污水生物处理中生物膜传质特性的研究进展

污水生物处理中生物膜传质特性的研究进展

况敬静

况敬静

身份证号码：340405198209030621安徽省230000

【摘要】采用生物方法处理污水近些年来备受人们的重视，由于处理的效果好，且不会对环境造成太大的污染，因此备受人们的欢迎，本文重点对污水生物处理中生物膜传质特性的研究进展进行了详细的分析，供相关人员参考。

【关键词】污水；生物处理；生物膜；传递

一、前言

水污染处理是目前我国面临着非常大的难题，由于水污染以流域形式存在，因此治理的难度较大，生物治理是近些年我国广泛开展的技术，本文重点对生物治理的生物膜传递特征进行了详细的分析和探索，目的是便于大家掌握这门技术。

二、生物滤池法工艺概述

生物滤池是生物膜法处理污水的传统工艺，在19世纪末发展起来，早期的普通生物滤池水力负荷和有机负荷都很低，随着工艺技术的发展，高负荷生物滤池，塔式生物滤池，曝气生物滤池等工艺已逐步成熟，成为了污水处理技术的主流。?

普通滤池德滤床由滤料组成。滤料是微生物生长栖息的场所，理想的滤料应具备下述特性：(1)能为微生物附着提供大量的面积：(2)使污水以液膜状态流过生物膜；(3)有足够的空隙率，保证通风(即保证氧的供给)和使脱落的生物膜能随水流出滤池；(4)不被微生物分解，也不抑制微生物的生长，有较好的化学性能：(5)有一定的机械强度；(6)价格低廉。?

生物滤池机理大体如下：污水通过布水设备连续地、均匀地喷洒到滤床表面上，在重力作用下，污水以水滴的形式向下渗沥，或以波状薄膜的形式向下渗流。最后，污水到达排水系统，流出滤池。污水流过滤床时，有一部分污水、污染物和细菌附着在滤料表面上，微生物便在滤料表面大量繁殖，不久，形成一层充满微生物的黏膜，称为生物膜。这个起始阶段称为挂膜，是生物滤池的成熟期。?

由于微生物的不断繁殖，生物膜不断加厚，超过一定厚度后，吸附有机物在传递到生物膜内层的微生物以前，已被代谢掉。此时，内层微生物因得不到充分的营养而进入内源代谢，失去其黏附在滤料上的性质，脱落下来随水流出滤池，滤料表面再重新长出新的生物膜。?

三、几种常见的生物膜

1、上流式污泥床(USB)?反应器

上流式污泥床(USB)是20世纪70年代末由荷兰Lettinga开发的又一项新的颗粒型生物膜反应器，主要用于厌氧生物处理系统中，即UASB。它主要由配水系统、污泥床、三相分离器等组成。反应过程中产生的气体将污泥和污水进行充分混合，三相分离器将颗粒污泥、气体和污水进行分离，污泥保留在反应器中，气体和处理后的出水排出反应器。

2、污泥膨胀床(EGSB)?

20世纪80年代后，又出现了新的颗粒污泥反应器，其中以污泥膨胀床(EGSB)和内循环反应器(Ic)最具有代表性。EGSB与USB的结构类似，但其高径比更大，上升流速更快，颗粒污泥处于膨胀状态。?

3、气提生物膜反应器(BAS)?

以上两种是在以前污水处理中应用较多的两种类型，随着技术的进步与提高，在20世纪80年代末，一种新型的颗粒型生物膜反应器被开发并应用于工业。它与以往的颗粒型生物膜反应器不同的是，混合方式是由外部引入的气体将污泥和污水进行混合，是完全混合的方式，被称为气提生物膜反应器(BAS)。它主要由上升区、下降区和污泥沉降区组成，根据气源的不同，可分为好氧型气提床和厌氧型气提床。?

4、生物膜电极法在废水处理

针对目前生物膜电极的反应机理研究较少，从电极与表面细菌关系角度分析，可能存在以下几点联系：?

（1）难生物降解的有机物通过电化学作用转化为中间产物，中间产物很难通过电化学处理技术进一步去除，微生物却可继续进行降解作用。?

（2）污染物通过生物降解释放的代谢产物进一步被电极作用及时去除，从而使微生物保持稳定的活性。?

