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1、理学水污染控制工程 第八章 生物膜法1 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望三生物膜法的历史及其发展三生物膜法的历史及其发展三生物膜法的历史及其发展三生物膜法的历史及其发展十九世纪末，国外研究人员在研究土壤净化污水的过滤田基础上，创造了生十九世纪末，国外研究人员在研究土壤净化污水的过滤田基础上，创造了生物过滤法，即物过滤法，即生物膜法的前身。三个例证：生物膜法的前身。三个例证：1 1 1865 1865年德国杰出的科学家年德国杰出的科学家Alexande
2、x MuellerAlexandex Mueller发现带有活着的微生物的土壤过发现带有活着的微生物的土壤过滤柱可以净化污水。滤柱可以净化污水。2 2 1868 1868年英国年英国Edward Frankland Edward Frankland 发现了填装有各种卵石、砂和土壤的过滤柱具发现了填装有各种卵石、砂和土壤的过滤柱具有净化污水的作用，他的工作建立在过滤净化过程中曝气的作用。有净化污水的作用，他的工作建立在过滤净化过程中曝气的作用。3 3 1893 1893年，英国进行将污水在粗滤料上喷洒进行净化的试验取得了良好的净化年，英国进行将污水在粗滤料上喷洒进行净化的试验取得了良好的净化效果
3、，作为生物膜反应器的生物滤池开始问世，并从此开始用于污水处理的实践。效果，作为生物膜反应器的生物滤池开始问世，并从此开始用于污水处理的实践。依据上述研究，欧美国家渐渐开始采用这种过滤方法来净化污水。依据上述研究，欧美国家渐渐开始采用这种过滤方法来净化污水。当时由于当时由于美国的土壤渗透性要比欧洲好，且土地价格便宜，故多采用美国的土壤渗透性要比欧洲好，且土地价格便宜，故多采用土壤过滤土壤过滤土壤过滤土壤过滤；而在；而在欧洲欧洲则普遍采用较粗糙的过滤填料如碎焦碳、钢渣等工业化的副产品来净化污水则普遍采用较粗糙的过滤填料如碎焦碳、钢渣等工业化的副产品来净化污水，最，最后发展成了滴滤池后发展成了滴滤池
4、最经典的生物膜法最经典的生物膜法最经典的生物膜法最经典的生物膜法。四四四四.生物膜法的净化过程及分类生物膜法的净化过程及分类生物膜法的净化过程及分类生物膜法的净化过程及分类 在生物膜法中，微生物附着在载体表面生长而形成膜状，当污水流在生物膜法中，微生物附着在载体表面生长而形成膜状，当污水流在生物膜法中，微生物附着在载体表面生长而形成膜状，当污水流在生物膜法中，微生物附着在载体表面生长而形成膜状，当污水流经载体表面和生物膜接触过程中，污水中的有机污染物即被微生物吸附、经载体表面和生物膜接触过程中，污水中的有机污染物即被微生物吸附、经载体表面和生物膜接触过程中，污水中的有机污染物即被微生物吸附、经
5、载体表面和生物膜接触过程中，污水中的有机污染物即被微生物吸附、稳定和氧化，最终转化为稳定和氧化，最终转化为稳定和氧化，最终转化为稳定和氧化，最终转化为H H H H2 2 2 2O O O O、COCOCOCO2 2 2 2、NHNHNHNH3 3 3 3和微生物细胞物质，污水得到净和微生物细胞物质，污水得到净和微生物细胞物质，污水得到净和微生物细胞物质，污水得到净化。自二十世纪化。自二十世纪化。自二十世纪化。自二十世纪70707070年代以来，生物膜法引起了广大研究者和工程师们的年代以来，生物膜法引起了广大研究者和工程师们的年代以来，生物膜法引起了广大研究者和工程师们的年代以来，生物膜法引起
6、了广大研究者和工程师们的极大兴趣，于是属于生物膜法的塔式生物滤池（好氧或厌氧滤池）、生极大兴趣，于是属于生物膜法的塔式生物滤池（好氧或厌氧滤池）、生极大兴趣，于是属于生物膜法的塔式生物滤池（好氧或厌氧滤池）、生极大兴趣，于是属于生物膜法的塔式生物滤池（好氧或厌氧滤池）、生物转盘、生物接触氧化法、曝气生物滤池等得到了较多的研究和工程应物转盘、生物接触氧化法、曝气生物滤池等得到了较多的研究和工程应物转盘、生物接触氧化法、曝气生物滤池等得到了较多的研究和工程应物转盘、生物接触氧化法、曝气生物滤池等得到了较多的研究和工程应用。用。用。用。第二节第二节第二节第二节 生物膜法类型及技术现状生物膜法类型及技
