近年來(lái)化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，與此同時(shí)帶來(lái)的化工污染也愈加嚴(yán)重?；U水成分復(fù)雜、水質(zhì)水量變化大，但隨著國(guó)家對(duì)其處理達(dá)標(biāo)要求越來(lái)越嚴(yán)格，其處理技術(shù)也在不斷發(fā)展。生物膜法是與活性污泥法平行發(fā)展的一種污水處理技術(shù)方法，實(shí)質(zhì)是使細(xì)菌類(lèi)微生物和原生動(dòng)物、后生動(dòng)物類(lèi)的微型動(dòng)物附著在濾料或某些載體上，并在其上形成膜狀生物污泥，即生物膜。生物膜法是土壤自?xún)暨^(guò)程的人工強(qiáng)化，主要去除廢水中溶解性的和膠體狀的有機(jī)污染物，同時(shí)對(duì)廢水中的氨氮還具有一定的硝化能力。生物膜法在處理工業(yè)廢水中有著廣泛應(yīng)用。
 
　　關(guān)鍵詞：生物膜，廢水，凈化
 
　　生物膜法是屬于好養(yǎng)生物處理的方法，它是將廢水通過(guò)好氧微生物和原生動(dòng)物，后生動(dòng)物等在載體填料上生長(zhǎng)繁殖形成的生物膜，吸附和降解有機(jī)物，使廢水得到凈化的方法。根據(jù)裝置的不同，生物膜法可分為生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤(pán)、接觸氧化法和生物流化床等四類(lèi)。在石油和化學(xué)工業(yè)的廢水處理中，其中應(yīng)用最多的是接觸氧化法。
 
　　1生物膜法的機(jī)理1生物膜法的發(fā)展
 
　　在20世紀(jì)50年代以前，生物膜法卻一直未被人們重視，其原因主要是因?yàn)樯a(chǎn)中最早采用的生物膜法構(gòu)筑物是以碎石為填料的滴濾池。碎石的比表面積小，能夠?yàn)槲⑸锔街L(zhǎng)的表面積小，因而滴濾池的負(fù)荷不可能很大，使其占地面積較大，衛(wèi)生狀況也不好。
 
　　50年代，由于塑料工業(yè)的發(fā)展以及塑料填料引入生物膜處理系統(tǒng)，使生物膜法出現(xiàn)了許多具有重要意義的發(fā)展。因此，出現(xiàn)了許多新型的生物膜法設(shè)備。
 
　　20世紀(jì)70年代末，為強(qiáng)化生物膜法反應(yīng)器中的傳質(zhì)，流化床系統(tǒng)被引人生物膜處理中，稱(chēng)為生物流化床。生物流化床兼有活性污泥法和生物膜法的待點(diǎn)，又稱(chēng)為半生物膜和半懸浮生長(zhǎng)系統(tǒng)。
 
　　2生物膜法的基本流程
 
　　下圖為生物膜法處理系統(tǒng)的基本流程：廢水經(jīng)初次沉淀池后進(jìn)入生物膜反應(yīng)器，廢水在生物膜反應(yīng)器中經(jīng)需氧生物氧化去除有機(jī)物后，再通過(guò)二次沉淀池出水。

　　圖1-1生物膜法基本流程
 
　　3生物膜凈化污水的機(jī)理
 
　　(1)生物膜的構(gòu)造特征
 
　　生物膜(好氧層+兼氧層+厭氧層)+附著水層(高親水性)。
 
　　(2)降解有機(jī)物的機(jī)理
 
　?、傥⑸铮貉厮鞣较?yàn)榧?xì)菌——原生動(dòng)物――后生動(dòng)物的食物鏈或生態(tài)系統(tǒng)。具體生物以菌膠團(tuán)為主、輔以球衣菌、藻類(lèi)等，含有大量固著型纖毛蟲(chóng)(鐘蟲(chóng)、等枝蟲(chóng)、獨(dú)縮蟲(chóng)等)和游泳型纖毛蟲(chóng)(楯纖蟲(chóng)、豆形蟲(chóng)、斜管蟲(chóng)等)，它們起到了污染物凈化和清除池內(nèi)生物(防堵塞)作用。
 
