生物膜法在污水治理中的應用

陳 曦/云南省楚雄州楚雄第一中學

生物膜法在污水治理中的應用

陳 曦/云南省楚雄州楚雄第一中學

【摘 要】隨著城市化的迅速發展,污水排放量持續增長,使得水資源污染嚴重,同時也造成水質性缺水的危機,解決這個問題最直接的辦法就是增加污水的處理量,提高污水處理廠處理效果。生物膜呈蓬松絮狀結構，微孔多表面積大，具有很強的吸附和降解有機污染物的能力，生物膜法就是根據土壤自凈原理發展起來的污水凈化方法。

【關鍵詞】生物膜法；污水處理；應用；方法

前言

在污水處理的二級生化處理工藝中，活性污泥法和生物膜法占主導地位。（1）活性污泥法是一種污水的好氧生物處理法，如今，活性污泥法及其衍生改良工藝是處理城市污水最廣泛使用的方法它能從污水中去除溶解性的和膠體狀態的可生化有機物以及能被活性污泥吸附的懸浮固體和其他一些物質，同時也能去除一部分磷素和氮素。（2）生物膜法是利用附著生長于某些固體物表面的微生物（即生物膜）進行有機污水處理的方法。而生物膜法由于它的特殊優勢，越來越得到人們的關注，發展十分迅速。

本文是在微生物處理污水的教學和實踐觀察中從生物膜法的概念，凈化原理，微生物種群和培養等的角度出發，闡明了生物膜法在污水的凈化中具有廣闊的應用前景。

1.生物膜凈化污水的主要方法

1.1高負荷生物濾池/固體接觸(TF/SC)

生物濾池可以是卵石填料高負荷生物濾池,也可以是塑料填料的深式或塔式濾池（一種利用好氧微生物處理污水的一種構筑物）。生物濾池由碎石或塑料制品填料構成的生物處理構筑物。TF/SC工藝中生物濾池系按不完全處理設計,采用了較一般高負荷生物濾池還要高的負荷,美國采用的負荷為0.4～1.4kgBOD5/(m3?d)(填料體積),最終出水BOD5可達10mg/L以下。BOD5是一種用微生物代謝作用所消耗的溶解氧量來間接表示水體被有機物污染程度的一個重要指標。我國的研究結果是卵石填料的負荷在3.5kgBOD5/(m3?d)時最終出水BOD5可在30mg/L以下。生物濾池設計的BOD5去除率以50%左右較為經濟,其主要功能是去除溶解性BOD5和將大分子等難降解的物質降解為易降解物質。在我國采用卵石填料比較經濟,因塑料填料的價格要高20倍以上。

固體接觸池是TF/SC工藝高效的關鍵之一,它是將回流污泥與生物濾池出水混合曝氣,進行生物絮凝和生物吸附,將廢水中細小顆粒和凝聚性差的生物膜絮凝成易于沉淀的絮體,同時吸附和降解污水中的有機污染物,因而污水在固體接觸池中的停留時間一般都較短(美國典型TF/SC處理廠最短的僅2.0min,一般為30min左右),我國設計的停留時間較長,多在45min左右,因濾池負荷較美國高。固體接觸池的污泥負荷比一般活性污泥法高1倍,若出水BOD5要求低于30mg/L,污泥負荷為0.4～0.8kgBOD5/(kgMLSS?d)。

TF/SC工藝具有以下優點:①出水水質好。美國的數處工程實例和我國示范工程都說明出水懸浮物和BOD5均可達到10mg/L以下。②TF/SC的工藝單元--生物濾池、固體接觸池和絮凝沉淀池均是高效設施,負荷高、停留時間短,因而工程造價低,運行能耗少。研究結果說明TF/SC工藝污水處理廠工程總投資和運行費用均較傳統活性污泥法低約20%(未包括污泥處理,TF/SC工藝污泥量少1/4)。③具有生物膜法的特點,耐沖擊、運行穩定、操作比較簡單。

1.2曝氣生物濾池

是設置了塑料型塊的曝氣池（污水處理廠中采用鼓風機送空氣進入混凝土澆注成的污水池中），按其過程也稱生物接觸氧化法。它的工作類似活性污泥法中的曝氣池，但是不要回流污泥，曝氣方法也不能沿用，一般采用全池氣泡曝氣,池中生物量遠高于活性污泥法,故曝氣時間可以縮短。運行較穩定，不會出現污泥膨脹問題。也有采用粒料（如砂子、活性炭）的。這時水流向上，濾床膨脹、不會堵塞。因為表面積高,生物量多,接觸又充分，曝氣時間可縮短，處理效率可提高，尚處在研究階段。

