6 污水的好氧生化处理（II）
——生物膜法
生物膜法和活性污泥法一样，同属好气生物处理方法。但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，而生物膜法则主要依靠固着于载体表面的微生物膜来净化有机物。
与活性污泥法相比，生物膜法具有以下特点：
（1）固着于固体表面上的生物膜对废水水质、水量的变化有较强的适应性，操作稳定性好。
（2）不会发生污泥膨胀，运转管理较方便。
（3）由于微生物固着于固体表面即使增值速度慢的微生物也能生长繁殖。而在活性污泥法中，世代期比停留时间长的微生物被排出曝气池。因此，生物膜中的生物相更为丰富，且沿水流方向，膜中生物种群具有一定分布。
（4）因高营养级的微生物存在，有机物代谢时较多的转移为能量，合成新细胞即剩余污泥量较少。
（5）采用自然通风供氧。
（6）活性生物难以人为控制，因而在运行方面灵活性较差。
（7）由于载体材料的比表面积小，故设备容积负荷有限，空间效率较低。国外的运行经验表明，在处理城市污水时，生物滤池处理厂的处理效率比活性污泥法处理厂略低。50%的活性污泥法处理厂BOD去除率高于91%，50%的生物滤池处理厂BOD去除率为83%，相应的出水BOD分别为14和28MG/L。
生物膜法设备类型很多，按生物膜法与废水的接触方式不同，可分为填充式和浸渍式两类。在填充式生物膜法中，废水和空气沿固定的填料或转动的盘片表面流过，与其上生长的生物膜接触，典型设备有生物滤池和生物转盘。在浸渍式生物膜法中，生物膜载体完全浸没在水中，通过鼓风曝气供氧。如载体固定，称为接触氧化法；如载体流化则称为生物流化床。
目前所采用的生物膜法多数是好氧装置，少数是厌氧形式，如厌氧滤池和厌氧流化床等。本章主要讨论好氧生物膜法。
６.1 基本原理
生物膜法处理废水就是使废水与生物膜接触，进行固、液相的物质交换，利用膜内微生物将有机物氧化，使废水获得净化。同时，生物膜内微生物不断生长与繁殖。生物膜在载体上的生长过程是这样的：当有机废水或由活性污泥悬浮液培养而成的接种液流过载体
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时，水中的悬浮物及微生物呗吸附于固相表面上，其中的微生物利用有机底物而生长繁殖，逐渐在载体表面形成一层粘液状的生物膜。整层生物膜具有生物化学活性，又进一步媳妇、分解废水中呈悬浮、胶体和溶解状态的污染物。
为了保持好气性生物膜的活性，除了提供废水营养物外，还应创造一个良好的好氧条件，亦即向生物膜供氧。在填充式生物膜法社百种常采用自然通风或强制自然通风供氧。氧透入生物膜的深度取决于它在膜中的扩散系数，固-液界面处氧的浓度和膜内微生物的氧利用率。对给定的废水流量和浓度，好气层的厚度是一定的。增大废水浓度将减少好气层的厚度，而增大废水流量则将增大好气层的厚度。
生物膜中物质传递过程如图6.1所示。由于生物膜的吸附作用，在膜的表面存在一个很薄的水层（附着水层）。废水流过生物膜时，有机物经附着水层向膜内扩散。膜内微生物在氧的参加下对有机物进行肺结核机体新陈代谢。代谢产物沿底物扩散相反的方向，从生物膜传递返回水相和空气中。
图6.1 生物膜中的物质传递