（3）在电极表面紧密吸附着生物膜，传质关系良好，进而有效提高生物膜电极对体系中污染物的去除效率。?

（4）在某一非正常电场环境中可能由于电催化作用，增强或激活其内部酶的活性，促进其新陈代谢作用。?

四、生物膜传递在废处理中的实际运用

早在1988年，U.Fuchs等就将生物法与电化学法结合起来，应用在反硝化除氮中。1998年，Islam等人运用生物膜电极反应器进行长期反硝化实验研究。结果发现，当电流为20mA，硝酸盐起缓冲作用时，硝酸盐去除率达98%以上，当电流为20～25mA时反硝化效果达最佳，废水中总硝酸根去除率可维持在75～80%之间，并未发现亚硝酸盐和N2O的积累，反硝化的结果很好。?

2001年，Z.Feleke等研究用此法处理硝酸盐和杀虫剂。实验表明，在相应电流作用下，运用生物膜电极反应器可完全处理掉NO3-，在流出物中并未发现NO2-，但随着IPT的滞留，产物N2O会有所上升。而由于吸附柱的使用，N2O不会有所积累。次年，TomohideWatanabe等发现用此反应器进行反硝化过程，可处理含铜金属浸酸废水。实验以反硝化细菌吸附在石墨电极上作为阴极，石墨电极作为阳极，发现铜离子的去除与反硝化过程可在单一生物电极反应器中同时进行。?

2007年，康博等人在用生物膜电极反应器降解对氨基二甲基苯胺的研究中，以Ti/PbO2氧化物涂层电极作为阳极，以对氨基二甲基苯胺的生物膜电极作为阴极，在25℃和pH为6～7的条件下进行实验，不仅对有机污染物的降解效率有明显的提高，而且电能消耗也同时降低，更加解决了在降解过程中电化学氧化带来的含氯有机物二次污染问题。?

2010年，张雪娜等]采用生物膜电极法分别对苯酚、五氯酚和对甲基苯酚等难生物降解的酚类有机污染物进行降解可能性分析，并通过实验证实处理效果最佳环境。研究表明，采用生物膜电极法使苯酚降解的最佳条件：0.5mA/cm2电流密度，初始苯酚浓度低于200mg/L，温度35℃。对生物膜电极方法降解五氯酚的条件进行优化，发现在隔膜式电解槽（阴离子膜）中，五氯酚的最佳条件为电流密度1mA/cm2，初始五氯酚浓度为100mg/L，温度30℃。对甲基苯酚降解的最佳条件为电流密度0.5mA/cm2，初始浓度为100mg/L，温度35℃。?

2011年，徐炉生等以硝基苯、氯苯和二氯苯为目标污染物，利用生物膜电极法对其进行降解研究。研究发现，采用生物膜电极法与常规方法相比，能大幅提高对氯苯和二氯苯的降解速率，通过实验对中间产物的检测，结果表明，生物膜电极法较常规生物降解法的还原性更强，表现其氯苯、二氯苯先脱氯再降解开环的特点，阴极还原环境强弱对脱氯作用的重要性。

生物膜电极法具有良好的处理效果、装置结构简单、运行管理方便及处理费用低廉等优点，进而在废水处理领域中有广阔的应用前景，但是要应用于实际废水处理，很多问题还有待于研究和解决。例如：①电极材料的选择问题，既要考虑处理效果，又要考虑电能消耗和价廉易得。②电极面积、固定化生物量和极水比的增加问题。③固定化方法的选择问题，是采用简便易行的自然吸附法，还是采用培养技术复杂、生物量多和生物膜机械强度高的固定化载体法。④搅拌条件的控制问题，既要考虑促进物质迁移，又要考虑提高处理效果。?

五、结束语

综上所述，本文重点对污水生物处理中生物膜传递的优势以及常见的生物膜发生器进行了分析，随着污水处理的强度越来越大，未来生物膜处理技术会有更大的发展前景。

参考文献

[1]周律,李哿,HangsikS等.污水生物处理中生物膜传质特性的研究进展[J].环境科学学报,2011,(8).

[2]付志敏,张玉高,党志等.生物流化床技术处理印染废水的研究现状[J].环境科学与技术,2010.