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環(huán)保工程師專業(yè)知識：生物膜法
生物膜法和活性污泥法一樣，都是利用微生物來去除廢水中有機物的方法，為生物膜提供附著生長固定表面的材料稱為填料，是影響生物膜法的發(fā)展和性能的重要因素。以下是小編整理的環(huán)保工程師專業(yè)知識：生物膜法，歡迎閱讀！
生物膜法的基本原理
1.生物膜的形成及特點
生物膜法是通過附著在載體或介質(zhì)表面上的細菌等微生物生長繁殖，形成膜狀活性生物污泥——生物膜，利用生物膜降解污水中的有機物的生物處理方法。生物膜中的微生物以污水中的有機污染物為營養(yǎng)物質(zhì)，在新陳代謝過程中將有機物降解，同時微生物自身也得到增殖。
隨著微生物的不斷繁殖增長，以及廢水中懸浮物和微生物的不斷沉積，使生物膜的厚度不斷增加，其結(jié)果是使生物膜的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。
在生物處理過程中，生物膜總是在不斷地生長、更新和脫落的，造成生物膜不斷脫落的原因有：水力沖刷、由于膜增厚造成重的增大、原生動物的松動、厭氧層和介質(zhì)的粘結(jié)力較弱等。
生物膜法適用于中小規(guī)模污水生物處理，污水處理系統(tǒng)可以獨立建立，也可以與其他污水處理工藝組合應(yīng)用。污水進行生物膜法處理前，宜經(jīng)沉淀處理，當進水水質(zhì)或水量波動大時，應(yīng)設(shè)置調(diào)節(jié)池。
2.生物膜的結(jié)構(gòu)及其凈化廢水的機理
生物膜是蓬松的絮狀結(jié)構(gòu)，微孔多，表面積大，具有很強的吸附能力。生物膜微生物以吸附和沉積于膜上的有機物為營養(yǎng)物質(zhì)，將一部分物質(zhì)轉(zhuǎn)化為細胞物質(zhì)，進行繁殖生長，成為生物膜中新的活性物質(zhì)，另一部分物質(zhì)轉(zhuǎn)化為排泄物，在轉(zhuǎn)化程中放出能量，供應(yīng)微生物生長的需要。增殖的生物膜脫落后進入廢水，在二次沉淀池中被截留下來，成為污泥。如果
有機物負荷比較高，生物膜對吸附的有機物來不及氧化分解時，能形成不穩(wěn)定的污泥，這類污泥需要進行再處理。由于生物膜法中的微生物以附著的狀態(tài)存在，所以泥齡長，使生物膜中既有世代時間短、比增長速率大的微生物，雙有世代時間長、比增長速率小的微生物，這使生物膜法中參與代謝的微生物種類多于活性污泥法。
3.生物膜法的主要特征
與活性污泥法相比，生物膜法具有以下特征：
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①參與凈化反應(yīng)微生物多樣化
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�、勰軌虼婊钍来鷷r間較長的微生物
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�、倏箾_擊負荷能力強
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③能夠處理低濃度的廢水
�、苓\行簡單、節(jié)能，易于維護管理，動力費用低
�、莓a(chǎn)生的污泥量少
�、拊诘退疁貤l件下，也能保持一定的凈化功能
⑦具有較好的硝化與脫氮功能
生物膜法的主要影響因素