1.3厭氧生物濾池

厭氧生物濾池是一種內部裝填有微生物載體（即濾料）的厭氧生物反應器。厭氧微生物部分附著生長在濾料上，形成厭氧生物膜，部分在濾料空隙間懸浮生長。污水流經掛有生物膜的濾料時，水中的有機物擴散到生物膜表面，并被生物膜中的微生物降解轉化為沼氣，凈化后的水通過排水設備排至池外，所產生的沼氣被收集利用。其構造和曝氣生物濾池雷同，只是不要曝氣系統。因生物量高，和污泥消化池相比，處理時間可以大大縮短（污泥消化池的停留時間一般在10天以上），處理城市污水等濃度較低的廢水時有可能采用。

2.生物膜法在京溪污水處理廠的應用

京溪污水處理廠是廣州市河涌整治重點工程項目之一,廠址位于沙太路旁金湖貨運場內,占地約28畝(1畝667m2)。服務范圍包括沙河涌上游流域的左、右支流及南湖流域,服務面積為15.7km2,服務人口13.03萬人。污水處理廠設計規模10萬m3/d,采用生物膜法技術。整廠處理工藝設備采用“地下全埋式”,分兩層,深-20 米,為目前亞洲最大的地下污水處理廠,同時也是海內單位水量占地面積最小的污水處理廠,僅相稱于傳統工藝正常占地面積的十分之一。

3.影響生物處理的因素

生物處理的主體是微生物，微生物的新陳代謝對環境因素有一定的要求，如果環境條件突然改變，超出正常的范圍，會導致微生物的不適應，從而影響處理效果。在運行中常見的影響因素如下：

3.1溫度

對于大多數細菌，適宜的溫度為20至40℃之間。好氧處理在水溫30至35℃時處理效果最佳，但實際工藝常在15至30℃之間進行，在水溫低于10℃或高于40℃時，仍有良好的處理效果。在水溫比正常低很多時，可以調低負荷。所以好氧處理一般不對溫度作特殊調整。某些工業廢水水溫太高，應設置調節池降溫；厭氧處理可根據溫度的不同分為中溫（30至35℃）及高溫（50至60℃）兩大類。高溫消化比中溫消化所需的時間短，但加熱污泥所需的熱量大。從經濟角度考慮，一般采用中溫消化方式。為解決冬季水溫過低、代謝速率慢的問題，可采取設備增設保溫層及水蒸汽預熱等措施。

3.2pH值

一般來說，好氧處理中pH值應在6至9之間，但是好氧微生物對pH值的適應能力較強，適宜的范圍較大；厭氧處理中pH值應在6.5至7.8之間。因為厭氧微生物對pH值較敏感，如果pH值降至5以下，對甲烷菌有很強的毒害作用，甚至會導致甲烷菌死亡。一般情況下，如果進水的pH值遠離正常值，應該在生物處理的構筑物前設置調節池，將pH值調整正常范圍后，才可進行生物處理。

3.3有毒物質

對微生物有毒害的物質都會影響微生物的處理效率，嚴重的會使微生物死亡。例如重金屬、氰化物、硫化物、醛類、酚類等。微生物對毒物的忍受能力因種類而異。細菌適應性較強，通過長期馴化可以承受較高濃度的毒物。所以在處理過程中，逐步提高毒物濃度可使微生物適應這種水質，從而有效地達到凈化廢水的目的。

4.生物膜法需要研究改進的技術問題

生物膜法從開始研究至今不足30年,在我國研究的時間有20 年,存在許多需要改進的地方,需主要研究的內容如下:（1）不論是TF/SC工藝還是BAF技術,工藝的理論研究還很不夠,如果在理論研究上有所發展,必然會極大地推動生物膜法的發展。（2）需要研究TF/SC和BAF適用的輕質高強、價廉、使用壽命長的濾池濾料,這是兩種工藝的關鍵問題。（3）隨著對環境質量要求的提高,污水脫氮除磷也一定會在我國得到加強。

5.結語

隨著生物膜研究的不斷深入和進步，生物膜法在自然環境和廢水生物處理中必將發揮越來越重要的作用。特別是對微生物對物質的代謝機理、微生物的群落結構和功能、曝氣生物濾池和膜反應器的創新改進及濾料的選擇應用，這些都將直接影響生物膜法對污水的處理能力。因此，在物理化學和生物學因素等方面的基礎上，深化探索研究，不斷提高生物膜法對污水中各種元素的處理能力，為生物修復技術提供一定的理論依據。

參考文獻：

[1]張金蓮，吳振斌．水環境中生物膜的研究進展[J]．環境科學與技術，2007，30（11）：102-106．

[2]王海燕，楊帆．生物膜系統處理焦化廢水的研究[J]．煤炭科學技術．2007，35（2）：62-67．

作者簡介：陳曦，女，云南省楚雄州楚雄第一中學高三年級11班。