摘要：對(duì)生物膜法的結(jié)構(gòu)、主要特征、機(jī)理、應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，生物膜法是與活性污泥法并列的一種好氧生物處理技術(shù)。

關(guān)鍵詞：生物膜 廢水處理

1. 生物膜中的微生物群落及其功能

1.1 微生物的群落

普通濾池內(nèi)生物膜的微生物群落有：生物膜生物（菌膠團(tuán)為主，輔以浮游球衣菌、藻類(lèi)）、生物膜面生物（固著型纖毛蟲(chóng)、游泳型纖毛蟲(chóng)）及濾池掃除生物（輪蟲(chóng)、線蟲(chóng)）

1.2 微生物群落的功能

生物膜生物起凈化和穩(wěn)定污、廢水水質(zhì)的功能。生物膜面生物起促進(jìn)濾池凈化速度，提高濾池整體的處理效率的功能。濾池掃除生物起去除率池內(nèi)的污泥、防止污泥聚集和堵塞的功能。

2. 生物膜的構(gòu)造及其特征

污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，后者的表面將會(huì)為生物膜所覆蓋，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)。從開(kāi)始形成到成熟，生物膜要經(jīng)歷潛伏和生長(zhǎng)兩個(gè)階段，一般城市污水，在20℃左右的條件下大致需要30天左右的時(shí)間。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，在增厚到一定程度，在氧不能透入的里側(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組成。好氧層的厚度一般為2mm左右，有機(jī)物的降解主要是在好氧層內(nèi)進(jìn)行。

2.1 生物膜的構(gòu)造

⑴生物轉(zhuǎn)盤(pán)（圖1[1]）法

① 盤(pán)片：

盤(pán)片的形狀： 外緣：圓形、多角形及圓筒形；

盤(pán)面：平板、凹凸板、波形板、蜂窩板、網(wǎng)狀

板等以及各種組合。

盤(pán)片的厚度與材質(zhì)：要求質(zhì)輕、薄、強(qiáng)度高，耐腐蝕，

同時(shí)還應(yīng)易于加工、價(jià)格低等；一般厚度為0.5~1.0cm；

常用材料有聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯以及

玻璃鋼等。

轉(zhuǎn)盤(pán)的直徑：一般直徑為2.0、2.5、3.0、3.5m等，常用的是3.0m。

盤(pán)片間的間距：一般為30mm，高密度型則為10~15mm。

② 接觸反應(yīng)槽：

一般可以用鋼板或鋼筋混凝土制成，橫斷面呈半圓形或梯形；

槽內(nèi)水位一般達(dá)到轉(zhuǎn)盤(pán)直徑的40%，超高為20~30cm；

轉(zhuǎn)盤(pán)外緣與槽壁之間的間距一般為20~40cm。

③ 轉(zhuǎn)軸與驅(qū)動(dòng)裝置

⑵ 生物接觸氧化法（圖2[1]）

圖 2? 生物接觸氧化法

2.2 生物膜的特征

⑴ 微生物相方面的特征

① 參與凈化反應(yīng)微生物多樣化

② 能夠存活世代時(shí)間較長(zhǎng)的微生物

③ 生物的食物鏈長(zhǎng)

④ 分段運(yùn)行與占優(yōu)種屬

⑵ 處理工藝方面的特征

① 對(duì)水質(zhì)、水量變動(dòng)有較強(qiáng)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(hù)運(yùn)行、節(jié)能

3. 生物膜的凈化機(jī)理

通過(guò)生長(zhǎng)在填料（或?yàn)V料）表面的生物膜來(lái)處理廢水。廢水在濾料表面流動(dòng)時(shí)，有機(jī)物就會(huì)從流動(dòng)水層中轉(zhuǎn)移到附著水層中，進(jìn)一步被生物所攝取。與此同時(shí)空氣中的氧氣也將通過(guò)水層而進(jìn)入生物膜。生物膜上的微生物在有充足氧的條件下對(duì)有機(jī)物進(jìn)行分解，將其轉(zhuǎn)為無(wú)機(jī)鹽和二氧化碳，二氧化碳沿著相反方向從生物膜經(jīng)過(guò)水層排到空氣中。

4. 生物膜法在水處理中的應(yīng)用

4.1 沈陽(yáng)市皮毛廠污水處理工程

沈陽(yáng)市皮毛廠位于沈陽(yáng)市渾河南岸。其下游5km處為李官堡水源地.全廠每月400m3的生產(chǎn)污水直接排入渾河.造成水體嚴(yán)重污染。根據(jù)1975年和1976年從總排出口取樣分析結(jié)果看：

