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好氧生物膜法處理技術

文章出處:未知發表時間:2021-04-30 08:23:29
好氧生物膜法處理技術

       生物膜法又稱固定膜法,是與活性污泥法并列的一種廢水好氧生物處理技術。這種處理技術的實質是使細菌和真菌一類的微生物和原生動物、后生動物一類的微型動物附著在濾料或某些載體上生長繁育,并在其上形成膜狀生物污泥——生物膜。

       與活性污泥法一樣,生物膜法主要去除廢水中溶解性和膠體狀的有機污染物,同時對廢水中的氨氮還具有一定的硝化能力。廢水與生物膜接觸,廢水中的有機污染物作為營養物質,被生物膜上的微生物所攝取,廢水得到凈化,微生物自身也得到繁衍增殖。

      與活性污泥不同的是,生物膜法是使微生物聚集生長在人為設置的填(濾)料上,并形成一定厚度的生物膜,廢水流經生物膜時,生物膜上的微生物攝取廢水中的有機物而生長繁殖,當生物膜老化后自然脫落,并從水分離出來。也就是說,生物膜法是靠微生物的分解代謝分離老化的生物摸兩條途徑使廢水得以凈化的。事實上,生物膜法和活性污泥法是不能完全分開的,采用生物膜法,特別是采用接觸氧化法時,生物膜是去除污染物的主體,但是活性污泥在曝氣池中也存在,活性污泥的作用也對污染物的去除有貢獻。

       因為生物膜法要人為設置填(濾)料,所以使用規模受到限制,一般適用于小型污水處理廠和部分工業廢水處理項目,常用的生物膜法工藝有生物濾池(塔)工藝、生物轉盤工藝、生物接觸氧化法工藝、好氧生物流化床工藝、曝氣生物濾池工藝等。

1、生物膜的形成過程
     
       含有營養物質和接種微生物的廢水與濾料或某種載體流動接觸,在經過一段時間后,微生物會附著在后者的表面增殖和生長而形成一種膜狀污泥,此即為生物膜。

       隨著時間的推移,生物膜的厚度不斷增加,溶解氧不能透入的內部深處將轉變為厭氧狀態,由此出現厭氧膜,生物膜逐漸成熟,其標志是:生物膜沿水流方向的分布,在其上由細菌及各種微生物組成的生態系統以及其對有機物的降解功能都達到了平衡和穩定的狀態。成熟生物膜都是由厭氧膜和好氧膜組成的,好氧膜是有機物降解的主要場所,其厚度一般為2mm。從開始形成到成熟,生物要經歷潛伏和生長兩個階段,一般的城市污水,在20℃左右的條件下大致需要30天的時間。

       隨著厭氧膜中的代謝產物增多,厭氧膜與好氧膜之間的平衡被破壞,氣態產物不斷逸出,減弱了生物膜在填料上的附著能力,使之成為老化生物膜,凈化功能變差,且易于脫落。老化的生物膜脫落,新生的生物膜又會生長起來,新生生物膜的凈化功能較強。

2、生物膜的結構

      
圖:生物濾料上生物膜的構造
   
       生物膜是高度親水的物質,在廢水不斷在其表面更新的條件下,在其外側總是存在著一層附著水層。生物膜又是微生物高度密集的物質,在膜的表面和一定深度的內部生長繁殖著大量的各種類型的微生物和微型動物,并形成有機污染物-細菌-原生動物的食物鏈。生物膜在其形成與成熟后,由于微生物不斷增殖,生物膜的厚度不斷增加,增厚到一定程度后,在氧不能透入的內側深部即將轉變為厭氧狀態,形成厭氧性膜。這樣,生物膜便由好氧和厭氧兩層組成。好氧層的厚度一般為2mm左右,有機物的降解主要在好氧層內進行。

        從上圖可以看出,在生物膜內、外,生物膜與水層之間進行著多種物質的傳遞過程??諝庵械难跞芙庥诹鲃铀畬又?,從那里通過附著水層傳遞給生物膜,供微生物用于呼吸;廢水中的有機污染物則由流動水層傳遞給附著水層,然后進入生物膜,并通過細菌的代謝活動而被降解。這樣就使廢水在其流動過程中逐步得到凈化。微生物的代謝產物如水等則通過附著水層進入流動水層并隨其排走,其CO2及厭氧層的分解產物如H2S、NH3以及CH4等氣態代謝產物則從水層逸出進入空氣中。當厭氧層還不厚時,它與好氧層保持著一定的平衡與穩定關系,好氧層能夠維持正常的凈化功能,但當厭氧層逐漸加厚并達到一定程度后,其代謝產物也逐漸增多,這些產物向外側逸出時,必須要透過好氧層,使好氧層生態系統的穩定狀態遭到破壞,從而失去了兩種膜層之間的平衡關系,又因氣態代謝產物的不斷逸出,減弱了生物膜在濾料(填料)上的固著力,處于這種狀態的生物膜即為老化生物膜,老化生物膜凈化功能較差且易于脫落。生物膜脫落后生成新的生物膜,新生生物膜必須在經過一段時間后才能充分發揮其凈化功能。比較理想的情況是:減緩生物膜的老化進程,不使厭氧層過分增長,加快好氧膜的更新,并且盡量使生物膜不集中脫落。