随着废水处理过程的发展，微生物不断生长繁殖，生物膜厚度不断增大，废水底物及氧的传递阻力逐渐加大，在膜表层仍能保持足够的营养以及处于好氧状态，而在膜深处将会出现营养物或氧的不足，造成微生物内源代谢或出现厌氧层，此处的生物膜因与载体的附着力减小及水力冲刷作用而脱落。老化的生物膜脱落后，载体表面又可重新吸附、生长、增厚生物膜直至重新脱落。从吸附到脱落，完成一个生长周期。在正常运行情况下，整个反应器的生物膜各个部分总是交替脱落的，系统内活性生物膜数量相对未定，膜厚2~3mm，净化效果良好。过厚的生物膜并不能增大底物利用速度，却可能造成堵塞，影响正常通风。因地，当废水浓度较大时，生物膜增长过快，水流的冲刷力也应加大，如依靠原废水不能保证其冲刷能力时，可以采用处理出水回流，以稀释进水和加大水力负荷，从而维持良好的生物膜活性和合适的膜厚度。
生物膜中的微生物主要有细菌（包括好气、厌氧及兼气细菌）、真菌、放线菌、原生动物（主要是纤毛虫）和较高等的动物，其中藻类、较高等生物比活性污泥法多见。微生物沿水流方向在种属和数目上具有一定的分布。在塔式生物滤池中，这种分层现象更为明显。在填料下层则可能出现世代期长的硝化菌和营养水平较高的固着型纤毛虫。真菌在生物膜中普遍存在，在条件合适时，可能成为优势种。在填充式生物膜法装置中，当气温较高和负荷较低时，好容易滋生灰蝇，它的幼虫色白透明，头粗尾细，常分布在生物膜表面，成虫后在生物膜周围翔栖。
生物相的组成随有机负荷、水力负荷、废水成分、pH值、唯独、通风情况及其他影响因素的变化而变化。
生物膜法是一种通过附着在某种物体上的生物膜来处理废水的好氧生物处理法。生物膜法的主要优点是对水质、水量变化的适应性较强。生物膜法从本质上说与土地处理的过程类似，是污水灌溉和土地处理的人工化和高效化。生物膜法的主要处理设施有生物滤池、生物转盘、生物接触氧化池和生物流化床等。
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生物膜法的共同特点是微生物附着在介质滤料表面上，形成生物膜，污水同生物膜接触后，溶解性的有机物被微生物吸收转化为CO2、H2O、NH3，污水得到净化，同时繁殖更多的微生物，所需的氧气一般直接来自大气。如果污水中含有较多的悬浮物，则应先用沉淀法去除大部分悬浮固体，然后再进入生物膜法处理构筑物，以免引起堵塞，并减轻其有机物负荷。老化的生物膜自行则脱落，随水流进入二次沉淀池沉淀除去。
６.2 生物滤池
6.2.1 生物滤池的构造
生物滤池的基本构造由滤床、布水设备和排水系统三部分组成。比较典型的2种生物滤池如图5-1和图5-2所示。
6.2.1.1 滤床
滤床由滤料组成。滤料是微生物生长栖息的场所，理想滤料应具备下述性质：① 具有较大的比表面积，供微生物附着生长；② 有足够的空隙率，保证通风供氧和脱落微生物能随水流出滤池；③ 污水能以液膜状态流过滤床；④ 具有较好的化学稳定性，不被微生物分解，也不会抑制微生物的生长；⑤ 具有一定的机械强度；⑥ 价格低廉，来源广泛。
早期一般以天然的碎石、碎钢渣及焦碳等为滤料。60年代中期开始，塑料滤料取得了广泛的应用。图5-3所示的环状塑料滤料的比表面积在98～340m2/m3之间，空隙率为93%～95%。图5-4所示的波纹状塑料滤料的比表面积在81～195m2/m3之间，空隙率为93%～95%。
图5-1 采用回转布水器的普通生物滤池
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图5-2 塔式生物滤池
滤床的可设高度与滤料的密度有密切的关系。石质拳状滤料组成的滤床高度一般仅在1～2.5m之间。而塑料滤料每立方米重只有100kg左右，空隙率则高达93%～95%，可以采用双层或多层构造，滤床高度可达10米以上。
滤床四周一般设池壁，其作用是围护滤料、减少污水飞溅。常用砖、石混凝土块砌筑。
图5-3 环状塑料滤料
图5-4 波纹塑料滤料
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