7、术现状生物膜法类型及技术现状生物膜法类型及技术现状 在在在在2020世世世世纪纪纪纪20203030年年年年代代代代，国国外外开开始始建建造造了了许许多多生生物物膜膜反反应应器器系系统统，其其主主要要形形式式就就是是生生物物滤滤池池。其其其其特特特特点点点点是是是是生生物物量量高高和和净净化化效效果果较较好好，但但其其水水力力负负荷荷和和有有机机负负荷荷均均较较低低、环环境境卫卫生生条条件件也也较较差差、处处理理构构筑筑物物占占地地面面积积较较大大且且有有可可能能被被脱脱落落的的生生物物膜膜堵堵塞塞等缺点，等缺点，在在在在40405050年年年年代代代代生生物物滤滤池池有有逐逐渐渐被被活活性性
8、污污泥泥法法取取代代的的趋趋势势。在在此此期期间间，作作为为生生物物滤滤池池的的填填料料主主要要是是碎碎石石、卵卵石石、炉炉渣渣和和焦焦碳碳等等实实心心拳拳状状的的无无机机天天然然材材料料，一一般般具具有比表面积小和孔隙率低等缺点。有比表面积小和孔隙率低等缺点。到到到到了了了了6060年年年年代代代代，新新型型的的有有机机合合成成材材料料开开始始大大量量生生产产，如如的的波波纹纹板板状状、列列管管状状和和蜂蜂窝窝状状等等有有机机人人工工合合成成填填料料，其其比比表表面面积积和和孔孔隙隙率率大大大大增增加加，再再加加上上环环境境保保护护对对水水质要求的进一步提高，生物膜反应器获得了新的发展。质要
9、求的进一步提高，生物膜反应器获得了新的发展。到到到到了了了了7070年年年年代代代代，除除了了普普通通生生物物滤滤池池（TrickTrickFiltersFilters，也也称称为为滴滴滤滤池池）外外，生生物物转转盘盘（RBCRBC）、淹淹 没没 式式 生生 物物 滤滤 池池（SubmergedSubmerged BiofilmBiofilm ReactorReactor）和和 生生 物物 流流 化化（FluidisedBedFluidisedBed）技术都得到了比较多的研究和应用。）技术都得到了比较多的研究和应用。近近近近年年年年来来来来，生生物物膜膜反反应应器器以以其其独独独独特特特特的的
10、的的优优优优势势势势更更受受广广大大研研究究者者和和工工程程师师们们的的关关注注，又又涌涌现现出出大大量量新新型型的的单单一一或或复复合合式式生生物物膜膜反反应应器器（HybridHybridbioreactorsbioreactors），如如微微孔孔膜膜生生物物反反应应器器、气气提提式式生生物物膜膜反反应应器器、移移动动床床生生物物膜膜反反应应器器、复复合合式式活活性性污污泥泥生生物物膜膜反反应应器器、序序批批式式生生物物膜膜反反应应器器、升升流流式式厌厌氧氧污污泥泥床床厌厌氧氧生生物物滤滤池池（UASBAFUASBAF）、曝气生物滤池及附着生长稳定塘等等。曝气生物滤池及附着生长稳定塘等等。
11、由由由由此此此此可可可可见见见见，生生生生物物物物膜膜膜膜反反反反应应应应器器器器发发发发展展展展迅迅迅迅速速速速，由由由由单单单单一一一一到到到到复复复复合合合合，有有有有好好好好氧氧氧氧亦亦亦亦有有有有厌厌厌厌氧氧氧氧，逐逐逐逐步步步步形形形形成了一套较完整的污水生物处理工艺系列。成了一套较完整的污水生物处理工艺系列。成了一套较完整的污水生物处理工艺系列。成了一套较完整的污水生物处理工艺系列。一一一一.生物膜反应器的类型与技术现状生物膜反应器的类型与技术现状生物膜反应器的类型与技术现状生物膜反应器的类型与技术现状 根根根根据据据据生生生生物物物物膜膜膜膜反反反反应应应应器器器器附附附附着着
12、着着生生生生长长长长载载载载体体体体的的的的状状状状态态态态，生生物物膜膜反反应应器器可可以以划划分分为为固固固固定定定定床床床床和和流流流流动床动床动床动床两大类。两大类。在在在在固固固固定定定定床床床床中中中中，微微生生物物的的载载体体固固定定不不动动，在在反反应应器器内内的的相相对对位位置置基基本本不不变变；而而在在流流流流动动动动床床床床中中，附附着着生生长长载载体体不不固固定定，在在反反应应器器内内处处于于连连续续流流动动的的状状态态。基基于于操操作作时时是是否有氧气的参与，分为否有氧气的参与，分为好氧状态好氧状态好氧状态好氧状态、或者、或者缺氧和厌氧缺氧和厌氧缺氧和厌氧缺氧和厌氧状