Cr+6 10.98mg/L；COD 7126mg/L；BOD 1026mg/L。

分析結(jié)果表明除Cr+6以外是典型的有機(jī)污水.遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)國(guó)家工業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)數(shù)10倍。由于生物轉(zhuǎn)盤(pán)與其它生物處理有所區(qū)別，而且污水的水質(zhì)不同，所以必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)解決，以便提出轉(zhuǎn)盤(pán)的負(fù)荷量。本項(xiàng)工程采用天津大學(xué)與3514廠共同長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)所得最佳負(fù)荷量0. 084m3/m2·d進(jìn)行計(jì)算與設(shè)計(jì)。[2]

4.2 生物轉(zhuǎn)盤(pán)法處理煤礦含鐵酸性礦井水基本原理及工藝

生物轉(zhuǎn)盤(pán)法是生物膜法的一種，其處理煤礦酸性礦井水的原理：利用生物轉(zhuǎn)盤(pán)中廢水處于半靜止?fàn)顟B(tài)，微生物生長(zhǎng)在轉(zhuǎn)盤(pán)的盤(pán)面上，當(dāng)轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，廢水被揚(yáng)起，不停地與空氣接觸。隨著轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速的提高，CO2被逸出到空氣中，水中溶解氧DO增加，F(xiàn)e2+氧化速度增大。同時(shí)，利用生長(zhǎng)在盤(pán)面上的微生物——氧化亞鐵硫桿菌，在酸性條件下將水中，F(xiàn)e2+氧化成Fe3+，因而在不受pH值大小影響情況下，達(dá)到除鐵和除H2CO3的目的。出水再進(jìn)行中和，可在加入少量中和劑后除去SO4-等酸性離子，使廢水得到凈化。[3]

4.3 生物膜法技術(shù)在給水處理中的運(yùn)用

用于給水處理中生物預(yù)處理工藝主要有：生物過(guò)濾反應(yīng)器、生物濾塔、生物接觸氧化反應(yīng)器、生物轉(zhuǎn)盤(pán)反應(yīng)器、生物流化床以及土地處理系統(tǒng)等。[4]其中以生物過(guò)濾反應(yīng)器中的生物陶粒濾池與生物接觸氧化反應(yīng)器最為常用。前者有一定的機(jī)械過(guò)濾能力適合處理較低濃度或低溫原水，后者則因?yàn)樘盍峡障堵蚀?，不易堵塞，適合處理較高濃度的微污染原水。

在臭氧—生物活性炭吸附工藝這一生物膜法處理工藝中，顆?；钚蕴渴俏⑸锷L(zhǎng)的載體?；钚蕴勘砻婕拔⒖仔纬傻奈⑸锬ねㄟ^(guò)生物降解作用，可進(jìn)一步降解在活性炭表面及微孔富集的有機(jī)物，從而降低了活性炭的吸附飽和度，延長(zhǎng)了其使用壽命。70年代中期，德國(guó)對(duì)臭氧—生物活性炭吸附工藝的研究發(fā)現(xiàn)，與單純的活性炭吸附比較，活性炭的再生周期延長(zhǎng)4～6倍。[5]其后，歐洲的許多現(xiàn)代化水廠逐步推廣使用了臭氧-生物活性炭吸附對(duì)微污染水源的深度凈化工藝。

在“八五”、“九五”國(guó)家科技攻關(guān)計(jì)劃中，“飲用水微污染凈化技術(shù)”作為專(zhuān)題進(jìn)行研究，并將取得的重要成果中的生物預(yù)處理技術(shù)成果成功運(yùn)用于工程實(shí)踐。其中位于深圳水庫(kù)庫(kù)尾，設(shè)計(jì)處理規(guī)模400萬(wàn)m3/d的廣東省東深源水生物硝化工程是國(guó)內(nèi)目前規(guī)模最大的采用生物接觸氧化法的預(yù)處理工程。[6]源水經(jīng)沉砂區(qū)、粗、細(xì)隔柵后，進(jìn)入采用YDT彈性立體填料的生物處理池，水力停留時(shí)間55min填料接觸時(shí)間40min，氣水比1:1。自1998年12月試運(yùn)行以來(lái)，通過(guò)工藝啟動(dòng)過(guò)程的自然接種，培養(yǎng)馴化，使填料掛膜，形成系統(tǒng)的生物硝化能力，并使氨氮去除率和硝酸鹽氮生成率趨于穩(wěn)定。試運(yùn)行得出的初步結(jié)論是：生物接觸氧化工藝適合于處理東深微污染源水，對(duì)氨氮的處理效果顯著。氨氮去除率在75%以上。同時(shí)，增加了深圳水庫(kù)水體的溶解氧，提高了水庫(kù)的自?xún)裟芰Γ纳屏藮|深源水供水水質(zhì)。[7]

