水处理生物膜法的原理及优点

1. 生物膜法的基本原理是什么

生物膜法和活性污泥法一样，都是利用微生物来去除废水中有机物的方法，为生物膜提供附着生长固定表面的材料称为填料，是影响生物膜法的发展和性能的重要因素。
生物膜法的基本原理
1.生物膜的形成及特点
生物膜法是通过附着在载体或介质表面上的细菌等微生物生长繁殖，形成膜状活性生物污泥生物膜，利用生物膜降解污水中的有机物的生物处理方法。生物膜中的微生物以污水中的有机污染物为营养物质，在新陈代谢过程中将有机物降解，同时微生物自身也得到增殖。
随着微生物的不断繁殖增长，以及废水中悬浮物和微生物的不断沉积，使生物膜的厚度不断增加，其结果是使生物膜的结构发生变化。
在生物处理过程中，生物膜总是在不断地生长、更新和脱落的，造成生物膜不断脱落的原因有：水力冲刷、由于膜增厚造成重的增大、原生动物的松动、厌氧层和介质的粘结力较弱等。
生物膜法适用于中小规模污水生物处理，污水处理系统可以独立建立，也可以与其他污水处理工艺组合应用。污水进行生物膜法处理前，宜经沉淀处理，当进水水质或水量波动大时，应设置调节池。
生物膜的结构及其净化废水的机理
生物膜是蓬松的絮状结构，微孔多，表面积大，具有很强的吸附能力。生物膜微生物以吸附和沉积于膜上的有机物为营养物质，将一部分物质转化为细胞物质，进行繁殖生长，成为生物膜中新的活性物质，另一部分物质转化为排泄物，在转化过程中放出能量，供应微生物生长的需要。增殖的生物膜脱落后进入废水，在二次沉淀池中被截留下来，成为污泥。如果有机物负荷比较高，生物膜对吸附的有机物来不及氧化分解时，能形成不稳定的污泥，这类污泥需要进行再处理。
由于生物膜法中的微生物以附着的状态存在，所以泥龄长，使生物膜中既有世代时间短、比增长速率大的微生物，双有世代时间长、比增长速率小的微生物，这使生物膜法中参与代谢的微生物种类多于活性污泥法。 生物膜法的主要特征
与活性污泥法相比，生物膜法具有以下特征：
⑴生物相特征：
①参与净化反应微生物多样化
②生物的食物链长
③能够存活世代时间较长的微生物
④分段运行与优占种属
⑵工艺特征
①抗冲击负荷能力强
②污泥沉降性能良好，宜于固液分离
③能够处理低浓度的废水
④运行简单、节能，易于维护管理，动力费用低
⑤产生的污泥量少
⑥在低水温条件下，也能保持一定的净化功能
⑦具有较好的硝化与脱氮功能

2. 生物膜法作用机理是什么

生物膜（）是通过附着而固定于特定载体上的结构复杂的微生物共生体。相对于活性污泥来说，在单位体积生物膜中所含的微生物数量更高、比表面积更大。生物膜比活性污泥具有更强的吸附能力和降解能力，可以吸附和降解污水中的各种污染物，具有速度快、效率高的特点。在使用生物膜法处理污水时，要求在处理系统的构筑物中装填一定数量的填料，这些填料一方面可以扩大处理系统的比表面积，另一方面为微生物提供附着固定的载体。生物膜处理系统的性能、效率取决于其中微生物活性的高低和所装填料的多少及其比表面积。一般来说，生物膜法较多应用于特殊行业的废水处理中，如印染废水等。

根据生物膜法处理系统中所用的填料的不同，生物膜法又可以分为以下几种类型：

滴滤系统（Trickling filter system）

该系统是一种简单且相对便宜的膜式好氧处理装置。在该处理系统中，通过转动的栅栏喷淋装置将污水均匀分布于多孔处理床（例如由石子等铺成）上。在多孔处理床上可生长多种微生物群落和原生动物。当污水缓慢地流过处理床时，微生物就吸收并降解了其中的有机成分，使得污水得到处理。在这样的处理系统中，天然形成了食物链，微生物利用有机物生长繁殖，原生动物等以微生物为食，从而维持在一个动态平衡中。如果污水中的营养（BOD）过高，就会导致微生物的过量生长繁殖从而引起多孔处理床的堵塞，这样便会降低处理效果。

