摘要：对生物膜法的结构、主要特征、机理、应用进行了简要介绍，生物膜法是与活性污泥法并列的一种好氧生物处理技术。

关键词：生物膜 废水处理

1. 生物膜中的微生物群落及其功能

1.1 微生物的群落

普通滤池内生物膜的微生物群落有：生物膜生物（菌胶团为主，辅以浮游球衣菌、藻类）、生物膜面生物（固着型纤毛虫、游泳型纤毛虫）及滤池扫除生物（轮虫、线虫）

1.2 微生物群落的功能

生物膜生物起净化和稳定污、废水水质的功能。生物膜面生物起促进滤池净化速度，提高滤池整体的处理效率的功能。滤池扫除生物起去除率池内的污泥、防止污泥聚集和堵塞的功能。

2. 生物膜的构造及其特征

污水与滤料或某种载体流动接触，在经过一段时间后，后者的表面将会为生物膜所覆盖，生物膜逐渐成熟，其标志是：生物膜沿水流方向的分布，在其上由细菌及各种微生物组成的生态系以及其对有机物的降解功能都达到了平衡和稳定的状态。从开始形成到成熟，生物膜要经历潜伏和生长两个阶段，一般城市污水，在20℃左右的条件下大致需要30天左右的时间。生物膜在其形成与成熟后，由于微生物不断增殖，生物膜的厚度不断增加，在增厚到一定程度，在氧不能透入的里侧深部即将转变为厌氧状态，形成厌氧性膜。这样，生物膜便由好氧和厌氧组成。好氧层的厚度一般为2mm左右，有机物的降解主要是在好氧层内进行。

2.1 生物膜的构造

⑴生物转盘（图1[1]）法

① 盘片：

盘片的形状： 外缘：圆形、多角形及圆筒形；

盘面：平板、凹凸板、波形板、蜂窝板、网状

板等以及各种组合。

盘片的厚度与材质：要求质轻、薄、强度高，耐腐蚀，

同时还应易于加工、价格低等；一般厚度为0.5~1.0cm；

常用材料有聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯以及

玻璃钢等。

转盘的直径：一般直径为2.0、2.5、3.0、3.5m等，常用的是3.0m。

盘片间的间距：一般为30mm，高密度型则为10~15mm。

② 接触反应槽：

一般可以用钢板或钢筋混凝土制成，横断面呈半圆形或梯形；

槽内水位一般达到转盘直径的40%，超高为20~30cm；

转盘外缘与槽壁之间的间距一般为20~40cm。

③ 转轴与驱动装置

⑵ 生物接触氧化法（图2[1]）

图 2  生物接触氧化法

2.2 生物膜的特征

⑴ 微生物相方面的特征

① 参与净化反应微生物多样化

② 能够存活世代时间较长的微生物

③ 生物的食物链长

④ 分段运行与占优种属

⑵ 处理工艺方面的特征

① 对水质、水量变动有较强的适应性

② 污泥沉降性能良好，宜于固液分离

③ 能够处理低浓度的污水

④ 易于维护运行、节能

3. 生物膜的净化机理

通过生长在填料（或滤料）表面的生物膜来处理废水。废水在滤料表面流动时，有机物就会从流动水层中转移到附着水层中，进一步被生物所摄取。与此同时空气中的氧气也将通过水层而进入生物膜。生物膜上的微生物在有充足氧的条件下对有机物进行分解，将其转为无机盐和二氧化碳，二氧化碳沿着相反方向从生物膜经过水层排到空气中。

4. 生物膜法在水处理中的应用

4.1 沈阳市皮毛厂污水处理工程

沈阳市皮毛厂位于沈阳市浑河南岸。其下游5km处为李官堡水源地.全厂每月400m3的生产污水直接排入浑河.造成水体严重污染。根据1975年和1976年从总排出口取样分析结果看：

Cr+6 10.98mg/L；COD 7126mg/L；BOD 1026mg/L。

分析结果表明除Cr+6以外是典型的有机污水.远远超过国家工业排放标准数10倍。由于生物转盘与其它生物处理有所区别，而且污水的水质不同，所以必须通过实验来解决，以便提出转盘的负荷量。本项工程采用天津大学与3514厂共同长期实验所得最佳负荷量0. 084m3/m2·d进行计算与设计。[2]

4.2 生物转盘法处理煤矿含铁酸性矿井水基本原理及工艺

生物转盘法是生物膜法的一种，其处理煤矿酸性矿井水的原理：利用生物转盘中废水处于半静止状态，微生物生长在转盘的盘面上，当转盘旋转时，废水被扬起，不停地与空气接触。随着转盘转速的提高，CO2被逸出到空气中，水中溶解氧DO增加，Fe2+氧化速度增大。同时，利用生长在盘面上的微生物——氧化亚铁硫杆菌，在酸性条件下将水中，Fe2+氧化成Fe3+，因而在不受pH值大小影响情况下，达到除铁和除H2CO3的目的。出水再进行中和，可在加入少量中和剂后除去SO4-等酸性离子，使废水得到净化。[3]

