生物膜

生物膜的微生物相：细菌：细菌是微生物膜的主体，其种类受基质类型、附着生长状况、pH、温度等的影响；异养菌是生物膜中的主要细菌，可分为好氧异养菌、厌氧呼吸型异养菌、厌氧异养菌、兼性厌氧菌四类。常见的细菌种类有：球衣菌、动胶菌、硫杆菌属、无色杆菌属、产碱菌属、八叠球菌属、亚硝化单胞菌属、硝化杆菌属等。真菌：真核生物，大多数具有丝状形态。当污水中有机物的成分变化、负荷增加、温度下降、pH降低和DO下降时，容易滋生丝状菌。藻类：受阳光照射的生物膜中藻类为主要成分。藻类主要限于生物膜反应器中上表层部分、数量少，对污水处理净化作用不大。原生动物：原生动物在成熟的生物膜中不断捕食生物膜表面的细菌，从而保持生物膜的活性起作用。后生动物：轮虫类、线虫类、昆虫类等。观察生物膜中的微生物相可检查、判断生物膜反应器的运转情况及污水处理效果。不同生物膜反应器生物的分布不同，需进行研究，好氧方面研究较深入一些，厌氧生物膜微生物的分布研究还应深入。影响微生物附着的因素总结：裁体表面性质：载体的类型、表面化学特性、载体浓度、载体形状大小、载体比表面积、粗糙度和孔隙；微生物的性质：微生物种类、表面化学特性、形状与大小、微生物的浓度、培养时间和条件；环境的性质：pH值、离子强度、水力学特征、竞争物种的存在，温度协调物种的存在、接触时间。影响微生物在载体表面附着的因素很多，影响机制十分复杂，仍需进一步深入研究。生物膜反应器的稳定运行方面的研究已取得不少进展。但厌氧生物膜反应器的启动还处于研究之中并且是经验性的。对于废水中微生物所需要的有关营养物、环境条件方面的知识的了解有助于选择适宜微生物生长最佳条件。厌氧微生物其生长速率低，对环境要求严格，难于附着到固体表面等原因使厌氧生物膜反应器的启动比好氧困难。通过选择合适的载体，采用适宜的接种方式的启动策略，可以加速厌氧生物膜反应器的启动。生物膜法的不足：需要填料和支撑结构，在不少情况下基建投资超过活性污泥法；出水常常携带较大的脱落的生物膜片，大量非活性细小悬浮物分散在水中使处理水的澄清度降低；活性生物量较难控制，在运行方面灵活性差；载体材料的比表面积小时，BOD容积负荷有限；若采用自然通风供氧，在生物膜内层往往形成厌氧层，从而缩小了具有净化功能的有效容积。普通生物滤池(又叫滴滤池-tricklingfilter)是最早期出现的第一代生物滤池，适用于处理每日污水量不大于1000m3的小城镇污水和有机性工业废水。该处理设备具有处理效果好，运行稳定易于管理和节省能源的特点，但负荷低水力负荷仅1—4m3／(m2•d)，占地面积大,滤料容易堵塞，且卫生条件差，应用受到限制等问题。载体的类型、表面化学特性、载体浓度、载体形状大小、载体比表面积、粗糙度和孔隙；工作原理：污水通过布水器均匀的分布在滤池表面，在重力作用下，以滴状喷洒下落，一部分被吸附于滤料表面，成为呈薄膜状的附着水层，另一部分则以薄膜的形式渗流过滤料，成为流动水层，最后到达排水系统。污水流过滤床时，滤料截留了污水中的悬浮物，同时把污水中的胶体和溶解性物质吸附在载体的表面，有机物被微生物利用以生长繁殖，这些微生物又进一步吸附了污水中呈悬浮、胶体和溶解状态的物质，逐渐形成了生物膜。生物膜成熟后，栖息在生物膜上的微生物即摄取污水中的有机物作为营养，对污水中的有机物进行吸附氧化作用，因而污水在通过生物滤池时能得到净化。高负荷生物滤池滤床由滤料和池壁组成。滤料是滤池的核心，要求单位体积滤料的表面积和空隙率都比较大，且具有质坚、高强、耐腐蚀以及价廉易得等特点。数据见p208。常用的滤料有卵石、石英石、花岗石及人工塑料滤料等，可供选用。负荷生物滤池平面形状多设计为圆形，池壁常用砖、石或混凝土块砌筑，以围护滤料，减少污水飞溅。为了防止风力对池表面均匀布水的影响，池壁一般应高出滤料表面0.2－0.9m。它由滤床、布水设备和排水系统三部分组成。曝气生物滤池的特点——优点：占地面积小，为常规处理工艺的1/5~1/10；水力、容积负荷大大高于传统污水处理工艺，停留时间短，生物量高；不设二次沉淀池，基建投资省。出水水质较好。由于填料截留及表面生物膜的生物絮凝作用，使得出水SS很低，一般不超过10mg/L；周期性的反冲洗，生物膜得以有效更新，活性很高。氧的传输效率很高，曝气量小，供氧动力消耗低。氧的利用效率可达20%~30%，曝气量明显低于一般活性污泥法。抗冲击负荷能力强，耐低温。易挂膜，启动快。曝气生物滤池在水温10~15℃时，2~3周即可完成挂膜过程。主要缺点对进水的SS要求较高；水头损失较大，水的总提升高度较大；在反冲洗操作中，短时间内水力负荷较大，反冲出水直接回流入初沉池会对初沉池造成较大的冲击负荷；产泥量相对于活性污泥法稍大，污泥稳定性差；此外，因设计或运行管理不当还会造成滤料随水流失等问题。BAF曝气生物滤池它的最大特点是使用了一种新型粒状填料，污水在垂直方向上通过填料层。