生物膜法在污水治理中的应用

陈 曦/云南省楚雄州楚雄第一中学

生物膜法在污水治理中的应用

陈 曦/云南省楚雄州楚雄第一中学

【摘 要】随着城市化的迅速发展,污水排放量持续增长,使得水资源污染严重,同时也造成水质性缺水的危机,解决这个问题最直接的办法就是增加污水的处理量,提高污水处理厂处理效果。生物膜呈蓬松絮状结构，微孔多表面积大，具有很强的吸附和降解有机污染物的能力，生物膜法就是根据土壤自净原理发展起来的污水净化方法。

【关键词】生物膜法；污水处理；应用；方法

前言

在污水处理的二级生化处理工艺中，活性污泥法和生物膜法占主导地位。（1）活性污泥法是一种污水的好氧生物处理法，如今，活性污泥法及其衍生改良工艺是处理城市污水最广泛使用的方法它能从污水中去除溶解性的和胶体状态的可生化有机物以及能被活性污泥吸附的悬浮固体和其他一些物质，同时也能去除一部分磷素和氮素。（2）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。而生物膜法由于它的特殊优势，越来越得到人们的关注，发展十分迅速。

本文是在微生物处理污水的教学和实践观察中从生物膜法的概念，净化原理，微生物种群和培养等的角度出发，阐明了生物膜法在污水的净化中具有广阔的应用前景。

1.生物膜净化污水的主要方法

1.1高负荷生物滤池/固体接触(TF/SC)

生物滤池可以是卵石填料高负荷生物滤池,也可以是塑料填料的深式或塔式滤池（一种利用好氧微生物处理污水的一种构筑物）。生物滤池由碎石或塑料制品填料构成的生物处理构筑物。TF/SC工艺中生物滤池系按不完全处理设计,采用了较一般高负荷生物滤池还要高的负荷,美国采用的负荷为0.4～1.4kgBOD5/(m3•d)(填料体积),最终出水BOD5可达10mg/L以下。BOD5是一种用微生物代谢作用所消耗的溶解氧量来间接表示水体被有机物污染程度的一个重要指标。我国的研究结果是卵石填料的负荷在3.5kgBOD5/(m3•d)时最终出水BOD5可在30mg/L以下。生物滤池设计的BOD5去除率以50%左右较为经济,其主要功能是去除溶解性BOD5和将大分子等难降解的物质降解为易降解物质。在我国采用卵石填料比较经济,因塑料填料的价格要高20倍以上。

固体接触池是TF/SC工艺高效的关键之一,它是将回流污泥与生物滤池出水混合曝气,进行生物絮凝和生物吸附,将废水中细小颗粒和凝聚性差的生物膜絮凝成易于沉淀的絮体,同时吸附和降解污水中的有机污染物,因而污水在固体接触池中的停留时间一般都较短(美国典型TF/SC处理厂最短的仅2.0min,一般为30min左右),我国设计的停留时间较长,多在45min左右,因滤池负荷较美国高。固体接触池的污泥负荷比一般活性污泥法高1倍,若出水BOD5要求低于30mg/L,污泥负荷为0.4～0.8kgBOD5/(kgMLSS•d)。

TF/SC工艺具有以下优点:①出水水质好。美国的数处工程实例和我国示范工程都说明出水悬浮物和BOD5均可达到10mg/L以下。②TF/SC的工艺单元--生物滤池、固体接触池和絮凝沉淀池均是高效设施,负荷高、停留时间短,因而工程造价低,运行能耗少。研究结果说明TF/SC工艺污水处理厂工程总投资和运行费用均较传统活性污泥法低约20%(未包括污泥处理,TF/SC工艺污泥量少1/4)。③具有生物膜法的特点,耐冲击、运行稳定、操作比较简单。

1.2曝气生物滤池

是设置了塑料型块的曝气池（污水处理厂中采用鼓风机送空气进入混凝土浇注成的污水池中），按其过程也称生物接触氧化法。它的工作类似活性污泥法中的曝气池，但是不要回流污泥，曝气方法也不能沿用，一般采用全池气泡曝气,池中生物量远高于活性污泥法,故曝气时间可以缩短。运行较稳定，不会出现污泥膨胀问题。也有采用粒料（如砂子、活性炭）的。这时水流向上，滤床膨胀、不会堵塞。因为表面积高,生物量多,接触又充分，曝气时间可缩短，处理效率可提高，尚处在研究阶段。

