1、要點：生物膜法、生物接觸氧化法和生物流化床的基本概念和工藝。難點：生物接觸氧化法。概述生物膜法是與活性污泥法并行發(fā)展的污水處理技術；其實質是使細菌微生物、原生動物和后生動物附著在過濾材料或某些載體上，并在其上形成膜狀生物污泥生物膜法的歷史和發(fā)展：德國科學家在1865年發(fā)現(xiàn)了生物過濾的用途；1893年，污水被噴灑在英國的粗濾料上，成為膜生物反應器的生物過濾器。許多生物膜反應器建于20世紀30年代。在20世紀40年代和50年代，生物濾池逐漸被活性污泥所取代；20世紀70年代，新反應堆以其獨特的優(yōu)勢吸引了人們的注意力。活性污泥法中的微生物處于懸浮狀態(tài)，屬于懸浮生長系統(tǒng)。生物膜法中的生物附著在膜上，屬

2、于附著生長系統(tǒng)或固定膜過程，生物膜法的基本過程，14.1生物膜法的基本概念，14.1.1生物膜的形成和凈化過程，生物膜結構：污水流經濾料，污水和附著在有機物上的細菌分解形成生物膜并逐漸成熟。結構：由外向內，為污水、流水層、附著水層、生物膜(分為好氧層和厭氧層)和濾料。生物膜法通過生物膜處理水，因此生物膜廢水處理的關鍵是生物膜的質量，生物膜的形成和生長是廢水有效處理的前提。生物膜特性高親水性物質：在不斷更新污水的條件下，總有一種微生物濃度高的物質附著在水層上：這些微生物和微型動物生長在膜的表面和一定深度內，形成有機污染物的食物鏈細菌原生動物(后生動物)。生物膜成熟標志著現(xiàn)實生態(tài)系統(tǒng)的組成和有機物

3、的降解功能已經達到平衡狀態(tài)，是生物膜生長階段的潛伏期和生長期。通常需要大約20到30天。4.厭氧層與好氧層的關系。厭氧層和好氧層之間的生態(tài)平衡。5.理想的生物膜工藝可以減緩老化，避免厭氧層的過度生長，加速好氧層的更新，防止膜脫落。生物膜的形成當污水均勻地淋灑在介質表面，在供氧充足的情況下，介質表面的微生物吸附污水中的有機物，迅速降解有機物，并逐漸在介質表面形成一層有許多微生物的粘膜，稱為生物膜。隨著微生物的不斷繁殖和生長，生物膜的厚度不斷增加，生物膜表面容易吸收養(yǎng)分和溶解氧，微生物生長繁殖迅速，形成由好氧和兼性微生物組成的好氧層(12毫米)。由于營養(yǎng)物質和溶解氧的供應條件差，微生物的生長和繁殖

4、受到限制，需氧微生物難以存活，厭氧微生物恢復其活性，形成由厭氧微生物和兼性微生物組成的厭氧層。厭氧層只有在生物膜達到一定厚度時才會出現(xiàn)，并且隨著生物膜的增厚和延伸而變得更厚，但有機物主要出現(xiàn)在好氧層。生物膜中的物質遷移：由于生物膜的吸附，在其表面有一層薄的水層，稱為附著水層。附著水層中的大部分有機物已被氧化，其濃度遠低于過濾器進水中的濃度。由于濃度的差異，有機物會從污水中轉移到附著的水層，然后被生物膜吸附?？諝庵械难鯕庖矔M入生物膜。在這些條件下，微生物氧化、分解和同化有機物，產生的二氧化碳和其他代謝物部分溶解在附著的水層中，部分溶解在空氣中，從而凈化污水。由于生物膜厚度的增加，其深層因缺氧而

5、發(fā)生厭氧分解，并積累硫化氫、氨和有機酸等代謝物。它會削弱生物膜在惰性載體上的固定，這種狀態(tài)下的生物膜是一種老化的生物膜，然而，當供氧充足時，好氧膜的更新速度加快，生物膜不會劇烈脫落。14.1.2生物膜載體和填料為生物膜附著、生長和固定提供了材料。它可以分為無機填料和有機填料。1.目前常用的無機載體包括沙子、碳酸鹽、各種玻璃材料、沸石、陶瓷材料、碳纖維、礦渣、活性炭、金屬等。無機載體具有機械強度高、化學性質穩(wěn)定、比表面積大的優(yōu)點。缺點是由于其密度高，不適合流化，限制了其在懸浮生物膜反應器工藝中的應用。通常，微生物以附著的形式固定在載體表面，形成生物膜。在特殊情況下，一些微生物以封裝和附著的形式被

6、固定。有機載體有機載體是生物膜技術發(fā)展中應用最廣泛的主要載體材料。這種載體主要包括聚氯乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、各種樹脂、塑料、軟或半軟纖維等。其比表面積和孔隙率都很大，大大增加了有機負荷，不易堵塞。它在生產實踐中得到廣泛應用。由于便于沉淀和分離，它提高了活性污泥處理廠的性能。各種有機材料載體的比較。選擇過濾材料時應考慮以下幾個方面：1 .足夠的機械強度來抵抗水流的強大剪切力；2.優(yōu)異的穩(wěn)定性、生物穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性和熱力學穩(wěn)定性。3.疏水性和良好的表面帶電特性。微生物通常帶負電荷，而載體帶正電荷，這很容易結合。4.有毒或抑制性的。5.良好的物理性能。6.當?shù)夭牧?，價格合理。生物膜法中使