影響生物膜法的因素很多，例如水質(zhì)、溫度、pH值、溶解氧、營養(yǎng)平衡、有毒有害物質(zhì)濃度等，這些因素也是影響活性污泥法等的因素，前面已講過，下面介紹一下生物膜法所特有的影響因素。
1.水力負荷
水力負荷對生物膜法的處理效果以及生物膜厚度和傳質(zhì)改善等方面都有一定的影響。生物膜法有多種處理工藝，應(yīng)該選擇合適的水力負荷。
2.載體表面結(jié)構(gòu)和性質(zhì)
載體對污水處理效果的影響主要反映在載體的表面性質(zhì)，包括載體的比表面積大小、載體表面親水性及表面電荷、表面粗糙度、載體的密度、孔隙率和材料強度等。載體的選擇不僅決定了可供生物膜生長的面積大小和生物量的多少，還影響反應(yīng)器中的水動力學狀態(tài)。
3.生物膜量及其活性
生物膜的厚度反映了生物量的大小，但是生物活性并非總是與生物量成正相關(guān)性。生物膜由好氧膜和厭氧膜組成，好氧膜的厚度通常為1.5～2.0mm，有機物的降解主要在好氧層內(nèi)完成。不能單純追求增加反應(yīng)器的生物量，應(yīng)保證反應(yīng)器內(nèi)生物膜正常脫落更新而不發(fā)生載體間隙被堵塞的現(xiàn)象。
生物膜法的類型及工藝流程
生物膜法有多種分類，按照微生物附著的載體存在狀態(tài)可分為固定床生物膜法和流動床生物膜法。固定床生物膜分為生物濾池和生物接觸氧化法等，流動床生物膜法包括生物流化床和移動床等。
按照生物膜被污水浸沒的程度生物膜法又可分為浸沒式生物膜法、半浸沒式生物膜法和非浸沒式生物膜法。常見的浸沒式生物膜法包括生物接觸氧化池、曝氣生物濾池等，常見的半浸沒式生物膜法有生物轉(zhuǎn)盤，常見的非浸沒式生物膜法有生物濾池，生物濾池又分為普通生物濾池、高負荷生物濾池和塔式生物濾池三種類型。
1.普通生物濾池
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普通生物濾池又名滴濾池，是生物濾池早期出現(xiàn)的類型，即第一代的生物濾池。污水先進入初沉池，去除可沉的懸浮物，接著進入生物濾池。經(jīng)過濾池處理的污水和生物濾料上脫落的老化生物膜流入二沉池，經(jīng)過固液分離后，排出凈化水。
�、茦�(gòu)造
普通生物濾池由池體、濾料、布水裝置和排水系統(tǒng)等四部分組成。
①池體
其平面形式多呈方形、矩形或圓形，池壁一般用磚石或鋼筋混凝土筑造而成。
�、跒V料
濾料表面有生物膜附著，是凈化污水的主體，濾料對生物濾池的工作效能影響較大。生物濾池一般采用實心拳狀無機濾料，如碎石、卵石和爐渣等。近年來，生物濾池多采用塑料濾料，主要由聚氯乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯等加工成波紋板、蜂窩管、環(huán)狀以及空圓柱等復(fù)合式濾料，其特點是質(zhì)輕、強度高、耐腐蝕、比表面積大、孔隙率高，從而大大改善了膜生長及通風條件，使處理能力大大提高。
③布水裝置
普通生物濾池多采用固定式噴嘴布水系統(tǒng)，主要由虹吸裝置、配水池、布水管道和噴嘴等部分組成。
�、芘潘到y(tǒng)
普通生物濾池底部的排水系統(tǒng)，位于濾料層的下面，主要起收集及排出處理后的廢水，保證通風和支撐濾料的作用。排水系統(tǒng)通常分為兩層，即包括濾料下的滲水裝置和底板處的集水溝和排水溝。
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�、倨胀ㄉ餅V池一般適用于處理每日污水量不大于1000m3的小城鎮(zhèn)污水和有機工業(yè)廢水，凈化效率高，處理效果好，出水水質(zhì)穩(wěn)定。