13、态。状态。生物膜反应器的类型可系统划分如下：生物膜反应器的类型可系统划分如下：1.1.生物滤池生物滤池生物滤池生物滤池 生生生生物物物物滤滤滤滤池池池池是是生生物物膜膜反反应应器器的的最最初初形形式式，现现生生物物滤滤池池已已由由原原来来承承受受较较低低负负荷荷的的普普通通生生物物滤滤池池逐逐步步发发展展成成为为承承受受较较高高负负荷荷的的高高负负荷荷生生物物滤滤池池、塔塔式式生生物物滤滤池池以以及及最最新新研研制制成功并投入运行的曝气生物滤池，成功并投入运行的曝气生物滤池，2 2 生物转盘生物转盘生物转盘生物转盘 生生生生物物物物转转转转盘盘盘盘亦亦称称旋旋转转生生物物接接触触器器（RBCR
14、BC），是是由由一一系系列列平平行行的的旋旋转转圆圆盘盘、转转动动横横轴轴、电电机机及及减减速速装装置置和和氧氧化化槽槽等等部部分分组组成成。当当圆圆盘盘面面积积的的404050%50%浸浸没没于于污污水水时时，盘盘片片上上的的生生物物膜膜吸吸附附污污水水中中的的有有机机物物，圆圆盘盘转转动动离离开开污污水水，生生物物膜膜上上的的固固着着水水层层从从空空气气中中吸吸收收氧氧，被被吸吸附附的的有有机机物物在在微微生生物物酶酶的的作作用用下下氧氧化化分分解解，从从而而使使污污水水得得到到净净化化，此此种种操操作作的的称称之之为为好好氧氧生生物物转转盘盘。当当圆圆盘盘面面积积浸浸没没于于污污水水中中
15、时时，由由于于没没有有吸吸氧氧过过程程，圆圆盘盘盘盘片仅是微生物的附着生长载体，此种操作的称之为厌氧生物转盘。片仅是微生物的附着生长载体，此种操作的称之为厌氧生物转盘。3 3 生物接触氧化法生物接触氧化法生物接触氧化法生物接触氧化法 19711971年年在在日日本本首首创创，在在池池内内充充填填一一定定密密度度的的填填料料，污污水水浸浸没没全全部部填填料料并并与与填填料料上上的的生生物物膜膜广广泛泛接接触触，在在微微生生物物新新陈陈代代谢谢功功能能的的作作用用下下，污污水水中中的的有有机机物物得得以以去去除除，污污水水得得以以净净化化。淹淹没没式式生生物物滤滤池池多多在在好好氧氧状状态态下下运
16、运行行，充充氧氧方方式式可可以以是是污污水水预预先先充充氧曝气再流经填料，也可以是在池内设有人工曝气装置。氧曝气再流经填料，也可以是在池内设有人工曝气装置。4 4 生物流化床生物流化床生物流化床生物流化床 生物流化床生物流化床生物流化床生物流化床用于污水处理领域始于用于污水处理领域始于7070年代初期并率先在美国和日本进行广泛的年代初期并率先在美国和日本进行广泛的研究与应用。所谓研究与应用。所谓生物流化床生物流化床生物流化床生物流化床，就是以砂和活性炭等颗粒物质为载体填充于生物反就是以砂和活性炭等颗粒物质为载体填充于生物反应器内，因载体表面附着生长着生物膜而使其质变轻，当污水以一定流速从下向上
17、应器内，因载体表面附着生长着生物膜而使其质变轻，当污水以一定流速从下向上流动时，载体便处于流化状态。流动时，载体便处于流化状态。按照载体流动的动力来源的不同，生物流化床一般按照载体流动的动力来源的不同，生物流化床一般可分为以可分为以液流为动力的流化床液流为动力的流化床和以和以气流为动力的三相流化床气流为动力的三相流化床两大类。在两相流化床两大类。在两相流化床中，按照进入流化床的污水是否预先充氧曝气，床体可处于好氧状态和厌氧状态。中，按照进入流化床的污水是否预先充氧曝气，床体可处于好氧状态和厌氧状态。5 5 复合式生物膜反应器复合式生物膜反应器复合式生物膜反应器复合式生物膜反应器复合式生物膜反应
18、器是近些年来发展较快、引起研究者极大兴趣的复合式处理复合式生物膜反应器是近些年来发展较快、引起研究者极大兴趣的复合式处理工艺，这些反应器将各单一操作的优点复合在一起，工艺，这些反应器将各单一操作的优点复合在一起，使反应器的净化功能极大提使反应器的净化功能极大提高高。有代表性且进行深入研究或应用的复合式生物膜反应器主要有复合式。有代表性且进行深入研究或应用的复合式生物膜反应器主要有复合式活性污活性污活性污活性污泥泥泥泥生物膜反应器生物膜反应器生物膜反应器生物膜反应器、序批式生物膜反应器、升流式厌氧污泥床序批式生物膜反应器、升流式厌氧污泥床序批式生物膜反应器、升流式厌氧污泥床序批式生物膜反应器、升
19、流式厌氧污泥床厌氧生物滤池及厌氧生物滤池及厌氧生物滤池及厌氧生物滤池及附着生长稳定塘。附着生长稳定塘。附着生长稳定塘。附着生长稳定塘。第三节第三节第三节第三节 微生物膜净化污水机理微生物膜净化污水机理微生物膜净化污水机理微生物膜净化污水机理1 1 1 1 生物膜中参与净化的微生物群生物膜中参与净化的微生物群生物膜中参与净化的微生物群生物膜中参与净化的微生物群 生生物物膜膜主主要要是是由由微微生生物物及及其其胞胞外外多多聚聚物物所所组组成成，这这些些微微生生物物种种类类繁繁多多，但但归归纳纳起起来来主主要要有有细细菌菌、真真菌菌、藻藻类类（在在有有光光条条件件下下）、原原生生动动物物和和后后生生
