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生物膜法在污水处理中的研究进展

摘要：生物膜法在污水处理工艺中是与活性污泥法并行的一种好氧型生物污水处理方法，广泛的应用于工业废水和城市污水处理的二级处理中，也是污水处理的关键环节。与活性污泥法相比，生物膜法具有一些特有优势，比如无需污泥回流，运行管理容易，无污泥膨胀问题，易于微生物生存，运行稳定等。文中简单介绍了生物膜法对磷、氮及一些重金属去除的研究进展。

关键词：生物膜法；污水处理；活性污泥法 引言

近年来，伴随着经济的快速发展，我国在追求GDP增长的同时也带来一系列的环境问题，其中淡水资源紧缺迫使城镇生活污水处理技术显得尤其重要。然而随着人们生活水平的提高，城镇生活污水中的氮、磷含量增加，有机成分复杂，传统的生物污水处理技术已无法紧随步伐，处理效果不佳，为此，在新型填料的不断开发和完善基础上，生物膜法处理工艺借其处理效率高、剩余污泥产泥量少、运行管理方便等特点得到快速发，在污水处理中有广阔的应用前景。生物膜可认为是由一种或是多种微生物群体组成的，并附着在一种载体表面上进行生长发 育[1—2]。

1 生物膜法概述 1.1生物膜法的净水机理

生物膜法和活性污泥法一样都是利用微生物来去除废水中各种有机物的处理工艺。生物膜法是指大量的微生物附着在介质滤料表面，形成生物膜，污水同生物膜接触后，溶解的有机污染物被微生物碳、氨气和微生物细胞物质等，使污水得到净化。载体表面上生长的，具有较强的吸附和生物降解性主(包含其产生的胞外多聚物和吸附在微生物表面的无机及有机物等组成)，其中提供微生物附着生长的惰性载体称之为滤料或填料。

1.2生物膜法的工艺特点

(1)微生物多样化，生物的食物链长，有利于提高面积的处理负荷；

(2) 势菌群分段运行，有利于提高微生物对有机污染物的降解效率和增加难降解污染物的去除率，提高脱氮除磷效果；

(3)对水质、水量变动有较强的适应性，耐冲击负荷力增强

(4)污泥沉降性能好，易于固液分离，剩余污泥产量少，降低了污泥处理费用，进而降低投资费用；

(5)适合低浓度污水的处理；

(6)易于维护，运行管理方便，耗能低。 1.3 滤料的选择及其作用

生物膜主要由微生物细胞和它们所产生的胞外多聚物组成，微生物生长在载体的表面且分布不均匀、不连续[3]。生物膜法是近十几年来发展的新型微生物处理技术．为提高生物膜的处理能力，国内外科研人员从微生物菌种、膜反应器、曝气生物滤池、滤料等方面进行科研工作．其中曝气生物滤池的核心部分是滤料，滤料起着固结微生物的作用，生物膜的附着和脱落直接制约着曝气生物滤池启动和运行的效果，因此，滤料是生物膜法工艺的核心部分。

过滤是污水处理不可缺少的处理单元。滤料的好坏关系着生物膜的脱落和附着情况，进而影响了曝气生物滤池运行的稳定和处理效果。滤料可以是天然的，也可以是经过加工的石英砂、无烟煤、大理石、白云石、磁铁矿石、石榴石、锰砂等颗粒物质，还可以是人造聚苯乙烯发泡塑料球、高效纤维束和陶瓷滤料。按照成分的不同，可分为无机滤料和有机高分子滤料；按照密度的不同，可分为上浮式滤料和沉没式滤料。无机滤料一般为沉没式滤料．有机高分子滤料一般为上浮式滤料。Allant等人[4]研究结果表明：上浮式滤料比沉没式滤料对SS(悬浮颗粒物)、有机物的去除率高，更耐有机负荷和水力负荷冲击。Mann和Stephenson[5]在研究中发现。当滤料相对密度分别为0.92和1.05时，前者在COD去除率上要好于后者。

在选择滤料时应尽可能达到以下条件[6—7]： (1) 机械强度高．刚性大

滤料必须有足够的机械强度。以免在曝气生物滤池频繁周期性的反冲洗过程中引起外形变化和孔径变形，或是磨损、破碎．使颗粒变小．水头损失增加。

(2) 化学稳定性好

滤料必须具有一定的化学稳定性，可耐酸、耐碱，防止滤料本身发生侵蚀现象，并且不会与其他物质发生化学反应而造成二次污染。

(3) 热稳定性好

不会产生热变形，软化、氧化现象等。 (4) 滤料

滤料密度过大，造成在反冲洗时滤料悬浮困难或使反冲洗时能耗增加；密度过小，又不易于滤料在反应器中的运行工况，且易引起跑料，因此滤料密度需在一定范围之内。

(5) 形状

形状规则，最好接近球形，表面粗糙，能提供较大的比表面和孔隙率来增加生物附着量．滤料表面的多孔性为菌胶团提供最佳的生长条件，提高渗透率。

(6) 易流化

易流化，不易流失；易成膜，但无毒无味，无异物脱落，不会产生二次污染；取材方便，价格便宜。

(7) 再生性强

通过用液体或气体反冲洗，可基本恢复原有过滤能力，从而具有较长的使用寿命，同时抗菌性能好，不易被细菌降解。滤料在生物膜反应器中的主要作用有

[8—10]

：微生物生长与繁殖的载体，提供了良好的环境。保证了微生物的数量；

对水流有素动作用，让废水再分布与生物膜充分接触；截留了废水中的部分悬浮物，减少了反应器出水的悬浮物浓度。

1.4 曝气生物滤池的工艺原理及其特点

曝气生物滤池(BAF)是20世纪80年代末和90年代初兴起的污水处理工艺。曝气生物滤池处理污水的原理是利用生长在反应器内滤料上的生物膜中微生物的氧化分解作用、滤料生物膜的吸附截留作用和沿水流方向形成的食物链分级捕食作用及生物膜内部微环境和缺氧环境的反硝化作用[11]。曝气生物滤池的主要工艺特点有[12--13]：抗冲击负荷高，处理能力大；除污能力强，出水质量高；工艺流程短，省去了二次沉淀池．氧利用率高。维护管理方便．占地面积小，建设投资少，运行费用低；易挂膜，启动快，环境质量高。