�、诨ㄍ顿Y省，運行穩(wěn)定，易于管理，動力消耗低，節(jié)省能源。
③剩余污泥量小。
④負荷較低，占地面積大，不適用于處理水量較大的廢水，且其沖刷能力不足，易引起濾料內(nèi)生物膜積累和堵塞，從而影響濾池內(nèi)的通風，運行過程中會產(chǎn)生濾池蠅，且衛(wèi)生條件較差，因此，使用受到限制。
生物膜法技術(shù)在污水處理中的有效應(yīng)用
論文摘要:
生物膜法技術(shù)具有很強的抗沖擊負荷能力，且處理效果理想，運行維護簡單，不會產(chǎn)生污泥膨脹的現(xiàn)象，因此在污水處理中有著廣泛的應(yīng)用。本文介紹了生物膜技術(shù)的概念、分類和特點，對生物膜技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用狀況做了簡要的分析。
論文關(guān)鍵詞:
生物膜;污水處理;進水水質(zhì);出水水質(zhì)
目前我國污水處理行業(yè)中常用的活性污泥法具有成本高、對水質(zhì)和水量適應(yīng)性較差、容易造成二次污染等缺點，而生物膜法的出現(xiàn)有效的改變了這種狀況，為我國的污水處理行業(yè)帶來了新的選擇。
一、生物膜法的概念和特點
生物膜法是令微生物附著在惰性濾料上，形成膜狀的生物污泥，從而對污水起到凈化效果的生物處理方法。
生物膜法具有運行費用低廉、管理方便的特點，對進水的水質(zhì)與水量變化有著很強的適應(yīng)能力，克服了活性污泥法中污泥絲狀膨脹的缺點，剩余污泥量也有了顯著的減少。但是與活性污泥法相比，生物膜法對環(huán)境溫度的要求較高，氣溫過高或過低都會影響生物膜的活性，引起生物膜的壞死和脫落。另外，由于生物膜需要附著在濾料上才能夠?qū)ξ鬯鸬絻艋饔�，因此載體的比表面積對生物膜處理的效果有著很大的影響，如果選用的濾料比表面積達不到要求，想要達到預(yù)期的處理效果就需要增加處理池的面積，使投資費用增大。生物膜法中使用的濾料屬于消耗品，需要對其進行周期性的更新，增大了運行期間的管理費用。同時，生物膜法對工藝設(shè)計和運行條件的要求較為嚴格，一旦發(fā)生問題，便會引起濾料的破損和堵塞，降低出水的水質(zhì)。
二、生物膜法的分類和優(yōu)缺點
(一)生物接觸氧化法
生物接觸氧化法實際上是一種浸沒曝氣式生物濾池，是曝氣池與生物濾池相結(jié)合產(chǎn)生的綜合性污水處理工藝，同時具備兩種處理方法的優(yōu)點，具有容積負荷高、抗沖擊負荷力強的特點。生物接觸氧化法的供氧十分充足，膜的更新速度非�？�，大大的提高了生物膜的活性，增強其抗沖擊能力，而且使用生物膜法會將產(chǎn)生的大部分活性污泥附著在載體上，減少污泥產(chǎn)量及回流量，降低對機械的損耗。但生物接觸氧化法的濾料容易發(fā)生堵塞，增加了管理的難度。
(二)生物流化床
生物流化床技術(shù)是利用氣體或液體，使附著微生物的固體顆粒狀濾料呈流態(tài)化，對污水進行凈化的技術(shù)。生物流化床法充分利用了微生物不同生命活動階段的特征，根據(jù)微生物的生長特點將處理階段劃分為固定床階段、流化床階段、液體輸送階段三個階段。生物流化床的主要優(yōu)點:
1、容積負荷高，抗沖擊能力強。由于生物流化床的載體是采用小粒徑固體顆粒，且載體成流態(tài)化，所以生物流化床的單位體積表面積要比其他生物膜法的大很多且抗擊能力要較其他生物處理法高。
2、微生物的活性較強。由于生物顆粒不斷地相互碰撞與摩擦，使生物膜的厚度較薄且均勻。對于同類污水而言，在同等的處理條件下，生物膜不僅反應(yīng)速率快且呼吸率也非�？�，所以微生物的活性較強。
