生物膜法净化污水机理及其工艺特点探析

蒙晓斌

（神华宁夏煤业集团有限责任公司 宁夏 银川 750011）

0 引言

长期以来，生活污水的二级生物处理多采用活性污泥法，包括普通活性污泥法及其变形工艺、氧化沟工艺、延时曝气的SBR法及其变形工艺以及A-B法等工艺。虽然这些都是较成熟的污水处理工艺，但普遍存在着占地面积大、基建投资高、工艺设备处理效能低、能耗高，运行费用高、管理不便等问题。

1 生物膜法净化污水机理

污水中有机污染物质种类繁多，成分复杂。但对于生活污水来说，其有机成分归纳起来主要包括:蛋白质（40%-60%）、碳水化合物（25%-50%）和油脂（10%），此外还含有一定量的尿素。生物膜法依靠固定于载体表面上的微生物膜来降解有机物，由于微生物细胞几乎能在水环境中的任何适宜的载体表面牢固地附着、生长和繁殖，由细胞内向外伸展的胞外多聚物使微生物细胞形成纤维状的缠结结构，因此生物膜通常具有孔状结构，并具有很强的吸附性能。

生物膜附着在载体的表面，是高度亲水的物质，在污水不断流动的条件下，其外侧总是存在着一层附着水层。生物膜又是微生物高度密集的物质，在膜的表面上和一定深度的内部生长繁殖着大量的微生物及微型动物，并形成由有机污染物→细菌→原生动物（后生动物）组成的食物链。污水在流过载体表面时，污水中的有机污染物被生物膜中的微生物吸附，并通过氧向生物膜内部扩散，在膜中发生生物氧化等作用，从而完成对有机物的降解。生物膜表层生长的是好氧和兼氧微生物，而在生物膜的内层微生物则往往处于厌氧状态，当生物膜逐渐增厚，厌氧层的厚度超过好氧层时，会导致生物膜的脱落，而新的生物膜又会在载体表面重新生成，通过生物膜的周期更新，以维持生物膜反应器的正常运行。

生物膜法通过将微生物细胞固定于反应器内的载体上，实现了微生物停留时间和水力停留时间的分离，载体填料的存在，对水流起到强制紊动的作用，同时可促进水中污染物质与微生物细胞的充分接触，从实质上强化了传质过程。生物膜法克服了活性污泥法中易出现的污泥膨胀和污泥上浮等问题，在许多情况下不仅能代替活性污泥法用于城市污水的二级生物处理，而且还具有运行稳定、抗冲击负荷强、更为经济节能、具有一定的硝化反硝化功能、可实现封闭运转防止臭味等优点。

2 新型好氧生物膜法处理技术——曝气生物滤池（BAF）

曝气生物滤池的基本原理在于，在一级强化的基础上，以颗粒状填料及其附着生长的生物膜为主要处理介质，充分发挥生物吸附代谢、物理截留及反应器食物链的分级捕食作用，实现污染物在同一单元反应器内的去除。曝气生物滤池在开发过程中，充分借鉴了生物接触氧化反应器和深床过滤的设计原理，省却了二沉池。反应器内存在着不同的好氧、缺氧区域，可同步实现硝化和反硝化，在去除有机物的同时达到脱氮的目的。

曝气生物滤池的工艺形式在进水方式、填料选择和使用功能上各有不同，即上向流曝气生物滤池和下向流生物滤池；悬浮填料曝气生物滤池和淹没填料曝气生物滤池；去碳曝气生物滤池、硝化生物滤池和反硝化生物滤池等。目前在工程中使用的形式分为四大类:即BIOCARBONE、BIOFOR、BIFSTRY和BIOPUR。其中BIOPUR的形式与BIOFOR基本相同，只是BIOPUR的填料根据不同水质采用波纹板、陶粒或石英砂，以取得不同的处理效果。

