李盈盈

【摘 要】根據(jù)目前中國(guó)水資源現(xiàn)狀，主要針對(duì)廢水生物膜處理工藝，介紹了生物膜處理廢水的原理，4種重要的生物膜法在處理廢水中的應(yīng)用以及目前該幾種生物膜工藝處理廢水的現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】生物膜；研究現(xiàn)狀；綜述

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，水對(duì)人們生活的重要性越來(lái)越重要，尤其在當(dāng)今我國(guó)水資源短缺的情況下，中水利用工程作為一種污水資源化逐漸在我國(guó)陸續(xù)建成運(yùn)行。中水處理目前的處理方法，大致分為三類，即：物理化學(xué)法、膜處理法和生物法。物理化學(xué)法處理水有水質(zhì)、水量較大等優(yōu)點(diǎn)，但此法產(chǎn)生的污泥量較大。膜處理有去除率高，占地面積小，對(duì)水量水質(zhì)的波動(dòng)具有較好的承受能力等優(yōu)點(diǎn)，但處理費(fèi)用較高。生物處理是現(xiàn)階段普遍認(rèn)為的污水處理成本低，產(chǎn)生的剩余污泥少，處理效率高的一種處理法。

生物膜法處理污水主要是依靠在固體表面上生成的一層薄薄的、褐色的或單色的生物膜群體來(lái)完成的，生物膜狀況的好壞對(duì)污染物的去除效率有直接的影響。生物膜主要由細(xì)菌和菌膠團(tuán)和大量的真菌、菌絲組成，其中還有很多原生動(dòng)物和較高級(jí)的動(dòng)物生長(zhǎng)。生物膜上的微生物對(duì)有機(jī)物進(jìn)行分解和新陳代謝的作用產(chǎn)生了無(wú)機(jī)物包括二氧化碳，他們沿著相反方向從生物膜上進(jìn)入流動(dòng)的污水和空氣中去。從而達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。

廢水的生物膜處理法，簡(jiǎn)稱生物膜法。生物膜法大致可以分為生物濾池法、生物接觸氧化法、生物轉(zhuǎn)盤(pán)法、生物流化床法等四種方法。

1.生物濾池

生物濾池是20世紀(jì)90年代初興起的污水處理新工藝，在歐美和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家廣為流行。該工藝具有去除SS、COD、BOD、硝化、脫氮、除磷、去除AOX（可吸附有機(jī)鹵化物）的作用，其特點(diǎn)是集生物氧化和截留懸浮固體于一體，節(jié)省了后續(xù)沉淀池（二沉池），其容積負(fù)荷和水力負(fù)荷大，水力停留時(shí)間短，所需基建投資少，出水水質(zhì)好，運(yùn)行能耗低，運(yùn)行費(fèi)用省。

1.1存在的問(wèn)題和應(yīng)用情景

曝氣生物濾池工藝的系統(tǒng)性研究還不是很深入，盡管曝氣生物濾池的工藝不斷進(jìn)步，但其處理效能也只是各有所長(zhǎng)，有關(guān)曝氣生物濾池運(yùn)行方式對(duì)處理效能影響的認(rèn)識(shí)還不統(tǒng)一，究竟是上向流曝氣生物濾池對(duì)氨氮和懸浮物的去除好于下向流，還是下向流好于上向流還存在爭(zhēng)論，如何將各種工藝形式相互融合，從而發(fā)揮其最大去污效能有待進(jìn)一步研究。

由于曝氣生物濾池工藝本身固有的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在直接處理污廢水時(shí)需采用物化法或化學(xué)氧化法進(jìn)行預(yù)處理，操作復(fù)雜、成本高。能否在同一復(fù)合床式曝氣生物濾池內(nèi)完成多種污染物的高效去除將是下一步研究應(yīng)用的重點(diǎn)。另外，如何將曝氣生物濾池與合適的預(yù)處理技術(shù)有機(jī)結(jié)合或者采用多級(jí)曝氣生物濾池聯(lián)合的形式，從而進(jìn)一步發(fā)揮曝氣生物濾池本身高效去污能力，將在城市廢水的深度處理回用方面發(fā)揮作用。