20、动动物物等等，此此外外还还有病毒。有病毒。生生物物膜膜中中的的生生物物群群与与活活性性污污泥泥中中的的生生物物群群几几乎乎没没有有大大的的差差别别，只只是是生生生生物物物物膜膜膜膜中中中中微微微微生物的食物链比活性污泥的长而且复杂，所以也就是生物膜法的泥量小的原因。生物的食物链比活性污泥的长而且复杂，所以也就是生物膜法的泥量小的原因。生物的食物链比活性污泥的长而且复杂，所以也就是生物膜法的泥量小的原因。生物的食物链比活性污泥的长而且复杂，所以也就是生物膜法的泥量小的原因。1 1）细菌、真菌类、藻类细菌、真菌类、藻类细菌、真菌类、藻类细菌、真菌类、藻类（1 1）细菌）细菌）细菌）细菌 细细菌菌是
21、是微微生生物物膜膜的的主主体体，根根据据所所需需营营养养的的不不同同，细细菌菌可可分分为为无无机机营营养养型型的的自自养养菌菌和和有有机机营营养养型型的的异异养养菌菌，其其中中异异养养菌菌是是生生物物膜膜中中的的主主要要细细菌菌类类型型，能能够够从从流流经经生生物膜表面的水中获得足够的营养底物。物膜表面的水中获得足够的营养底物。（2 2）真菌类）真菌类）真菌类）真菌类 真真菌菌是是具具有有明明显显细细胞胞核核而而没没有有叶叶绿绿素素的的真真核核生生物物，生生物物膜膜上上的的真真菌菌类类和和活活性性污污泥泥不不同同，繁繁殖殖很很快快，在在营营养养和和生生物物环环境境方方面面和和细细菌菌有有竞竞争
22、争关关系系。如如真真菌菌类类过过分分地地占占有有优优势势，生生物物膜膜得得以以较较快快增增殖殖并并变变厚厚。真真菌菌类类占占优优势势的的条条件件是是：温温度度、PHPH值值、废废水的性质、负荷等因素。一般来说，生物膜中还是以细菌占优势为宜。水的性质、负荷等因素。一般来说，生物膜中还是以细菌占优势为宜。（3 3 3 3）藻类）藻类）藻类）藻类 藻藻藻藻类类类类是是受受阳阳光光照照射射下下的的生生物物膜膜中中的的主主要要成成分分，由由于于出出现现藻藻类类的的地地方方只只限限于于生生物物膜反应器中表层很小部分，因而对污水净化不起很大作用。膜反应器中表层很小部分，因而对污水净化不起很大作用。2 2 2
23、 2）原生动物原生动物原生动物原生动物 原原原原生生生生动动动动物物物物是是动动物物界界中中最最低低等等的的单单细细胞胞动动物物，在在成成熟熟的的生生物物膜膜中中它它们们不不断断捕捕食食生生物物膜膜表表面面的的细细菌菌，因因而而在在保保持持生生物物膜膜细细菌菌处处于于活活性性物物理理状状态态方方面面起起着着积积极极作作用用。原原生生动动物物或或者者以以胞胞饮饮方方式式（一一部部分分细细胞胞壁壁凹凹入入摄摄取取外外部部环环境境中中大大分分子子并并夹夹紧紧形形成成其其体体内内液液泡泡）摄摄取取有有机机物物质质，或或者者以以噬噬菌菌的的方方式式吞吞噬噬细细菌菌、藻藻类类和和其其他他粒粒子子并并消消化
24、化作作为为它们的营养物质。它们的营养物质。3 3 3 3）后生动物后生动物后生动物后生动物 后后后后生生生生动动动动物物物物是是由由多多个个细细胞胞组组成成的的多多多多细细细细胞胞胞胞动动动动物物物物，属属无无脊脊锥锥型型。生生物物膜膜中中经经常常出出现现的的后生动物有轮虫类、线虫类、寡毛类和昆虫及其幼虫类。后生动物有轮虫类、线虫类、寡毛类和昆虫及其幼虫类。二微生物膜及其降解有机物的机理二微生物膜及其降解有机物的机理二微生物膜及其降解有机物的机理二微生物膜及其降解有机物的机理 污污水水长长期期与与滤滤料料或或某某种种载载体体流流动动接接触触，就就会会在在其其表表面面形形成成生生物物膜膜，并并逐
25、逐渐渐成成熟熟，其其其其标标标标志志志志是是是是：生生物物膜膜沿沿水水流流方方向向的的分分布布、生生物物膜膜上上由由细细菌菌及及各各种种微微生生物物组组成成的的生生态态系系、对对有有机机物物的的降降解解功功能能都都达达到到了了平平衡衡和和稳稳定定状状态态。从从开开始始到到成成熟熟，生生物物膜膜要要经经过过潜潜潜潜伏伏伏伏和和生生生生长长长长两两个个阶阶段段，生生物物膜膜有有时时均均匀匀地地分分布布在在载载体体表表面面，而而有有时时却却非非常常不不均均匀匀；有有时时仅仅由由单单层层的的细细胞胞组组成成，而而有有时时却却相相当当厚厚，随随着着营营养养底底物物、时时间间和和空空间间的的改改变变而而发