　?、谖廴疚铮褐亍p(相當(dāng)多污帶→α中污帶→β中污帶→寡污帶)。
 
　?、酃┭酰航柚鲃?dòng)水層厚薄變化以及氣水逆向流動(dòng)，向生物膜表面供氧。
 
　?、軅髻|(zhì)與降解：有機(jī)物降解主要是在好氧層進(jìn)行，部分難降解有機(jī)物經(jīng)兼氧層和厭氧層分解，分解后產(chǎn)生的H2S，NH3等以及代謝產(chǎn)物由內(nèi)向外傳遞而進(jìn)入空氣中，好氧層形成的NO3--N、NO2--N等經(jīng)厭氧層發(fā)生反硝化，產(chǎn)生的N2也向外而散入大氣中。
 
　?、萆锬じ拢航?jīng)水力沖刷，使膜表面不斷更新(DO及污染物)，維持生物活性(老化膜固著不緊)。
 
　　水工業(yè)
 
　　4生物膜法的特征
 
　　(1)微生物相方面
 
　?、傥⑸锏亩鄻踊荷锬な怯杉?xì)菌、真菌、藻類(lèi)、原生動(dòng)物、后生動(dòng)物以及一些肉眼可見(jiàn)的蠕蟲(chóng)、昆蟲(chóng)的幼蟲(chóng)組成(濾池蠅具有抑制生物膜過(guò)速增長(zhǎng)的功能)。
 
　　②生物的食物鏈長(zhǎng)：生物膜上的食物鏈要長(zhǎng)于活性污泥，因此污泥量少于活性污泥系統(tǒng)。
 
　?、勰軌虼婊顣r(shí)間長(zhǎng)的微生物：SRT與HRT無(wú)關(guān)，因此硝化菌和亞硝化菌也得以繁衍、增殖，因此生物膜法的各種工藝都具有硝化功能，采取適當(dāng)運(yùn)行方式，可脫氮。
 
　　④分段運(yùn)行與優(yōu)勢(shì)菌種：生物膜法多分多段運(yùn)行，每段繁衍與本段水質(zhì)相適應(yīng)的微生物。
 
　　(2)處理工藝方面的特征
 
　?、賹?duì)水質(zhì)、水量變動(dòng)有較強(qiáng)的適應(yīng)性：一段時(shí)間中斷進(jìn)水，對(duì)生物膜也不會(huì)有致命影響，通水后易恢復(fù)。
 
　?、谖勰喑恋硇粤己茫何勰啾戎剌^大，且顆粒較大，易沉淀；但厭氧層過(guò)厚時(shí)，脫落的細(xì)小非活性懸浮物分散于水中，使水的澄清度下降。
 
　?、畚⑸锪慷啵幚砟芰Υ?、凈化功能強(qiáng)：附著生長(zhǎng)，故生物膜含水率低，單位池容的生物量是活性污泥法的5~20倍，因而具有較大處理能力，凈化功能顯著提高。
 
　?、苣軌蛱幚淼蜐舛葟U水：生物膜能處理活性污泥法不能處理的低濃度污水和微污染的原水，使B0D5降至5~10mg/L。
 
　　⑤易于維護(hù)運(yùn)行，節(jié)能，動(dòng)力費(fèi)用低；如生物轉(zhuǎn)盤(pán)、生物濾池等，去除單位BOD的耗電量較少。
 
　　2生物濾池1生物濾池的基本原理：土壤自然凈化原理
 
　　含有污染物的廢水從上而下從長(zhǎng)有豐富生物膜的濾料的空隙間流過(guò)，與生物膜中的微生物充分接觸，其中的有機(jī)污染物被微生物吸附并降解，使得廢水得以?xún)艋?。主要凈化功能是依靠濾料表面的生物膜對(duì)廢水中有機(jī)物的吸附氧化降解作用。
 
　　2生物濾池的分類(lèi)
 
　　生物濾池按其結(jié)構(gòu)可分為普通生物濾池、高負(fù)荷生物濾池及塔式生物濾池三種。
 
　　3生物濾池的構(gòu)造與組成
 
　　生物濾池一般主要由池體、濾料、布水裝置、排水系統(tǒng)等四部分組成。
 
　　(1)池體
 
　　在平面上多為方形、矩形或圓形，高出濾池1.5~0.9m。在寒冷地區(qū)，有時(shí)需要考慮防凍、采暖、或防蠅等措施。
 
　　池壁：圍護(hù)填料，應(yīng)該能承受壓力，分為有孔池壁和無(wú)孔池壁。有孔洞的池壁有利于濾料的內(nèi)部通風(fēng)，但在冬季易受低氣溫的影響；池底：支撐濾料和排除處理后的水，池底四周設(shè)置通風(fēng)口。
 
