水處理生物膜法的原理及優點

1. 生物膜法的基本原理是什麼

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展和性能的重要因素。
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物質，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，其結果是使生物膜的結構發生變化。
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、由於膜增厚造成重的增大、原生動物的松動、厭氧層和介質的粘結力較弱等。
生物膜法適用於中小規模污水生物處理，污水處理系統可以獨立建立，也可以與其他污水處理工藝組合應用。污水進行生物膜法處理前，宜經沉澱處理，當進水水質或水量波動大時，應設置調節池。
生物膜的結構及其凈化廢水的機理
生物膜是蓬鬆的絮狀結構，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於膜上的有機物為營養物質，將一部分物質轉化為細胞物質，進行繁殖生長，成為生物膜中新的活性物質，另一部分物質轉化為排泄物，在轉化過程中放出能量，供應微生物生長的需要。增殖的生物膜脫落後進入廢水，在二次沉澱池中被截留下來，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，能形成不穩定的污泥，這類污泥需要進行再處理。
由於生物膜法中的微生物以附著的狀態存在，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於活性污泥法。 生物膜法的主要特徵
與活性污泥法相比，生物膜法具有以下特徵：
⑴生物相特徵：
①參與凈化反應微生物多樣化
②生物的食物鏈長
③能夠存活世代時間較長的微生物
④分段運行與優占種屬
⑵工藝特徵
①抗沖擊負荷能力強
②污泥沉降性能良好，宜於固液分離
③能夠處理低濃度的廢水
④運行簡單、節能，易於維護管理，動力費用低
⑤產生的污泥量少
⑥在低水溫條件下，也能保持一定的凈化功能
⑦具有較好的硝化與脫氮功能

2. 生物膜法作用機理是什麼

生物膜（）是通過附著而固定於特定載體上的結構復雜的微生物共生體。相對於活性污泥來說，在單位體積生物膜中所含的微生物數量更高、比表面積更大。生物膜比活性污泥具有更強的吸附能力和降解能力，可以吸附和降解污水中的各種污染物，具有速度快、效率高的特點。在使用生物膜法處理污水時，要求在處理系統的構築物中裝填一定數量的填料，這些填料一方面可以擴大處理系統的比表面積，另一方面為微生物提供附著固定的載體。生物膜處理系統的性能、效率取決於其中微生物活性的高低和所裝填料的多少及其比表面積。一般來說，生物膜法較多應用於特殊行業的廢水處理中，如印染廢水等。

根據生物膜法處理系統中所用的填料的不同，生物膜法又可以分為以下幾種類型：

滴濾系統（Trickling filter system）

該系統是一種簡單且相對便宜的膜式好氧處理裝置。在該處理系統中，通過轉動的柵欄噴淋裝置將污水均勻分布於多孔處理床（例如由石子等鋪成）上。在多孔處理床上可生長多種微生物群落和原生動物。當污水緩慢地流過處理床時，微生物就吸收並降解了其中的有機成分，使得污水得到處理。在這樣的處理系統中，天然形成了食物鏈，微生物利用有機物生長繁殖，原生動物等以微生物為食，從而維持在一個動態平衡中。如果污水中的營養（BOD）過高，就會導致微生物的過量生長繁殖從而引起多孔處理床的堵塞，這樣便會降低處理效果。

旋轉生物接觸氧化系統（Rotating Biological Contactor，RBC）或生物轉盤

在這樣的處理系統中，一系列圓盤結構裝置部分浸沒於污水中，部分在空氣中並不斷地旋轉，這樣便保持了良好的通氣效果及與污水的接觸，從而在圓盤上形成了「生物膜」。這樣的「生物膜」是由各種微生物、原生動物等構成的微生物群落。在掃描電鏡下，典型的生物轉盤的「生物膜」有兩層結構，外層主要由絲狀菌等好氧微生物組成，內層由包括脫硫弧菌在內的厭氧微生物構成。因此這樣的「生物膜」具有去除BOD及無機物（主要是硫酸鹽）的功能。生物轉盤處理系統與滴濾系統相比，具有佔地少、效率高、運行穩定等優點，但其前期投資較大。這種系統已經成功地用於處理城市污水和各種工業廢水。