粗糙多孔的粒状填料具有很大的比表面积，可达3198m2/cm3，它具有优良的过滤作用，因此被称做滤池。填料表面生长有生物膜，池底提供曝气。该反应器属固定床的生物膜反应器。污水在流过滤床时，污染物首先被过滤和吸附，进而被好氧氧化，它定期的利用处理出水进行反冲洗排除增殖的活性污泥。BAF与传统活性污泥和接触氧化法的不同点:BAF粗糙多孔的粒状填料为微生物提供了更佳的生长环境，易挂膜;微生物量大，可达10～15g/L，高浓度的微生物量使得BAF的容积负荷增大，进而减少了池容和占地面积。粒状填料可使充氧效率大大增加，氧利用率可增加10%～15%，降低了运转费用。粒状填料的使用使得BAF具有优良的过滤和吸附作用。BAF的微生物生长在粗糙多孔的填料表面，属固定化微生物。BAF没有污泥膨胀问题，也不需要回流污泥。BAF对低浓度的有机废水也有很好的处理效果。对于传统生物处理技术，微生物的分布相对较均匀，而对于BAF而言，生物膜的组成有相当大的区别。在反应器的上部，异养微生物为优势菌，碳污染物(COD、BOD5和SS)主要在这里被去除;而在池的下部，自养菌如硝化细菌占优势，氨氮被硝化。在生物膜的内部，以及部分填料之间的缝隙，还存在兼性微生物。因此，在一个池子中可发生碳污染物的去除，硝化反应和反硝化反应。工艺特点：采用新型填料；滤池内微生物浓度大，活性高，处理负荷高，出水水质优；占地省，投资少；运行灵活，管理方便；工艺流程简单。不足之处：增加日常药剂费用；污泥量相对较大，污泥稳定性较差。BAF曝气生物滤池底部为气水混合室，之上为长柄滤头、曝气管、垫层、滤料。所用滤料密度大于水，自然堆积。BIOFOR运行时一般采用上向流，污水从底部进入气水混合室，经长柄滤头配水后通过垫层进入滤料，在此进行BOD、COD、氨氮、SS的去除。反冲洗时，气、水同时进入气水混合室，经长柄滤头配水、气后进入滤料，反冲洗出水回流入初沉池，与原污水合并处理。塔式生物滤池：塔式生物滤池设计要点；塔式滤池处理废水时必备的设备与构筑物；控制入流水质；选择适当的填料；挥发物的净化；入流方式；选择适宜的入流负荷；通风条件；布水方式；设置观察孔；塔体总高确定：塔体总高包括：填料高度h1；格栅高度h2；布水器高度h3；有毒气体净化器部分高度h4；塔底通风口高度h5。生物滤池运行时常见的问题：滤池积水；滤池蝇问题；臭味；滤池表面结冰；布水管及喷嘴的堵塞；蜗牛、苔藓和蟑螂；生物膜过厚。生物转盘的缺点：盘材较贵，投资大。从造价考虑，生物转盘仅适用于小水量低浓度的废水处理；无通风设备，转盘的供氧依靠盘面的生物膜接触大气，废水中挥发性物质将会产生污染。生物转盘最好作为第二级生物处理装置；生物转盘的性能受环境气温及其它因素影响较大，所以，北方设置生物转盘时，一般置于室内，并采取一定的保温措施。建于室外的生物转盘都应加设雨棚，防止雨水淋洗，使生物膜脱落。总的来看，生物转盘的应用受到很多限制。生物流化床：除了具有生物膜法的优点之外，还有：生物量大，容积负荷高。微生物活性高。传质效果好。较高的生物量和良好的传质条件使生物流化床可以在维持相同处理效果的同时，减小反应器容积及占地面积，节省投资。载体流化的动力消耗使运转费用较高，合适的载体很少，限制了其应用。生物膜法的运行管理：1、生物膜法运行中应注意的问题：（1）防止生物膜过厚：生物膜增长过多，内部厌氧层随之增厚，可发生硫酸盐还原，污泥发黑发臭，使好氧微生物活性降低，大块粘厚的生物膜脱落，并使滤料局部堵塞，造成布水不均匀，不堵的部位流量及负荷偏高，出水水质下降。解决的办法一般有：①加大回流量，借助水力冲脱过厚的生物膜；②二级滤池串联，交替进水；③低频加水，使布水器转速减慢。（2）维持较高的DO：曝气的氧化池内溶解氧（DO）水平在小于4mg/L时处理效率有较大幅度下降，也就是说，生物膜系统内的DO值控制以高于悬浮活性污泥系统为好。加大曝气量后气流上升所产生的剪切力有助于老化的生物膜脱落（3）减少出水悬浮物浓度（ESS）：在设计生物膜系统的二沉池时，参数选取应适当低一些，表面负荷小一些，在必要时，还可投加低剂量的絮凝剂，以减少ESS，提高处理效果。生物膜法的日常管理：生物膜法的操作简单，一般只要控制好进水量、浓度、温度及所需投加的营养（N、P）等，则处理效果较稳定，微生物生长情况良好。生物滤池在运行中应经常检查布水装置及滤料是否有堵塞现象。当有机负荷高时，可加大风量。在自然通风的情况下，提高喷淋水量。当发现滤池堵塞时，应采用高压水表面冲洗，或停止进入废水，让其干燥脱落。在正常运转过程中，除了应测定有关物理、化学参数外，还应对不同厚度、级数的生物膜进行微生物检验，观察分层及分级现象。其他生物膜法废水处理：固定膜-活性污泥复合工艺；固定膜——稳定塘复合工艺；生物膜/悬浮生长联合处理工艺。