　　(2)濾料
 
　　一般為實(shí)心拳狀濾料，如碎石、卵石、爐渣等；工作層的濾料粒徑為25~40mm，承托層濾料粒徑為70~100mm；同一層濾料要盡量均勻，以提高孔隙率；濾料的粒徑愈小，比表面積就愈大，處理能力可以提高；但粒徑過(guò)小，孔隙率降低，則濾料層易被生物膜堵塞；一般當(dāng)濾料的孔隙率在45%左右時(shí)，濾料的比表面積約為65~100m2/m3。
 
　　(3)布水裝置
 
　　布水裝置的目的是將廢水均勻地噴灑在濾料上；主要有兩種：固定式布水裝置、旋轉(zhuǎn)式布水裝置。普通生物濾池多采用固定式布水裝置；高負(fù)荷生物濾池和塔式生物濾池則常用旋轉(zhuǎn)布水裝置。
 
　　(4)排水系統(tǒng)
 
　　排水系統(tǒng)處于濾床的底部，其作用是收集、排出處理后的廢水和保證良好的通風(fēng)。一般由滲水頂板、集水溝和排水渠所組成。滲水頂板用于支撐濾料，其排水孔的總面積應(yīng)不小于濾池表面積的20%；滲水頂板的下底與池底之間的凈空高度一般應(yīng)在0.6m以上，以利通風(fēng)，一般在出水區(qū)的四周池壁均勻布置進(jìn)風(fēng)孔。
 
　　3生物轉(zhuǎn)盤(pán)法1生物轉(zhuǎn)盤(pán)的構(gòu)造特點(diǎn)
 
　　生物轉(zhuǎn)盤(pán)由盤(pán)片、接觸反應(yīng)槽、轉(zhuǎn)軸、驅(qū)動(dòng)裝置4部分組成。
 
　　(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2.0m、2.5m、3.0m、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
 
　　長(zhǎng)度：0.5~7.0m，其直徑50~80mm，軸中心高于槽液面150mm，b/D=0.06-0.1，b為軸心與液面的距離。
 
　　(4)驅(qū)動(dòng)裝置
 
　　驅(qū)動(dòng)方式——電力、空氣，水力驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速——0.8~3.0r/min，外緣線(xiàn)速度15~18m/min。
 
　　2凈化原理
 
　　廢水處于半靜止?fàn)顟B(tài)，而微生物則在轉(zhuǎn)動(dòng)的盤(pán)面上；轉(zhuǎn)盤(pán)40%的面積浸沒(méi)在廢水中，盤(pán)面低速轉(zhuǎn)動(dòng)；盤(pán)面上生物膜的厚度與廢水濃度、性質(zhì)及轉(zhuǎn)速有關(guān)，一般0.1~0.5mm。
 
　　3工藝流程
 
　　(1)生物轉(zhuǎn)盤(pán)的布置
 
　　生物轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)速一般為18m/min；有一軸一段、一軸多段、以及多軸多段等形式；廢水的流動(dòng)方式，有軸直角流與軸平行流。多極布置：盤(pán)片面積不變，能提高處理水水質(zhì)和DO含量。
 
　　(2)生物轉(zhuǎn)盤(pán)為主體的工藝流程
 
　　需要有預(yù)處理，調(diào)節(jié)池可小點(diǎn)(與活性污泥相比)，高濃度有機(jī)廢水，中間設(shè)沉淀池。
 
　　(3)以去除BOD為主要目的的工藝流程
 
　　廢水→沉砂池→沉淀池→生物轉(zhuǎn)盤(pán)→二沉池→出水
 
　　4生物接觸氧化法1生物接觸氧化池的構(gòu)造
 
　　生物接觸氧化池由池體、填料、布水系統(tǒng)和曝氣系統(tǒng)等組成。
 
　　(1)池型：方形、園形，頂部穩(wěn)定水層。
 
　　(2)填料：其特性對(duì)接觸氧化池中生物量、氧的利用率、水流條件和廢水與生物膜的接觸反應(yīng)情況等有較大影響；分為硬性填料、軟性填料、半軟性填料、及球狀懸浮型填料等。填料高度一般為3.0m左右，填料層上部水層高約為0.5m，填料層下部布水區(qū)的高度一般為0.5~1.5m之間。
 
　　(3)曝氣裝置：設(shè)在填料底部，可充分利用池容，填料間紊流激烈，生物膜更新快，活性高，不易堵塞；但檢修較困難。
 
　　2接觸氧化池的分類(lèi)
 