流化床反應器（Fluidized Bed Reactor，FBR）

由於污水的泵入或曝氣（空氣或氧氣）作用，流化床反應器中的載體物質（浮石、砂子、塑料等）會在反應器中不斷流動，因而得名。在這種系統中，由下向上進入的廢水的流速或曝氣的程度被控制在足以使載體流動不互相接觸，但又不能破壞「生物膜」結構的程度。該系統的最大優點是載體的比表面積被充分利用，但能耗較高，運行成本也相對較高。該系統可用於BOD的去除，也可以用於廢水中硝酸鹽的處理。

3. 污水處理生物膜法的優缺點

污水處理生物膜法也是城市污水二級生物處理的一種常用方法，具有以下優點：

一是生物膜對污水水質、水量的變化有較強的適應性，管理方便，不會發生污泥膨脹。

二是微生物固著在載體表面、世代時間較長的微生物也能增殖，生物相對更為豐富、穩定，產生的剩餘污泥少。三是能夠處理低濃度的污水。

污水處理生物膜法的不足之處在於生物膜載體增加了系統的投資；載體材料的比表面積小，反應裝置容積有限、空間效率低，在處理城市污水時處理效率比活性污泥法低；附著於固體表面的微生物量較難控制，操作伸縮性差；靠自然通風供氧，不如活性污泥供氧充足，容易產生厭氧。

4. 生物膜法處理廢水工藝原理

通過微生物的代謝作用，使廢水中呈溶液、膠體以及微細懸浮狀態的有機專污染物，轉化為穩定、屬無害的物質的廢水處理法。根據作用微生物的不同，生物處理法又可分為需氧生物處理和厭氧生物處理兩種類型。 廢水生物處理廣泛使用的是需氧生物處理法，按傳統，需氧生物處理法又分為活性污泥法和生物膜法兩類。活性污泥法本身就是一種處理單元，它有多種運行方式。屬於生物膜法的處理設備有生物濾池、生物轉盤、生物接觸氧化池以及最近發展起來的生物流化床等。生物氧化塘法又稱自然生物處理法。 厭氧生物處理法，又名生物還原處理法，主要用於處理高濃度有機廢水和污泥。使用的處理設備主要為消化池。 廢水中的污染物是多種多樣的，不可能指望用一種處理單元就把所有的污染物去盡，往往需要通過由幾種方法和幾個處理單元組成的處理系統處理後，才能達到要求。

5. 生物膜法的特點

1、微生物主要固著在填料表面，微生物量比活性污泥法要高得多，因此對污水水質水量的變化引起的沖擊負荷適應能力較強。
2、單位容器反應器內的微生物量可以高達活性污泥法的5~20倍，因此處理能力大，一般也不用再建造污泥迴流系統。
3、生物膜中存在較高級營養水平的原生動物和後生動物，食物鏈較長，特別是生物膜較厚時，底部厭氧菌能降解好氧過程中合成的污泥，因而剩餘污泥量產生的也少。
4、由於微生物固著於填料表面，生物固體停留時間SRT與水力停留時間HRT無關，因此為增殖速度較慢的微生物提供了生長繁殖的可能性。
5、生物濾池、轉盤等生物膜法採用自然通風供氧，裝置不會出現泡沫，管理簡單，運行費用較低，操作條件穩定性較好。
6、和活性污泥法相比，除了鏡檢法以外，對生物膜中微生物的數量、活性等指標其它檢測方式較少，而活性污泥法可以通過測定污泥沉降比、SVI、污泥濃度等多種方法對微生物的活性進行檢測。
7、和普通活性污泥法相比，處理效率去除較低，這可能是他和污水的接觸時間有關系。但是作為預處理和高濃度厭氧處理（UASB）是相當不錯的。