4.3 生物膜法技术在给水处理中的运用

用于给水处理中生物预处理工艺主要有：生物过滤反应器、生物滤塔、生物接触氧化反应器、生物转盘反应器、生物流化床以及土地处理系统等。[4]其中以生物过滤反应器中的生物陶粒滤池与生物接触氧化反应器最为常用。前者有一定的机械过滤能力适合处理较低浓度或低温原水，后者则因为填料空隙率大，不易堵塞，适合处理较高浓度的微污染原水。

在臭氧—生物活性炭吸附工艺这一生物膜法处理工艺中，颗粒活性炭是微生物生长的载体。活性炭表面及微孔形成的微生物膜通过生物降解作用，可进一步降解在活性炭表面及微孔富集的有机物，从而降低了活性炭的吸附饱和度，延长了其使用寿命。70年代中期，德国对臭氧—生物活性炭吸附工艺的研究发现，与单纯的活性炭吸附比较，活性炭的再生周期延长4～6倍。[5]其后，欧洲的许多现代化水厂逐步推广使用了臭氧-生物活性炭吸附对微污染水源的深度净化工艺。

在“八五”、“九五”国家科技攻关计划中，“饮用水微污染净化技术”作为专题进行研究，并将取得的重要成果中的生物预处理技术成果成功运用于工程实践。其中位于深圳水库库尾，设计处理规模400万m3/d的广东省东深源水生物硝化工程是国内目前规模最大的采用生物接触氧化法的预处理工程。[6]源水经沉砂区、粗、细隔栅后，进入采用YDT弹性立体填料的生物处理池，水力停留时间55min填料接触时间40min，气水比1:1。自1998年12月试运行以来，通过工艺启动过程的自然接种，培养驯化，使填料挂膜，形成系统的生物硝化能力，并使氨氮去除率和硝酸盐氮生成率趋于稳定。试运行得出的初步结论是：生物接触氧化工艺适合于处理东深微污染源水，对氨氮的处理效果显著。氨氮去除率在75%以上。同时，增加了深圳水库水体的溶解氧，提高了水库的自净能力，改善了东深源水供水水质。[7]

4.4 生活污水处理中生物膜法技术运用

生物膜法水处理技术用在市政污水处理主要有滴滤池(TF)、生物接触转盘(RBC)、淹没式附着生长生物反应器(SAGB)等主要形式。[8]

滴滤池是生物膜法水处理技术在污水处理领域最早运用的形式。早在1889年就进行了砂砾处理废水的试验。19世纪90年代到20世纪初在英国进行了研究。并于20世纪前半叶到20世纪50年代在美国大规模应用。之后人们趋向采用经济型操作性更好的活性污泥法。但是随着新介质、工艺构造以及对生物膜过程的理解增加，导致了滴滤池再次大规模应用。[9]目前滴滤池常与其他的污水处理工艺一起运用于城市污水处理，如滴滤池与活性污泥组合工艺(TF/AS工艺)，滴滤池与活性生物滤池组合工艺(TF/ABF工艺)。[10]瑞典LCKEBY水务集团为马尔摩市政废水处理厂承建了4个大型滴滤池，采用 滴滤池作为硝化反应器和新的脱氮段，包括Kaldnes固定膜技术。并于1999年春季将该处理厂投入运行，至今运行效果良好。

生物接触转盘是生物膜法污水生物处理技术的一种，是污水灌溉和土地处理的人工强化。这种处理法使细菌和菌类的微生物、原生动物一类的微型动物在生物转盘境料载体上生长繁育，形成膜状生物性污泥——生物膜。污水经沉淀池初级处理后与生物膜接触，生物膜上的微生物摄取污水中的有机污染物作为营养，使污水得到净化。当前生物接触转盘工艺开发于20世纪50年代，20世纪60年代第一套生物接触转盘系统在德国运行，目前全世界有大约3000套装置在运行。[9]尽管生物接触转盘工艺出水水质与活性污泥法接近，运行能耗低，平均只有传统活性泥法的一半费用低，但是由于其工程造价高而限制了其使用。

