生物膜法的原理是，生物膜首先吸附附著水層有機(jī)物，由好氧層的好氧菌將其分解，再進(jìn)入?yún)挌鈱舆M(jìn)行厭氧分解，流動(dòng)水層則將老化的生物膜沖掉以生長(zhǎng)新的生物膜，如此往復(fù)以達(dá)到凈化污水的目的。
第一章 生物膜法綜述
生物膜法又稱固定膜法。是與活性污泥法并列的一類廢水好氧生物處理技術(shù)，是一種固定膜法，是土壤自凈過(guò)程的人工化和強(qiáng)化。主要去除廢水中溶解性的和膠體狀的有機(jī)污染物。
生物膜法是利用附著生長(zhǎng)于某些固體物表面的微生物(即生物膜)進(jìn)行有機(jī)污水處理的方法。生物膜是由高度密集的好氧菌、厭氧菌、兼性菌、真菌、原生動(dòng)物以及藻類等組成的生態(tài)系統(tǒng)，其附著的固體介質(zhì)稱為濾料或載體。生物膜自濾料向外可分為厭氧層、好氧層、附著水層、運(yùn)動(dòng)水層。
生物膜法的原理是，生物膜首先吸附附著水層有機(jī)物，由好氧層的好氧菌將其分解，再進(jìn)入?yún)挌鈱舆M(jìn)行厭氧分解，流動(dòng)水層則將老化的生物膜沖掉以生長(zhǎng)新的生物膜，如此往復(fù)以達(dá)到凈化污水的目的。
廢水中微生物沿固體(可稱載體)表面生長(zhǎng)的生物處理方法的統(tǒng)稱。因微生物群體沿固體表面生長(zhǎng)成粘膜狀，故名。廢水和生物膜接觸時(shí)，污染物從水中轉(zhuǎn)移到膜上，從而得到處理。其基本機(jī)理見(jiàn)水的生物處理法。
生物膜法的典型流程中的生物器可以是生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、曝氣生物濾池或厭氧生物濾池。前三種用于需氧生物處理過(guò)程，后一種用于厭氧過(guò)程。最早出現(xiàn)的生物膜法生物器是間歇砂濾池和接觸濾池(滿盛碎塊的水池)。它們的運(yùn)行都是間歇的，過(guò)濾-休閑或充水-接觸-放水-休閑，構(gòu)成一個(gè)工作周期。它們是污水灌溉的發(fā)展，是以土壤自凈現(xiàn)象為基礎(chǔ)的。接著就出現(xiàn)了連續(xù)運(yùn)行的生物濾池。新型塑料問(wèn)世后，又有了新的發(fā)展。
第二章 生物膜法生物濾池
生物膜法中最常用的一種生物器。使用的生物載體是小塊料(如碎石塊、塑料填料)或塑料型塊，堆放或疊放成濾床，故常稱濾料。與水處理中的一般濾池不同，生物濾池的濾床暴露在空氣中,廢水灑到濾床上。布水器有多種形式，有固定式的,有移動(dòng)式的?；剞D(zhuǎn)式布水器使用最廣。它以兩根或多根對(duì)稱布置的水平穿孔管為主體，能繞池心旋轉(zhuǎn)。穿孔管貼近濾床表面,水從孔中流出。布水器的工作是連續(xù)的，但對(duì)局部床面的施水是間歇的，這承繼了污水灌溉間歇灌水的概念。濾床的下面有用磚或特制陶塊、混凝土塊鋪成的集水層。再下面是池底。集水層和池外相通，既排水又通風(fēng)。工作時(shí),廢水沿載體表面從上向下流過(guò)濾床，和生長(zhǎng)在載體表面上的大量微生物和附著水密切接觸進(jìn)行物質(zhì)交換。污染物進(jìn)入生物膜，代謝產(chǎn)物進(jìn)入水流。出水并帶有剝落的生物膜碎屑，需用沉淀池分離。生物膜所需要的溶解氧直接或通過(guò)水流從空氣中取得。在普通生物濾池中，生物粘膜層較厚，貼近載體的部分常處在無(wú)氧狀態(tài)。
濾床的深度和濾率、濾料有關(guān)。碎石濾床的深度在一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)大多采用1.8～2米左右。深度如果提高,濾床表層容易堵塞積水。濾率在1～4左右，如果提高床面也容易積水。首先突破的是濾率的提高。水力負(fù)荷率(即濾率)提高到8～10以上時(shí)，水流的沖刷作用使生物膜不致堵塞濾床，而且有機(jī)物負(fù)荷率，可從0.2左右提高到1以上。為了滿足水力負(fù)荷率的要求,來(lái)水常用回流稀釋。為了穩(wěn)定處理效率，可采用兩級(jí)串聯(lián)。這種流程革新、負(fù)荷率提高、構(gòu)造不變的生物濾池稱高負(fù)荷率生物濾池。繼而發(fā)現(xiàn)，濾床深度從2米左右提高到8米以上時(shí)，通風(fēng)改善，即使水力負(fù)荷率提高，濾床也不再堵塞，濾池工作良好，同時(shí)有機(jī)物負(fù)荷率也可以提高到1左右。因?yàn)檫@種濾池的平面直徑一般為池高的1/6～1/8左右，外形像塔，故稱塔式濾池。自塑料型塊問(wèn)世后，通風(fēng)、堵塞等不再成為問(wèn)題，濾床深度和濾率可根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)計(jì)。
