生物膜法在污水處理方面的研究進(jìn)展

1、生物膜法在污水處理方面的研究進(jìn)展摘要：本文先簡(jiǎn)單的介紹了生物膜法概念及歷史，然后簡(jiǎn)述了解了生物膜技術(shù)和各自的應(yīng)用，最后從生物膜法在具體事例中的應(yīng)用及其前景。關(guān)鍵詞：生物膜法 技術(shù) 應(yīng)用 污水處理引言：生物膜法是令微生物附著在惰性濾料上，形成膜狀的生物污泥，從而對(duì)污水起到凈化效果的生物處理方法。生物膜法的特點(diǎn)主要有對(duì)廢水水質(zhì)、水量變化適應(yīng)性強(qiáng)，操作穩(wěn)定性好不會(huì)發(fā)生污泥膨脹，運(yùn)轉(zhuǎn)管理較方便生物膜中的物相豐富，且沿水流方向膜中生物種群具有一定分布剩余污泥量較少采用自然通風(fēng)供氧.在運(yùn)行方面靈活性較差，設(shè)備容積負(fù)荷有限，空間效率較低。其作用機(jī)制是利用生物膜的強(qiáng)吸附性和吸水性，通過(guò)將微生物細(xì)胞固定于反應(yīng)器

2、內(nèi)的載體上，實(shí)現(xiàn)了微生物停留時(shí)間和水力停留時(shí)間的分離，從而達(dá)到目的的一種手段。一般所用到的技術(shù)有：生物接觸氧化法、生物流床技術(shù)、移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器等。污水，通常指受一定污染的、來(lái)自生活和生產(chǎn)的排出水，污水的主要污染物有病原體污染物， 耗氧污染物，植物營(yíng)養(yǎng)物，有毒污染物等。生物膜法處理污水就是通過(guò)惰性材料的粘著性使微生物附著其上，以達(dá)到污水處理的目的。20世紀(jì)50年代以前，生物膜法一直未被重視，其主要原因是它以碎石為原料，微生物附著困難，并且操作不方便，而50年代，塑料工業(yè)的發(fā)展及其向生物膜處理技術(shù)的引用克服了濾料堵塞等困難。生物膜技術(shù)的核心就是濾料【1】。濾料可以是天然的，也可以是經(jīng)過(guò)加工的石

3、英砂、無(wú)煙煤、大理石、白云石、磁鐵礦石、石榴石、錳砂等顆粒物質(zhì)，還可以是人造聚苯乙烯發(fā)泡塑料球、高效纖維束和陶瓷濾料。它的選擇特點(diǎn)有：機(jī)械強(qiáng)度高，化學(xué)穩(wěn)定性好，密度適宜，形狀規(guī)則，易成膜，但無(wú)毒無(wú)味，無(wú)異物脫落，不會(huì)產(chǎn)生二次污染；取材方便，價(jià)格便宜。再生性強(qiáng).Allant等【2】人研究結(jié)果表明：上浮式濾料比沉沒(méi)式濾料對(duì)SS（懸浮顆粒物）、有機(jī)物的去除率高，更耐有機(jī)負(fù)荷和水力負(fù)荷沖擊。由此可見，濾料的好壞關(guān)系著生物膜的脫落和附著情況，進(jìn)而影響了曝氣生物濾池運(yùn)行的穩(wěn)定和處理效果。下面，我們具體的了解生物膜法的應(yīng)用。1生物膜在污水處理中的具體應(yīng)用1.1生物膜法除無(wú)機(jī)元素1.1.1生物膜法除磷磷是生物

