环保工程师专业知识：生物膜法

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有机物的方法，为生物膜提供附着生长固定表面的材料称为填料，是影响生物膜法的发展和性能的重要因素。以下是小编整理的环保工程师专业知识：生物膜法，欢迎阅读！

生物膜法的基本原理

1.生物膜的形成及特点

生物膜法是通过附着在载体或介质表面上的细菌等微生物生长繁殖，形成膜状活性生物污泥——生物膜，利用生物膜降解污水中的有机物的生物处理方法。生物膜中的微生物以污水中的有机污染物为营养物质，在新陈代谢过程中将有机物降解，同时微生物自身也得到增殖。

随着微生物的不断繁殖增长，以及废水中悬浮物和微生物的不断沉积，使生物膜的厚度不断增加，其结果是使生物膜的结构发生变化。

在生物处理过程中，生物膜总是在不断地生长、更新和脱落的，造成生物膜不断脱落的原因有：水力冲刷、由于膜增厚造成重的增大、原生动物的松动、厌氧层和介质的粘结力较弱等。

生物膜法适用于中小规模污水生物处理，污水处理系统可以独立建立，也可以与其他污水处理工艺组合应用。污水进行生物膜法处理前，宜经沉淀处理，当进水水质或水量波动大时，应设置调节池。

2.生物膜的结构及其净化废水的机理

生物膜是蓬松的絮状结构，微孔多，表面积大，具有很强的吸附能力。生物膜微生物以吸附和沉积于膜上的有机物为营养物质，将一部分物质转化为细胞物质，进行繁殖生长，成为生物膜中新的活性物质，另一部分物质转化为排泄物，在转化程中放出能量，供应微生物生长的需要。

增殖的生物膜脱落后进入废水，在二次沉淀池中被截留下来，成为污泥。如果

有机物负荷比较高，生物膜对吸附的有机物来不及氧化分解时，能形成不稳定的污泥，这类污泥需要进行再处理。由于生物膜法中的微生物以附着的状态存在，所以泥龄长，使生物膜中既有世代时间短、比增长速率大的微生物，双有世代时间长、比增长速率小的微生物，这使生物膜法中参与代谢的微生物种类多于活性污泥法。

3.生物膜法的主要特征

与活性污泥法相比，生物膜法具有以下特征：

⑴生物相特征：

①参与净化反应微生物多样化

②生物的食物链长

③能够存活世代时间较长的微生物

④分段运行与优占种属

⑵工艺特征

①抗冲击负荷能力强

②污泥沉降性能良好，宜于固液分离

③能够处理低浓度的废水

④运行简单、节能，易于维护管理，动力费用低

⑤产生的污泥量少

⑥在低水温条件下，也能保持一定的净化功能

⑦具有较好的硝化与脱氮功能

生物膜法的主要影响因素

影响生物膜法的因素很多，例如水质、温度、pH值、溶解氧、营养平衡、有毒有害物质浓度等，这些因素也是影响活性污泥法等的因素，前面已讲过，下面介绍一下生物膜法所特有的影响因素。

1.水力负荷

水力负荷对生物膜法的处理效果以及生物膜厚度和传质改善等方面都有一定的影响。生物膜法有多种处理工艺，应该选择合适的水力负荷。

2.载体表面结构和性质

载体对污水处理效果的影响主要反映在载体的表面性质，包括载体的比表面积大小、载体表面亲水性及表面电荷、表面粗糙度、载体的密度、孔隙率和材料强度等。载体的选择不仅决定了可供生物膜生长的面积大小和生物量的多少，还影响反应器中的水动力学状态。

3.生物膜量及其活性

生物膜的厚度反映了生物量的大小，但是生物活性并非总是与生物量成正相关性。生物膜由好氧膜和厌氧膜组成，好氧膜的厚度通常为1.5～2.0mm，有机物的降解主要在好氧层内完成。不能单纯追求增加反应器的生物量，应保证反应器内生物膜正常脱落更新而不发生载体间隙被堵塞的现象。

生物膜法的类型及工艺流程

生物膜法有多种分类，按照微生物附着的载体存在状态可分为固定床生物膜法和流动床生物膜法。固定床生物膜分为生物滤池和生物接触氧化法等，流动床生物膜法包括生物流化床和移动床等。

