《水污染控制技术》课件-7.1 生物膜及其净化机理

生物膜处理法任务1生物膜及其净化机理1生物膜的基本概念2生物膜法的净化机理3生物膜法的主要特点4生物膜法的主要影响因素生物膜法的基本概念与活性污泥法并列的一种污水好氧生物处理技术，其实质是使细菌和真菌类的微生物、原生动物和后生动物附着在填料或某些载体上生长繁育，并在其上形成膜状生物污泥—生物膜。定义：挂膜后软性填料挂膜后网状填料生物膜法的基本概念污水与生物膜接触，污水中有机污染物作为营养物质，被生物膜上的微生物所摄取，污水得到净化，微生物自身也得到增殖。原理：挂膜后软性填料挂膜后网状填料生物膜法的基本概念生物膜法分类生物膜法固定床流动床载体固定不动，在反应器内的相对位置不变载体不固定，在反应器内处于连续流动状态浸没式非浸没式曝气生物滤池接触氧化法普通生物滤池塔式生物滤池高效生物滤池生物转盘流动床做圆周运动转盘运动不规律的载体生物膜法的基本概念挂膜介质滤料——生物滤池；转盘——生物转盘；填料——生物接触氧化工艺；载体——生物流化床滤料填料转盘载体生物膜法的净化机理（1）生物膜的形成当污水均匀地淋洒在挂膜介质表面上，在充分供氧的条件下，介质表面的微生物吸附污水中的有机物，迅速对有机物进行降解，逐渐在介质表面形成黏液状的生长有极多微生物的膜，即称之为生物膜。生物膜的形成，脱落和更新可分成五个阶段。包括，吸附阶段、生长阶段、增厚阶段、平衡阶段（厌氧层与好氧层）、生物膜脱落阶段（水力冲刷）。从吸附到脱落，完成一个生长周期。挂膜前挂膜后生物膜法的净化机理好氧层的厚度一般为2mm左右，有机物的降解主要在好氧层内进行。

生物膜的构造生物膜：好氧层+厌氧层附着水层：生物膜表面吸附的一层很薄的水层。附着水层内有机物大多已被氧化，其浓度比滤池进水的有机物浓度低得多。（2）生物膜构造与净化机理生物膜法的净化机理（2）生物膜构造与净化机理

生物膜的构造流动水层：沿膜面流动的污水。污染物、氧气：流动水层→附着水层→生物膜

生物膜→附着水层→流动水层生物膜法的净化机理（3）生物膜的更新脱落一般认为，生物膜厚度介于2~3mm时较为理想。生物膜过厚→厌氧层厚度增加→厌氧代谢产物增多→厌氧产物逸出→生物膜固着力减弱→生物膜老化→生物膜脱落。在处理过程中，生物膜总是在不断地增长、更新、脱落的。生物膜法的净化机理（3）生物膜的更新脱落生物膜脱落的原因：从处理要求看，生物膜更新脱落是完全必要的。水力冲刷（直接原因）原生动物使生物膜松动厌氧层和介质的黏结力较弱膜增厚造成重量的增大01020304生物膜法的主要特点