26、发生生变变化化。由由于于生生物物膜膜主主要要是是由由微微生生物物细细胞胞和和他他们们所所产产生生的的胞胞外外多多聚聚物物所所组组成成，因因而而生生生生物物物物膜膜膜膜通通通通常常常常具具具具有有有有孔孔孔孔状状状状结结结结构构构构，并并并并具具具具有有有有很很很很强强强强的的的的吸吸吸吸附附附附性性性性能能能能。结结果果，我我们们所所观观察察到到的的生生物物膜膜通通常常还还含含有有大大量量被被吸吸附附和和镶镶嵌嵌于于内内的的溶溶质质和和无无机机颗颗粒粒，从从这这个个角角度度上上说说，生生物物膜膜是是由由有有生生命命的的细细胞胞和和无无生生命命的的无无机机物物所所组成的结构。组成的结构。厌氧层好
27、氧层附着水层流动水层载体污水 生生物物膜膜附附着着在在载载体体的的表表面面，在在污污水水不不断断流流动动的的条条件件下下，在在其其外外侧侧总总是是存存在在着着一一层层附附着着液液膜膜（附附着着水水层层）。在在生生物物膜膜的的表表面面上上和和一一定定深深度度的的内内部部生生长长繁繁殖殖大大量量的的各各种种类类型型的的微微生生物物和和微微型型动动物物，并并形形成成有有有有机机机机污污污污染染染染物物物物细细细细菌菌菌菌原原原原生生生生动动动动物物物物后后后后生生生生动动动动物物物物的的的的食食食食物物物物链链链链。在在污污水水流流过过载载体体表表面面的的过过程程中中，污污水水中中的的有有机机污污染
28、染物物被被生生物物膜膜中中的的微微生生物物吸吸附附，并并通通过过氧氧向向生生物物膜膜内内部部的的扩扩散散，在在膜膜中中发发生生生生物物氧氧化化等等作作用用，从从而而完完成成对对有有机机污污染染物物的的分分解解。污污染染物物、溶溶解解氧氧及及各各种种必必须须营营养养物物首首先先要要经经过过液液相相扩扩散散到到生生物物膜膜表表面面，进进而而到到生生物物膜膜内内部部，只只有有扩扩散散到到生生物物膜膜表表面面或或内内部部的的污污染染物物才才能能有有机机会会被被生生物物膜膜微微生生物物所所分分解解与与转转化化，最最终终形形成成各各种种代代谢谢产产物物。生生物物膜膜表表层层生生长长的的是是好好氧氧和和兼兼
29、氧氧微微生生物物，其其厚厚度度约约2mm2mm，在在这这里里，有有机机污污染染物物经经微微生生物物好好氧氧代代谢谢而而降降解解，终终点点产产物物是是H H2 2O O、COCO2 2、NHNH3 3等等。由由于于氧氧在在生生物物膜膜表表层层已已耗耗尽尽，而而在在好好氧氧层层的的深深部部由由于于扩扩散散作作用用制制约约了了溶溶解解氧氧的的渗渗透透往往往往形形成成厌厌氧氧区区，使使生生物物膜膜内内层层的的微微生生物物处处于于厌厌氧氧状状态态，在在这这里里，进进行行的的是是有有机机物物的的厌厌氧氧代代谢谢，终终点点产产物物为为有有机机酸酸、乙乙醇醇、醛醛和和H H2 2S S等等。由由于于微微生生物
30、物的的不不断断繁繁殖殖，生生物物膜膜逐逐渐渐增增厚厚，超超过过一一定定厚厚度度后后，吸吸附附的的有有机机物物在在传传递递到到生生物物膜膜内内层层的的微微生生物物以以前前，已已被被代代谢谢掉掉。当当厌厌氧氧层层还还不不够够厚厚时时，它它与与好好氧氧层层保保持持着着一一种种平平衡衡稳稳定定的的关关系系，好好氧氧层层能能够够保保持持良良好好的的净净化化功功能能，当当厌厌氧氧层层逐逐渐渐加加厚厚时时，其其内内层层微微生生物物因因得得不不到到充充分分的的营营养养而而进进入入内内源源代代谢谢，这这些些代代谢谢产产物物向向外外逸逸出出时时，必必然然要要透透过过好好氧氧层层，从从而而破破坏坏了了好好氧氧层层生
31、生态态系系统统的的稳稳定定性性，同同时时厌厌氧氧层层气气态态代代谢谢产产物物的的不不断断逸逸出出又又减减弱弱了了生生物物膜膜在在载载体体上上的的固固着着力力，促促进进了了生生物物膜膜的的脱脱落落，失失去去其其粘粘附附在在载载体体上上的的性性能能，脱脱落落下下来来随随水水流流出出反反应应器器，载载体体表表面面再再从从新新生生长长出出新新的的生生物物膜膜。生生物物膜膜的的周周期期更更新新，是是维维持持生生物物膜膜净净化化功功能能的的重重要要因因素。素。三生物膜法的特征三生物膜法的特征三生物膜法的特征三生物膜法的特征 1 1微生物相方面的特征微生物相方面的特征（1 1）参与净化反应的微生物的多样化）