旋转生物接触氧化系统（Rotating Biological Contactor，RBC）或生物转盘

在这样的处理系统中，一系列圆盘结构装置部分浸没于污水中，部分在空气中并不断地旋转，这样便保持了良好的通气效果及与污水的接触，从而在圆盘上形成了“生物膜”。这样的“生物膜”是由各种微生物、原生动物等构成的微生物群落。在扫描电镜下，典型的生物转盘的“生物膜”有两层结构，外层主要由丝状菌等好氧微生物组成，内层由包括脱硫弧菌在内的厌氧微生物构成。因此这样的“生物膜”具有去除BOD及无机物（主要是硫酸盐）的功能。生物转盘处理系统与滴滤系统相比，具有占地少、效率高、运行稳定等优点，但其前期投资较大。这种系统已经成功地用于处理城市污水和各种工业废水。

流化床反应器（Fluidized Bed Reactor，FBR）

由于污水的泵入或曝气（空气或氧气）作用，流化床反应器中的载体物质（浮石、砂子、塑料等）会在反应器中不断流动，因而得名。在这种系统中，由下向上进入的废水的流速或曝气的程度被控制在足以使载体流动不互相接触，但又不能破坏“生物膜”结构的程度。该系统的最大优点是载体的比表面积被充分利用，但能耗较高，运行成本也相对较高。该系统可用于BOD的去除，也可以用于废水中硝酸盐的处理。

3. 污水处理生物膜法的优缺点

污水处理生物膜法也是城市污水二级生物处理的一种常用方法，具有以下优点：

一是生物膜对污水水质、水量的变化有较强的适应性，管理方便，不会发生污泥膨胀。

二是微生物固着在载体表面、世代时间较长的微生物也能增殖，生物相对更为丰富、稳定，产生的剩余污泥少。三是能够处理低浓度的污水。

污水处理生物膜法的不足之处在于生物膜载体增加了系统的投资；载体材料的比表面积小，反应装置容积有限、空间效率低，在处理城市污水时处理效率比活性污泥法低；附着于固体表面的微生物量较难控制，操作伸缩性差；靠自然通风供氧，不如活性污泥供氧充足，容易产生厌氧。

4. 生物膜法处理废水工艺原理

通过微生物的代谢作用，使废水中呈溶液、胶体以及微细悬浮状态的有机专污染物，转化为稳定、属无害的物质的废水处理法。根据作用微生物的不同，生物处理法又可分为需氧生物处理和厌氧生物处理两种类型。 废水生物处理广泛使用的是需氧生物处理法，按传统，需氧生物处理法又分为活性污泥法和生物膜法两类。活性污泥法本身就是一种处理单元，它有多种运行方式。属于生物膜法的处理设备有生物滤池、生物转盘、生物接触氧化池以及最近发展起来的生物流化床等。生物氧化塘法又称自然生物处理法。 厌氧生物处理法，又名生物还原处理法，主要用于处理高浓度有机废水和污泥。使用的处理设备主要为消化池。 废水中的污染物是多种多样的，不可能指望用一种处理单元就把所有的污染物去尽，往往需要通过由几种方法和几个处理单元组成的处理系统处理后，才能达到要求。