第三章 生物膜法生物轉(zhuǎn)盤
是隨著塑料的普及而出現(xiàn)的。數(shù)十片、近百片塑料或玻璃鋼圓盤用軸貫串，平放在一個(gè)斷面呈半圓形的條形槽的槽面上。盤徑一般不超過(guò)4米,槽徑約大幾厘米。有電動(dòng)機(jī)和減速裝置轉(zhuǎn)動(dòng)盤軸，轉(zhuǎn)速1.5～3轉(zhuǎn)/分左右，決定于盤徑，盤的周邊線速度在15米/分左右。
廢水從槽的一端流向另一端。盤軸高出水面，盤面約40%浸在水中，約60%暴露在空氣中。盤軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),盤面交替與廢水和空氣接觸。盤面為微生物生長(zhǎng)形成的膜狀物所覆蓋，生物膜交替地與廢水和空氣充分接觸，不斷地取得污染物和氧氣，凈化廢水。膜和盤面之間因轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生切應(yīng)力，隨著膜的厚度的增加而增大，到一定程度，膜從盤面脫落，隨水流走。
同生物濾池相比，生物轉(zhuǎn)盤法中廢水和生物膜的接觸時(shí)間比較長(zhǎng)。而且有一定的可控性。水槽常分段，轉(zhuǎn)盤常分組，既可防止短流，又有助于負(fù)荷率和出水水質(zhì)的提高，因負(fù)荷率是逐級(jí)下降的。生物轉(zhuǎn)盤如果產(chǎn)生臭味，可以加蓋。生物轉(zhuǎn)盤一般用于水量不大時(shí)。
第四章 生物膜法曝氣生物濾池
設(shè)置了塑料型塊的曝氣池。按其過(guò)程也稱生物接觸氧化法。它的工作類似活性污泥法中的曝氣池，但是不要回流污泥，曝氣方法也不能沿用，一般采用全池氣泡曝氣，池中生物量遠(yuǎn)高于活性污泥法,故曝氣時(shí)間可以縮短。運(yùn)行較穩(wěn)定，不會(huì)出現(xiàn)污泥膨脹問(wèn)題。也有采用粒料(如砂子、活性炭)的。這時(shí)水流向上，濾床膨脹、不會(huì)堵塞。因?yàn)楸砻娣e高，生物量多,接觸又充分，曝氣時(shí)間可縮短，處理效率可提高，尚處在研究階段。
第五章 生物膜法厭氧生物濾池
構(gòu)造和曝氣生物濾池雷同，只是不要曝氣系統(tǒng)。因生物量高，和污泥消化池相比，處理時(shí)間可以大大縮短(污泥消化池的停留時(shí)間一般在10天以上)，處理城市污水等濃度較低的廢水時(shí)有可能采用。
第六章 生物膜運(yùn)行過(guò)程
生物膜法生物膜的形成
●前提條件：起支撐作用的載體物——填料或稱濾料
●營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)——有機(jī)物、N、P以及其它
●接種微生物
生物膜的形成過(guò)程：含有營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和接種微生物的污水在填料的表面流動(dòng)，一定時(shí)間后，微生物會(huì)附著在填料表面而增殖和生長(zhǎng)，形成一層薄的生物膜。
生物膜法生物膜的組成
在生物膜上由細(xì)菌及其它各種微生物組成的生態(tài)系統(tǒng)以及生物膜對(duì)有機(jī)物的降解功能都達(dá)到了平衡和穩(wěn)定。
對(duì)于城市污水，在20°C條件下，生物膜從開始形成到成熟，一般需要30天左右。
性質(zhì)：高度親水，存在著附著水層
微生物高度密集：各種細(xì)菌以及微型動(dòng)物，這些微生物起著主要去除廢水中的有機(jī)污染物的作用，形成了有機(jī)污染物——細(xì)菌——原生動(dòng)物(后生動(dòng)物)的食物鏈
