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生物膜法是一種的廢水處理方法，具有污泥量少，不會引起污泥膨脹，對廢水的水質(zhì)和水量的變動具有較好的適應(yīng)能力，運行管理簡單等特點。生物膜法是使微生物附著在載體表面上并形成生物膜，當污水流經(jīng)載體表面時，污水中的有機物及溶解氧向生物膜內(nèi)部擴散。膜內(nèi)微生物在有氧存在的情況下對有機物進行分解代謝和機體合成代謝，同時分解的代謝產(chǎn)物從生物膜擴散到水相和空氣中，從而使廢水中的有機物得以降解。
生物膜法中生物膜的形成與那些因素有關(guān)？
活性污泥法和生物膜法的區(qū)別不僅僅是微生物的懸浮與附著之分，更重要的是擴散過程在生物膜處理系統(tǒng)中是一個必須考慮的因素。在生物膜反應(yīng)器中，有機污染物、溶解氧及各種必須的營養(yǎng)物質(zhì)首先要從液相擴散到生物膜表面，進而進到生物膜內(nèi)部，只有擴散到生物膜表面或內(nèi)部的污染物才有可能被生物膜內(nèi)微生物分解與轉(zhuǎn)化，終形成各種代謝產(chǎn)物。另外，在生物膜反應(yīng)器中，由于微生物被固定在載體上，從而實現(xiàn)了SRT與HRT(水力停留時間)的分離，使得增殖速率慢的微生物也能生長繁殖。因此，生物膜是一穩(wěn)定的、多樣的微生物生態(tài)系統(tǒng)。
微生物在載體上的掛膜可分為微生物吸附和固著生長兩個階段。
生物膜的形成與載體表面性質(zhì)(載體表面親水性、表面電荷、表面化學組成和表面粗糙度)、微生物的性質(zhì)(微生物的種類、培養(yǎng)條件、活性和濃度)及環(huán)境因素(PH值、離子強度、水力剪切力、溫度、營養(yǎng)條件及微生物與載體的接觸時間)等因素有關(guān)。
載體表面性質(zhì)
載體表面電荷性、粗糙度、粒徑和載體濃度等直接影響著生物膜在其表面的附著、形成。在正常生長環(huán)境下，微生物表面帶有負電荷。如果能通過一定的改良技術(shù)，如化學氧化、低溫等離子體處理等可使載體表面帶有正電荷，從而可使微生物在載體表面的附著、形成過程更易進行。載體表面的粗糙度有利于細菌在其表面附著、固定。
一方面，與光滑表面相比，粗糙的載體表面增加了細菌與載體間的有效接觸面積；另一方面載體表面的粗糙部分，如孔洞、裂縫等對已附著的細菌起著屏蔽保護作用，使它們免受水力剪切力的沖刷。
研究認為，相對于大粒徑載體而言，小粒徑載體之間的相互摩擦小，比表面積大，因而更容易生成生物膜。另外，載體濃度對反應(yīng)器內(nèi)生物膜的掛膜也很重要。Wagner在用氣提式反應(yīng)器處理難降解物廢水時發(fā)現(xiàn)，在載體質(zhì)量濃度很低情況下，即使生物膜厚達295μm，還是不能達到穩(wěn)定的去除率。但是，在載體濃度為20-30g/L時，即使只有20％的載體上有75μn厚的生物膜，反應(yīng)器依然能達到穩(wěn)定的(98％)去除率，COD負荷zui高可達58kg/(m3·d)。
懸浮微生物濃度