3、生物膜處理法的主要特征

    與活性污泥法相比,生物膜法具有以下特征:

(1)微生物方面的特征

      Ⅰ、參與凈化反應微生物的多樣化   生物膜處理法的各種工藝都具有適于微生物生長棲息、繁衍的安靜穩定環境,在生物膜上的微生物無需像活性污泥那樣承受強烈的攪拌沖擊,易于生長增殖。生物膜固著在濾料或填料上,其生物固體平均停留時間(污泥齡)較長,因此在生物膜上能夠生長世代時間較長、比增殖速率很小的微生物,如硝化菌等。在生物膜上還可能大量出現絲狀菌,而且沒有污泥膨脹現象。線蟲類、輪蟲類以及寡毛蟲類等微型動物出現的頻率也較高。在生物膜上生長繁殖的生物類型廣泛,種屬繁多,食物鏈長且較為復雜。

       Ⅱ、生物的食物鏈長  在生物膜上生長繁殖的生物中,動物性營養者所占比例較大,微型動物的存活率也高。這就是說,在生物膜上能夠棲息高次營養水平的生物,在捕食性纖毛蟲、輪蟲類、線蟲類之上還棲息著寡毛蟲類和昆蟲,因此,在生物膜上形成的食物鏈要長于活性污泥上的食物鏈。正是這個原因,在生物膜處理系統內產生的污泥量也少于活性污泥處理系統。污泥產量低是生物膜處理法各種工藝的共同特征,并已為大量的實際數據所證實。一般說來,生物膜處理法產生的污泥量較活性污泥處理系統少1/4左右。

        Ⅲ、能夠存在世代時間較長的微生物  硝化菌和亞硝代菌的世代時間都比較長,比增殖速率較小,如亞硝化單胞菌屬、硝化桿菌屬的比增殖速率分別為0.21d-1和1.12d-1。在一般生物固體平均停留時間較短的活性污泥處理系統中,這類細菌是難以存活的。在生物膜處理法中,生物污泥的生物固體平均停留時間與廢水的停留時間無關,硝化菌和亞硝化菌也得以繁衍、增殖。因此生物膜處理法的各項處理工藝都具有一定的硝化功能,采取適當的運行方式還可能具有反硝化脫氮的功能。

      Ⅳ、分段運行與優占種屬   生物膜處理法多分段進行,在正常運行的條件下,每段都繁衍與進入本段污水水質相適應的微生物,并形成優占種屬,這種現象非常有利于微生物新陳代謝功能的充分發揮和有機污染物的降解。

(2)處理工藝方面的特征

     Ⅰ、對水質、水量變化有較強的適應性  生物膜處理法的各種工藝,對流入原廢水水質、水量的變化都具有較強的適應性,這種現象已為多數運行的實際設備所證實,即使有一段時間中斷進水,對生物膜的凈化功能也不會造成致命的影響,通水后能夠較快地得到恢復。

     Ⅱ、污泥沉降性能良好,易于固液分離    由生物膜上脫落下來的生物污泥所含動物成分較多,密度較大,而且污泥顆粒個體較大,沉降性能良好,易于固液分離。但如果生物膜內部形成的厭氧層過厚,則在其脫落后將有大量的非活性的細小懸浮物分散于水中,使處理水的澄清度降低。

      Ⅲ、能夠處理低濃度的廢水  活性污泥處理系統不適宜處理低濃度的廢水,如原廢水中的BOD值長期低于50~60mg/L,將影響活性污泥絮凝體的形成和增長,凈化功能降低,處理水水質較差。但是生物膜處理法對低深度廢水也能夠取得較好的處理效果,運行正??墒笲OD5為20~30mg/L的原永的BOD5值降至5~10mg/L。

      Ⅳ、易于維護運行、節能   與活性污泥法處理系統相比,生物膜處理法的各種工藝都是比較易于維護管理的,而且動力費用較低,去除單位質量BOD的耗電量較小。

       生物膜法處理設備的類型很多,按生物膜與廢水的接觸方式分為填充式和浸漬式兩類。在填充式中,廢水和空氣沿固定的填料或轉動的盤片表面流過,與其上生長的生物膜接觸,典型設備有生物濾池和生物轉盤。在浸漬式中,生物膜載體完全浸沒在水中,通過鼓風曝氣供氧。如載體固定,則稱為接觸氧化法;如載體流化,則稱為流化床。



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