水污染治理：生物膜处理原理

生物膜法是利用附着生长于某些固体物表面的微生物（即生物膜）进行有机污水处理的方法。生物膜法与活性污泥法在去除机理上有一定的相似性，但又有区别，生物膜法主要依靠固着于载体表面的微生物膜来净化有机物，而活性污泥法是依靠曝气池中悬浮流动着的活性污泥来分解有机物的。

3.5.1.1 生物膜降解有机物的原理

图3-22所示为滤料表面生物膜的构造和生物膜净化污水的机理。由于生物膜的吸附作用，在其表面有一层很薄的水层，称为附着水层。这层水中的有机物大部分已经被生物膜所氧化，其有机物浓度比进水的浓度低得多。因此，当进入池内的污水沿膜面流动时，由于浓度差的作用，有机物会从污水中转到附着水层中去，并进一步被生物膜所吸附。同时，空气中的氧也将经过污水而进入生物膜。膜上的微生物在氧的参与下对有机物进行分解和进行机体新陈代谢。其中一部分有机物被转化为细胞物质，繁殖生长，成为生物膜中新的活性物质；另一部分物质转化为排泄物，在转化过程中放出能量，产生的二氧化碳和其他的代谢产物则沿着底物扩散相反的方向从生物膜经过附着水层排到污水和空气中。如此反复最终达到净化水质的目的。

图3-22　生物膜净化废水的机理

3.5.1.2 生物膜工艺处理的主要特点

与活性污泥法相比，生物膜法具有以下特征。

（1）生物相特征

①生物膜法的生物相呈膜状，附着于介质表面，生态系统稳定，种群丰富，除了大量的细菌、原生动物、真菌、藻类和后生动物外，还能栖息一些增殖速度慢的其他无脊椎动物，形成复杂稳定的复合生态系统。因此，在生物膜上形成的食物链要长于活性污泥上的食物链。

②能够存活世代时间较长的微生物。生物膜附着在滤料或填料上，其生物固体平均停留时间（污泥龄）较长，因此在生物膜上世代时间较长、增殖速度较慢的微生物能够生长，如硝化菌、亚硝化菌等。生物污泥的生物固体平均停留时间与污水的停留时间无关。

（2）工艺特征(www.xing528.com)

①抗冲击负荷能力强。生物膜法的各种处理工艺，对原水水质、水量变动都有较强的适应性，操作稳定性好，抗冲击负荷能力强，并能处理低浓度污水。生物膜反应器受水质、水量变化而引起的有机负荷和水力负荷波动的影响较小，即使有一段时间中断进水，对生物膜的净化功能也不会造成很大的影响，通水后能够较快地得到恢复。

②污泥沉降性能良好，宜于固液分离。即使存在大量增殖丝状菌，也不会产生污泥膨胀。但是，如果生物膜内部形成的厌氧层过厚，在其脱落后，将有大量的非活性的细小悬浮物分散于水中，使处理水的澄清度降低。

③能够处理低浓度的污水。活性污泥处理系统中，如进水BOD值长期在50～60mg/L，则将影响活性污泥絮凝体的形成和增长，使净化功能降低，出水水质低下。但是，生物膜法处理系统不受进水浓度低的限制，它可使BOD为20～30mg/L的污水降解到5～10mg/L。

④运行简单、节能、易于维护管理。生物膜处理法中的各种工艺都是比较易于维护管理的，而且生物滤池、生物转盘等工艺都是节省能源的。

⑤产生的污泥量少。这是生物膜处理法各种工艺的共同特性，并已为实践所证实。一般说来，生物膜处理法产生的污泥量较活性污泥处理系统少1/4左右。

⑥在低水温条件下，也能保持一定的净化功能。由于生物膜相的多样化，在低水温条件下，生物膜仍能保持较为良好的净化功能，温度的变化对它的影响较小。

⑦具有较好的硝化与脱氮功能。生物膜的各项工艺具有良好的硝化功能，如果采取的措施适当，还有脱氮功能。

⑧投资费用较大。生物膜法需要填料和支撑结构，投资费用较大。