3、凈化效果好。由于載體顆粒一直處于劇烈的運動狀態(tài)，從而導(dǎo)致界面的不斷更新，這樣不僅有利于微生物對污染物的吸附和降解，更能加快生化反應(yīng)速率，進而使凈化效果得到提高。
但是由于微生物顆粒在設(shè)備當中處于流動狀態(tài)，對設(shè)備的磨損較為嚴重，同時載體顆粒自身也存在著磨損現(xiàn)象。另外，生物流化床的防堵塞問題及生物顆粒流失等問題目前還沒有有效的解決方法，在一定程度上限制了生物流化床的推廣。
(三)移動床生物膜反應(yīng)器
移動床生物膜反應(yīng)器簡稱MBBR，是介于生物接觸氧化法與生物流化床法之間的一種新型生物膜污水處理工藝，很好的解決了生物接觸氧化法中濾料堵塞的問題，同時也克服了生物流化床中三相分離困難的缺點，具有良好的處理效果。
移動床生物膜反應(yīng)器利用密度接近于水的顆粒狀材料作為生物膜的載體，向反應(yīng)器中連續(xù)通入污水同時進行曝氣，創(chuàng)造出良好的混合接觸條件，利用微生物的生物活動達到凈化污水的目的。移動床生物膜反應(yīng)器具有微生物濃度高、食物鏈長的特點，對進水的流量和濃度變化有很強的適應(yīng)能力。同時，由于選用的生物膜載體密度與水接近，降低了流化過程的能量消耗，增大了傳質(zhì)速率，且不易發(fā)生堵塞，剩余污泥量明顯少于活性污泥法。另外，由于此方法的結(jié)構(gòu)緊密，因此具有占地少、能耗低的特點，明顯的降低了投資與運行維護的費用。以上種種優(yōu)點使得移動床生物膜反應(yīng)器在污水處理過程中得到了廣泛的應(yīng)用。
(四)生物濾池法
生物濾池法的基本流程是由初沉池、生物濾池和二沉池三部分組成的。生物濾池主要分為兩大類:
1、有高負荷生物濾池。其優(yōu)點是處理效果好，去除率可達90%以上，其出水可降到25mg/L以下，且出水水質(zhì)非常穩(wěn)定。其缺點是占地面積過大，容易堵塞，影響環(huán)境衛(wèi)生。
2、塔式生物濾池。與傳統(tǒng)的生物濾池相比，其具有負荷高、分層明顯、堵塞可能小與占地面積小等優(yōu)點。
三、生物膜法技術(shù)在污水處理中的實際應(yīng)用
生物膜法因其良好的處理效果、較低的污泥產(chǎn)量和經(jīng)濟的運行維護費用，在污水處理中得到了廣泛的應(yīng)用，本文以移動床生物膜反應(yīng)器的實際應(yīng)用、組合式生物膜SBR工藝在醫(yī)院污水處理工程的應(yīng)用為例，探討生物膜技術(shù)在污水處理實際應(yīng)用中的現(xiàn)狀。
(一)移動床生物膜反應(yīng)器的實際應(yīng)用
印染廢水的水量較大，占到了全部工業(yè)廢水的百分之十，具有有機物含量高、COD值大、色度高、酸堿度變化大等特點，傳統(tǒng)的活性污泥法對進水的變化適應(yīng)能力不強，而移動床生物膜反應(yīng)器微生物濃度高，抗沖擊負荷能力強，能夠很好的適應(yīng)印染廢水水質(zhì)與水量的變化。采用移動床生物膜反應(yīng)器處理印染廢水的出水，能夠有效的降低出水的COD和色度，使出水水質(zhì)達到國家一級排放標準，其具體處理過程如下:
1、試驗階段。實驗裝置主要包括進出水裝置、曝氣裝置以及反應(yīng)器三部分，反應(yīng)采用連續(xù)進水的方式，出水為連續(xù)式濾布膜過濾出水。反應(yīng)器由兩部分構(gòu)成，其中左側(cè)為反應(yīng)區(qū)，采用懸浮填料，使生物膜顆粒懸浮于水中，并在氣體的作用下呈循環(huán)運動狀態(tài);右側(cè)為沉淀區(qū)，安裝有濾布膜組件，可以起到泥水分離的作用，使出水借助重力流出，而污泥回流至左側(cè)的反應(yīng)區(qū)。反應(yīng)過程的曝氣量為0.55m3/h，水力停留時間為1.5d，進水采用針織物精細印花生產(chǎn)工藝中的母液和沖洗水，水質(zhì)變化較大。