5. 生物膜法的特点

1、微生物主要固着在填料表面，微生物量比活性污泥法要高得多，因此对污水水质水量的变化引起的冲击负荷适应能力较强。
2、单位容器反应器内的微生物量可以高达活性污泥法的5~20倍，因此处理能力大，一般也不用再建造污泥回流系统。
3、生物膜中存在较高级营养水平的原生动物和后生动物，食物链较长，特别是生物膜较厚时，底部厌氧菌能降解好氧过程中合成的污泥，因而剩余污泥量产生的也少。
4、由于微生物固着于填料表面，生物固体停留时间SRT与水力停留时间HRT无关，因此为增殖速度较慢的微生物提供了生长繁殖的可能性。
5、生物滤池、转盘等生物膜法采用自然通风供氧，装置不会出现泡沫，管理简单，运行费用较低，操作条件稳定性较好。
6、和活性污泥法相比，除了镜检法以外，对生物膜中微生物的数量、活性等指标其它检测方式较少，而活性污泥法可以通过测定污泥沉降比、SVI、污泥浓度等多种方法对微生物的活性进行检测。
7、和普通活性污泥法相比，处理效率去除较低，这可能是他和污水的接触时间有关系。但是作为预处理和高浓度厌氧处理（UASB）是相当不错的。

6. 简述生物膜的构造及其净化废水的原理。

生物膜法是利用附着生长于某些固体物表面的微生物（即生物膜）进行有机污水处理的方法。生物膜是由高度密集的好氧菌、厌氧菌、兼性菌、真菌、原生动物以及藻类等组成的生态系统，其附着的固体介质称为滤料或载体。生物膜自滤料向外可分为庆气层、好气层、附着水层、运动水层。生物膜法的原理是，生物膜首先吸附附着水层有机物，由好气层的好气菌将其分解，再进入厌气层进行厌气分解，流动水层则将老化的生物膜冲掉以生长新的生物膜，如此往复以达到净化污水的目的。
废水中微生物沿固体（可称载体）表面生长的生物处理方法的统称。因微生物群体沿固体表面生长成粘膜状，故名。废水和生物膜接触时，污染物从水中转移到膜上，从而得到处理。其基本机理见水的生物处理法。
生物膜法的典型流程 流程（图1）中的生物器可以是生物滤池、生物转盘、曝气生物滤池或厌氧生物滤池。前三种用于需氧生物处理过程，后一种用于厌氧过程。最早出现的生物膜法生物器是间歇砂滤池和接触滤池（满盛碎块的水池）。它们的运行都是间歇的，过滤-休闲或充水-接触-放水-休闲，构成一个工作周期。它们是污水灌溉的发展，是以土壤自净现象为基础的。接着就出现了连续运行的生物滤池。新型塑料问世后，又有了新的发展。
生物滤池
生物膜法中最常用的一种生物器。使用的生物载体是小块料(如碎石块、塑料填料)或塑料型块，堆放或叠放成滤床，故常称滤料。与水处理中的一般滤池不同,生物滤池的滤床暴露在空气中,废水洒到滤床上。布水器有多种形式,有固定式的,有移动式的。回转式布水器使用最广。它以两根或多根对称布置的水平穿孔管为主体,能绕池心旋转。穿孔管贴近滤床表面,水从孔中流出。布水器的工作是连续的，但对局部床面的施水是间歇的，这承继了污水灌溉间歇灌水的概念。滤床的下面有用砖或特制陶块、混凝土块铺成的集水层。再下面是池底。集水层和池外相通,既排水又通风。