生物膜法生物膜的更新與脫落
厭氧膜的出現(xiàn)過(guò)程：
?、偕锬ず穸炔粩嘣黾?，氧氣不能透入的內(nèi)部深處將轉(zhuǎn)變?yōu)閰捬鯛顟B(tài)
?、?nbsp;成熟的生物膜一般都由厭氧膜和好氧膜組成
③好氧膜是有機(jī)物降解的主要場(chǎng)所，一般厚度為2mm。
厭氧膜的加厚過(guò)程：
?、?nbsp;厭氧的代謝產(chǎn)物增多，導(dǎo)致厭氧膜與好氧膜之間的平衡被破壞
②氣態(tài)產(chǎn)物的不斷逸出，減弱了生物膜在填料上的附著能力
?、?nbsp;成為老化生物膜，其凈化功能較差，且易于脫落。
生物膜的更新：
?、倮匣っ撀洌律锬び謺?huì)生長(zhǎng)起來(lái)
?、?nbsp;新生生物膜的凈化功能較強(qiáng)。
生物膜法的運(yùn)行原則
①減緩生物膜的老化進(jìn)程
?、?nbsp;控制厭氧膜的厚度
③加快好氧膜的更新
?、?nbsp;盡量控制使生物膜不集中脫落。
第七章 生物膜法特點(diǎn)及基本特征
生物膜法特點(diǎn)
1、 生物相方面的特征：
(1)微生物多樣化
(2) 生物的食物鏈長(zhǎng)
(3) 能夠存活世代時(shí)間較長(zhǎng)的微生物
(4) 分段運(yùn)行與優(yōu)占種屬
2、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
生物膜法基本特征
在污水處理構(gòu)筑物內(nèi)設(shè)置微生物生長(zhǎng)聚集的載體(一般稱填料)，在充氧的條件下，微生物在填料表面聚附著形成生物膜，經(jīng)過(guò)充氧(充氧裝置由水處理曝氣風(fēng)機(jī)及曝氣器組成)的污水以一定的流速流過(guò)填料時(shí)，生物膜中的微生物吸收分解水中的有機(jī)物，使污水得到凈化，同時(shí)微生物也得到增殖，生物膜隨之增厚。當(dāng)生物膜增長(zhǎng)到一定厚度時(shí)，向生物膜內(nèi)部擴(kuò)散的氧受到限制，其表面仍是好氧狀態(tài)，而內(nèi)層則會(huì)呈缺氧甚至厭氧狀態(tài)，并最終導(dǎo)致生物膜的脫落。隨后，填料表面還會(huì)繼續(xù)生長(zhǎng)新的生物膜，周而復(fù)始，使生物膜法污水得到凈化。
微生物在填料表面聚附著形成生物膜后，由于生物膜的吸附作用，其表面存在一層薄薄的水層，水層中的有機(jī)物已經(jīng)被生物膜氧化分解，故水層中的有機(jī)物濃度濃度比進(jìn)水要低得多，當(dāng)廢水從生物膜表面流過(guò)時(shí)，有機(jī)物就會(huì)從運(yùn)動(dòng)著的廢水中轉(zhuǎn)移到附著在生物膜表面的水層中去，并進(jìn)一步被生物膜所吸附，同時(shí)，空氣中的氧也經(jīng)過(guò)廢水而進(jìn)入生物膜水層并向內(nèi)部轉(zhuǎn)移。
生物膜上的微生物在有溶解氧的條件下對(duì)有機(jī)物進(jìn)行分解和機(jī)體本身進(jìn)行新陳代謝，因此產(chǎn)生的二氧化碳等無(wú)機(jī)物又沿著相反的方向，即從生物膜經(jīng)過(guò)附著水層轉(zhuǎn)移到流動(dòng)的廢水中或空氣中去。這樣一來(lái)，出水的有機(jī)物含量減少，廢水得到了凈化。
在小規(guī)模分散型污水處理中大量使用生物膜污水處理工藝，比使用活性污泥工藝更有優(yōu)勢(shì)，具體體現(xiàn)在：①微生物相方面，各種生物膜工藝中參與凈化反應(yīng)的微生物多樣化，微生物的食物鏈較長(zhǎng)，世代時(shí)間較長(zhǎng)的微生物易于存活，在分段運(yùn)行中每段都能夠形成優(yōu)勢(shì)菌種;② 在處理工藝上，各種生物膜工藝對(duì)水質(zhì)水量變化均有較強(qiáng)的適應(yīng)性，污泥沉降性能良好、易于固液分離，能夠處理低濃度的污水，易于維護(hù)、節(jié)能。
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