生物膜法在污水处理方面的研究进展

1、生物膜法在污水处理方面的研究进展摘要：本文先简单的介绍了生物膜法概念及历史，然后简述了解了生物膜技术和各自的应用，最后从生物膜法在具体事例中的应用及其前景。关键词：生物膜法 技术 应用 污水处理引言：生物膜法是令微生物附着在惰性滤料上，形成膜状的生物污泥，从而对污水起到净化效果的生物处理方法。生物膜法的特点主要有对废水水质、水量变化适应性强，操作稳定性好不会发生污泥膨胀，运转管理较方便生物膜中的物相丰富，且沿水流方向膜中生物种群具有一定分布剩余污泥量较少采用自然通风供氧.在运行方面灵活性较差，设备容积负荷有限，空间效率较低。其作用机制是利用生物膜的强吸附性和吸水性，通过将微生物细胞固定于反应器

2、内的载体上，实现了微生物停留时间和水力停留时间的分离，从而达到目的的一种手段。一般所用到的技术有：生物接触氧化法、生物流床技术、移动床生物膜反应器等。污水，通常指受一定污染的、来自生活和生产的排出水，污水的主要污染物有病原体污染物， 耗氧污染物，植物营养物，有毒污染物等。生物膜法处理污水就是通过惰性材料的粘着性使微生物附着其上，以达到污水处理的目的。20世纪50年代以前，生物膜法一直未被重视，其主要原因是它以碎石为原料，微生物附着困难，并且操作不方便，而50年代，塑料工业的发展及其向生物膜处理技术的引用克服了滤料堵塞等困难。生物膜技术的核心就是滤料【1】。滤料可以是天然的，也可以是经过加工的石

3、英砂、无烟煤、大理石、白云石、磁铁矿石、石榴石、锰砂等颗粒物质，还可以是人造聚苯乙烯发泡塑料球、高效纤维束和陶瓷滤料。它的选择特点有：机械强度高，化学稳定性好，密度适宜，形状规则，易成膜，但无毒无味，无异物脱落，不会产生二次污染；取材方便，价格便宜。再生性强.Allant等【2】人研究结果表明：上浮式滤料比沉没式滤料对SS（悬浮颗粒物）、有机物的去除率高，更耐有机负荷和水力负荷冲击。由此可见，滤料的好坏关系着生物膜的脱落和附着情况，进而影响了曝气生物滤池运行的稳定和处理效果。下面，我们具体的了解生物膜法的应用。1生物膜在污水处理中的具体应用1.1生物膜法除无机元素1.1.1生物膜法除磷磷是生物

4、生长必需的元素之一，但水体中磷含量过高可造成藻类的过度繁殖，引起严重的水质富营养化问题【3】。国内外对控制水体中的磷含量均十分重视，经济、高效地降低排放废水的磷含量已成为防治水体富营养化的重要途径之一。污水中磷的去除有化学和生物两种途径【4】：化学途径是指投加Ca2、Al3和Fe3形成金属磷酸盐沉淀；生物途径是指微生物对磷的吸收，磷最终通过沉淀池排放剩余污泥得以去除。微生物对磷的吸收又分为两种【5】：微生物生长的生理需要，对磷的正常吸收，普通活性污泥微生物细胞干重含磷23；生物强化除磷（EBPR），微生物吸收过量的磷贮存为胞内聚磷【6】，成功的EBPR系统中微生物细胞含磷量为一般微生物的25倍

5、。曝气生物滤池除磷过程中，一般物理过滤除磷效率可高达35，为了提高除磷效果，需要加入化学药剂来强化除磷，再通过生物和过滤作用后，磷的去除率可高达85。提高水力停留时间也可以提高曝气生物滤池对磷的去除率，但是较长的水力停留时间是不经济的。基于上述原因，凌霄【7】等采用铝盐作为除磷的絮凝剂，经过对比试验，结果表明，TP的去除随着铝盐加入量的增加而增加，但并不成正比增加，当投加系数小于等于150时，适当加大气水比有利于除磷；但当投加系数大于等于175时，加大气水比对总磷的去除没有影响。并且加入的铝盐对浊度和COD去除影响不大，它们的去除率还分别提高了47和5138-9。虽然铝盐会抑制曝气生物滤池的硝