32、参与净化反应的微生物的多样化）参与净化反应的微生物的多样化）参与净化反应的微生物的多样化 在在生生物物膜膜上上生生长长繁繁育育的的生生物物类类型型丰丰富富、种种属属繁繁多多，食食物物链链长长且且复复杂杂。主主要要有有：细细菌菌、真真菌菌、藻藻类类、鞭鞭毛毛虫虫、肉肉足足虫虫、纤纤毛毛虫虫缘缘毛毛类类、纤纤毛毛虫虫吸吸管管虫虫类、轮虫、线虫、寡毛类、其它后生动物、昆虫类。类、轮虫、线虫、寡毛类、其它后生动物、昆虫类。（2 2）微生物量多，处理能力大，净化功能显著提高）微生物量多，处理能力大，净化功能显著提高）微生物量多，处理能力大，净化功能显著提高）微生物量多，处理能力大，净化功能显著提高 由由
33、于于微微生生物物附附着着生生长长并并使使生生物物膜膜具具有有较较低低的的含含水水率率，单单位位反反应应器器内内的的生生物物量量可可高高达达活活性性污污泥泥法法的的5 52020倍倍，因因而而生生物物膜膜反反应应器器具具有有较较高高的的处处理理能能力力。又又由由于于有有世世代代时时间间较较长长的的硝硝化化菌菌生生长长繁繁殖殖，生生物物膜膜反反应应器器不不仅仅能能够够去去除除有有机机污染物，而且更具有较好的硝化功能，因而其净化功能显著提高。污染物，而且更具有较好的硝化功能，因而其净化功能显著提高。（3 3 3 3）能够生长硝化菌）能够生长硝化菌）能够生长硝化菌）能够生长硝化菌 硝硝化化菌菌和和亚亚
34、硝硝化化菌菌的的世世代代时时间间都都比比较较长长，其其比比增增殖殖速速率率很很小小，在在活活性性污污泥泥法法系系统统中中，这这类类细细胞胞是是难难以以存存活活的的，但但在在生生物物膜膜法法中中，生生物物膜膜的的污污泥泥龄龄与与污污水水的的停停留留时时间间无无关关，因因此此，象象硝硝化化细细菌菌这这样样世世代代时时间间比比较较长长的的细细胞胞也得以增殖。也得以增殖。2 2处理工艺方面的特征处理工艺方面的特征（1 1 1 1）对水量、水质变动有较强的适应性）对水量、水质变动有较强的适应性）对水量、水质变动有较强的适应性）对水量、水质变动有较强的适应性 生生物物膜膜法法中中的的各各种种工工艺艺，对对
35、流流入入水水水水质质、水水量量的的变变动动都都具具有有较较强强的的适适应应性性，即即或或中中间间停停止止一一段段时时间间进进水水，对对生生物物膜膜的的净净化化功功能能也也不不会会带带来来明明显显的障碍，系统能够很快地得到恢复。的障碍，系统能够很快地得到恢复。（2 2 2 2）在低水温条件下也能保持一定的净化功能）在低水温条件下也能保持一定的净化功能）在低水温条件下也能保持一定的净化功能）在低水温条件下也能保持一定的净化功能 由由于于生生物物膜膜生生物物相相的的多多样样性性，在在低低水水温温条条件件下下，生生物物膜膜仍仍能能够够保保持持较较为良好的净化功能，温度变化对它的影响较小。为良好的净化功
36、能，温度变化对它的影响较小。（3 3 3 3）易于固液分离）易于固液分离）易于固液分离）易于固液分离 从从生生物物膜膜上上脱脱落落下下来来的的生生物物污污泥泥，所所含含动动物物成成分分较较多多，比比重重较较大大，易易于固液分离，即或大量增殖丝状菌，也没有产生污泥膨胀之虑。于固液分离，即或大量增殖丝状菌，也没有产生污泥膨胀之虑。（4 4 4 4）能够处理低浓度污水）能够处理低浓度污水）能够处理低浓度污水）能够处理低浓度污水 活活性性污污泥泥法法处处理理系系统统，如如进进水水BODBOD在在505060mg/l60mg/l以以下下，絮絮凝凝体体由由于于营营养养物物质质不不足足而而形形成成恶恶化化，
37、处处理理水水水水质质低低下下；但但是是，生生物物膜膜法法处处理理系系统统对对有有机机物物浓浓度度低低的的污污水水，也也能能够够取取得得较较好好的的处处理理效效果果，可可使使进进水水BODBOD为为20mg/l20mg/l的的污污水降至出水水降至出水BODBOD为为5 510mg/l10mg/l。（5 5 5 5）动力费用低）动力费用低）动力费用低）动力费用低 生生物物膜膜法法中中的的生生物物滤滤池池、生生物物转转盘盘等等工工艺艺，都都是是节节省省能能源源的的，其其动动力力费用都较低，使去除单位重量的费用都较低，使去除单位重量的BODBOD的耗电量较少。的耗电量较少。（6 6 6 6）产生的污泥