4、生長(zhǎng)必需的元素之一，但水體中磷含量過(guò)高可造成藻類的過(guò)度繁殖，引起嚴(yán)重的水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題【3】。國(guó)內(nèi)外對(duì)控制水體中的磷含量均十分重視，經(jīng)濟(jì)、高效地降低排放廢水的磷含量已成為防治水體富營(yíng)養(yǎng)化的重要途徑之一。污水中磷的去除有化學(xué)和生物兩種途徑【4】：化學(xué)途徑是指投加Ca2、Al3和Fe3形成金屬磷酸鹽沉淀；生物途徑是指微生物對(duì)磷的吸收，磷最終通過(guò)沉淀池排放剩余污泥得以去除。微生物對(duì)磷的吸收又分為兩種【5】：微生物生長(zhǎng)的生理需要，對(duì)磷的正常吸收，普通活性污泥微生物細(xì)胞干重含磷23；生物強(qiáng)化除磷（EBPR），微生物吸收過(guò)量的磷貯存為胞內(nèi)聚磷【6】，成功的EBPR系統(tǒng)中微生物細(xì)胞含磷量為一般微生物的25倍

5、。曝氣生物濾池除磷過(guò)程中，一般物理過(guò)濾除磷效率可高達(dá)35，為了提高除磷效果，需要加入化學(xué)藥劑來(lái)強(qiáng)化除磷，再通過(guò)生物和過(guò)濾作用后，磷的去除率可高達(dá)85。提高水力停留時(shí)間也可以提高曝氣生物濾池對(duì)磷的去除率，但是較長(zhǎng)的水力停留時(shí)間是不經(jīng)濟(jì)的?；谏鲜鲈颍柘觥?】等采用鋁鹽作為除磷的絮凝劑，經(jīng)過(guò)對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果表明，TP的去除隨著鋁鹽加入量的增加而增加，但并不成正比增加，當(dāng)投加系數(shù)小于等于150時(shí)，適當(dāng)加大氣水比有利于除磷；但當(dāng)投加系數(shù)大于等于175時(shí)，加大氣水比對(duì)總磷的去除沒(méi)有影響。并且加入的鋁鹽對(duì)濁度和COD去除影響不大，它們的去除率還分別提高了47和5138-9。雖然鋁鹽會(huì)抑制曝氣生物濾池的硝

6、化作用，但溶解氧足夠時(shí)，鋁鹽的加入對(duì)氨氮的去除沒(méi)有影響【10】。1.1.2生物膜法脫氮對(duì)于生物膜法脫氮，不同的人有不同的方法，但核心都是生物膜脫氮技術(shù)【11】。比如成英俊等在膜生物反應(yīng)器中投加聚乙烯懸浮濾料，通過(guò)生物膜膜生物反應(yīng)器對(duì)生活污水中脫氮除磷性能的研究試驗(yàn)，結(jié)果表明，投加聚乙烯懸浮濾料可使膜生物反應(yīng)器對(duì)有機(jī)污染物去除率得到提高，總氮、總磷的平均去除率由455和472分別增至574和718，并且投加懸浮濾料還可延緩膜污染【12】；王海燕等【13】采用厭氧好氧（AO）【15】生物膜工藝進(jìn)行焦化廢水的試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)進(jìn)水、厭氧出水、好氧出水氨氮和化學(xué)需氧量（COD）的檢測(cè)分析，由此得知該系統(tǒng)能有

7、效地去除焦化廢水中的COD，去除率均大于90，氨氮的去除率在80以上；李詠梅等14在對(duì)焦化廢水中有機(jī)物在A1A2O生物膜系統(tǒng)中降解轉(zhuǎn)化規(guī)律進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，選取焦化廢水中6種主要的含氮雜環(huán)化合物：吡啶、吲哚、喹啉、異喹啉、2甲基喹啉、8羥基喹啉【15】，與苯酚共同配制成溶液，在A1A2O生物膜系統(tǒng)中運(yùn)行，結(jié)果表明上述各種含氮雜環(huán)有機(jī)物在A1A2O系統(tǒng)中都可得到較完全的去除。1.1.3生物膜法去重金屬在印染、采礦、電鍍等工業(yè)生產(chǎn)中，常常會(huì)向環(huán)境水中排放有毒的重金屬污水，這樣不僅危害了水生物，而且也影響了人類的生活健康。因此，不斷地研究開發(fā)對(duì)含有有毒重金屬污水的處理技術(shù)，是十分重要的。采用生物膜法