4.4 生活污水處理中生物膜法技術(shù)運(yùn)用

生物膜法水處理技術(shù)用在市政污水處理主要有滴濾池(TF)、生物接觸轉(zhuǎn)盤(pán)(RBC)、淹沒(méi)式附著生長(zhǎng)生物反應(yīng)器(SAGB)等主要形式。[8]

滴濾池是生物膜法水處理技術(shù)在污水處理領(lǐng)域最早運(yùn)用的形式。早在1889年就進(jìn)行了砂礫處理廢水的試驗(yàn)。19世紀(jì)90年代到20世紀(jì)初在英國(guó)進(jìn)行了研究。并于20世紀(jì)前半葉到20世紀(jì)50年代在美國(guó)大規(guī)模應(yīng)用。之后人們趨向采用經(jīng)濟(jì)型操作性更好的活性污泥法。但是隨著新介質(zhì)、工藝構(gòu)造以及對(duì)生物膜過(guò)程的理解增加，導(dǎo)致了滴濾池再次大規(guī)模應(yīng)用。[9]目前滴濾池常與其他的污水處理工藝一起運(yùn)用于城市污水處理，如滴濾池與活性污泥組合工藝(TF/AS工藝)，滴濾池與活性生物濾池組合工藝(TF/ABF工藝)。[10]瑞典LCKEBY水務(wù)集團(tuán)為馬爾摩市政廢水處理廠承建了4個(gè)大型滴濾池，采用 滴濾池作為硝化反應(yīng)器和新的脫氮段，包括Kaldnes固定膜技術(shù)。并于1999年春季將該處理廠投入運(yùn)行，至今運(yùn)行效果良好。

生物接觸轉(zhuǎn)盤(pán)是生物膜法污水生物處理技術(shù)的一種，是污水灌溉和土地處理的人工強(qiáng)化。這種處理法使細(xì)菌和菌類(lèi)的微生物、原生動(dòng)物一類(lèi)的微型動(dòng)物在生物轉(zhuǎn)盤(pán)境料載體上生長(zhǎng)繁育，形成膜狀生物性污泥——生物膜。污水經(jīng)沉淀池初級(jí)處理后與生物膜接觸，生物膜上的微生物攝取污水中的有機(jī)污染物作為營(yíng)養(yǎng)，使污水得到凈化。當(dāng)前生物接觸轉(zhuǎn)盤(pán)工藝開(kāi)發(fā)于20世紀(jì)50年代，20世紀(jì)60年代第一套生物接觸轉(zhuǎn)盤(pán)系統(tǒng)在德國(guó)運(yùn)行，目前全世界有大約3000套裝置在運(yùn)行。[9]盡管生物接觸轉(zhuǎn)盤(pán)工藝出水水質(zhì)與活性污泥法接近，運(yùn)行能耗低，平均只有傳統(tǒng)活性泥法的一半費(fèi)用低，但是由于其工程造價(jià)高而限制了其使用。

淹沒(méi)式附著生長(zhǎng)生物反應(yīng)器是一種新一代的生物膜水處理技術(shù)，由于該技術(shù)趨向?qū)⑸镙d體淹沒(méi)在流體中，因而叫做淹沒(méi)式附著生長(zhǎng)生物反應(yīng)器。該工藝主要類(lèi)型有下流式填充生物反應(yīng)器(DFPB)、上流式填充生物反應(yīng)器(UFPB)、流化床生物反應(yīng)器(FBBR)、懸浮與附著生長(zhǎng)組合系統(tǒng)(CSAG)。其中好氧類(lèi)型的下流式填充生物反應(yīng)器(DFPB)和上流式填充生物反應(yīng)器(UFPB)加起來(lái)又叫曝氣生物濾池(Biological aeratedfilter)，簡(jiǎn)稱(chēng)BAF，是近年來(lái)國(guó)際上興起的污水處理新技術(shù)，發(fā)展極為迅速。[11][12]廣泛應(yīng)用于城市污水、小區(qū)生活污水、生活雜排水和食品加工廢水、釀造等有機(jī)廢水處理，具有去除SS、CODcr、BOD5、硝化與反硝化、脫氮除磷、除去AOX(有害物質(zhì))的作用，其最大特點(diǎn)是集生物氧化和截留懸浮固體于一體，并節(jié)省了后續(xù)二次沉淀池。該工藝采用了高比表面積的生物填料，有機(jī)物容積負(fù)荷、水力負(fù)荷大、水力停留時(shí)間短、出水水質(zhì)高，因而所需占地面積小、基建投資少、能耗及運(yùn)行成本低。[13]由于這些優(yōu)點(diǎn)該水處理工藝倍受關(guān)注。