淹没式附着生长生物反应器是一种新一代的生物膜水处理技术，由于该技术趋向将生物载体淹没在流体中，因而叫做淹没式附着生长生物反应器。该工艺主要类型有下流式填充生物反应器(DFPB)、上流式填充生物反应器(UFPB)、流化床生物反应器(FBBR)、悬浮与附着生长组合系统(CSAG)。其中好氧类型的下流式填充生物反应器(DFPB)和上流式填充生物反应器(UFPB)加起来又叫曝气生物滤池(Biological aeratedfilter)，简称BAF，是近年来国际上兴起的污水处理新技术，发展极为迅速。[11][12]广泛应用于城市污水、小区生活污水、生活杂排水和食品加工废水、酿造等有机废水处理，具有去除SS、CODcr、BOD5、硝化与反硝化、脱氮除磷、除去AOX(有害物质)的作用，其最大特点是集生物氧化和截留悬浮固体于一体，并节省了后续二次沉淀池。该工艺采用了高比表面积的生物填料，有机物容积负荷、水力负荷大、水力停留时间短、出水水质高，因而所需占地面积小、基建投资少、能耗及运行成本低。[13]由于这些优点该水处理工艺倍受关注。

采用不同的工艺组合以及控制不同的工艺参数，曝气生物滤池可以用来进行好氧的碳氧化、碳氧化与硝化组合、分段硝化、反硝化和厌氧处理[14]。甚至可以在同一曝气生物滤池中实现以上各功能。[15]

4.5 生物膜法技术在处理市政二级排水中的运用

随着水资源的日益匮乏和短缺，大量的市政污水处理厂的排水被视为新的水源越来越受到人们的重视。城市污水的再生与回用可以有效地缓解水环境污染和水资源缺乏的矛盾。由于市政污水处理厂二级排水中尚含有大量的污染物，直接回用必定受到限制。因此城市污水二级处理后的深度处理，其目的是进一步去除污水中的悬浮物(SS)、有机物、浊度、以及氮和磷等。生物过滤技术充分利用滤料的截污吸附作用和滤料上附着生物膜的降解作用，可以获得较好的污染物去除效果，并且具有流程短、运行管理方便、费用低的优点。

结论：综上所述，生物膜法已经得到越来越广泛的应用，生物转盘法也有了长足的发展。生物膜法处理污水技术是现今国内外广泛采用的一种方法。现在世界污染问题日趋严重特别是“三废”的排放，大量有毒、有害物质排入环境，威胁着本已脆弱的生态环境。针对污水的危害，各国政府都投入了大量的人力物力进行污水的处理研究。

参考文献：

[1] 废水生物处理原理与工艺 第九讲 http://www.kmyz.edu.cn/xbzy/hsx/jpkc2/jianggao/9.doc

[2] 李世璋, 生物转盘处理污水──沈阳市皮毛厂污水处理工程剖析，沈阳建筑工程学院学报, 1994. (1): 40-44

[3] 李鸿,黄维刚,熊云威,浅析生物转盘法处理煤矿含铁酸性矿井水,矿业安全与环保(增刊), 2001, 28: 109 - 110

[4] 王占生等，微污染水源饮用水处理，中国建筑工业出版社, 北京，1999.54-62

[5] P.M.Huck, etal. Formation and removal of assimilable organic carbon during biological treatment. J.AWWA, 1991.83(12): 69-78

[6] 叶旭全等,东深源水生物硝化工程试运行的初步小结,中国水网, http://www.waterchina.com/docc/science/text/2000717.htm

[7] 郄燕秋, 北京市市政工程设计研究总院建院四十五周年论文集[C], 2000,4.

[8] C.P.Leslie Grady, Jr, Biological wastewater treatment: Theory and Application, Marcel Dekker, Inc. 1980: 44-47

[9] Water Environment Federation, Fixed Film Reactors, Draft Facilities Design Manual, Water Environment Federation, Alexandria, Virginia, 1997:24-30

[10] Daigger, G.T., Closure to discussion of ‘Process and kinetic analysis of nitrification in coupled trickling filter/activated sludge processes’, Water Environment Research, 1995, 67: 380-382.

[11] 郑俊等,曝气生物滤池水处理技术[M],化学工业出版社,北京,2002.

[12] Govind, R, L. Lai, and R. Dobbs, Integrated model for predicting the fate of organics in wastewater treatment plants, Environmental Progress, 1991, 18: 55-56

[13] Melcer, H., W. P. Bell, D. Thompson, C. M. Yendt, and J. Kemp, Modeling volatile organic contaminant’s fate in wastewater treatment plant, Journal of Environmental Engineering, 1994, 120: 588-609,

[14] Bernard, J., ed., Technical Advances in Biofilm Reactors, Water Science and Technology, 1990，22(1/2): 77-80

[15] Grady, C. P. L. Jr., Biodegradation of toxic organics: status and potential, Journal of Environmental Engineering, 1990，116：805-828