水污染控制工程：第7章 污水處理的生物膜法

1、p生物膜法的基本原理生物膜法的基本原理p生物濾池p生物轉(zhuǎn)盤法p生物接觸氧化法p生物膜法的進(jìn)展1.什么是生物膜和生物膜法？（什么是生物膜和生物膜法？（What）2.為什么要發(fā)展生物膜法？（為什么要發(fā)展生物膜法？（Why）3.生物膜如何形成、如何處理污水？（生物膜如何形成、如何處理污水？（How）4.污水處理生物膜法的特征和影響因素污水處理生物膜法的特征和影響因素5.生物膜法的主要工藝類型生物膜法的主要工藝類型生物膜（biofilm），是一些微生物細(xì)胞由自身產(chǎn)生的胞外多聚物（Extracellular polymeric substances, EPS, 主要為多糖）所包圍而形成，且附著在浸有液體

2、的惰惰性表性表面面的、具有空間結(jié)構(gòu)的微生物群落。EPS將細(xì)胞粘結(jié)成團(tuán)、成片，厚度可達(dá)12mm左右，生物膜與水體有明顯的分界邊界層。生物膜體積的90%由EPS或水管道構(gòu)成。生物膜具有結(jié)構(gòu)，管道可用于生物膜內(nèi)部的細(xì)菌交換物質(zhì)。生物膜有異質(zhì)性，構(gòu)成底層和表層的細(xì)菌種類和比例也不同。生物膜中的細(xì)胞和游離細(xì)胞有很多不同點(diǎn)：生物膜中的細(xì)菌對抗生素、過氧化氫或者去污劑的抗性比游離細(xì)胞高可達(dá)400倍。生物膜中的細(xì)菌可以不分裂而維持生存（休眠）很長時(shí)間。生物膜中的生物合成更多的向外分泌的多糖，并進(jìn)行不同的次級代謝。生物膜中的細(xì)菌對外界環(huán)境條件改變（如pH、離子濃度、滲透壓、黏度、營養(yǎng)、氣體交換）適應(yīng)性更好。生物

3、膜法，就是利用附著在填料、濾料表面的生物膜，對污水中污染物進(jìn)行吸附、轉(zhuǎn)化，從而實(shí)現(xiàn)水質(zhì)凈化的污水處理方法。生物膜法，一般需要為生物膜的生長提供適宜的惰性載體填料（或稱濾料）污水流過生物膜表面時(shí)，溶解態(tài)污染物被吸收、轉(zhuǎn)化，顆粒態(tài)污染物被截留吸附、水解再轉(zhuǎn)化。由此，水質(zhì)得到凈化污水生化處理的本質(zhì)對自然界中的微生物降解污染物的過程進(jìn)行人工強(qiáng)化的技術(shù)方法。這種人工強(qiáng)化技術(shù)，主要解決三個(gè)問題：傳質(zhì) 底物傳質(zhì)、溶解氧傳質(zhì)分離 固液分離、氣液分離轉(zhuǎn)化 污染物水解、底物降解這種技術(shù)需要考慮：效率成本穩(wěn)定性可持續(xù)性易用性松散、絮狀的活性污泥顆粒典型懸浮態(tài)污水生物處理方法典型懸浮態(tài)污水生物處理方法活性污泥法活性污

4、泥法成本低成本低傳質(zhì)效率高傳質(zhì)效率高水、氣、泥充分接觸分離效率差分離效率差污泥為絮狀懸浮物，沉淀分離速度慢污染物降解速率受限制污染物降解速率受限制污泥濃度只能達(dá)到34 gMLSS/L微生物濃度低、生物量少，受此限制難以提高底物降解速度，容積負(fù)荷小穩(wěn)定性較差，抗沖擊能力弱穩(wěn)定性較差，抗沖擊能力弱分離效率高分離效率高大部分微生物被粘附在填料表面，不隨水流流動剝落的生物膜仍然成團(tuán)結(jié)塊，易于沉淀去除污染物降解速率高污染物降解速率高微生物濃度可達(dá)1020g MLSS/L，污染物降解速率可大幅提高，容積負(fù)荷大穩(wěn)定性好，抗沖擊能力穩(wěn)定性好，抗沖擊能力強(qiáng)強(qiáng)生物膜的結(jié)構(gòu)形態(tài)可保護(hù)細(xì)胞可同時(shí)實(shí)現(xiàn)好氧和厭氧處理可同