按照生物膜被污水浸没的程度生物膜法又可分为浸没式生物膜法、半浸没式生物膜法和非浸没式生物膜法。常见的浸没式生物膜法包括生物接触氧化池、曝气生物滤池等，常见的半浸没式生物膜法有生物转盘，常见的非浸没式生物膜法有生物滤池，生物滤池又分为普通生物滤池、高负荷生物滤池和塔式生物滤池三种类型。

1.普通生物滤池

⑴工艺流程

普通生物滤池又名滴滤池，是生物滤池早期出现的类型，即第一代的生物滤池。污水先进入初沉池，去除可沉的悬浮物，接着进入生物滤池。经过滤池处理的污水和生物滤料上脱落的老化生物膜流入二沉池，经过固液分离后，排出净化水。

⑵构造

普通生物滤池由池体、滤料、布水装置和排水系统等四部分组成。

①池体

其平面形式多呈方形、矩形或圆形，池壁一般用砖石或钢筋混凝土筑造而成。

②滤料

滤料表面有生物膜附着，是净化污水的主体，滤料对生物滤池的工作效能影响较大。生物滤池一般采用实心拳状无机滤料，如碎石、卵石和炉渣等。

近年来，生物滤池多采用塑料滤料，主要由聚氯乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯等加工成波纹板、蜂窝管、环状以及空圆柱等复合式滤料，其特点是质轻、强度高、耐腐蚀、比表面积大、孔隙率高，从而大大改善了膜生长及通风条件，使处理能力大大提高。

③布水装置

普通生物滤池多采用固定式喷嘴布水系统，主要由虹吸装置、配水池、布水管道和喷嘴等部分组成。

④排水系统

普通生物滤池底部的排水系统，位于滤料层的下面，主要起收集及排出处理后的废水，保证通风和支撑滤料的作用。排水系统通常分为两层，即包括滤料下的渗水装置和底板处的集水沟和排水沟。

⑶工艺特点

①普通生物滤池一般适用于处理每日污水量不大于1000m3的小城镇污水和有机工业废水，净化效率高，处理效果好，出水水质稳定。

②基建投资省，运行稳定，易于管理，动力消耗低，节省能源。

③剩余污泥量小。

④负荷较低，占地面积大，不适用于处理水量较大的废水，且其冲刷能力不足，易引起滤料内生物膜积累和堵塞，从而影响滤池内的通风，运行过程中会产生滤池蝇，且卫生条件较差，因此，使用受到限制。

生物膜法技术在污水处理中的有效应用

论文摘要:

生物膜法技术具有很强的抗冲击负荷能力，且处理效果理想，运行维护简单，不会产生污泥膨胀的现象，因此在污水处理中有着广泛的应用。本文介绍了生物膜技术的概念、分类和特点，对生物膜技术在污水处理中的应用状况做了简要的分析。

论文关键词:

生物膜;污水处理;进水水质;出水水质

目前我国污水处理行业中常用的活性污泥法具有成本高、对水质和水量适应性较差、容易造成二次污染等缺点，而生物膜法的出现有效的改变了这种状况，为我国的污水处理行业带来了新的选择。

一、生物膜法的概念和特点

生物膜法是令微生物附着在惰性滤料上，形成膜状的生物污泥，从而对污水起到净化效果的生物处理方法。

生物膜法具有运行费用低廉、管理方便的特点，对进水的水质与水量变化有着很强的适应能力，克服了活性污泥法中污泥丝状膨胀的缺点，剩余污泥量也有了显着的减少。但是与活性污泥法相比，生物膜法对环境温度的要求较高，气温过高或过低都会影响生物膜的活性，引起生物膜的坏死和脱落。

另外，由于生物膜需要附着在滤料上才能够对污水起到净化作用，因此载体的比表面积对生物膜处理的效果有着很大的影响，如果选用的滤料比表面积达不到要求，想要达到预期的处理效果就需要增加处理池的面积，使投资费用增大。生物膜法中使用的滤料属于消耗品，需要对其进行周期性的更新，增大了运行期间的管理费用。

同时，生物膜法对工艺设计和运行条件的要求较为严格，一旦发生问题，便会引起滤料的破损和堵塞，降低出水的水质。

二、生物膜法的分类和优缺点

(一)生物接触氧化法

生物接触氧化法实际上是一种浸没曝气式生物滤池，是曝气池与生物滤池相结合产生的综合性污水处理工艺，同时具备两种处理方法的优点，具有容积负荷高、抗冲击负荷力强的特点。