1）BIOCARBONE。BIOCARBONE采用下向流形式，污水从滤池上部流入，在滤池中下部设曝气管 （一般距底部25-40cm处）进行曝气，气水处于逆流。曝气管上部起生物降解作用，下部主要起截留SS及脱落的生物膜的作用。在反应器中，有机物被微生物氧化分解，氨氮被氧化成硝氮，另外由于在生物膜内部存在厌氧/兼氧微环境，在硝化的同时可实现部分反硝化。

2）BIOFOR。BIOFOR采用上向流形式，截留在底部的SS可在气泡的上升过程中被带入滤池中上部，加大填料的纳污率，延长了反冲洗周期。国内设计单位采用此工艺处理生活污水及工业废水的混合水，处理水量为1500m3/d，其中生活污水900m3/d、工业废水600m3/d，从实际运行结果看，当曝气生物滤池BOD5容积负荷在5-6kg/m3.d时，出水COD平均保持在60mg/L以下。

3）BIOSTYR。BIOSTYR和BIOFOR不同的是采用密度小于水的滤料，一般为聚苯乙烯小球。运行时采用上向流，在滤池顶部设格网或滤板以阻止滤料流出，正常运行时滤料呈压实状态，反冲时采用气水联合反冲，反冲水采用下向流以冲散被压实的滤料小球，反冲出水从滤池底部流出。BIOSTYR曝气生物滤池的特点是处理方式非常灵活，可根据曝气位置的不同可以控制硝化反应和反硝化反应的程度，也可以单独进行硝化反应。具有硝化和反硝化功能的BIOSTYR生物滤池，其曝气管位于滤床中的经过计算的位置，将滤床分隔为厌氧区和好氧区，对有机物、固体悬浮物、氨氮和硝酸盐氮等有很好的去除效果。BIOSTYR中随着过滤的进行，其水头损失的增长与BIOCARBONE有所不同，其水头损失的增长与运行时间成正比，由于BIOSTRY中没有形成表面堵塞层，因此其运行周期较BIOCARBONE工艺要长。

3 曝气生物滤池存在的主要问题

曝气生物滤池在实际应用中主要存在以下问题:

3.1 曝气生物滤池对进水的悬浮物要求较高，根据国外的运行经验，进水的SS一般不超过10omg/L，最好控制在60mg/L以下。这样就对曝气生物滤池前的预处理工艺提出了较高的要求。

3.2 采用曝气生物滤池水头损失较大，而且由于停留时间较短，消化不充分，产泥量较大，且含有较多的脱落生物膜碎片，污泥稳定性稍差，进一步处理困难。

3.3 曝气生物滤池生物除磷的作用有限，因此一般需要采用化学除磷。

3.4 对于需要进行脱氮的污水，如果单独采用曝气生物滤池工艺，在进水碳源充足的情况下，可选择上向流的BIOFOR和BIOSTYR工艺前置脱氮，这样既可以缩短流程，同时又可节省投资；但如果进水碳源不足，那么就需要将硝化/反硝化单独进行，考虑后置脱氮，其最为不利的一面是需要外加碳源，运行成本相对较高；另一个问题是如何投加适量的碳源，这需要稳定的进水浓度。同时，出水需要进行曝气用于去除过量的碳，使得运行管理较为复杂，能耗也有所增加。

4 结束语

总之，如何使生活污水处理工艺朝着低能耗、高效率、少剩余污泥产量、最方便的操作管理，以及实现磷回收和再生水回用等可持续的方向发展，已成为目前水处理技术研究和应用领域共同关注的问题。这就要求污水处理不应仅仅满足单一的水质改善，同时也需要一并考虑污水及所含污染物的资源化和能源化问题，且所采用的技术必须以低能耗和少资源损耗为前提。

［1］王凯军，贾立敏.城市污水生物处理新技术开发与应用[M].北京：化学工业出版社，2001.

［2］刘雨.生物膜法污水处理技[M].北京：中国建筑工业出版社，2000.