6. 簡述生物膜的構造及其凈化廢水的原理。

生物膜法是利用附著生長於某些固體物表面的微生物（即生物膜）進行有機污水處理的方法。生物膜是由高度密集的好氧菌、厭氧菌、兼性菌、真菌、原生動物以及藻類等組成的生態系統，其附著的固體介質稱為濾料或載體。生物膜自濾料向外可分為慶氣層、好氣層、附著水層、運動水層。生物膜法的原理是，生物膜首先吸附附著水層有機物，由好氣層的好氣菌將其分解，再進入厭氣層進行厭氣分解，流動水層則將老化的生物膜沖掉以生長新的生物膜，如此往復以達到凈化污水的目的。
廢水中微生物沿固體（可稱載體）表面生長的生物處理方法的統稱。因微生物群體沿固體表面生長成粘膜狀，故名。廢水和生物膜接觸時，污染物從水中轉移到膜上，從而得到處理。其基本機理見水的生物處理法。
生物膜法的典型流程 流程（圖1）中的生物器可以是生物濾池、生物轉盤、曝氣生物濾池或厭氧生物濾池。前三種用於需氧生物處理過程，後一種用於厭氧過程。最早出現的生物膜法生物器是間歇砂濾池和接觸濾池（滿盛碎塊的水池）。它們的運行都是間歇的，過濾-休閑或充水-接觸-放水-休閑，構成一個工作周期。它們是污水灌溉的發展，是以土壤自凈現象為基礎的。接著就出現了連續運行的生物濾池。新型塑料問世後，又有了新的發展。
生物濾池
生物膜法中最常用的一種生物器。使用的生物載體是小塊料(如碎石塊、塑料填料)或塑料型塊，堆放或疊放成濾床，故常稱濾料。與水處理中的一般濾池不同,生物濾池的濾床暴露在空氣中,廢水灑到濾床上。布水器有多種形式,有固定式的,有移動式的。回轉式布水器使用最廣。它以兩根或多根對稱布置的水平穿孔管為主體,能繞池心旋轉。穿孔管貼近濾床表面,水從孔中流出。布水器的工作是連續的，但對局部床面的施水是間歇的，這承繼了污水灌溉間歇灌水的概念。濾床的下面有用磚或特製陶塊、混凝土塊鋪成的集水層。再下面是池底。集水層和池外相通,既排水又通風。工作時,廢水沿載體表面從上向下流過濾床，和生長在載體表面上的大量微生物和附著水密切接觸進行物質交換。污染物進入生物膜,代謝產物進入水流。出水並帶有剝落的生物膜碎屑，需用沉澱池分離。生物膜所需要的溶解氧直接或通過水流從空氣中取得。在普通生物濾池中，生物粘膜層較厚，貼近載體的部分常處在無氧狀態。生物膜法濾床的深度和濾率、濾料有關。碎石濾床的深度在一個相當長的時間內大多採用1.8～2米左右。深度如果提高,濾床表層容易堵塞積水。濾率在1～4米3/(米2·日)左右,如果提高,床面也容易積水。首先突破的是濾率的提高。水力負荷率(即濾率)提高到8～10米3/(米2·日)以上時，水流的沖刷作用使生物膜不致堵塞濾床，而且有機物（用BOD5衡量）負荷率,可從0.2公斤/(米3·日)左右提高到1公斤／（米3·日）以上。為了滿足水力負荷率的要求,來水常用迴流稀釋。為了穩定處理效率,可採用兩級串聯。這種流程革新、負荷率提高、構造不變的生物濾池稱高負荷率生物濾池。繼而發現，濾床深度從2米左右提高到8米以上時，通風改善，即使水力負荷率提高，濾床也不再堵塞，濾池工作良好，同時有機物負荷率也可以提高到1公斤／（米3·日）左右。因為這種濾池的平面直徑一般為池高的1/6～1/8左右，外形像塔，故稱塔式濾池。自塑料型塊問世後，通風、堵塞等不再成為問題，濾床深度和濾率可根據需要進行設計。
生物轉盤
是隨著塑料的普及而出現的。數十片、近百片塑料或玻璃鋼圓盤用軸貫串，平放在一個斷面呈半圓形的條形槽的槽面上。盤徑一般不超過4米,槽徑約大幾厘米。有電動機和減速裝置轉動盤軸，轉速1.5～3轉/分左右，決定於盤徑，盤的周邊線速度在15米/分左右。
廢水從槽的一端流向另一端。盤軸高出水面，盤面約40％浸在水中,約60％暴露在空氣中。盤軸轉動時,盤面交替與廢水和空氣接觸。盤面為微生物生長形成的膜狀物所覆蓋，生物膜交替地與廢水和空氣充分接觸，不斷地取得污染物和氧氣，凈化廢水。膜和盤面之間因轉動而產生切應力，隨著膜的厚度的增加而增大，到一定程度，膜從盤面脫落，隨水流走。
同生物濾池相比，生物轉盤法中廢水和生物膜的接觸時間比較長。而且有一定的可控性。水槽常分段，轉盤常分組，既可防止短流，又有助於負荷率和出水水質的提高，因負荷率是逐級下降的。生物轉盤如果產生臭味，可以加蓋。生物轉盤一般用於水量不大時。
曝氣生物濾池
設置了塑料型塊的曝氣池。按其過程也稱生物接觸氧化法。它的工作類似活性污泥法中的曝氣池，但是不要迴流污泥，曝氣方法也不能沿用，一般採用全池氣泡曝氣,池中生物量遠高於活性污泥法,故曝氣時間可以縮短。運行較穩定，不會出現污泥膨脹問題。也有採用粒料（如砂子、活性炭）的。這時水流向上，濾床膨脹、不會堵塞。因為表面積高,生物量多,接觸又充分，曝氣時間可縮短，處理效率可提高，尚處在研究階段。
厭氧生物濾池
構造和曝氣生物濾池雷同，只是不要曝氣系統。因生物量高，和污泥消化池相比，處理時間可以大大縮短（污泥消化池的停留時間一般在10天以上），處理城市污水等濃度較低的廢水時有可能採用。