1.3厌氧生物滤池

厌氧生物滤池是一种内部装填有微生物载体（即滤料）的厌氧生物反应器。厌氧微生物部分附着生长在滤料上，形成厌氧生物膜，部分在滤料空隙间悬浮生长。污水流经挂有生物膜的滤料时，水中的有机物扩散到生物膜表面，并被生物膜中的微生物降解转化为沼气，净化后的水通过排水设备排至池外，所产生的沼气被收集利用。其构造和曝气生物滤池雷同，只是不要曝气系统。因生物量高，和污泥消化池相比，处理时间可以大大缩短（污泥消化池的停留时间一般在10天以上），处理城市污水等浓度较低的废水时有可能采用。

2.生物膜法在京溪污水处理厂的应用

京溪污水处理厂是广州市河涌整治重点工程项目之一,厂址位于沙太路旁金湖货运场内,占地约28亩(1亩667m2)。服务范围包括沙河涌上游流域的左、右支流及南湖流域,服务面积为15.7km2,服务人口13.03万人。污水处理厂设计规模10万m3/d,采用生物膜法技术。整厂处理工艺设备采用“地下全埋式”,分两层,深-20 米,为目前亚洲最大的地下污水处理厂,同时也是海内单位水量占地面积最小的污水处理厂,仅相称于传统工艺正常占地面积的十分之一。

3.影响生物处理的因素

生物处理的主体是微生物，微生物的新陈代谢对环境因素有一定的要求，如果环境条件突然改变，超出正常的范围，会导致微生物的不适应，从而影响处理效果。在运行中常见的影响因素如下：

3.1温度

对于大多数细菌，适宜的温度为20至40℃之间。好氧处理在水温30至35℃时处理效果最佳，但实际工艺常在15至30℃之间进行，在水温低于10℃或高于40℃时，仍有良好的处理效果。在水温比正常低很多时，可以调低负荷。所以好氧处理一般不对温度作特殊调整。某些工业废水水温太高，应设置调节池降温；厌氧处理可根据温度的不同分为中温（30至35℃）及高温（50至60℃）两大类。高温消化比中温消化所需的时间短，但加热污泥所需的热量大。从经济角度考虑，一般采用中温消化方式。为解决冬季水温过低、代谢速率慢的问题，可采取设备增设保温层及水蒸汽预热等措施。

3.2pH值

一般来说，好氧处理中pH值应在6至9之间，但是好氧微生物对pH值的适应能力较强，适宜的范围较大；厌氧处理中pH值应在6.5至7.8之间。因为厌氧微生物对pH值较敏感，如果pH值降至5以下，对甲烷菌有很强的毒害作用，甚至会导致甲烷菌死亡。一般情况下，如果进水的pH值远离正常值，应该在生物处理的构筑物前设置调节池，将pH值调整正常范围后，才可进行生物处理。

3.3有毒物质

对微生物有毒害的物质都会影响微生物的处理效率，严重的会使微生物死亡。例如重金属、氰化物、硫化物、醛类、酚类等。微生物对毒物的忍受能力因种类而异。细菌适应性较强，通过长期驯化可以承受较高浓度的毒物。所以在处理过程中，逐步提高毒物浓度可使微生物适应这种水质，从而有效地达到净化废水的目的。

4.生物膜法需要研究改进的技术问题

生物膜法从开始研究至今不足30年,在我国研究的时间有20 年,存在许多需要改进的地方,需主要研究的内容如下:（1）不论是TF/SC工艺还是BAF技术,工艺的理论研究还很不够,如果在理论研究上有所发展,必然会极大地推动生物膜法的发展。（2）需要研究TF/SC和BAF适用的轻质高强、价廉、使用寿命长的滤池滤料,这是两种工艺的关键问题。（3）随着对环境质量要求的提高,污水脱氮除磷也一定会在我国得到加强。

5.结语

随着生物膜研究的不断深入和进步，生物膜法在自然环境和废水生物处理中必将发挥越来越重要的作用。特别是对微生物对物质的代谢机理、微生物的群落结构和功能、曝气生物滤池和膜反应器的创新改进及滤料的选择应用，这些都将直接影响生物膜法对污水的处理能力。因此，在物理化学和生物学因素等方面的基础上，深化探索研究，不断提高生物膜法对污水中各种元素的处理能力，为生物修复技术提供一定的理论依据。

参考文献：

[1]张金莲，吴振斌．水环境中生物膜的研究进展[J]．环境科学与技术，2007，30（11）：102-106．

[2]王海燕，杨帆．生物膜系统处理焦化废水的研究[J]．煤炭科学技术．2007，35（2）：62-67．

作者简介：陈曦，女，云南省楚雄州楚雄第一中学高三年级11班。