2、試驗結(jié)果。經(jīng)過一定時間的運行后檢測出水的水質(zhì)，發(fā)現(xiàn)移動床生物膜具有很強的抗沖擊負荷能力，COD的平均去除率可達85%、色度的平均去除率為90%、NH3—N的平均去除率達到了85%，出水的COD及色度均達到了國家一級排放標準，對印染廢水具有良好的凈化效果。
3、實際應(yīng)用及結(jié)論。使用移動床生物膜反應(yīng)器處理印染廢水，能夠有效地降低出水的COD、色度與NH3—N濃度，且對進水的水質(zhì)與水量的變化有良好的適應(yīng)能力，在印染廠長期的使用過程中均能維持出水水質(zhì)的穩(wěn)定，同時運行費用較低，維護相對簡單，是一種有效的印染廢水處理方法。
(二)組合式生物膜SBR工藝在醫(yī)院污水處理工程的應(yīng)用
由于醫(yī)院的污水處理方法較為傳統(tǒng)，而且醫(yī)院一般排放的污水都沒有經(jīng)過處理就排放出來，對環(huán)境造成了嚴重的污染。因此，采用組合式生物膜SBR工藝來處理醫(yī)院的污水，可以更合理的將醫(yī)院的污水進行處理，同時還能使醫(yī)院排放的污水達到國家規(guī)定的相應(yīng)標準，從而減少對環(huán)境的污染。
1、試驗階段。使用組合式生物膜SBR工藝需要運行四個階段，這四個階段是進水曝氣、沉淀、潷水、閑置。在工作中需要把這四個階段不斷的重復(fù)循環(huán)，每個循環(huán)周期大概為五個小時左右。其大體步驟是:將超聲波液位探測器安置在調(diào)節(jié)池內(nèi)，當調(diào)節(jié)池里的污水達到設(shè)定的數(shù)值，提升泵就會自動運行將污水提升至污水處理的工藝池，然后鼓風機開始自動曝氣，系統(tǒng)隨之便進入了進水曝氣階段。大約十分鐘以后，系統(tǒng)會將混合液體進行碳化、硝化、反硝化和生物反應(yīng)四個過程。當調(diào)節(jié)池內(nèi)的液位到達最低設(shè)定值時，系統(tǒng)會自動進入沉淀階段。在沉淀一個小時后系統(tǒng)會自動進入潷水運行階段，潷水結(jié)束后系統(tǒng)進入閑置階段。
2、試驗結(jié)果。經(jīng)過一段時間的試驗運行以及對出水水質(zhì)的檢測，發(fā)現(xiàn)組合式生物膜SBR工藝對醫(yī)院污水的處理完全達到了國家的規(guī)定水平，起到了很好的效果。但是，系統(tǒng)在運行過程中還存在一些問題，比如加藥量不穩(wěn)定或者阻塞等等，都需要按照相關(guān)的操作及時修正。
3、實際應(yīng)用及結(jié)論。組合式生物膜SBR工藝是以生物膜法為主，將生物膜法和活性污泥活法結(jié)合在一起的處理方法。這個處理方法可以從實際出發(fā)，隨時切換和調(diào)整運行設(shè)備及時間，還可以控制藥劑的使用量，降低污水的處理成本。
四、總結(jié)
利用生物膜法對污水進行處理，能夠很好的克服活性污泥法的各項缺點，對進水具有很好的適應(yīng)能力，可以應(yīng)用到多種行業(yè)的污水處理過程中，具有廣闊的發(fā)展前景。
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