7. 生物膜法凈水的機理是什麼

生物膜（Biofilm）是通過附著而固定於特定載體上的結構復雜的微生物共生體。相對於活性污泥來說，在單位體積生物膜中所含的微生物數量更高、比表面積更大。生物膜比活性污泥具有更強的吸附能力和降解能力，可以吸附和降解污水中的各種污染物，具有速度快、效率高的特點。在使用生物膜法處理污水時，要求在處理系統的構築物中裝填一定數量的填料，這些填料一方面可以擴大處理系統的比表面積，另一方面為微生物提供附著固定的載體。生物膜處理系統的性能、效率取決於其中微生物活性的高低和所裝填料的多少及其比表面積。一般來說，生物膜法較多應用於特殊行業的廢水處理中，如印染廢水等。

根據生物膜法處理系統中所用的填料的不同，生物膜法又可以分為以下幾種類型：

滴濾系統（Trickling filter system）

該系統是一種簡單且相對便宜的膜式好氧處理裝置。在該處理系統中，通過轉動的柵欄噴淋裝置將污水均勻分布於多孔處理床（例如由石子等鋪成）上。在多孔處理床上可生長多種微生物群落和原生動物。當污水緩慢地流過處理床時，微生物就吸收並降解了其中的有機成分，使得污水得到處理。在這樣的處理系統中，天然形成了食物鏈，微生物利用有機物生長繁殖，原生動物等以微生物為食，從而維持在一個動態平衡中。如果污水中的營養（BOD）過高，就會導致微生物的過量生長繁殖從而引起多孔處理床的堵塞，這樣便會降低處理效果。

旋轉生物接觸氧化系統（Rotating Biological Contactor，RBC）或生物轉盤

在這樣的處理系統中，一系列圓盤結構裝置部分浸沒於污水中，部分在空氣中並不斷地旋轉，這樣便保持了良好的通氣效果及與污水的接觸，從而在圓盤上形成了「生物膜」。這樣的「生物膜」是由各種微生物、原生動物等構成的微生物群落。在掃描電鏡下，典型的生物轉盤的「生物膜」有兩層結構，外層主要由絲狀菌等好氧微生物組成，內層由包括脫硫弧菌在內的厭氧微生物構成。因此這樣的「生物膜」具有去除BOD及無機物（主要是硫酸鹽）的功能。生物轉盤處理系統與滴濾系統相比，具有佔地少、效率高、運行穩定等優點，但其前期投資較大。這種系統已經成功地用於處理城市污水和各種工業廢水。

流化床反應器（Fluidized Bed Reactor，FBR）

由於污水的泵入或曝氣（空氣或氧氣）作用，流化床反應器中的載體物質（浮石、砂子、塑料等）會在反應器中不斷流動，因而得名。在這種系統中，由下向上進入的廢水的流速或曝氣的程度被控制在足以使載體流動不互相接觸，但又不能破壞「生物膜」結構的程度。該系統的最大優點是載體的比表面積被充分利用，但能耗較高，運行成本也相對較高。該系統可用於BOD的去除，也可以用於廢水中硝酸鹽的處理。

8. 生物膜法污水處理工藝的優勢有哪些

污水處理生物膜法也是城市污水二級生物處理的一種常用方法，具有以下優點專：
一是生物膜對污屬水水質、水量的變化有較強的適應性，管理方便，不會發生污泥膨脹。
二是微生物固著在載體表面、世代時間較長的微生物也能增殖，生物相對更為豐富、穩定，產生的剩餘污泥少。三是能夠處理低濃度的污水。
污水處理生物膜法的不足之處在於生物膜載體增加了系統的投資；載體材料的比表面積小，反應裝置容積有限、空間效率低，在處理城市污水時處理效率比活性污泥法低；附著於固體表面的微生物量較難控制，操作伸縮性差；靠自然通風供氧，不如活性污泥供氧充足，容易產生厭氧。