38、量少）产生的污泥量少）产生的污泥量少）产生的污泥量少 与与活活性性污污泥泥相相比比，在在生生物物膜膜中中出出现现了了比比较较大大型型的的生生物物，因因而而食食物物链链也也比比活活性性污污泥泥的的长长，故故剩剩余余污污泥泥量量明明显显减减少少，特特别别是是在在生生物物膜膜较较厚厚时时，底底部部厌厌氧氧层层的的厌厌氧氧菌菌能能够够降降解解好好氧氧过过程程合合成成的的剩剩余余污污泥泥，从从而而使使总总的的剩剩余余污污泥泥量量大大大大减减少少。正正是是这这些些原原因因，使使生生物物膜膜法法产产生生的的污污泥泥量量比比活活性性污污泥泥法法少少得得多多，因因而而可可减减轻轻污污泥泥处处理理与与处处置置的的
39、费费用用。一一般般来来说说，产产生生的的污污泥泥量量较较活活性性污污泥泥法法能能够够少少25%25%30%30%。（7 7 7 7）具有较好的硝化与脱氮功能）具有较好的硝化与脱氮功能）具有较好的硝化与脱氮功能）具有较好的硝化与脱氮功能 生生物物膜膜法法的的各各项项工工艺艺具具有有良良好好的的硝硝化化功功能能，采采取取措措施施适适当当，还还有有进进行行脱脱氮的性能。氮的性能。（8 8 8 8）易于运行管理，无污泥膨胀问题易于运行管理，无污泥膨胀问题易于运行管理，无污泥膨胀问题易于运行管理，无污泥膨胀问题 生生物物膜膜反反应应器器具具有有较较高高的的生生物物量量，不不需需要要污污泥泥回回流流，易易
40、于于维维护护与与管管理理。另另外外，在在生生物物膜膜反反应应器器由由于于微微生生物物附附着着生生长长，即即使使丝丝状状菌菌大大量量生生长长，也也不不会会导致污泥膨胀，相反还可利用丝状菌较强的分解氧化能力，提高处理效果。导致污泥膨胀，相反还可利用丝状菌较强的分解氧化能力，提高处理效果。第四节第四节第四节第四节 普通生物滤池普通生物滤池普通生物滤池普通生物滤池一普通生物滤池的构造一普通生物滤池的构造一普通生物滤池的构造一普通生物滤池的构造下图为两种典型的普通生物滤池结构图，它们都是由下图为两种典型的普通生物滤池结构图，它们都是由滤床（滤料层）、滤床（滤料层）、滤床（滤料层）、滤床（滤料层）、布水系
41、统、排水系统和通风（供氧）系统布水系统、排水系统和通风（供氧）系统布水系统、排水系统和通风（供氧）系统布水系统、排水系统和通风（供氧）系统组成。组成。1 1滤床滤床滤床滤床 滤滤床床由由滤滤料料组组成成。滤滤滤滤料料料料是是是是微微微微生生生生物物物物生生生生长长长长栖栖栖栖息息息息的的的的场场场场所所所所，理理想想的的滤滤料料应应具具备备下述特性：下述特性：能为微生物附着提供大量的表面积；能为微生物附着提供大量的表面积；使污水以液膜状态流过生物膜；使污水以液膜状态流过生物膜；有有足足够够的的空空隙隙率率，保保证证通通风风（即即保保证证氧氧的的供供给给）和和使使脱脱落落的的生生物物膜能随水流出
42、滤池；膜能随水流出滤池；不不被被微微生生物物分分解解，也也不不抑抑制制微微生生物物的的生生长长，有有较较好好的的化化学学稳稳定定性；性；有一定的机械强度，且价格低廉。有一定的机械强度，且价格低廉。早早期期滤滤床床的的滤滤料料主主要要以以拳拳状状碎碎石石为为主主，此此外外，碎碎钢钢渣渣、焦焦碳碳等等也也可可作作为为滤滤料料，其其粒粒径径在在3 38mm8mm左左右右，空空隙隙率率在在45%45%50%50%左左右右，比比表表面面积积（可可附附着着面面积积）在在6565100m100m2 2/m/m3 3之之间间。从从理理论论上上来来讲讲，这这类类滤滤料料粒粒径径愈愈小小，滤滤床床的的微微生生物物
43、可可附附着着面面积积愈愈大大，则则生生物物膜膜的的面面积积将将愈愈大大，滤滤床床的的工工作作能能力力也也愈愈大大。但但粒粒径径愈愈小小，滤滤料料间间的的空空隙隙就就愈愈小小，滤滤床床愈愈易易被被生生物物膜膜堵堵塞塞，滤滤床的通风也愈差，可见滤料的粒径不宜太小。床的通风也愈差，可见滤料的粒径不宜太小。6060年年代代中中期期，塑塑料料滤滤料料开开始始被被广广泛泛采采用用，常常用用的的有有环环状状塑塑料料滤滤料料和和波波纹纹状状塑塑料料滤滤料料。环环环环状状状状塑塑塑塑料料料料滤滤滤滤料料料料比比表表面面积积在在9898340m340m2 2/m/m3 3之之间间，空空隙隙率率为为93%93%95
44、%95%；波波波波纹纹纹纹状状状状塑塑塑塑料料料料滤滤滤滤料料料料比比表表面面积积在在8181195m195m2 2/m/m3 3之之间间，空空隙隙率率为为93%93%95%95%。国国内内目目前前还还采采用用玻玻玻玻璃璃璃璃钢钢钢钢蜂蜂蜂蜂窝窝窝窝状状状状块块块块状状状状滤滤滤滤料料料料，空空心心间间距距在在20mm20mm左右，空隙率在左右，空隙率在95%95%左右，比表面积在左右，比表面积在200m200m2 2/m/m3 3左右。左右。滤滤滤滤床床床床高高高高度度度度与与滤滤滤滤料料料料的的的的密密密密度度度度有有密密切切关关系系。石石质质拳拳状状滤滤料料组组成成的的滤滤床床高高度度一