生物接触氧化法的供氧十分充足，膜的更新速度非常快，大大的提高了生物膜的活性，增强其抗冲击能力，而且使用生物膜法会将产生的大部分活性污泥附着在载体上，减少污泥产量及回流量，降低对机械的损耗。但生物接触氧化法的滤料容易发生堵塞，增加了管理的难度。

(二)生物流化床

生物流化床技术是利用气体或液体，使附着微生物的固体颗粒状滤料呈流态化，对污水进行净化的技术。生物流化床法充分利用了微生物不同生命活动阶段的特征，根据微生物的生长特点将处理阶段划分为固定床阶段、流化床阶段、液体输送阶段三个阶段。生物流化床的主要优点:

1、容积负荷高，抗冲击能力强。由于生物流化床的载体是采用小粒径固体颗粒，且载体成流态化，所以生物流化床的单位体积表面积要比其他生物膜法的大很多且抗击能力要较其他生物处理法高。

2、微生物的活性较强。由于生物颗粒不断地相互碰撞与摩擦，使生物膜的厚度较薄且均匀。对于同类污水而言，在同等的处理条件下，生物膜不仅反应速率快且呼吸率也非常快，所以微生物的活性较强。

3、净化效果好。由于载体颗粒一直处于剧烈的运动状态，从而导致界面的不断更新，这样不仅有利于微生物对污染物的吸附和降解，更能加快生化反应速率，进而使净化效果得到提高。

但是由于微生物颗粒在设备当中处于流动状态，对设备的磨损较为严重，同时载体颗粒自身也存在着磨损现象。另外，生物流化床的防堵塞问题及生物颗粒流失等问题目前还没有有效的解决方法，在一定程度上限制了生物流化床的推广。

(三)移动床生物膜反应器

移动床生物膜反应器简称MBBR，是介于生物接触氧化法与生物流化床法之间的一种新型生物膜污水处理工艺，很好的解决了生物接触氧化法中滤料堵塞的问题，同时也克服了生物流化床中三相分离困难的缺点，具有良好的处理效果。

移动床生物膜反应器利用密度接近于水的颗粒状材料作为生物膜的载体，向反应器中连续通入污水同时进行曝气，创造出良好的混合接触条件，利用微生物的生物活动达到净化污水的目的。移动床生物膜反应器具有微生物浓度高、食物链长的特点，对进水的流量和浓度变化有很强的适应能力。

同时，由于选用的生物膜载体密度与水接近，降低了流化过程的能量消耗，增大了传质速率，且不易发生堵塞，剩余污泥量明显少于活性污泥法。另外，由于此方法的结构紧密，因此具有占地少、能耗低的特点，明显的降低了投资与运行维护的费用。以上种种优点使得移动床生物膜反应器在污水处理过程中得到了广泛的应用。

(四)生物滤池法

生物滤池法的基本流程是由初沉池、生物滤池和二沉池三部分组成的。生物滤池主要分为两大类:

1、有高负荷生物滤池。其优点是处理效果好，去除率可达90%以上，其出水可降到25mg/L以下，且出水水质非常稳定。其缺点是占地面积过大，容易堵塞，影响环境卫生。

2、塔式生物滤池。与传统的生物滤池相比，其具有负荷高、分层明显、堵塞可能小与占地面积小等优点。

三、生物膜法技术在污水处理中的实际应用

生物膜法因其良好的处理效果、较低的污泥产量和经济的运行维护费用，在污水处理中得到了广泛的应用，本文以移动床生物膜反应器的实际应用、组合式生物膜SBR工艺在医院污水处理工程的应用为例，探讨生物膜技术在污水处理实际应用中的现状。

(一)移动床生物膜反应器的实际应用

印染废水的水量较大，占到了全部工业废水的百分之十，具有有机物含量高、COD值大、色度高、酸碱度变化大等特点，传统的活性污泥法对进水的变化适应能力不强，而移动床生物膜反应器微生物浓度高，抗冲击负荷能力强，能够很好的适应印染废水水质与水量的变化。

采用移动床生物膜反应器处理印染废水的出水，能够有效的降低出水的COD和色度，使出水水质达到国家一级排放标准，其具体处理过程如下:

1、试验阶段。实验装置主要包括进出水装置、曝气装置以及反应器三部分，反应采用连续进水的方式，出水为连续式滤布膜过滤出水。

反应器由两部分构成，其中左侧为反应区，采用悬浮填料，使生物膜颗粒悬浮于水中，并在气体的作用下呈循环运动状态;右侧为沉淀区，安装有滤布膜组件，可以起到泥水分离的作用，使出水借助重力流出，而污泥回流至左侧的反应区。