8、去除水中重金屬主要是依靠生物膜對(duì)重金屬的生物吸附。許多研究表明，構(gòu)成生物膜的各種微生物能分泌細(xì)胞外聚合物（EPS）【16】，其主要成分是多聚糖、蛋白質(zhì)、核酸、脂類等。由于胞外聚合物常含有帶負(fù)電荷的官能團(tuán)（如多聚糖、蛋白質(zhì)等的羧基官能團(tuán)），生物膜表面也因此常攜帶負(fù)電荷。生物膜吸附水體中的重金屬離子的一個(gè)重要機(jī)理就是通過(guò)胞外聚合物中帶負(fù)電荷的配合基與重金屬相互作用而逐漸吸附重金屬離子17。將生物膜法用于污水中重金屬的去除，不僅不易造成二次污染，操作簡(jiǎn)便，而且大大減低了污水的治理成本，其實(shí)際應(yīng)用意義十分重要。1.2生物膜法除污水中微生物生物膜法除污水中微生物就是以生物制住生物，以菌制菌，向自然菌群中

9、投入特殊的微生物以增強(qiáng)生物力量，并對(duì)污水等特定環(huán)境或特殊污染物加以反應(yīng)。是通過(guò)馴化、篩選、誘變、基因重組等一系列關(guān)鍵技術(shù)【18】的實(shí)施，獲得一批以污水為主要能源的微生物，然后復(fù)制投入一定數(shù)量，對(duì)目標(biāo)物質(zhì)進(jìn)行降解，達(dá)到去除污染的目標(biāo)。對(duì)于焦化廢水和焦化廢水來(lái)說(shuō)，焦化廢水因成分復(fù)雜，無(wú)機(jī)物和有機(jī)物的種類多，被列為難以降解工業(yè)廢水，一般通過(guò)投放高效菌種，以固定化、高效降解微生物法等強(qiáng)化技術(shù)來(lái)進(jìn)行處理。而印染廢水中的有機(jī)物含量非常大，以前采用生物膜法來(lái)處理，無(wú)法有效去除其中的有機(jī)物，通過(guò)應(yīng)用高效脫氧色菌和PVA 降解菌，加快生物膜的形成速度，穩(wěn)定性好，效率高，已達(dá)到其目的。在微生物的作用下，可使失效的

10、填料活性炭部分恢復(fù)吸附能力。活性炭有巨大的表面積（1000M2/gc）和發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)，其中95%的表面積是由孔徑<40A0 的微孔提供的，中孔（40-2000 A0）約占總表面積的5%，大孔（2000-4000 A0）的表面積僅有0.5-2 M2/gc【19】.而大多數(shù)細(xì)菌大于1m,少數(shù)細(xì)菌為5m, 因而細(xì)菌只能進(jìn)入活性炭的大孔,而不能進(jìn)入微孔內(nèi),只有細(xì)菌所分泌的胞外酶能夠降解吸附在微孔內(nèi)有機(jī)物.胞外酶是由蛋白質(zhì)組成的生物催化劑, 可將細(xì)胞外的大分子有機(jī)物和不溶性有機(jī)物分解成小分子物質(zhì)和可溶性物質(zhì), 供微生物吸收和利用在適宜的條件下，許多酶都能被活性炭大量吸附，一些較小分子量的酶或具有