45、一般般在在1 12.5m2.5m之之间间。一一方方面面由由于于孔孔隙隙率率低低，滤滤床床过过高高会会影影响响通通风风；另另一一方方面面由由于于滤滤料料太太重重将将影影响响排排水水系系统统和和滤滤池池基基础础的的结结构构。而而塑塑料料滤滤料料比比重重很很轻轻，每每立立方方米米仅仅重重100kg100kg左左右右，孔孔隙隙率率则则高高达达93%93%95%95%，使使滤滤床床高高度度不不但但可可以以提提高高，而而且且可可以以采采用用双双层层或或多多层层构构造造。国国外外一一般般采采用用双双层层滤滤床床，高高7m7m左左右；国内常采用多层的塔氏结构，高度常在右；国内常采用多层的塔氏结构，高度常在10
46、m10m以上。以上。滤滤滤滤池池池池四四四四周周周周一一一一般般般般设设设设池池池池壁壁壁壁，池池池池壁壁壁壁起起起起围围围围护护护护滤滤滤滤料料料料、减减减减少少少少污污污污水水水水飞飞飞飞溅溅溅溅的的的的作作作作用用用用。常常常常用用用用砖、石或混凝土块砌筑。砖、石或混凝土块砌筑。砖、石或混凝土块砌筑。砖、石或混凝土块砌筑。2 2布水系统布水系统布水系统布水系统 设设设设置置置置布布布布水水水水系系系系统统统统的的的的目目目目的的的的：为为了了使使污污水水能能均均匀匀地地分分布布在在整整个个滤滤床床表表面面上上。生生物物滤滤池池的布水设备分为两类，即的布水设备分为两类，即回转式布水器回转式
47、布水器回转式布水器回转式布水器和和固定式喷嘴布水系统固定式喷嘴布水系统固定式喷嘴布水系统固定式喷嘴布水系统。如如图图8-58-5所所示示，回回转转式式布布水水器器的的中中央央是是一一根根空空心心的的立立柱柱，底底端端与与设设在在池池底底下下面面的的进进水水管管衔衔接接。布布水水横横管管位位于于滤滤池池上上方方，在在其其一一侧侧开开有有喷喷水水孔孔口口，孔孔口口直直径径101015mm15mm，间间距距不不等等，愈愈距距池池心心间间距距愈愈大大，使使滤滤池池单单位位平平面面面面积积接接受受的的污污水水量量基基本本上上相相等等。布布水水器器的的横横管管可可为为两两根根（小小池池）或或四四根根（大大
48、池池），对对称称布布置置。污污水水通通过过中中央央立立柱柱流流入入布布水水横横管管，由由喷喷水水孔孔口口分分配配到到滤滤池池表表面面。污污水水喷喷出出孔孔口口时时，作作用用于于横横管管的的反反作作用用力力推推动动布布水水器器绕绕立立柱柱旋旋转转，转转动动方方向向与与孔孔口口喷喷嘴嘴方方向向相相反反，所所需需水水头头在在0.6m0.6m1.5m1.5m左右，如果水头不足，可用电动机转动布水器。左右，如果水头不足，可用电动机转动布水器。如如图图8-68-6所所示示，固固固固定定定定式式式式布布布布水水水水系系系系统统统统：由由虹虹吸吸装装置置、馈馈水水池池、布布水水管管道道和和喷喷嘴嘴组组成成。污
49、污水水经经过过初初沉沉池池后后流流入入馈馈水水池池，当当馈馈水水池池水水位位上上升升到到某某一一高高度度时时，池池中中积积蓄蓄的的污污水水通通过过设设在在池池内内的的虹虹吸吸装装置置，倾倾泻泻到到布布水水管管系系，喷喷嘴嘴开开始始喷喷水水，且且因因水水头头较较大大，喷喷水水直直径径较较大大。由由于于出出流流水水量量大大于于入入流流水水量量，池池中中水水位位逐逐渐渐下下降降，因因此此喷喷嘴嘴的的水水头头逐逐渐渐降降低低，喷喷水水半半径径也也随随之之逐逐渐渐收收缩缩。当当池池中中水水位位降降落落到到一一定定程程度度时时，空空气气进进入入虹虹吸吸装装置置，虹虹吸吸被被破破坏坏，喷喷嘴嘴即即停停止止喷
50、喷水水。由由于于馈馈水水池池的的调调节节作作用用，固固定定喷喷水水系系统统的的喷喷水水是间隙的。这类布水系统需要较大的水头，约在是间隙的。这类布水系统需要较大的水头，约在2m2m左右。左右。3 3排水系统排水系统排水系统排水系统 排排水水系系统统一一般般设设于于池池底底，一一方方面面是是收收集集滤滤床床流流出出的的污污水水与与生生物物膜膜，另另一一方方面面保保证证通通风风供供氧氧和和支支撑撑滤滤料料。池池底底排排水水系系统统由由池池底底、排排水水假假底底和和集集水水沟沟组组成成。排排水水假假底底早早期期都都采采用用混混凝凝土土栅栅板板，或或用用金金属属栅栅板板作作为为排排水水假假底底。假假假假