工作时,废水沿载体表面从上向下流过滤床，和生长在载体表面上的大量微生物和附着水密切接触进行物质交换。污染物进入生物膜,代谢产物进入水流。出水并带有剥落的生物膜碎屑，需用沉淀池分离。生物膜所需要的溶解氧直接或通过水流从空气中取得。在普通生物滤池中，生物粘膜层较厚，贴近载体的部分常处在无氧状态。生物膜法滤床的深度和滤率、滤料有关。碎石滤床的深度在一个相当长的时间内大多采用1.8～2米左右。深度如果提高,滤床表层容易堵塞积水。滤率在1～4米3/(米2·日)左右,如果提高,床面也容易积水。首先突破的是滤率的提高。水力负荷率(即滤率)提高到8～10米3/(米2·日)以上时，水流的冲刷作用使生物膜不致堵塞滤床，而且有机物（用BOD5衡量）负荷率,可从0.2公斤/(米3·日)左右提高到1公斤／（米3·日）以上。为了满足水力负荷率的要求,来水常用回流稀释。为了稳定处理效率,可采用两级串联。这种流程革新、负荷率提高、构造不变的生物滤池称高负荷率生物滤池。继而发现，滤床深度从2米左右提高到8米以上时，通风改善，即使水力负荷率提高，滤床也不再堵塞，滤池工作良好，同时有机物负荷率也可以提高到1公斤／（米3·日）左右。因为这种滤池的平面直径一般为池高的1/6～1/8左右，外形像塔，故称塔式滤池。自塑料型块问世后，通风、堵塞等不再成为问题，滤床深度和滤率可根据需要进行设计。
生物转盘
是随着塑料的普及而出现的。数十片、近百片塑料或玻璃钢圆盘用轴贯串，平放在一个断面呈半圆形的条形槽的槽面上。盘径一般不超过4米,槽径约大几厘米。有电动机和减速装置转动盘轴，转速1.5～3转/分左右，决定于盘径，盘的周边线速度在15米/分左右。
废水从槽的一端流向另一端。盘轴高出水面，盘面约40％浸在水中,约60％暴露在空气中。盘轴转动时,盘面交替与废水和空气接触。盘面为微生物生长形成的膜状物所覆盖，生物膜交替地与废水和空气充分接触，不断地取得污染物和氧气，净化废水。膜和盘面之间因转动而产生切应力，随着膜的厚度的增加而增大，到一定程度，膜从盘面脱落，随水流走。
同生物滤池相比，生物转盘法中废水和生物膜的接触时间比较长。而且有一定的可控性。水槽常分段，转盘常分组，既可防止短流，又有助于负荷率和出水水质的提高，因负荷率是逐级下降的。生物转盘如果产生臭味，可以加盖。生物转盘一般用于水量不大时。
曝气生物滤池
设置了塑料型块的曝气池。按其过程也称生物接触氧化法。它的工作类似活性污泥法中的曝气池，但是不要回流污泥，曝气方法也不能沿用，一般采用全池气泡曝气,池中生物量远高于活性污泥法,故曝气时间可以缩短。运行较稳定，不会出现污泥膨胀问题。也有采用粒料（如砂子、活性炭）的。这时水流向上，滤床膨胀、不会堵塞。因为表面积高,生物量多,接触又充分，曝气时间可缩短，处理效率可提高，尚处在研究阶段。
厌氧生物滤池
构造和曝气生物滤池雷同，只是不要曝气系统。因生物量高，和污泥消化池相比，处理时间可以大大缩短（污泥消化池的停留时间一般在10天以上），处理城市污水等浓度较低的废水时有可能采用。