11、活性基團(tuán)的酶的碎片可進(jìn)入活性炭的微孔內(nèi)，催化分解吸附在微孔內(nèi)的有機(jī)分子化合物，由于活性炭對(duì)低分子量物質(zhì)的吸附能力差，這些小分子物質(zhì)就可以從炭的孔隙表面解吸下來(lái)，向外擴(kuò)散，進(jìn)入到大孔中和炭表面的微生物細(xì)胞體內(nèi)，在細(xì)胞內(nèi)酶催化下一部分合成細(xì)胞物質(zhì), 一部分進(jìn)一步氧化分解,最終以CO2、H2O 及其它簡(jiǎn)單物質(zhì)形式, 釋放到細(xì)菌體外已達(dá)到其除污目的【20】。1.3生物膜法除大分子顆粒物生物膜技術(shù)可用于出污水中大分子顆粒物，如污泥等。主要適用于厭氧型生物的處理系統(tǒng)中，它主要由配水系統(tǒng)、三相分離器和污泥床三個(gè)部分組成。利用反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生氣體混合污泥和污水，再用三相分離器將氣體、污水和顆粒污泥進(jìn)行分離。最后

12、排出水，將污泥留在反應(yīng)器中【21】?？偨Y(jié)生物膜法的機(jī)理和作用研究還不太成熟，國(guó)內(nèi)外科研工作者從微生物菌種、膜反應(yīng)器、曝氣生物濾池、濾料等方面進(jìn)行科研工作。特別是對(duì)微生物對(duì)物質(zhì)的代謝機(jī)理、微生物的群落結(jié)構(gòu)和功能、曝氣生物濾池和膜反應(yīng)器的創(chuàng)新改進(jìn)及濾料的選擇應(yīng)用，這些都將直接影響生物膜法對(duì)污水的處理能力。因此，在物理化學(xué)和生物學(xué)因素等方面的基礎(chǔ)上深化探索研究，不斷提高生物膜法對(duì)污水中各種元素的處理能力，為生物修復(fù)技術(shù)提供一定的理論依據(jù)。隨著生物膜研究的不斷深入和進(jìn)步，生物膜法在自然環(huán)境和廢水生物處理中必將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。污水是環(huán)境污染的重要因素，而用其他方法都會(huì)有一些隱患，但生物膜技術(shù)在污水

13、處理方面不會(huì)存在安全隱患和二次污染，故生物膜技術(shù)的應(yīng)用前景非常廣闊。并且生物膜技術(shù)在目前的研究不完善和不成熟，因此，生物膜技術(shù)的潛力非常巨大，當(dāng)然，這需要一代人的共同努力。參考文獻(xiàn)【1】作者：秦萌  刊名：試題與研究：新課程論壇  出版日期：2010  期號(hào)：第13期 【2】作者：白玉華，郭巖，張巖，張萬(wàn)友，陳秋芳，于海波  刊名：工業(yè)水處理雜志  ISSN：1005829X  出版日期：2010  期號(hào)：第3期 【3】作者：蔣山泉，郭麗芳，孫向

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16、60;出版日期：2012  期號(hào)：第6期【10】 作者：黃俊  刊名：給水排水雜志  出版日期：2003  期號(hào)：第3期 【11】吳馥萍，黎松強(qiáng)，林穗云  刊名：廣州化工  ISSN：10019677  出版日期：2006  期號(hào)：第6期 【12】作者：王浩英，王錦榮，趙文選，朱世鐸，熊正林，鞏世鐸  刊名：廣東化工  ISSN：10071865  出版日期

17、：2007  期號(hào)：第4期 【13】作者：張可方，張朝升，方茜  刊名：廣州大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）  ISSN：16714229  出版日期：2007  期號(hào)：第1期 【14】作者：李粉玲，趙慶鵬  刊名：河北企業(yè)  ISSN：10081968  出版日期：2010  期號(hào)：第9期【15】作者：于洸  刊名：中國(guó)建設(shè)信息(水工業(yè)市場(chǎng))  ISSN：1008570X  出版日期：2010  期號(hào)：第3期【16】作者：師曉春，劉峰，任雨森，楊明珍，汪德生  刊名：安徽農(nóng)業(yè)科