在給定的系統(tǒng)中，懸浮微生物濃度反映了微生物與載體間的接觸頻度。一般來講，隨著懸浮微生物濃度的增加，微生物與載體間可能接觸的幾率也增加。許多研究結(jié)果表明，在微生物附著過程中存在著一個臨界的懸浮微生物濃度；隨著微生物濃度的增加，微生物借助濃度梯度的運送得到加強。
在臨界值以前，微生物從液相傳送、擴散到載體表面是控制步驟，一旦超過此臨界值，微生物在載體表面的附著、固定受到載體有效表面積的限制，不再依賴于懸浮微生物的濃度。但附著固定平衡后，載體表面微生物的量是由微生物及載體表面特性所決定的。
生物脫氮原理
一般來說， 生物脫氮過程可分為三步: 第yi步是氨化作用， 即水中的有機氮在氨化細菌的作用下轉(zhuǎn)化成氨氮。在普通活性污泥法中， 氨化作用進行得很快， 無需采取特殊的措施。第二步是硝化作用， 即在供氧充足的條件下， 水中的氨氮首先在亞硝酸菌的作用下被氧化成亞硝酸鹽， 然后再在硝酸菌的作用下進一步氧化成硝酸鹽。為防止生長緩慢的亞硝酸細菌和硝酸細菌從活性污泥系統(tǒng)中流失， 要求很長的污泥齡。第三步是反硝化作用， 即硝化產(chǎn)生的亞硝酸鹽和硝酸鹽在反硝化細菌的作用下被還原成氮氣。這一步速率也比較快， 但由于反硝化細菌是兼性厭氧菌， 只有在缺氧或厭氧條件下才能進行反硝化， 因此需要為其創(chuàng)造一個缺氧或厭氧的環(huán)境( 好氧池的混合液回流到缺氧池) 。
生物除磷原理
所謂生物除磷， 是利用聚磷菌一類的微生物， 在厭氧條件下釋放磷。而在好氧條件下， 能夠過量地從外部環(huán)境攝取磷， 在數(shù)量上超過其生理需要， 并將磷以聚合的形態(tài)儲藏在菌體內(nèi)， 形成高磷污泥排出系統(tǒng)， 達到從污水中除磷的效果。
生物除磷過程可分為3 個階段，即細菌的壓抑放磷、過渡積累和奢量吸收。首先將活性污泥處于短時間的厭氧狀態(tài)時，儲磷菌把儲存的聚磷酸鹽進行分解，提供能量，并大量吸收污水中的BOD、釋放磷( 聚磷酸鹽水解為正磷酸鹽) ，使污水中BOD 下降，磷含量升高。然后在好氧階段，微生物利用被氧化分解所獲得的能量，大量吸收在厭氧階段釋放的磷和原污水中的磷，完成磷的過渡積累和后的奢量吸收，在細胞體內(nèi)合成聚磷酸鹽而儲存起來，從而達到去除BOD 和磷的目的。
脫氮除磷工藝
AB法
AB法污水處理工藝是一種新型兩段生物處理工藝，是吸附生物降解法的簡稱。該工藝將高負荷法和兩段活性污泥法充分結(jié)合起來，不設(shè)初沉池，A、B兩段嚴格分開，形成各自的特征菌群，這樣既充分利用了上述兩種工藝的優(yōu)點，同時也克服了兩者的缺點。所以AB法工藝具有較傳統(tǒng)活性污泥法高的BOD、COD、SS、磷和氨氮的去除率。
但AB法工藝不具備深度脫氮除磷的條件，對氮、磷的去除量有限，出水中含有大量的營養(yǎng)物質(zhì)，容易引起水體的富營養(yǎng)化。AB法工藝對氮、磷的去除以A段的吸附去除為主。污水中的部分有機氮和磷以不溶解態(tài)存在，在A段生物吸附絮凝的作用下通過沉淀轉(zhuǎn)移到固相中，同時生物同化也可以去除一部分以溶解態(tài)存在的氮和磷。剩余的磷進入B段用于B段的微生物的合成而得到進一步去除。這樣AB法工藝整體顯示出了比傳統(tǒng)活性污泥法高的氮、磷的去除效果。但是AB法由于自身組成上的特點，決定了其對氮、磷的去除量是有限的。
