6 污水的好氧生化处理（II）——生物膜法生物膜法和活性污泥法一样，同属好气生物处理方法。

但活性污泥法是依靠曝气池中悬浮流动着的活性污泥来分解有机物的，而生物膜法则主要依靠固着于载体表面的微生物膜来净化有机物。

与活性污泥法相比，生物膜法具有以下特点：（1）固着于固体表面上的生物膜对废水水质、水量的变化有较强的适应性，操作稳定性好。

（2）不会发生污泥膨胀，运转管理较方便。

（3）由于微生物固着于固体表面即使增值速度慢的微生物也能生长繁殖。

而在活性污泥法中，世代期比停留时间长的微生物被排出曝气池。

因此，生物膜中的生物相更为丰富，且沿水流方向，膜中生物种群具有一定分布。

（4）因高营养级的微生物存在，有机物代谢时较多的转移为能量，合成新细胞即剩余污泥量较少。

（5）采用自然通风供氧。

（6）活性生物难以人为控制，因而在运行方面灵活性较差。

（7）由于载体材料的比表面积小，故设备容积负荷有限，空间效率较低。

国外的运行经验表明，在处理城市污水时，生物滤池处理厂的处理效率比活性污泥法处理厂略低。

50%的活性污泥法处理厂BOD去除率高于91%，50%的生物滤池处理厂BOD去除率为83%，相应的出水BOD分别为14和28MG/L。

生物膜法设备类型很多，按生物膜法与废水的接触方式不同，可分为填充式和浸渍式两类。

在填充式生物膜法中，废水和空气沿固定的填料或转动的盘片表面流过，与其上生长的生物膜接触，典型设备有生物滤池和生物转盘。

在浸渍式生物膜法中，生物膜载体完全浸没在水中，通过鼓风曝气供氧。

如载体固定，称为接触氧化法；如载体流化则称为生物流化床。

目前所采用的生物膜法多数是好氧装置，少数是厌氧形式，如厌氧滤池和厌氧流化床等。

本章主要讨论好氧生物膜法。

６.1 基本原理生物膜法处理废水就是使废水与生物膜接触，进行固、液相的物质交换，利用膜内微生物将有机物氧化，使废水获得净化。

同时，生物膜内微生物不断生长与繁殖。

生物膜在载体上的生长过程是这样的：当有机废水或由活性污泥悬浮液培养而成的接种液流过载体时，水中的悬浮物及微生物呗吸附于固相表面上，其中的微生物利用有机底物而生长繁殖，逐渐在载体表面形成一层粘液状的生物膜。

整层生物膜具有生物化学活性，又进一步媳妇、分解废水中呈悬浮、胶体和溶解状态的污染物。

为了保持好气性生物膜的活性，除了提供废水营养物外，还应创造一个良好的好氧条件，亦即向生物膜供氧。

在填充式生物膜法社百种常采用自然通风或强制自然通风供氧。

氧透入生物膜的深度取决于它在膜中的扩散系数，固-液界面处氧的浓度和膜内微生物的氧利用率。

对给定的废水流量和浓度，好气层的厚度是一定的。

增大废水浓度将减少好气层的厚度，而增大废水流量则将增大好气层的厚度。

生物膜中物质传递过程如图6.1所示。

由于生物膜的吸附作用，在膜的表面存在一个很薄的水层（附着水层）。

废水流过生物膜时，有机物经附着水层向膜内扩散。

膜内微生物在氧的参加下对有机物进行肺结核机体新陈代谢。

代谢产物沿底物扩散相反的方向，从生物膜传递返回水相和空气中。

图6.1 生物膜中的物质传递随着废水处理过程的发展，微生物不断生长繁殖，生物膜厚度不断增大，废水底物及氧的传递阻力逐渐加大，在膜表层仍能保持足够的营养以及处于好氧状态，而在膜深处将会出现营养物或氧的不足，造成微生物内源代谢或出现厌氧层，此处的生物膜因与载体的附着力减小及水力冲刷作用而脱落。