2.生物接觸氧化法

2.1 生物接觸氧化法的原理及形成

生物接觸氧化法是生物膜法的一種。在生物接觸氧化法中，微生物主要以生物膜的狀態(tài)附著在固體填料上，有部分生物絮體呈破碎生物膜狀懸浮于處理水中，生物接觸氧化法中有機(jī)物的去除主要靠生物膜（附著微生物）的作用來(lái)完成。生物接觸氧化法的中心處理構(gòu)筑物是接觸氧化池。接觸氧化池主要由池體、填料、布水裝置和曝氣系統(tǒng)4部分組成[6]。根據(jù)水流狀態(tài)的不同，接觸氧化池可分為分流式（池內(nèi)循環(huán)式）和直流式。所謂分流式，即廢水充氧與生物膜接觸是在不同的格內(nèi)進(jìn)行。廢水充氧后在池內(nèi)進(jìn)行單向和雙向循環(huán)，適用于BOD負(fù)荷較小的三級(jí)處理，國(guó)外廢水處理工程中較常采用；直流式就是直接在填料底部進(jìn)行鼓風(fēng)充氧，國(guó)內(nèi)廢水處理工程中多采用直流式。

2.2存在的問(wèn)題及展望

由于工藝及原料的原因.傳統(tǒng)的生化工藝如活性污泥法、活性炭吸附法等在處理某些富含難降解污染物的廢水如油頁(yè)巖干餾廢水時(shí)處理效率無(wú)法達(dá)到要求。和上述方法相比，焚燒技術(shù)作為一種簡(jiǎn)單、高效而又不受水溫、水質(zhì)等因素影響的廢水處理方法，更適合處理?yè)]發(fā)性高且難降解的工業(yè)廢水。

雖然生物接觸氧化法在我國(guó)用于污水處理已有30多年的歷史，但多用于處理有機(jī)廢水和小區(qū)生活污水，在城市污水處理廠中的應(yīng)用并不多見(jiàn)。面對(duì)我國(guó)城市污水的處理率低、水環(huán)境污染嚴(yán)重、水資源日益缺乏的現(xiàn)狀，應(yīng)加大對(duì)生物膜處理機(jī)理及反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的研究力度，加快生物接觸氧化法在城市污水處理中的應(yīng)用研究。

3.生物轉(zhuǎn)盤(pán)法

3.1 生物轉(zhuǎn)盤(pán)去除污染物原理

生物轉(zhuǎn)盤(pán)是一種生物膜法廢水處理技術(shù)，開(kāi)創(chuàng)于20世紀(jì)五六十年代，是目前處理污水最有效的手段之一。傳統(tǒng)的生物轉(zhuǎn)盤(pán)主要由盤(pán)片、接觸反應(yīng)槽、轉(zhuǎn)軸及驅(qū)動(dòng)裝置所組成。轉(zhuǎn)盤(pán)浸入或部分浸入充滿廢水的接觸反應(yīng)槽內(nèi)，在驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)下，轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)一起以一定的線速度不停地轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)盤(pán)交替地與廢水和空氣接觸，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的轉(zhuǎn)動(dòng)后，盤(pán)片上將附著一層生物膜。在轉(zhuǎn)入廢水中時(shí)，生物膜吸附廢水中的有機(jī)污染物，并吸收生物膜外水膜中的溶解氧，分解有機(jī)物，微生物在這一過(guò)程中以有機(jī)物為營(yíng)養(yǎng)進(jìn)行自身繁殖；轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)出廢水時(shí)，空氣不斷地溶解到水膜中去，增加其溶解氧。生物膜交替地與廢水和空氣接觸，變成一個(gè)連續(xù)的吸氧、吸附、氧化分解過(guò)程。

3.2生物轉(zhuǎn)盤(pán)的影響因素

（1）轉(zhuǎn)盤(pán)材料：盤(pán)片是生物轉(zhuǎn)盤(pán)的主要組成部分，它與生物轉(zhuǎn)盤(pán)的處理效率直接相關(guān)。盤(pán)片的有效面積及表面粗糙度是影響生物轉(zhuǎn)盤(pán)處理效率的重要因素。

（2）轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速與系統(tǒng)處理效果之間存在一種拋物線關(guān)系，在一個(gè)特定的轉(zhuǎn)速值（最優(yōu)轉(zhuǎn)速）時(shí)，系統(tǒng)處理效果達(dá)到最優(yōu)，在低于或高于該轉(zhuǎn)速下運(yùn)行生物轉(zhuǎn)盤(pán)，系統(tǒng)處理效果都會(huì)下降。

（3）轉(zhuǎn)盤(pán)在接觸槽內(nèi)廢水中的浸沒(méi)百分比與系統(tǒng)處理效果之間是一種正比的關(guān)系，浸沒(méi)百分比越大，轉(zhuǎn)盤(pán)單位面積負(fù)荷就越高，CODCr去除率也就越高。