采用不同的工藝組合以及控制不同的工藝參數(shù)，曝氣生物濾池可以用來(lái)進(jìn)行好氧的碳氧化、碳氧化與硝化組合、分段硝化、反硝化和厭氧處理[14]。甚至可以在同一曝氣生物濾池中實(shí)現(xiàn)以上各功能。[15]

4.5 生物膜法技術(shù)在處理市政二級(jí)排水中的運(yùn)用

隨著水資源的日益匱乏和短缺，大量的市政污水處理廠的排水被視為新的水源越來(lái)越受到人們的重視。城市污水的再生與回用可以有效地緩解水環(huán)境污染和水資源缺乏的矛盾。由于市政污水處理廠二級(jí)排水中尚含有大量的污染物，直接回用必定受到限制。因此城市污水二級(jí)處理后的深度處理，其目的是進(jìn)一步去除污水中的懸浮物(SS)、有機(jī)物、濁度、以及氮和磷等。生物過(guò)濾技術(shù)充分利用濾料的截污吸附作用和濾料上附著生物膜的降解作用，可以獲得較好的污染物去除效果，并且具有流程短、運(yùn)行管理方便、費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)。

結(jié)論：綜上所述，生物膜法已經(jīng)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，生物轉(zhuǎn)盤(pán)法也有了長(zhǎng)足的發(fā)展。生物膜法處理污水技術(shù)是現(xiàn)今國(guó)內(nèi)外廣泛采用的一種方法?，F(xiàn)在世界污染問(wèn)題日趨嚴(yán)重特別是“三廢”的排放，大量有毒、有害物質(zhì)排入環(huán)境，威脅著本已脆弱的生態(tài)環(huán)境。針對(duì)污水的危害，各國(guó)政府都投入了大量的人力物力進(jìn)行污水的處理研究。

參考文獻(xiàn)：

[1] 廢水生物處理原理與工藝 第九講 http://www.kmyz.edu.cn/xbzy/hsx/jpkc2/jianggao/9.doc

[2] 李世璋, 生物轉(zhuǎn)盤(pán)處理污水──沈陽(yáng)市皮毛廠污水處理工程剖析，沈陽(yáng)建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào), 1994. (1): 40-44

[3] 李鴻,黃維剛,熊云威,淺析生物轉(zhuǎn)盤(pán)法處理煤礦含鐵酸性礦井水,礦業(yè)安全與環(huán)保(增刊), 2001, 28: 109 - 110

[4] 王占生等，微污染水源飲用水處理，中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 北京，1999.54-62

[5] P.M.Huck, etal. Formation and removal of assimilable organic carbon during biological treatment. J.AWWA, 1991.83(12): 69-78

[6] 葉旭全等,東深源水生物硝化工程試運(yùn)行的初步小結(jié),中國(guó)水網(wǎng), http://www.waterchina.com/docc/science/text/2000717.htm

[7] 郄燕秋, 北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院建院四十五周年論文集[C], 2000,4.

[8] C.P.Leslie Grady, Jr, Biological wastewater treatment: Theory and Application, Marcel Dekker, Inc. 1980: 44-47

[9] Water Environment Federation, Fixed Film Reactors, Draft Facilities Design Manual, Water Environment Federation, Alexandria, Virginia, 1997:24-30

[10] Daigger, G.T., Closure to discussion of ‘Process and kinetic analysis of nitrification in coupled trickling filter/activated sludge processes’, Water Environment Research, 1995, 67: 380-382.

[11] 鄭俊等,曝氣生物濾池水處理技術(shù)[M],化學(xué)工業(yè)出版社,北京,2002.

[12] Govind, R, L. Lai, and R. Dobbs, Integrated model for predicting the fate of organics in wastewater treatment plants, Environmental Progress, 1991, 18: 55-56

[13] Melcer, H., W. P. Bell, D. Thompson, C. M. Yendt, and J. Kemp, Modeling volatile organic contaminant’s fate in wastewater treatment plant, Journal of Environmental Engineering, 1994, 120: 588-609,

[14] Bernard, J., ed., Technical Advances in Biofilm Reactors, Water Science and Technology, 1990，22(1/2): 77-80

[15] Grady, C. P. L. Jr., Biodegradation of toxic organics: status and potential, Journal of Environmental Engineering, 1990，116：805-828