老化的生物膜脱落后，载体表面又可重新吸附、生长、增厚生物膜直至重新脱落。

从吸附到脱落，完成一个生长周期。

在正常运行情况下，整个反应器的生物膜各个部分总是交替脱落的，系统内活性生物膜数量相对未定，膜厚2~3mm，净化效果良好。

过厚的生物膜并不能增大底物利用速度，却可能造成堵塞，影响正常通风。

因地，当废水浓度较大时，生物膜增长过快，水流的冲刷力也应加大，如依靠原废水不能保证其冲刷能力时，可以采用处理出水回流，以稀释进水和加大水力负荷，从而维持良好的生物膜活性和合适的膜厚度。

生物膜中的微生物主要有细菌（包括好气、厌氧及兼气细菌）、真菌、放线菌、原生动物（主要是纤毛虫）和较高等的动物，其中藻类、较高等生物比活性污泥法多见。

微生物沿水流方向在种属和数目上具有一定的分布。

在塔式生物滤池中，这种分层现象更为明显。

在填料下层则可能出现世代期长的硝化菌和营养水平较高的固着型纤毛虫。

真菌在生物膜中普遍存在，在条件合适时，可能成为优势种。

在填充式生物膜法装置中，当气温较高和负荷较低时，好容易滋生灰蝇，它的幼虫色白透明，头粗尾细，常分布在生物膜表面，成虫后在生物膜周围翔栖。

生物相的组成随有机负荷、水力负荷、废水成分、pH值、唯独、通风情况及其他影响因素的变化而变化。

生物膜法是一种通过附着在某种物体上的生物膜来处理废水的好氧生物处理法。

生物膜法的主要优点是对水质、水量变化的适应性较强。

生物膜法从本质上说与土地处理的过程类似，是污水灌溉和土地处理的人工化和高效化。

生物膜法的主要处理设施有生物滤池、生物转盘、生物接触氧化池和生物流化床等。

生物膜法的共同特点是微生物附着在介质滤料表面上，形成生物膜，污水同生物膜接触后，溶解性的有机物被微生物吸收转化为CO2、H2O、NH3，污水得到净化，同时繁殖更多的微生物，所需的氧气一般直接来自大气。

如果污水中含有较多的悬浮物，则应先用沉淀法去除大部分悬浮固体，然后再进入生物膜法处理构筑物，以免引起堵塞，并减轻其有机物负荷。

老化的生物膜自行则脱落，随水流进入二次沉淀池沉淀除去。

６.2 生物滤池6.2.1 生物滤池的构造生物滤池的基本构造由滤床、布水设备和排水系统三部分组成。

比较典型的2种生物滤池如图5-1和图5-2所示。

6.2.1.1 滤床滤床由滤料组成。

滤料是微生物生长栖息的场所，理想滤料应具备下述性质：①具有较大的比表面积，供微生物附着生长；②有足够的空隙率，保证通风供氧和脱落微生物能随水流出滤池；③污水能以液膜状态流过滤床；④具有较好的化学稳定性，不被微生物分解，也不会抑制微生物的生长；⑤具有一定的机械强度；⑥价格低廉，来源广泛。

早期一般以天然的碎石、碎钢渣及焦碳等为滤料。

60年代中期开始，塑料滤料取得了广泛的应用。

图5-3所示的环状塑料滤料的比表面积在98～340m2/m3之间，空隙率为93%～95%。

图5-4所示的波纹状塑料滤料的比表面积在81～195m2/m3之间，空隙率为93%～95%。

图5-1 采用回转布水器的普通生物滤池图5-2 塔式生物滤池滤床的可设高度与滤料的密度有密切的关系。

石质拳状滤料组成的滤床高度一般仅在1～2.5m之间。

而塑料滤料每立方米重只有100kg左右，空隙率则高达93%～95%，可以采用双层或多层构造，滤床高度可达10米以上。

滤床四周一般设池壁，其作用是围护滤料、减少污水飞溅。

常用砖、石混凝土块砌筑。

图5-3 环状塑料滤料图5-4 波纹塑料滤料图5-5 采用固定式喷嘴布水系统的普通生物滤池6.2.1.2 布水设备布水设备的作用是使污水均匀地分布在整个滤床表面。