反应过程的曝气量为0.55m3/h，水力停留时间为1.5d，进水采用针织物精细印花生产工艺中的母液和冲洗水，水质变化较大。

2、试验结果。经过一定时间的运行后检测出水的水质，发现移动床生物膜具有很强的抗冲击负荷能力，COD的平均去除率可达85%、色度的平均去除率为90%、NH3—N的平均去除率达到了85%，出水的COD及色度均达到了国家一级排放标准，对印染废水具有良好的净化效果。

3、实际应用及结论。使用移动床生物膜反应器处理印染废水，能够有效地降低出水的COD、色度与NH3—N浓度，且对进水的水质与水量的变化有良好的适应能力，在印染厂长期的使用过程中均能维持出水水质的稳定，同时运行费用较低，维护相对简单，是一种有效的印染废水处理方法。

(二)组合式生物膜SBR工艺在医院污水处理工程的应用

由于医院的污水处理方法较为传统，而且医院一般排放的污水都没有经过处理就排放出来，对环境造成了严重的污染。因此，采用组合式生物膜SBR工艺来处理医院的污水，可以更合理的将医院的污水进行处理，同时还能使医院排放的污水达到国家规定的相应标准，从而减少对环境的污染。

1、试验阶段。使用组合式生物膜SBR工艺需要运行四个阶段，这四个阶段是进水曝气、沉淀、滗水、闲置。在工作中需要把这四个阶段不断的重复循环，每个循环周期大概为五个小时左右。

其大体步骤是:将超声波液位探测器安置在调节池内，当调节池里的污水达到设定的数值，提升泵就会自动运行将污水提升至污水处理的工艺池，然后鼓风机开始自动曝气，系统随之便进入了进水曝气阶段。大约十分钟以后，系统会将混合液体进行碳化、硝化、反硝化和生物反应四个过程。

当调节池内的液位到达最低设定值时，系统会自动进入沉淀阶段。在沉淀一个小时后系统会自动进入滗水运行阶段，滗水结束后系统进入闲置阶段。

2、试验结果。经过一段时间的试验运行以及对出水水质的检测，发现组合式生物膜SBR工艺对医院污水的处理完全达到了国家的规定水平，起到了很好的效果。但是，系统在运行过程中还存在一些问题，比如加药量不稳定或者阻塞等等，都需要按照相关的操作及时修正。

3、实际应用及结论。组合式生物膜SBR工艺是以生物膜法为主，将生物膜法和活性污泥活法结合在一起的处理方法。这个处理方法可以从实际出发，随时切换和调整运行设备及时间，还可以控制药剂的使用量，降低污水的处理成本。

四

利用生物膜法对污水进行处理，能够很好的克服活性污泥法的各项缺点，对进水具有很好的适应能力，可以应用到多种行业的污水处理过程中，具有广阔的发展前景。

环保工程师专业知识：生物膜法

一、生物膜法的基本原理

生物膜的形成

当污水与固体介质（如滤料、填料等）表面接触时，污水中的微生物会在介质表面逐渐附着、生长和繁殖。这些微生物及其分泌的胞外聚合物（如多糖、蛋白质等）会在介质表面形成一层粘性的生物膜。

生物膜的形成过程是一个动态过程，首先是微生物的吸附阶段，污水中的细菌、真菌等微生物在物理化学作用下吸附到介质表面。随后是微生物的生长繁殖阶段，吸附的微生物利用污水中的营养物质（如有机物、氮、磷等）进行代谢活动，不断生长并分泌胞外聚合物，使生物膜逐渐增厚。

生物膜的结构

生物膜一般具有复杂的分层结构。从外到内大致可分为外层的好氧层、中间的兼氧层和内层的厌氧层。

好氧层位于生物膜的最外层，与污水直接接触，这里氧气充足，微生物主要进行好氧代谢，能够快速分解污水中的有机物，如将糖类、蛋白质等有机污染物氧化分解为二氧化碳和水。兼氧层中氧气浓度较低，微生物在有氧和无氧条件下都能进行代谢活动，这里的微生物可以对一些较难降解的有机物进行初步分解。