3.3生物轉(zhuǎn)盤(pán)的改進(jìn)措施

（1）首先對(duì)生物轉(zhuǎn)盤(pán)本身進(jìn)行研究，開(kāi)發(fā)出具有高強(qiáng)度、高比表面積、低成本、耐腐蝕性等性能優(yōu)越的轉(zhuǎn)盤(pán)材料，同時(shí)進(jìn)行新型轉(zhuǎn)盤(pán)的改進(jìn)與設(shè)計(jì)。endprint

（2）加深對(duì)生物膜本身的研究，進(jìn)一步探明生物膜的形成、生長(zhǎng)和衰老過(guò)程的規(guī)律，并對(duì)生物轉(zhuǎn)盤(pán)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行工藝條件進(jìn)行深入的研究。

（3）不斷降低能耗、投資與運(yùn)行的成本，促進(jìn)生物轉(zhuǎn)盤(pán)技術(shù)的規(guī)?；瘧?yīng)用，達(dá)到可與常規(guī)活性污泥等處理技術(shù)相競(jìng)爭(zhēng)的水平。

（4）新膜法與生物技術(shù)相結(jié)合，發(fā)展新型生物轉(zhuǎn)盤(pán)反應(yīng)器。

（5）將生物轉(zhuǎn)盤(pán)法與離子交換法、活性炭吸附法、光催化氧化法等物理化學(xué)水處理技術(shù)相結(jié)合。

4.生物流化床法

4.1生物流化床工藝簡(jiǎn)介

生物流化床是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的污水處理技術(shù)其工藝原理是將對(duì)廢水中主要污染物有降解作用的好氧生物通過(guò)一定的方式固定在一定粒度的載體上，空氣和待處理的廢水從反應(yīng)器底部同向進(jìn)入，通過(guò)控制氣、液兩相的流速，使流化床反應(yīng)器內(nèi)載有生物體的固相呈流化狀態(tài)。廢水中的污染物與生長(zhǎng)在載體上的好氧微生物接觸反應(yīng)，降解去除廢水中的污染物。在反應(yīng)器頂部，通過(guò)分離裝置實(shí)現(xiàn)三相分離，澄清的廢水從溢流槽排出。由于空氣的攪動(dòng)使生物膜及時(shí)脫落，控制載體上生物膜的厚度，也不需另設(shè)專門(mén)的脫膜裝置。在流化床內(nèi)，填料流態(tài)化的同時(shí)，還進(jìn)行氧的吸收和有機(jī)物的降解兩項(xiàng)功能，因此這種工藝的難點(diǎn)在于正確地確定氣、液比例和控制氣、液、固三相協(xié)調(diào)的操作條件。

4.2生物流化床的現(xiàn)狀

生物流化床是一種前景廣闊的新型高效、穩(wěn)定性好、適應(yīng)性強(qiáng)的有機(jī)廢水處理方法。但仍然需要解決在實(shí)際應(yīng)用中的問(wèn)題：①在保證反應(yīng)器良好流態(tài)化的同時(shí)，如何防止污泥和填料不從反應(yīng)器中流失；②反應(yīng)器底部布水器布水均勻是實(shí)現(xiàn)良好流態(tài)化的關(guān)鍵；③生物流化床是通過(guò)循環(huán)回流獲得較大的升流速度來(lái)保證載體的流態(tài)化的，這就相應(yīng)地增加了能耗，提升了成本，阻礙了其在大規(guī)模廢水處理工藝的應(yīng)用。

目前，這方面研究仍處于初期，需進(jìn)一步研究固定化技術(shù)和流體力學(xué)行為之間的相互關(guān)系，以及固定化微生物系統(tǒng)中粘性介質(zhì)的流變特性等基本特征。③生物流化床與其他工藝的聯(lián)用。單純地使用生物流化床處理廢水能耗大、成本高，與其他工藝聯(lián)用，可以大幅度減少處理成本。應(yīng)加強(qiáng)其實(shí)用性研究，努力降低處理成本，使其得以推廣應(yīng)用。④生物流化床反應(yīng)器放大方面的理論研究有待加強(qiáng)。由于流體分布均勻性的差別，小規(guī)模的試驗(yàn)裝置和大規(guī)模的工業(yè)裝置在流動(dòng)體系上呈現(xiàn)較大的差別，生物流化床反應(yīng)器的放大與工程設(shè)計(jì)始終沒(méi)有形成一套較為成熟的理論和方法，積累設(shè)計(jì)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)顯得至關(guān)重要。

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