生物滤池的布水设备分为两大类：移动式（回转式）布水器和固定式喷嘴布水系统。

回转式布水器的中央是一根空心的立柱，底端与设在池底下面的进水管相接（见图5-1）。

布水横管的一侧开有喷水孔，孔径一般10～15mm，间距不等，目的是使水在整个滤池表面均匀分布。

污水通过中央立柱流入布水横管，由喷水孔分配到滤池表面。

布水横管可根据需要设2根或4跟。

污水喷出孔口的水头大于0.6～1.5m时，污水喷出时的反作用力可使布水器绕立柱旋转，否则需用电机驱动。

固定式布水器由虹吸装置、馈水池、布水管道和喷嘴组成（如图5-5），目前已很少应用。

这类布水器所需的水头约为2m。

6.2.1.3 排水系统池底排水系统的作用是：①收集滤床流出的污水和生物膜；②保证通风；③支撑滤料。

池底排水系统由池底、排水假底和集水沟组成，见图5-6、图5-7。

图5-6 生物滤池池底排水系统示意图图5-7 混凝土栅板式排水假底6.2.2 影响生物滤池性能地主要因素6.2.2.1 负荷负荷是影响生物滤池性能地主要参数.通常分有机负荷和水力负荷2种。

有机负荷是指每天供给单位体积滤料的有机物,用N 表示，单位是kg （BOD5）/m3（滤料）·d 。

由于一定的滤料具有一定的比表面积，滤料体积可以间接地表示生物膜面积和生物数量，所以，有机物负荷实质上表征了F/M 值。

普通生物滤池的有机负荷范围为0.15~0.3kg （BOD5）/m3·d ；高负荷生物滤池在1.1 kg （BOD5）/m3·d 左右。

在此负荷下，BOD5去除率可达80%~90%。

为了达到处理目的，有机负荷不能超过生物膜的分解能力。

水力负荷是指单位面积滤池或单位体积滤料每天流过的废水量（包括回流量），前者用q F 表示，单位为m 3/m 2·d 。

后者以q V 表示，单位为m 3/m 3·d 。

水力负荷表征滤池的接触时间和水流的冲刷能力。

水力负荷太大，接触时间短，净化效果差，水力负荷太小，滤料不能充分利用，冲刷作用小。

一般生物滤池的水力负荷为1~4 m 3/m 2·d 。

高负荷生物滤池为5~28 m 3/m 2·d 。

有机负荷、水力负荷和净化效率是全面衡量生物滤池工作性能的三个重要指标，它们之间的关系是011e e F V S S q Q N S q V H ηη===-- （6-1） 式中S 0为进入滤池废水的有机物浓度；S e 为二沉池出水的有机物浓度。

η为有机物去除率。

由式（6-1）可知：（1）当进水浓度和净化效率一定时，出水浓度也一定，则q v 与N 成正比；（2）当出水浓度和水力负荷q V 一定时，效率越高意味着N 也越高；（3）当水力负荷和出水浓度一定时，处理效率随着H 的增加而提高。

由于不同深度出的废水组成不同，膜中微生物种类和数量也不同，因而实际的有机物去除率是不同的。

一般沿水流方向，有机物去除率递减。

当滤池深度超过某一数值后，处理效率提高不大。

通常滤池的深度为2~3m。

6.2.2.2 处理水回流在高负荷生物滤池的运行中，多用处理水回流，其优点是：（1）增大水力负荷，促进生物膜的脱落，防止滤池堵塞；（2）稀释进水，降低有机负荷，防止浓度冲击；（3）可向生物滤池连续接种，促进生物膜生长；（4）增加进水的溶解氧，减少臭味；（5）防止滤池孳生蚊蝇。

但缺点是：缩短废水在滤池中的停留时间；降低进水浓度，将减慢生化反应速度；回流水中难降解的物质会产生积累；冬天使池子中的水温降低等。

可见，回流对生物滤池性能的影响是多方面的，采用时应做周密分析和试验研究。

一般认为在下述三种情况下应考虑出水回流：（1）进水有机物浓度高（如COD＞400mg/L）；（2）水量很小，无法维持水力负荷在最小经验值以上时；（3）废水中某种污染物在高浓度时可能抑制微生物生长。