生物膜法（一）

3.3 生物膜法 

3.3.1 生物膜法的基本原理是什么？ 

生物膜法是利用附着生长于固体表面的生物膜的吸附和氧化作用，去除污水中溶解性或胶体有机物。所谓生物膜是一种由生物群体组成的黏状物，具有纤维状缠绕结构和很强的吸附性能。在生物 膜的表面和内部生长繁殖着大量的细菌、真菌、藻类、原生动物和后生动物。在有氧的条件下，当污水与生物膜接触时，形成有机物-细菌-原生动物-后生动物的食物链。 生物膜中的微生物吸收分解水中的有机物，同时微生物本身也得到增殖，生物膜随之增厚。当生物 膜增长到一定厚度时，向生物膜内部扩散氧的能力受到限制，生物膜内部则因缺氧而呈厌氧状态。 生物膜自内向外分为厌氧层、好氧层、附着水层和流动水层。生物膜首先吸附附着水层中的有机物，由好氧层的好氧菌将其分解，然后再进入厌氧层进行厌氧分解。随着厌氧代谢产物的增多，导 致厌氧膜与好氧膜之间的平衡被破坏，气态产物的不断逸出，减弱了生物膜在填料表面上的附着能 力，成为老化生物膜，流动水层则将老化的生物膜冲刷掉。随着老化生物膜的脱落，新的生物膜又会生长起来，如此周而复始以达到净化污水的目的。 

3.3.2 生物膜中的生物组成有哪些？ 

生物膜上的生物相是由细菌、真菌、藻类、原生动物、后生动物以及其他肉眼可见的生物所组成 的。细菌和真菌是对有机物降解起主要作用的生物，真菌对某些人工合成的有机物有一定的降解能 力，丝状菌也有较强的降解有机物的能力。与活性污泥法不同，生物膜中增殖的丝状菌，并不会产生任何不良的影响。生物膜的表层多为异养菌，而深层多为自养菌。微型生物是指栖息在生物膜表 面上的原生动物和后生动物，当其工作正常即降解功能良好时，占优势的原生动物多为钟虫等附着 型纤毛虫，在生物滤池内经常出现的后生动物是线虫。 

3.3.3 生物膜的生长过程需要经历几个阶段？ 

生物膜在固体填料表面附着后，微生物便开始通过代谢环境所提供的有机物进行增长繁殖，一般认为生物膜的增长过程由六个阶段组成。 

（1）潜伏期  也称为适应期，是指系统开始运行时，微生物逐渐适应周围的环境，并在填料表面逐渐形成小且分散的微生物菌落。 

（2）对数期  潜伏期形成的分散菌落开始迅速增长，并逐渐包裹整个填料载体表面。由于这时的有 机物、氧及其他营养物的供给超过了微生物消耗的需要，微生物以极大速率在填料表面增殖，生物 量显著增加。生物膜内的多聚糖及蛋白质产率加大，生物膜去除有机物的能力趋于最大，出水有机物浓度基本达到稳定值。 

（3）线性增长期  对数期结束以后，生物膜在填料载体表面继续增加，进入线性增长阶段。此时，生物膜在填料载体表面以恒速率增长，出水中的有机物浓度不再随生物量的增长而显著变化，好氧速率也基本保持不变。说明此阶段新增生物量中活性物质所占的比例非常小，生物量的增加并没有使有机物的去除率提高。

（4）减速增长期  生物膜的增长速率逐渐减慢，生物膜在某一质量和厚度上达到稳定的过渡期。这 时生物膜对水流的剪切作用十分敏感，限制了新生微生物在生物膜内的进一步积累，生物膜的增长 开始与水流的剪切作用形成动态平衡，生物膜系统运行接近稳态状况。

（5）稳定期  生物膜中新生的生物量与脱落的生物量达到平衡，生物膜相与液相达到稳定状态。在生物膜系统运行中，维持生物膜的稳定期是生化过程稳定的必要保证。生物膜稳定期的长短与有机物浓度、剪切力等密切相关，在高浓度、高剪切力的情况下，稳定期存在的时间很短，甚至基本不存在。

（6）脱落期  随着生物膜的成熟，部分老的生物膜开始脱落。影响生物膜脱落的原因很多，生物膜内部细菌的自身氧化、内部厌氧层过厚、水流剪切力的变化、进水中抑制物或毒物的增加均可引起生物膜的脱落。 

3.3.4 生物膜填料有哪些种类？ 

生物膜法中使用的填料大体可分为硬性填料、软性填料、组合填料和悬浮填料等。 

（1）硬性填料  硬性填料包括由玻璃钢、塑料等材料制成的蜂窝填料、波纹板状填料、鲍尔环、多面空心球等。常用的蜂窝填料一般由超薄型玻璃钢或塑料片制成，孔型为正六边形或偏六边形，孔径大约在40～100mm之间。蜂窝填料具有节省材料、比表面积较大、重量轻、纵向强度大、表面光滑无死角、衰老生物膜易于脱落等特点。但是，蜂窝填料的管内流速难以均匀，影响传质；填料横向不流通，布气不够均匀。 

（2）软性填料  软性填料用维纶长丝为原料，由中心绳和软性纤维束组成。软性填料具有表面积 大、挂膜速度快、生物膜附着力强、具有较高的耐冲击负荷能力、出水稳定等优点。半软性填料是由变性聚乙烯制成的一种既有一定刚性又有一定柔性的填料，半软性填料具有的特殊结构，使流体经过填料时可产生明显的湍流，传质效率较高，生物膜容易更新和脱落。 

（3）组合填料  组合填料是在软性填料和半软性填料的基础上发展而成，它兼有两者的优点。其结构是将软性纤维或涤纶丝均匀分布在圆环的外圈上，内圈为冰花状塑料枝条，既能挂膜，又能有效切割气泡，提高氧的转移速率和利用率。中心绳用塑料管定位贯穿每个圆环之间，保持一定的间距及承受挂膜后的重量。 

（4）悬浮填料  悬浮填料多选用活性炭、焦炭或多面空心球等固体物质。低密度悬浮填料的应用更为广泛。这种填料多采用聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯等材料制成，密度基本接近于水，挂膜后在正常曝气强度下容易达到流化状态，动力消耗较少。填料在流化过程中固、液、气三相充分混合，增大了传质面积，提高了传质效率。此类填料的形状多为立体多面空心状，特点是空隙率大、比表面积较大、附着在填料表面及内部生长的微生物数量大且种类多、填料可直接投加无需支架、老化的生物膜易于靠水力冲刷及曝气搅动自动脱落。 

（5）酶促生物填料  这种填料是在制作过程中加入能够刺激微生物生长的酶，使微生物能够快速在填料表面生长，也称为微生物固定化技术。微生物固定化技术是通过化学手段将酶加以固定，使之不溶于水但仍具有生物活性。采用固定化微生物后，微生物浓度可得到提高且流失少，可保持生物膜中高活性和高浓度的微生物，增殖速度缓慢的微生物也能得到充分利用。