9. 簡述生物膜法凈化廢水的原理，生物膜法的處理系統有哪些

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展和性能的重要因素。

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物質，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，其結果是使生物膜的結構發生變化。
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、由於膜增厚造成重的增大、原生動物的松動、厭氧層和介質的粘結力較弱等。

生物膜法適用於中小規模污水生物處理，污水處理系統可以獨立建立，也可以與其他污水處理工藝組合應用。污水進行生物膜法處理前，宜經沉澱處理，當進水水質或水量波動大時，應設置調節池。

生物膜的結構及其凈化廢水的機理

生物膜是蓬鬆的絮狀結構，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於膜上的有機物為營養物質，將一部分物質轉化為細胞物質，進行繁殖生長，成為生物膜中新的活性物質，另一部分物質轉化為排泄物，在轉化過程中放出能量，供應微生物生長的需要。增殖的生物膜脫落後進入廢水，在二次沉澱池中被截留下來，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，能形成不穩定的污泥，這類污泥需要進行再處理。

由於生物膜法中的微生物以附著的狀態存在，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於活性污泥法。
生物膜法的主要特徵

與活性污泥法相比，生物膜法具有以下特徵：

⑴生物相特徵：

①參與凈化反應微生物多樣化

②生物的食物鏈長

③能夠存活世代時間較長的微生物

④分段運行與優占種屬

⑵工藝特徵

①抗沖擊負荷能力強

②污泥沉降性能良好，宜於固液分離

③能夠處理低濃度的廢水

④運行簡單、節能，易於維護管理，動力費用低

⑤產生的污泥量少

⑥在低水溫條件下，也能保持一定的凈化功能

⑦具有較好的硝化與脫氮功能

10. 與活性污泥法相比，生物膜法的優點和缺點有哪些

可生化性和後續好氧處理工藝的處理效果。

④厭氧過程和好氧過程的串聯配合使用，可以起到脫氮除磷的作用。

⑤對營養物的需求量小。
一般認為，
好氧處理氮和磷的需求量為
BOD
：
N
：
P=100
：
5
：
1
，
而厭氧處理為
（
350-500
）
：
5
：
1
。
有機廢水一般已含有一定量的氮和磷及多種微量元素，
因此厭氧處理可以不添加或少添加營養鹽。

⑦耐沖擊負荷能力強。厭氧處理污泥濃度高，能承受較大的濃度變化和水質變化。

⑧規模靈活。厭氧處理系統規模靈活，可大可小，設備簡單，易於製作。

（
2
）厭氧生物處理與好氧生物處理相比，缺點如下：

①厭氧方法雖然負荷高、去除有機物的絕對量與進液濃度高，但其出水
COD
高於好氧
處理，原則上仍需要後處理才能達到較高的排水標准。

②厭氧微生物對有毒物質較為敏感，因此，對於有毒廢水性質了解的不足或操作不當
在嚴重時可能導致反應器運行條件的惡化。

③厭氧反應器初次啟動過程緩慢，一般需要
8-12
周時間。

3.
圖示
A2/O
法同步脫氮除磷工藝流程，並簡述各部分作用。

答：工藝流程

厭氧反應器：除磷菌在這里完成釋放磷和攝取有機物。

缺氧反應器：本段主要功能是脫氮，硝態氮是通過內循環由好氧池送來的，循環的混合液
較大，一般為
2
倍的進水量。

好氧反應器：混合液由缺氧反應器進入好氧反應器
—
曝氣池，這一反應器是多功能的，去

除
BOD
，硝化和吸收磷等反應都在這里進行

沉澱池：進行泥水分離，上清液作為處理水排放，沉澱污泥的一部分迴流厭氧池，另一部
分作為剩餘污泥排放。

A2/O
優缺點

優點：

①流程簡單，總停留時間較短；

②厭氧（缺氧）好氧交替運行，不宜絲狀菌增殖繁衍，污泥膨脹可能性極小；③無須
投葯和外加碳源，運行費用低；

缺點：

①沉澱池污泥停留時間不宜太短；

②脫氮除磷效果不是很好。

4.
論述
A/O
工藝分別用於脫氮和除磷的過程及特點。