（1）适应冲击负荷能力强单位容积反应器内的微生物量可以高到活性污泥法的5～20倍，因此处理能力大，一般不建污泥回流系统。生物膜含水率比活性污泥低，不会出现活性污泥法经常发生的污泥膨胀现象，能保证出水悬浮物含量低，因此运行管理也比较方便。（2）反应器内微生物浓度高生物膜法的主要特点生物膜内存在较高级营养水平的原生动物和微后生动物，食物链较长，特别是生物膜较厚时，里侧深部厌氧菌能降解好氧过程中合成的污泥，因而剩余污泥产量低，一般比活性污泥处理系统少1/4左右，可减少污泥处理和处置费用。（3）剩余污泥产量低生物膜法的主要特点由于微生物固着于填料的表面，生物固体停留时间（泥龄）SRT与水力停留时间HRT无关，因此为增殖速度较慢的微生物提供了生长繁殖的可能性。因此，生物膜法中的生物相更为丰富，且沿水流方向膜中微生物种群分布具有一定的规律性。生物膜反应器适合世代时间长的硝化细菌生长，而且其中固着生长的微生物使硝化菌和反硝化菌各有其生长的合适环境。因而，生物膜反应器内部也会同时存在硝化和反硝化过程。如果将已经实现硝化的污水回流到低速转动的生物转盘和鼓风量较小的生物滤池等缺氧生物膜反应器内，可以取得更好的脱氮效果，而且不需要污泥回流。（4）同时存在硝化和反硝化过程生物膜法的主要特点生物滤池、生物转盘等生物膜法采用自然通风供氧，装置不会出现泡沫，没有污泥回流，管理简单，运行费较低，操作稳定性较好。（5）操作管理简单，运行费用较低与活性污泥法相比，除了镜检法以外，对生物膜中微生物的数量、活性等指标的检测方式较少，而活性污泥法可以通过测定污泥沉降比、SVI、污泥浓度等多种方法对微生物的活性进行监测。因此，生物膜出现问题以后，不容易被发现，即调整运行的灵活性较差。（6）调整运行的灵活性较差

（7）有机物去除率较低生物膜法的主要影响因素(1)温度一般适宜的温度为10～35℃。与活性污泥法相比更易受气温的影响。夏季温度高效果最好，冬季水温低，生物膜的活性受抑制，处理效果受到影响。温度过高使饱和溶解氧降低，使氧的传递速率降低，在供氧跟不上时造成溶解氧不足，污泥缺氧腐化而影响处理效果。(2)pH值一般适宜pH值范围在6.5～8.5之间，与活性污泥法相同。微生物对pH值的波动十分敏感，应尽量避免污水pH值的突然变化。生物膜法的主要影响因素水力负荷的大小直接关系到污水在反应器中与载体上生物膜的接触时间。水力负荷愈小，污水与生物膜接触时间愈长，处理效果愈好。水力负荷的大小对控制生物膜的厚度、改善传质方面也有一定的作用。水力负荷提高，其紊流剪切作用对膜厚的控制以及对传质的改善有利；但水力负荷应控制在一定范围内，以免因水力冲刷作用过强，造成生物膜的流失，因此不同的生物膜法工艺应有其适宜的水力负荷。(3)水力负荷一般在2～4mg/L，溶解氧主要为满足好氧微生物的代谢需要。溶解氧过低，好氧微生物活性受影响，有机物氧化不能彻底进行，生物膜恶化变质，发黑发臭。

(4)溶解氧生物膜法的主要影响因素挂膜介质的性能：比表面积的大小、表面亲水性、表面电荷、表面粗糙度、密度、堆积密度、孔隙率、强度等。介质的选择不仅决定了可供生物膜生长的比表面积大小和生物膜量的大小，而且还影响着反应器中的水动力学状态。微生物表面带有负电荷，如果介质表面带正电荷，这将使微生物在介质表面附着、固定过程更易进行。介质表面的粗糙度有利于细菌附着、固定，粗糙的表面增加了细菌与载体间的有效接触面积，比表面形成的孔洞、裂缝等对已附着的细菌起到屏蔽保护，最佳孔径是细菌体的4～５倍，使其免受水力剪切的冲刷作用。(5)挂膜介质的类型及特征生物膜法的主要影响因素(6)生物膜量及活性生物膜的厚度包含总厚度和活性厚度。一般生物膜总厚度介于0.07～4mm之间。参与基质去除的微生物膜部分称为活性层，活性层厚度范围应控制在160nm以下。当生物膜为薄层膜时（70～100nm），膜内传质阻力小，膜的活性好，基质降解速率随膜厚度的增加而增加。当生物膜厚度增大时，基质降解速率与膜的厚度无关。随生物膜厚度增大，膜内传质阻力增加，单位生物膜量的膜活性下降，已不能提高生物池对基质的降解能力，反而会因生物膜的持续增厚，膜内层由兼性层转入厌氧状态，导致膜的大量脱落，或填料上出现积泥，