6、化作用，但溶解氧足够时，铝盐的加入对氨氮的去除没有影响【10】。1.1.2生物膜法脱氮对于生物膜法脱氮，不同的人有不同的方法，但核心都是生物膜脱氮技术【11】。比如成英俊等在膜生物反应器中投加聚乙烯悬浮滤料，通过生物膜膜生物反应器对生活污水中脱氮除磷性能的研究试验，结果表明，投加聚乙烯悬浮滤料可使膜生物反应器对有机污染物去除率得到提高，总氮、总磷的平均去除率由455和472分别增至574和718，并且投加悬浮滤料还可延缓膜污染【12】；王海燕等【13】采用厌氧好氧（AO）【15】生物膜工艺进行焦化废水的试验，通过对进水、厌氧出水、好氧出水氨氮和化学需氧量（COD）的检测分析，由此得知该系统能有

7、效地去除焦化废水中的COD，去除率均大于90，氨氮的去除率在80以上；李咏梅等14在对焦化废水中有机物在A1A2O生物膜系统中降解转化规律进行分析的基础上，选取焦化废水中6种主要的含氮杂环化合物：吡啶、吲哚、喹啉、异喹啉、2甲基喹啉、8羟基喹啉【15】，与苯酚共同配制成溶液，在A1A2O生物膜系统中运行，结果表明上述各种含氮杂环有机物在A1A2O系统中都可得到较完全的去除。1.1.3生物膜法去重金属在印染、采矿、电镀等工业生产中，常常会向环境水中排放有毒的重金属污水，这样不仅危害了水生物，而且也影响了人类的生活健康。因此，不断地研究开发对含有有毒重金属污水的处理技术，是十分重要的。采用生物膜法

8、去除水中重金属主要是依靠生物膜对重金属的生物吸附。许多研究表明，构成生物膜的各种微生物能分泌细胞外聚合物（EPS）【16】，其主要成分是多聚糖、蛋白质、核酸、脂类等。由于胞外聚合物常含有带负电荷的官能团（如多聚糖、蛋白质等的羧基官能团），生物膜表面也因此常携带负电荷。生物膜吸附水体中的重金属离子的一个重要机理就是通过胞外聚合物中带负电荷的配合基与重金属相互作用而逐渐吸附重金属离子17。将生物膜法用于污水中重金属的去除，不仅不易造成二次污染，操作简便，而且大大减低了污水的治理成本，其实际应用意义十分重要。1.2生物膜法除污水中微生物生物膜法除污水中微生物就是以生物制住生物，以菌制菌，向自然菌群中

9、投入特殊的微生物以增强生物力量，并对污水等特定环境或特殊污染物加以反应。是通过驯化、筛选、诱变、基因重组等一系列关键技术【18】的实施，获得一批以污水为主要能源的微生物，然后复制投入一定数量，对目标物质进行降解，达到去除污染的目标。对于焦化废水和焦化废水来说，焦化废水因成分复杂，无机物和有机物的种类多，被列为难以降解工业废水，一般通过投放高效菌种，以固定化、高效降解微生物法等强化技术来进行处理。而印染废水中的有机物含量非常大，以前采用生物膜法来处理，无法有效去除其中的有机物，通过应用高效脱氧色菌和PVA 降解菌，加快生物膜的形成速度，稳定性好，效率高，已达到其目的。在微生物的作用下，可使失效的

10、填料活性炭部分恢复吸附能力。活性炭有巨大的表面积（1000M2/gc）和发达的孔隙结构，其中95%的表面积是由孔径<40A0 的微孔提供的，中孔（40-2000 A0）约占总表面积的5%，大孔（2000-4000 A0）的表面积仅有0.5-2 M2/gc【19】.而大多数细菌大于1m,少数细菌为5m, 因而细菌只能进入活性炭的大孔,而不能进入微孔内,只有细菌所分泌的胞外酶能够降解吸附在微孔内有机物.胞外酶是由蛋白质组成的生物催化剂, 可将细胞外的大分子有机物和不溶性有机物分解成小分子物质和可溶性物质, 供微生物吸收和利用在适宜的条件下，许多酶都能被活性炭大量吸附，一些较小分子量的酶或具有