5、時(shí)實(shí)現(xiàn)好氧和厭氧處理生物內(nèi)部的異質(zhì)性結(jié)構(gòu)導(dǎo)致出現(xiàn)分層成本高于活性污泥法成本高于活性污泥法填料成本高、曝氣量較大傳質(zhì)效率差傳質(zhì)效率差生物膜厚度、致密度較高，底物和溶解氧傳質(zhì)阻力大2009年，我們對年，我們對1塊生物膜樣塊生物膜樣本進(jìn)行的微電極分析測定結(jié)果本進(jìn)行的微電極分析測定結(jié)果表明表明傳質(zhì)阻力大，生物膜中形成明顯的好氧、缺氧、厭氧分區(qū)溶解氧在距表層0.2mm處即已耗盡NO3- 在距表層0.4mm處耗盡結(jié)論：結(jié)論：為提升溶解氧和底物的傳質(zhì)通量，應(yīng)該： 提提高生物膜表面溶解氧濃度高生物膜表面溶解氧濃度 增大生物膜表面積增大生物膜表面積微電極對生物膜的探測分析結(jié)果生物膜生物膜水體水體活性污泥法活性污

6、泥法 VS 生物膜法生物膜法分散作戰(zhàn)分散作戰(zhàn) VS 集聚作戰(zhàn)集聚作戰(zhàn)1.微生物向載體表面的運(yùn)送2.可逆附著3.不可逆附著4.附著微生物的生長5.形成生物膜生物膜需要載體才能生長，傳統(tǒng)生物膜法均采用惰性載體，稱為濾料或填料填料應(yīng)具備以下特征： (1)能為微生物附著提供大量的面積； (2)使污水以液膜狀態(tài)流過生物膜； (3)有足夠的空隙率，使脫落的生物膜能隨水流出濾池 (4)不被微生物分解, 也不抑制微生物的生長，有較好的化學(xué)性能； (5)質(zhì)量小，但有一定的機(jī)械強(qiáng)度； (6)價(jià)格低廉接觸氧化法常用填料Kaldnes K1 填料上的生物膜形成過程污水流過生物膜表面有機(jī)顆粒物被生物膜吸附水解釋放有機(jī)底

7、物和氨氮（這一過程較慢，是生物膜法的限速因素）污水中的有機(jī)底物、溶解氧、氨氮通過邊界層向生物膜內(nèi)部擴(kuò)散在好氧區(qū)中被微生物轉(zhuǎn)化硝氮向兩側(cè)擴(kuò)散，部分進(jìn)入水體，部分到達(dá)缺氧區(qū)被反硝化微生物方面的特征微生物方面的特征1微生物種類豐富，生物的食物鏈長2存活世代時(shí)間較長的微生物，有利于不同功能的優(yōu)勢菌群分段運(yùn)行處理工藝方面的特征處理工藝方面的特征1對水質(zhì)、水量變動有較強(qiáng)的適應(yīng)性2. 可提高生物量、增大容積負(fù)荷3剩余污泥產(chǎn)量少4運(yùn)行管理方便(無絲狀膨脹、污泥可不回流)5適合低濃度污水的處理生物膜厚度與比表面積溶解氧 生物膜法傳質(zhì)效率較差，對溶解氧濃度要求較高進(jìn)水底物組分與濃度營養(yǎng)物質(zhì) BOD5：N：P理想比例100:5:1有機(jī)負(fù)荷與水力負(fù)荷pH溫度有毒物質(zhì)生物膜的厚度會影響傳質(zhì)效果厚度越高，傳質(zhì)越差，無效生物膜越多厚度越小，傳質(zhì)越好，但生物量會減少，所需載體增加比表面積載體的比表面積越大，則生物膜量可越大傳