　　按曝氣與填料的相對(duì)位置可為分流式和直流式。
 
　　(1)分流式
 
　　國(guó)外多用分流式，其特點(diǎn)是填料區(qū)水流較穩(wěn)定，有利于生物膜的生長(zhǎng)，但沖刷力不夠，生物膜不易脫落；可采用鼓風(fēng)曝氣或表面曝氣裝置；較適用于深度處理。
 
　　(2)直流式
 
　　國(guó)內(nèi)用直流式，曝氣裝置多為鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)；可充分利用池容；填料間紊流激烈，生物膜更新快，活性高，不易堵塞；檢修較困難。
 
　　3生物接觸氧化法的特征
 
　　(1)工藝方面
 
　?、俨捎枚喾N形式填料，形成氣液固三相共存，有利于氧的轉(zhuǎn)移；
 
　?、谔盍媳砻嫘纬缮锬ちⅢw結(jié)構(gòu)；
 
　?、塾欣诒３帜さ幕钚裕种茀捬跄さ脑鲋?；
 
　　④負(fù)荷高，處理時(shí)間短。
 
　　(2)運(yùn)行方面
 
　　①耐沖擊負(fù)荷,有一定的間歇運(yùn)行功能；
 
　?、诓僮骱?jiǎn)單,勿需污泥回流，不產(chǎn)生污泥膨脹、濾池蠅；
 
　?、凵晌勰嗔可伲壮恋?；
 
　　④動(dòng)力消耗低。
 
　　(3)缺點(diǎn)
 
　?、偃コ实陀诨钚晕勰喾?，工程造價(jià)高；
 
　?、谶\(yùn)行不當(dāng)，填料可能堵塞，布水曝氣不易均勻，出現(xiàn)局部死角；
 
　　③大量后生動(dòng)物容易造成生物膜瞬時(shí)大量脫落，影響出水水質(zhì)。
 
　　5生物流化床1生物流化床基本原理
 
　　廢水和從生物流化床反應(yīng)器出水的回流水在充氧設(shè)備進(jìn)口處與空氣混合后，從反應(yīng)器的底部進(jìn)入，自下而上通過(guò)反應(yīng)器，使續(xù)料保持在流化的工作狀態(tài)，經(jīng)填料上的生物膜處理后的廢水，除部分回流到無(wú)氧設(shè)備進(jìn)口處外，最后流人二次沉淀池，以便沉掉懸浮的生物量，排出合格的出水。
 
　　2生物流化床的工藝類(lèi)型
 
　　根據(jù)供氧方式、脫膜方式及床體結(jié)構(gòu)等的不同，可分為兩相生物流化床和三相生物流化床。
 
　　(1)兩相生物流化床
 
　　外設(shè)充氧設(shè)備和脫膜設(shè)備，在床體內(nèi)只有液、固兩相；進(jìn)入反應(yīng)器之前，廢水中的DO可達(dá)8~9mg/L(以純氧為氣源時(shí)，可達(dá)30~40mg/L)。
 
　　(2)三相生物流化床
 
　　直接向反應(yīng)器內(nèi)充氧，床體內(nèi)有氣、固、液三相共存；氣體攪動(dòng)劇烈，載體顆粒之間摩擦劇烈，可使表層的生物膜自行脫落，因此無(wú)需體外脫膜裝置。
 
　　3生物流化床的特點(diǎn)
 
　　(1)優(yōu)點(diǎn)
 
　?、偕锕腆w濃度高(40~50g/l)，因此容積負(fù)荷較高(3~6kgBOD5/m3.d以上)，水力停留時(shí)間可大大縮短，基建費(fèi)用較??；
 
　?、跓o(wú)污泥膨脹或其它生物膜法中的濾料堵塞；
 
　?、勰苓m應(yīng)不同濃度范圍的廢水，能適應(yīng)較大的沖擊負(fù)荷；
 
　?、苡捎谌莘e負(fù)荷和床體高度較大，占地面積較小；
 
　?、菸⑸锘钚愿?；
 
　?、迋髻|(zhì)效果好。
 
　　(2)缺點(diǎn)
 
　?、偻顿Y低，但運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用高(載體流化的動(dòng)力消耗)；
 
　?、趯?shí)際生產(chǎn)運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)較少，對(duì)于床體內(nèi)的流動(dòng)特征尚無(wú)合適的模型描述，在進(jìn)行放大設(shè)計(jì)時(shí)有一定的不確定性。