刁榮俊+胡慶偉

摘 要：生物膜技術起源于對自然界已有的現(xiàn)象的總結(jié)和模擬。在自然界中，水體有著自凈的現(xiàn)象，例如在農(nóng)田灌溉時，土壤層對污染物有著截留吸附凈化的作用，以及有機物的腐敗過程。對以上類似現(xiàn)象的總結(jié)和模擬，構(gòu)成了這種污水處理技術。顧名思義，生物膜技術著重于使微生物群以膜形態(tài)依附于某些固定或半固定載體表面，通過大面積與污水相接觸，從污水中截留有機物，轉(zhuǎn)化為微生物自身生長所需營養(yǎng)物質(zhì)加以同化吸收，使得污水得到凈化處理。

關鍵詞：生物膜 生態(tài)修復 水環(huán)境

1、凈化河流的基本原理

生物膜法對于河流進行的凈化作用，其實質(zhì)就是水體自凈能力的一種人工強化，把一個普通的自然過程變化為天然+人工過程的組合形式。模擬天然河床上附著的生物膜及其產(chǎn)生的過濾與凈化作用，由人工提供濾料或載體，增加相應的比表面積，以供超量微生物附著絮凝生長，形成凈化水體所需的生物膜。當污染的河水流經(jīng)人工增殖的生物膜時，污染物和載體或者濾料上面附著生長的菌膠團開始碰撞接觸，菌膠團表面由于細菌和胞外聚合物的作用，對污水中的有機物起到了絮凝或吸附，這種狀態(tài)與介質(zhì)中的有機物會形成一種動態(tài)的平衡，從而導致的結(jié)果就是菌膠團表面不但附有大量的活性細菌，還有較高濃度的有機物，這些都成為了細菌繁殖的有利條件。細菌的大量繁殖，會吸收消耗污水中的有機物，這樣污水中的有機物濃度就會大幅度的降低，水質(zhì)也就得到了明顯的改善[1]。

生物膜技術發(fā)揮作用主要有以下4個階段：

外部擴散階段：污染物向生物膜表面移動；

內(nèi)部擴散階段：污染物在生物膜內(nèi)移動；

化學反應階段：微生物分泌的酵素與催化劑；

外排階段：代謝生成物排出體外。

由于生物膜是依附固定在載體或者濾料上的，因此有著較長的生長周期，可以產(chǎn)生長周期細菌與高級微生物，例如硝化細菌的出現(xiàn)，因為硝化細菌的繁殖速度是一般單胞細菌的1/40左右。這就使得生物膜法在正常吸收有機物的同時，還能兼具脫氮除磷的能力，有利于處理同時受到有機物和氨氮雙重污染的河流。另外，在生物膜上繁殖出的后生動物，例如綴體蟲、線蟲、輪蟲等，從而極大增強了生物膜的降解凈化能力。

2、生物膜在河流污染治理中的技術模式

目前，國內(nèi)外用于河流生態(tài)凈化的生物膜技術有以下5類：

2.1 礫間接觸氧化法

礫間接觸氧化法的設計依據(jù)是河床生物膜凈化河水的原理，通過人工干預填充礫石作為載體，水與生物膜的接觸面積會增加數(shù)10倍至上百倍不等。污水在礫石間流動的過程中，會與礫石上附著的生物膜相接觸，進而被生物膜截留吸收、氧化分解，從而達到凈化水質(zhì)的目的。例如，以φ50mm的礫石作為填充物，填充河床面積為1m2，高度為1m的河流時，這時河床的生物膜面積就可以達到原來的100倍，河流的凈化能力也就相應的增強了100倍。礫間接觸氧化法采用的載體為天然材料，具有來源廣、費用低、工程難度小、凈化效果較好等特點，因此得到了最廣泛的應用。青海省沿湟實施的西寧第1污水處理廠和湟源、樂都、民和污水處理廠尾水人工濕地潛流處理單元就對該技術做了很好的技術移植和應用。潛流由底至上分別為防滲層、倒淤層、填料層及種植層，礫間接觸的水力負荷大，對BOD、COD、SS、TN、TP等污染物的去除效果明顯，并且很少會有惡臭和孳生蚊蠅等現(xiàn)象的發(fā)生，特別是能有效解決北方寒冷地區(qū)的冬季防凍問題，出水水質(zhì)效果好，對于COD的去除效率在40%～80%，據(jù)監(jiān)測驗證污水處理廠尾水經(jīng)潛流處理單元后COD、BOD、NH3-N、SS、TN、TP等污染物濃度削減明顯。

2.2 排水溝（渠）接觸氧化法

排水溝（渠）接觸氧化法基于排水溝（渠），在其內(nèi)部或外部設置含有濾料的凈化設施，填充的濾料為礫石和塑料，可填充顆粒狀、細線狀、波板狀或墊子狀等，因為這些濾料具有比表面積大，間隙率高等特點，所以適于大量微生物的生長附著，產(chǎn)生大面積生物膜。當污水流經(jīng)此人工凈化裝置時，污染物質(zhì)與生長的生物膜相接觸，大量污染物質(zhì)被截留、吸收，進而被微生物分解掉，充分有效地凈化了污水[2]。排水溝（渠）接觸氧化法具有凈化效果好，有利于人工干預管理的特點，因其是在溝渠中進行反應的，往往不需要曝氣系統(tǒng)，可以有效降低能耗。近年來，由于其具有的特點，在河流的直接凈化中有著較多的應用。

2.3 生物活性炭填料法

生物活性炭填料法以活性炭為填料，利用了活性炭其特有的超強吸附能力，同時由于其具有巨大的比表面積，可以為微生物的生長提供良好的環(huán)境，特別是利用“生物膜效應”、“生物再生效應”和“吸著效應”，可以充分發(fā)揮細菌和微生物等的分解作用，活性炭的微孔吸附作用，以達到去除水中污染物、凈化水質(zhì)的目的。生物活性炭填料法充分利用了活性炭比表面積大、吸附能力強等特性，使附著在其表面的微生物種類更多、活性更強、數(shù)量更大，形成的生物膜能力更強。

2.4 淺層層流法

生物膜法在河流凈化中起主要作用的方式，就是河水流過河床上附著的生物膜，通過與生物膜的接觸而達到凈化的目的。生物膜法采用增加附著的生物膜膜面積，從而減少單位生物膜的處理量，進而提高河床的自凈能力。具體方式是增加河面的寬度，降低河流水深，增加河水和河床的接觸面積。工程建設可以拓寬河床，以達到目的。此方法缺點也比較明顯，需要進行大量的土方施工，涉及到征地問題，同時還要確保水體流量和周圍生態(tài)環(huán)境。

3、結(jié)語

生物膜技術作為一種自然生物處理方法，在水生態(tài)修復與自然水體水環(huán)境治理中，越來越得到普遍關注和廣泛應用。其工程建設具有投資少、運行管理簡單、維護和運行費用低、處理后出水水質(zhì)穩(wěn)定的特點。對于水體生態(tài)修復、水環(huán)境治理、水資源保護、污水凈化處理和資源化以及改善生態(tài)環(huán)境等方面都具有十分重要的作用和意義，具有廣闊的推廣應用前景。

參考文獻

[1]于少鵬，王海霞.人工濕地污水處理技術及其在我國發(fā)展的現(xiàn)狀與前景[J].地理科學進展，2004，23（1）：22-29.

[2]沈耀良.新型廢水處理技術—人工濕地[J].污染防治技術，1996，9（1-2）：1-8.