7. 生物膜法净水的机理是什么

生物膜（Biofilm）是通过附着而固定于特定载体上的结构复杂的微生物共生体。相对于活性污泥来说，在单位体积生物膜中所含的微生物数量更高、比表面积更大。生物膜比活性污泥具有更强的吸附能力和降解能力，可以吸附和降解污水中的各种污染物，具有速度快、效率高的特点。在使用生物膜法处理污水时，要求在处理系统的构筑物中装填一定数量的填料，这些填料一方面可以扩大处理系统的比表面积，另一方面为微生物提供附着固定的载体。生物膜处理系统的性能、效率取决于其中微生物活性的高低和所装填料的多少及其比表面积。一般来说，生物膜法较多应用于特殊行业的废水处理中，如印染废水等。

根据生物膜法处理系统中所用的填料的不同，生物膜法又可以分为以下几种类型：

滴滤系统（Trickling filter system）

该系统是一种简单且相对便宜的膜式好氧处理装置。在该处理系统中，通过转动的栅栏喷淋装置将污水均匀分布于多孔处理床（例如由石子等铺成）上。在多孔处理床上可生长多种微生物群落和原生动物。当污水缓慢地流过处理床时，微生物就吸收并降解了其中的有机成分，使得污水得到处理。在这样的处理系统中，天然形成了食物链，微生物利用有机物生长繁殖，原生动物等以微生物为食，从而维持在一个动态平衡中。如果污水中的营养（BOD）过高，就会导致微生物的过量生长繁殖从而引起多孔处理床的堵塞，这样便会降低处理效果。

旋转生物接触氧化系统（Rotating Biological Contactor，RBC）或生物转盘

在这样的处理系统中，一系列圆盘结构装置部分浸没于污水中，部分在空气中并不断地旋转，这样便保持了良好的通气效果及与污水的接触，从而在圆盘上形成了“生物膜”。这样的“生物膜”是由各种微生物、原生动物等构成的微生物群落。在扫描电镜下，典型的生物转盘的“生物膜”有两层结构，外层主要由丝状菌等好氧微生物组成，内层由包括脱硫弧菌在内的厌氧微生物构成。因此这样的“生物膜”具有去除BOD及无机物（主要是硫酸盐）的功能。生物转盘处理系统与滴滤系统相比，具有占地少、效率高、运行稳定等优点，但其前期投资较大。这种系统已经成功地用于处理城市污水和各种工业废水。

流化床反应器（Fluidized Bed Reactor，FBR）

由于污水的泵入或曝气（空气或氧气）作用，流化床反应器中的载体物质（浮石、砂子、塑料等）会在反应器中不断流动，因而得名。在这种系统中，由下向上进入的废水的流速或曝气的程度被控制在足以使载体流动不互相接触，但又不能破坏“生物膜”结构的程度。该系统的最大优点是载体的比表面积被充分利用，但能耗较高，运行成本也相对较高。该系统可用于BOD的去除，也可以用于废水中硝酸盐的处理。

8. 生物膜法污水处理工艺的优势有哪些

污水处理生物膜法也是城市污水二级生物处理的一种常用方法，具有以下优点专：
一是生物膜对污属水水质、水量的变化有较强的适应性，管理方便，不会发生污泥膨胀。
二是微生物固着在载体表面、世代时间较长的微生物也能增殖，生物相对更为丰富、稳定，产生的剩余污泥少。三是能够处理低浓度的污水。
污水处理生物膜法的不足之处在于生物膜载体增加了系统的投资；载体材料的比表面积小，反应装置容积有限、空间效率低，在处理城市污水时处理效率比活性污泥法低；附着于固体表面的微生物量较难控制，操作伸缩性差；靠自然通风供氧，不如活性污泥供氧充足，容易产生厌氧。

9. 简述生物膜法净化废水的原理，生物膜法的处理系统有哪些

生物膜法和活性污泥法一样，都是利用微生物来去除废水中有机物的方法，为生物膜提供附着生长固定表面的材料称为填料，是影响生物膜法的发展和性能的重要因素。

生物膜法的基本原理

1.生物膜的形成及特点

生物膜法是通过附着在载体或介质表面上的细菌等微生物生长繁殖，形成膜状活性生物污泥生物膜，利用生物膜降解污水中的有机物的生物处理方法。生物膜中的微生物以污水中的有机污染物为营养物质，在新陈代谢过程中将有机物降解，同时微生物自身也得到增殖。

随着微生物的不断繁殖增长，以及废水中悬浮物和微生物的不断沉积，使生物膜的厚度不断增加，其结果是使生物膜的结构发生变化。
在生物处理过程中，生物膜总是在不断地生长、更新和脱落的，造成生物膜不断脱落的原因有：水力冲刷、由于膜增厚造成重的增大、原生动物的松动、厌氧层和介质的粘结力较弱等。

生物膜法适用于中小规模污水生物处理，污水处理系统可以独立建立，也可以与其他污水处理工艺组合应用。污水进行生物膜法处理前，宜经沉淀处理，当进水水质或水量波动大时，应设置调节池。