厌氧层在生物膜的最内层，几乎没有氧气，主要进行厌氧发酵等厌氧代谢过程，例如将大分子有机物分解为有机酸、甲烷等。

生物膜法的污水处理机制

污水中的污染物主要通过生物膜中微生物的代谢作用而被去除。对于有机污染物，好氧微生物在好氧层将其分解为简单的无机物，这个过程也被称为生物氧化。同时，生物膜还可以通过吸附作用去除污水中的重金属离子、悬浮物等污染物。

例如，在处理含氮污水时，生物膜中的硝化细菌在好氧条件下将氨氮氧化为亚硝酸盐和硝酸盐（硝化作用），然后在缺氧条件下，反硝化细菌将硝酸盐和亚硝酸盐还原为氮气（反硝化作用），从而实现脱氮。对于含磷污水，生物膜中的聚磷菌在好氧条件下过量摄取磷，在厌氧条件下释放磷，通过这种方式去除污水中的磷。

二、生物膜法的主要工艺类型

生物滤池

工作原理：污水通过布水装置均匀地喷洒在滤料（如碎石、塑料滤料等）表面，在滤料表面形成生物膜。污水在滤料层中自上而下流动，与生物膜充分接触，污染物被生物膜吸附和分解。处理后的水从滤池底部排出。

特点：生物滤池结构简单，操作方便，运行费用较低。但是它的占地面积相对较大，处理负荷较低，而且如果滤料堵塞，会影响处理效果。例如，普通生物滤池对进水的水质和水量变化比较敏感，在水质、水量波动较大时，处理效果可能会下降。

生物转盘

工作原理：生物转盘由一系列平行排列的圆盘组成，圆盘的一部分浸没在污水中，另一部分暴露在空气中。圆盘表面生长有生物膜，当圆盘缓慢转动时，生物膜交替与污水和空气接触。在浸没于污水中的过程中，生物膜吸附和分解污水中的污染物；在暴露于空气中时，生物膜进行充氧，保证微生物的好氧代谢。

特点：生物转盘具有较强的抗冲击负荷能力，对水质、水量的变化适应性较好。它的动力消耗较低，处理效果稳定。不过，生物转盘的设备投资相对较高，而且需要较大的空间来安装设备。

生物接触氧化法

工作原理：在生物接触氧化池中，安装有大量的填料，填料浸没在污水中，曝气装置向池中充入空气，使污水与填料表面的生物膜充分接触，并保持生物膜的好氧状态。污水在池中停留一定时间后，污染物被生物膜中的微生物分解，处理后的水从池的另一端流出。

特点：生物接触氧化法综合了活性污泥法和生物滤池法的优点，处理效率高，占地面积小，能够承受较高的有机负荷。它的运行管理相对简单，不易产生污泥膨胀等问题。但该方法的填料成本较高，如果填料选择不当，可能会影响生物膜的附着和生长。

三、生物膜法的优缺点

优点

处理效果好：生物膜法对污水中的有机物、氮、磷等污染物都有较好的去除效果。能够将污水中的有机物分解为无害的无机物，实现污水的净化，出水水质可以达到较高的标准，满足不同的回用或排放标准。

抗冲击负荷能力强：由于生物膜的分层结构和微生物的多样性，生物膜法对水质、水量的变化有一定的缓冲能力。当进水水质或水量发生突然变化时，生物膜中的微生物可以通过自身的代谢调节机制来适应这种变化，使处理系统仍能保持相对稳定的处理效果。

污泥产量少：与活性污泥法相比，生物膜法产生的剩余污泥量较少。这是因为生物膜中的微生物在生长过程中，一部分微生物会自然脱落随出水流出，这些脱落的微生物在沉淀池中的沉淀性能较好，而且生物膜中的微生物自身消化程度较高，所以剩余污泥量相对较少，从而减少了污泥处理的成本和难度。

缺点

需要载体材料：生物膜法依赖于固体介质表面来形成生物膜，需要选择合适的载体材料（如滤料、填料等）。载体材料的选择既要考虑其对微生物的附着性能、比表面积等因素，又要考虑其成本和使用寿命。而且，载体材料在使用过程中可能会出现堵塞、磨损等问题，需要定期进行维护和更换。

对温度和pH敏感：生物膜中的微生物代谢活动受到温度和pH等环境因素的影响。在温度较低时，微生物的活性会降低，从而影响处理效果。一般来说，生物膜法适宜的温度范围在15-30℃之间。

同时，生物膜法对污水的pH也有一定的要求，pH过高或过低都会抑制微生物的生长和代谢，通常适宜的pH范围在6.5-8.5之间。