質(zhì)、水量的變化都具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，這種現(xiàn)象已為多數(shù)運(yùn)行的實(shí)際設(shè)備所證實(shí)，即使有一段時(shí)間中斷進(jìn)水，對(duì)生物膜的凈化功能也不會(huì)造成致命的影響，通水后能夠較快地得到恢復(fù)。

     Ⅱ、污泥沉降性能良好，易于固液分離    由生物膜上脫落下來(lái)的生物污泥所含動(dòng)物成分較多，密度較大，而且污泥顆粒個(gè)體較大，沉降性能良好，易于固液分離。但如果生物膜內(nèi)部形成的厭氧層過(guò)厚，則在其脫落后將有大量的非活性的細(xì)小懸浮物分散于水中，使處理水的澄清度降低。

      Ⅲ、能夠處理低濃度的廢水  活性污泥處理系統(tǒng)不適宜處理低濃度的廢水，如原廢水中的BOD值長(zhǎng)期低于50～60mg/L，將影響活性污泥絮凝體的形成和增長(zhǎng)，凈化功能降低，處理水水質(zhì)較差。但是生物膜處理法對(duì)低深度廢水也能夠取得較好的處理效果，運(yùn)行正?？墒笲OD5為20～30mg/L的原永的BOD5值降至5～10mg/L。

      Ⅳ、易于維護(hù)運(yùn)行、節(jié)能   與活性污泥法處理系統(tǒng)相比，生物膜處理法的各種工藝都是比較易于維護(hù)管理的，而且動(dòng)力費(fèi)用較低，去除單位質(zhì)量BOD的耗電量較小。

       生物膜法處理設(shè)備的類型很多，按生物膜與廢水的接觸方式分為填充式和浸漬式兩類。在填充式中，廢水和空氣沿固定的填料或轉(zhuǎn)動(dòng)的盤片表面流過(guò)，與其上生長(zhǎng)的生物膜接觸，典型設(shè)備有生物濾池和生物轉(zhuǎn)盤。在浸漬式中，生物膜載體完全浸沒在水中，通過(guò)鼓風(fēng)曝氣供氧。如載體固定，則稱為接觸氧化法；如載體流化，則稱為流化床。