浅谈生物膜法处理工艺.doc

浅谈生物膜法处理工艺 摘要：简述生物膜的发展概况和传质理论，对生物膜法的工艺进行全面的概述，从传统生物膜反应器的生物滤池、生物转盘、生物接触氧化到新型生物膜反应器的生物流化床到序批式反应器和曝气生物滤池的简要讲述。 关键字：生物膜、传质理论、膜反应器 1 发展概况 生物膜是由固定在附着生长载体上的并经常镶嵌在有机多聚物结构中的细胞所组成。生物膜具有孔状结构, 并具有很强的吸附性能。研究发现, 构成生物膜的微生物主要有: 细菌、真菌、藻类(在有光条件下)、原生动物和后生动物,此外还有病毒。 生物膜技术实质上是微生物固定化技术, 它是将微生物细胞固定在载体(即填料) 上, 细胞与载体间不发生任何化学反应, 并在其上生长繁殖, 最后形成膜状生物污泥。 通过人工强化技术将生物膜引入到污水处理反应器中便形成了生物膜反应器, 它是污水生物处理的主要技术之一, 它与活性污泥法并列, 既是古老的, 又是发展中的污水生物处理技术。19世纪末, 英国科研人员在单相滤料上喷洒污水进行净化试验取得了良好的净化效果, 作为生物膜反应器的生物滤池开始应用, 并从此开始了污水处理的实践。到了20世纪60年代,由于新型有机人工合成填料的广泛使用, 从而使得生物膜技术飞速发展。到了20世纪70年代, 除了普通生物滤池外, 生物转盘、淹没式生物滤池和生物流化等技术都得到了比较多的研究应用。 2 传质理论 上世纪七十年代以前, 生物膜法处理水仅在实验室进行技术性探索, 八十年代以后逐渐由“ 技术性” 转人对生物膜的结构及传质特性的研究, 特别是生物膜的传质理论是近年关注的热点研究领域。由于生物膜具有较大的表面积,所以其吸附性十分优良。早期的理论工作主要集中描述污水中的有机物如何被生物膜吸附、富集, 并建立了许多模型。比较典型的有LAWPRC模型 (LAWPRC为国际水污染控制与研究协会缩写), 该模型有四个标淮型可供利用, 并配有相关的软件。在实际工程设计中, 根据水质情况, 可选用适当的模型进 行计算。但是, 吸附、富集仅是对物理过程的描述。进人生物膜的有机物是如何传递的, 即所谓的生物膜的传质过程是更深人的理论内容。近年, 不少研究人员已采用经典的扩散理论 (如Fick方程)建立了多种有机污染物在生物膜中的传质过程。较成功的理论是采用扩散方程-双膜理论发展起来的, 其特点是能够全面描述有机污染物进人生物膜后的浓度分布及浓度迁移情况。最近, 香港大学的有关科研人员对这一理论又进行了更完善的修正。目前采用扩散方程一双膜理论描述有机污染物在生物膜中的传质特性已逐渐成熟。 3 生物膜反应器 迄今为止, 应用于污水处理的生物膜反应器各式各异, 从传统的生物滤池、 生物转盘和生物接触氧化到新型的生物流化床、移动床生物膜反应器及复合式生物膜反应器等, 均得到了不同程度的研究应用。 3.1 传统生物膜反应器 3.1.1 生物滤池 生物滤池是以土壤自净原理为依据, 在污水灌溉的实践基础上,经较原始的间歇砂滤池和接触滤池而发展起来的人工生物处理技术。它是当代污水生物处理系统中认识的最早的处理工艺, 在19 世纪末发展起来，早期的普通生物滤池水力负荷和有机负荷都很低，随着工艺技术的发展，高负荷生物滤池，塔式生物滤池，曝气生物滤池等工艺已逐步成熟，成为了污水处理技术的主流。 生物滤池的发展经历了普通生物滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池三个阶段, 成为一种比较成熟的工艺, 具有负荷率高、占地面积大大缩小、对水质水量突变的适应性强等优点。近年来, 将生物滤池应用于微污染水源水的预处理工艺是一个新的发展方向。 生物滤池机理大体如下：污水通过布水设备连续地、均匀地喷洒到滤床表面上，在重力作用下，污水以水滴的形式向下渗沥，或以波状薄膜的形式向下渗流。最后，污水到达排水系统，流出滤池。污水流过滤床时，有一部分污水、污染物和细菌附着在滤料表面上，微生物便在滤料表面大量繁殖，不久，形成一层充满微生物的黏膜，称为生物膜。这个起始阶段称为挂膜，是生物滤池的成熟期。 污水流过成熟滤床时，污水中的有机污染物被生物膜中的微生物吸附、降解，从而得到净化。生物膜表层生长的是好氧和兼性微生物，其厚度约2mm。在这里，有机污染物经微生物好氧代谢而降解，终点产物是H2O、CO2、NH3 等。由于氧在生物膜表层已耗尽, 生物膜内层的微生物处于厌氧状态。在这里, 进行的是有机物的厌氧代谢, 终点产物是有机酸, 乙醇、醛和H2S 等。 由于微生物的不断繁殖，生物膜不断加厚，超过一定厚度后，吸附有机物在传递到生物膜内层的微生物以前，已被代谢掉。此时，内层微生物因得不到充分的营养而进入内源代谢，失去其黏附在滤料上的性质，脱落下来随水流出滤池，滤料表面再重新长出新的生物膜。 在处理废水的过程中，虽然主要依靠生物膜的作用，但在实