11、活性基团的酶的碎片可进入活性炭的微孔内，催化分解吸附在微孔内的有机分子化合物，由于活性炭对低分子量物质的吸附能力差，这些小分子物质就可以从炭的孔隙表面解吸下来，向外扩散，进入到大孔中和炭表面的微生物细胞体内，在细胞内酶催化下一部分合成细胞物质, 一部分进一步氧化分解,最终以CO2、H2O 及其它简单物质形式, 释放到细菌体外已达到其除污目的【20】。1.3生物膜法除大分子颗粒物生物膜技术可用于出污水中大分子颗粒物，如污泥等。主要适用于厌氧型生物的处理系统中，它主要由配水系统、三相分离器和污泥床三个部分组成。利用反应过程中产生气体混合污泥和污水，再用三相分离器将气体、污水和颗粒污泥进行分离。最后

12、排出水，将污泥留在反应器中【21】。总结生物膜法的机理和作用研究还不太成熟，国内外科研工作者从微生物菌种、膜反应器、曝气生物滤池、滤料等方面进行科研工作。特别是对微生物对物质的代谢机理、微生物的群落结构和功能、曝气生物滤池和膜反应器的创新改进及滤料的选择应用，这些都将直接影响生物膜法对污水的处理能力。因此，在物理化学和生物学因素等方面的基础上深化探索研究，不断提高生物膜法对污水中各种元素的处理能力，为生物修复技术提供一定的理论依据。随着生物膜研究的不断深入和进步，生物膜法在自然环境和废水生物处理中必将发挥越来越重要的作用。污水是环境污染的重要因素，而用其他方法都会有一些隐患，但生物膜技术在污水

13、处理方面不会存在安全隐患和二次污染，故生物膜技术的应用前景非常广阔。并且生物膜技术在目前的研究不完善和不成熟，因此，生物膜技术的潜力非常巨大，当然，这需要一代人的共同努力。参考文献【1】作者：秦萌  刊名：试题与研究：新课程论坛  出版日期：2010  期号：第13期 【2】作者：白玉华，郭岩，张岩，张万友，陈秋芳，于海波  刊名：工业水处理杂志  ISSN：1005829X  出版日期：2010  期号：第3期 【3】作者：蒋山泉，郭丽芳，孙向

14、卫，高俊敏，李春艳，熊丽  刊名：环境保护与循环经济  ISSN：16741021  出版日期：2012  期号：第10期 【4】作者：张雅，谢宝元，张志强，王海燕  刊名：水处理技 出版日期：2012  期号：第5期术  ISSN：10003770 【5】作者：张娜，王琳  刊名：水处理技术  ISSN：10003770  出版日期：2012  期号：第2

15、期【6】作者：蒙晓斌  刊名：科技视界  出版日期：2012  期号：第27期【7】作者：吴磊石，马韵  刊名：中国科技博览  出版日期：2012  期号：第32期【8】作者：章瑶  刊名：油气田地面工程  ISSN：10066896  出版日期：2013  期号：第9期【9】作者：郑莹  刊名：化学工程与装备  ISSN：10030735 

16、60;出版日期：2012  期号：第6期【10】 作者：黄俊  刊名：给水排水杂志  出版日期：2003  期号：第3期 【11】吴馥萍，黎松强，林穗云  刊名：广州化工  ISSN：10019677  出版日期：2006  期号：第6期 【12】作者：王浩英，王锦荣，赵文选，朱世铎，熊正林，巩世铎  刊名：广东化工  ISSN：10071865  出版日期

17、：2007  期号：第4期 【13】作者：张可方，张朝升，方茜  刊名：广州大学学报（自然科学版）  ISSN：16714229  出版日期：2007  期号：第1期 【14】作者：李粉玲，赵庆鹏  刊名：河北企业  ISSN：10081968  出版日期：2010  期号：第9期【15】作者：于洸  刊名：中国建设信息(水工业市场)  ISSN：1008570X  出版日期：2010  期号：第3期【16】作者：师晓春，刘峰，任雨森，杨明珍，汪德生  刊名：安徽农业科