7、用的載體應滿足以下條件：1 .它容易流動，但不容易流失；2.易于成膜，但無毒副作用；3.它可以提供大的比表面積以增加生物附著的量；4.價格低廉，材料易得。生物膜法的特點及優(yōu)勢：與活性污泥法相比，生物膜法具有以下優(yōu)點：生物膜體積小、微生物生物量高、水力停留時間短、生物相相對穩(wěn)定、抗毒抗沖擊負荷能力強、處理效果好、操作方便、剩余污泥少，適用于小型污水處理廠。缺點：1 .需要更多的填料和支撐結構，資金投入高。流出物通常帶有大的分離生物膜，大量無活性的細懸浮固體分散在水中，這降低了處理水的透明度。3.活性生物質難以控制，操作靈活性差。2.生物食物鏈較長，生物膜上的食物鏈比活性污泥長，比活性污泥系統(tǒng)短。

8、3.它能在微生物中存活很長時間。4.在具有優(yōu)勢菌株的區(qū)段中運行，并在區(qū)段中運行。每一段都孕育著適合該段水質的微生物。1.微生物的不同生物膜由細菌、真菌、藻類、原生動物、后生動物以及肉眼可見的蠕蟲和昆蟲的幼蟲組成。生物膜上生物的種類、數(shù)量和生存狀態(tài)概述。細菌、真菌、微型動物、濾蠅和線蟲具有抑制生物膜快速生長的功能，可以形成更好的生物膜，促進生物膜脫落。與活性污泥法相比，添加了藻類、寡毛類、后生動物、昆明昆蟲等生物。然而，真菌、肉足蟲、纖毛蟲和輪蟲的含量卻大大增加。微生物相的特征，處理過程的特征。對水質和水量變化的適應能力強，進水中斷一段時間，對生物膜無致命影響，供水后易恢復。污泥沉降性好，污泥比

9、例大。處理低濃度廢水的能力，活性污泥：不適合處理低濃度廢水，如果生化需氧量長期低于50-60毫克/升，生物膜：20-30毫克/升，可降解至5-10毫克/升。14.2生物膜的生長和動力學，14.2.1生物膜的生長過程，潛伏期或適應期微生物經過不可逆的附著過程后逐漸適應生活環(huán)境，并逐漸形成小菌落，這些初始菌落首先形成于載體表面的不規(guī)則處。該階段的持續(xù)時間取決于進水的第五濃度和載體表面的特性。當實際生物膜反應器啟動時，很難控制這一階段。生物膜的生長過程類似于懸浮微生物的生長過程，主要經歷適應期、對數(shù)生長期、穩(wěn)定期和衰減期。然而，根據(jù)生物膜過程的具體操作，在這四個階段的基礎上可以分為六個階段：(1)對

10、數(shù)生長期或動態(tài)生長期的適應期形成的分散菌落開始快速生長并逐漸覆蓋載體表面。生物膜厚度可達幾十米。多糖和蛋白質產量增加，消耗大量溶解氧，后期氧成為限制因素。在此階段結束時，生物膜反應器出水的底物濃度基本達到穩(wěn)定值，這決定了生物膜反應器中底物的去除效率和生物膜本身的生長代謝功能。在線性生長期，生物膜在載體表面以恒定速率生長，出水基質濃度不隨生物量的積累而顯著變化；其有氧速率保持不變；生物膜的生物量mb可以表達如下：該階段總生物膜的積累主要來自非活性物質。此時生物膜活性生物量的比例很小，并且隨著生物膜總量的增加呈下降趨勢。原因是：剩余有效載體的表面是飽和的；明顯的禁閉、有毒或抑制性物質的積聚。這一階

11、段對去除底物沒有明顯的貢獻，但在流化床反應器中，這一階段可以改變生物顆粒的體積特性。mbmami，mb mami，mb mami，mb mami，mb mami，mb mami，mb mami，mb mami，mb mami，mb mami，mb mami，mb mami，mb mami，mb mami，mb mami。此時，生物膜對水力剪切非常敏感。生物膜結構松散，出水懸浮物濃度明顯增加。在末期，生物膜的質量和厚度趨于穩(wěn)定，運行系統(tǒng)接近穩(wěn)定。在生物膜穩(wěn)定階段，生物膜新生細胞與各種物理力造成的生物膜損失相平衡。在下一階段，生物膜相和液相都達到穩(wěn)定狀態(tài)。在生物膜反應器的運行中，生物膜穩(wěn)定期的維持