生物膜的结构及其净化废水的机理

生物膜是蓬松的絮状结构，微孔多，表面积大，具有很强的吸附能力。生物膜微生物以吸附和沉积于膜上的有机物为营养物质，将一部分物质转化为细胞物质，进行繁殖生长，成为生物膜中新的活性物质，另一部分物质转化为排泄物，在转化过程中放出能量，供应微生物生长的需要。增殖的生物膜脱落后进入废水，在二次沉淀池中被截留下来，成为污泥。如果有机物负荷比较高，生物膜对吸附的有机物来不及氧化分解时，能形成不稳定的污泥，这类污泥需要进行再处理。

由于生物膜法中的微生物以附着的状态存在，所以泥龄长，使生物膜中既有世代时间短、比增长速率大的微生物，双有世代时间长、比增长速率小的微生物，这使生物膜法中参与代谢的微生物种类多于活性污泥法。
生物膜法的主要特征

与活性污泥法相比，生物膜法具有以下特征：

⑴生物相特征：

①参与净化反应微生物多样化

②生物的食物链长

③能够存活世代时间较长的微生物

④分段运行与优占种属

⑵工艺特征

①抗冲击负荷能力强

②污泥沉降性能良好，宜于固液分离

③能够处理低浓度的废水

④运行简单、节能，易于维护管理，动力费用低

⑤产生的污泥量少

⑥在低水温条件下，也能保持一定的净化功能

⑦具有较好的硝化与脱氮功能

10. 与活性污泥法相比，生物膜法的优点和缺点有哪些

可生化性和后续好氧处理工艺的处理效果。

④厌氧过程和好氧过程的串联配合使用，可以起到脱氮除磷的作用。

⑤对营养物的需求量小。
一般认为，
好氧处理氮和磷的需求量为
BOD
：
N
：
P=100
：
5
：
1
，
而厌氧处理为
（
350-500
）
：
5
：
1
。
有机废水一般已含有一定量的氮和磷及多种微量元素，
因此厌氧处理可以不添加或少添加营养盐。

⑦耐冲击负荷能力强。厌氧处理污泥浓度高，能承受较大的浓度变化和水质变化。

⑧规模灵活。厌氧处理系统规模灵活，可大可小，设备简单，易于制作。

（
2
）厌氧生物处理与好氧生物处理相比，缺点如下：

①厌氧方法虽然负荷高、去除有机物的绝对量与进液浓度高，但其出水
COD
高于好氧
处理，原则上仍需要后处理才能达到较高的排水标准。

②厌氧微生物对有毒物质较为敏感，因此，对于有毒废水性质了解的不足或操作不当
在严重时可能导致反应器运行条件的恶化。

③厌氧反应器初次启动过程缓慢，一般需要
8-12
周时间。

3.
图示
A2/O
法同步脱氮除磷工艺流程，并简述各部分作用。

答：工艺流程

厌氧反应器：除磷菌在这里完成释放磷和摄取有机物。

缺氧反应器：本段主要功能是脱氮，硝态氮是通过内循环由好氧池送来的，循环的混合液
较大，一般为
2
倍的进水量。

好氧反应器：混合液由缺氧反应器进入好氧反应器
—
曝气池，这一反应器是多功能的，去

除
BOD
，硝化和吸收磷等反应都在这里进行

沉淀池：进行泥水分离，上清液作为处理水排放，沉淀污泥的一部分回流厌氧池，另一部
分作为剩余污泥排放。

A2/O
优缺点

优点：

①流程简单，总停留时间较短；

②厌氧（缺氧）好氧交替运行，不宜丝状菌增殖繁衍，污泥膨胀可能性极小；③无须
投药和外加碳源，运行费用低；

缺点：

①沉淀池污泥停留时间不宜太短；

②脱氮除磷效果不是很好。

4.
论述
A/O
工艺分别用于脱氮和除磷的过程及特点。