12、一直被認為是工藝穩(wěn)定的必要保證，但在三相流化床等生物反應器中，在高底物濃度和高剪切力的作用下，這一時期很短，甚至不會出現(xiàn)。在脫落階段，隨著生物膜的成熟，一些生物膜脫落。生物膜中微生物的自氧化、生物膜中過厚的厭氧層以及生物膜與載體表面的相互作用都會加速生物膜的脫落。此外，一些物理作用也會導致生物膜脫落。在此階段，出水懸浮物濃度增加，直接影響出水水質；底物降解過程受到影響，導致底物去除率下降，運行生物膜反應器時應盡量避免大量生物膜同時脫落。以上是生物膜生長規(guī)律的分析，可以幫助我們更好的控制生物膜反應器，同時也引出生物膜法的幾個重要參數(shù)。14.2.2生物膜理論中的幾個重要參數(shù)，生物膜的比生長率是描述

13、生物膜生長和繁殖特性最常用的參數(shù)之一。它反映了微生物活動的增加。那么微生物比生長率的定義公式為：其中：微生物濃度-微生物比生長率。1。生物膜的最大比生長率(0)，2。生物膜的平均比生長率(，底物去除率反映了生物膜種群的活性，且底物去除率越高，生物膜的生化反應活性越高。公式中，qobs基質去除率q進水流速so進水基質濃度s出水基質濃度ao載體表面積，14.3生物濾池，基于土壤自凈原理，在污水灌溉的實踐上發(fā)展起來，要求預處理，二沉池中的早期生物濾池(普通生物濾池)的水負荷較低(1-4m/d)；高負荷生物濾池，生化需氧量負荷為0.1-0.4千克/立方米/天，塔式生物濾池，有限的進水生化需氧量濃度為2

14、00毫克/升)，通常由回水稀釋。水負荷增加3.0倍，達到40米/天；生化需氧量負荷上升至0.5-2.5千克/米天.直徑與高度之比為1: 61: 8，高度=26米，通風良好，覆蓋陸地，水量為80-200米/米，日負荷為2-3公斤/米，14.3.0概述，14.3.1生物濾池的概念和工作原理，含污染物的廢水自上而下生長。主要凈化功能取決于廢水中的有機物被濾料表面的生物膜吸附和氧化。影響生物濾池功能的主要因素如下：1 .濾床的比表面積和孔隙率越大，生物膜越多，凈化功能越強；孔隙率大，濾床不易堵塞，通風效果好，能為生物膜的好氧代謝提供足夠的氧氣；濾床的比表面積和孔隙率越大，傳質界面越大，水流越湍，凈化功

15、能越好。2.濾床高度在濾床的上層，廢水中有機物濃度高，微生物繁殖速度快，生物膜量大且以細菌為主，有機污染物去除速度快；在過濾器的下層，廢水中有機物和生物膜的數(shù)量較少，微生物由低到高，有機物的去除率降低；有機物的去除效率隨著濾床深度的增加而增加，但去除率隨著濾床深度的增加而降低。有機負荷和水力負荷有機負荷：單位時間內單位體積濾料供給的有機物量，實際上代表f/m值，有機物不能超過生物膜的分解能力，否則出水水質會下降。單位為千克體重/立方米。水力負荷：每天每單位表面積或每單位體積過濾器處理的廢水量。指示過濾器接觸時間和水流沖刷時間。水力表面負荷的單位是m3/m2.d，或m/d；相同的過濾速率；單位水

16、力容積負荷為m3/m3d。有機負荷高，生物膜生長迅速，導致濾料堵塞，因此有必要調整水力負荷。隨著水力負荷的增加，水力沖刷力增加，生物膜厚度保持不變。一般來說，這是通過水回流解決的。回流通常用于高負荷生物濾池和塔式生物濾池。它的優(yōu)點是：無論原廢水的流量如何波動，過濾器都能連續(xù)不斷地過濾廢水，工作穩(wěn)定；它能沖走老化的生物膜，減少膜的厚度，抑制過濾器中蒼蠅的滋生；平衡過濾器負載，提高過濾器效率；它可以稀釋和降低有毒有害物質的濃度和進水有機物的濃度。5.供氧生物濾池一般通過自然通風來保證供氧；影響生物濾池自然通風的主要因素有：池內溫度與空氣溫度之差；過濾器的高度；過濾材料的孔隙率和風力；堵塞過濾器也會影響通風。14.3.2普通生物濾池，結構，普通生物濾池，又稱滴濾塔，具有較低的水力負荷和生化需氧量負荷。在平面上大多數(shù)是正方形、矩形或圓形，比過濾器高1.50.9米。在寒冷地區(qū)，有時需要考慮防凍、加熱或防蠅等措施。墻：外殼填料應能承受壓力，分為穿孔墻和非穿孔墻。帶孔的墻體有利于濾料的內部通風，但冬季容易受低溫影響；池底：支撐過濾材料并去除處理過的水。游泳池底部周圍有通風口。一般來說，它是一種固體拳擊過濾材料，如礫石，卵石和礦渣；工作層濾料粒徑為2540毫米，支撐層濾料粒徑為7010毫米；同一層過濾材料應盡可能均勻，以提高孔隙率；過濾材料的粒度越小，比表面積越大，處理能力越高。然而，如果顆粒尺