淺談生物膜法處理污水與前景

淺談生物膜法處理污水的應(yīng)用與前景淺談生物膜法處理污水的應(yīng)用與前景摘要：由于水資源的短缺且水污染問題嚴(yán)重，污水處理技術(shù)的發(fā)展與變革愈發(fā)重要，生物膜法作為一種利用微生物降解作用凈化污水的方法，在處理過量有機(jī)物導(dǎo)致的水體污染方面作用明顯，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)污水處理技術(shù)的不足，有著廣泛的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：水污染;污水處理;生物膜法Abstract：Duetotheshortageofwaterresourcesandseriouspollution,sewagetreatmenttechnologydevelopmentandchangeincreasinglyimportantasabiofilmmicrobialdegradationusingthemethodofpurificationofsewage,waterpollutioncausedbytheroleoftreatmentintheapparentexcessoforganicmatter,makeuptheshortcomingsoftraditionalwastewatertreatmenttechnologieshavebroadapplicationprospects.Keywords:WaterPollution;Sewagetreatment;Biofilm我國水資源現(xiàn)狀水是一種資源，取之于自然，用之于社會(huì)。自工業(yè)革命后，人類活動(dòng)規(guī)模及范圍日益擴(kuò)大，水資源短缺與污染問題日益突出。作為人類生存的基本需求，水因其稀缺性和在生產(chǎn)、生活中無可替代的地位，必須得到切實(shí)保護(hù)。隨著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，日益嚴(yán)重的水資源短缺和嚴(yán)重的水環(huán)境污染困擾著國計(jì)民生，而且也已成為制約我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的主要因素。我國人均占有水資源2700m3，僅相當(dāng)于世界平均值的1/4，全國600多個(gè)城市目前大約有一半的城市缺水。由于高耗能、高耗水、高污染產(chǎn)業(yè)仍呈快速增長趨勢。水污染物的排放總量還沒有明顯下降，全國水資源形勢十分嚴(yán)峻，形成影響未來我國發(fā)展和安全的多重水危機(jī)。水污染的主要原因是過量污染物進(jìn)入水體，在一定時(shí)間范圍內(nèi)超過水體自凈能力而致。人類在生產(chǎn)、生活活動(dòng)中造成的水體污染，工業(yè)排放引起的水體污染最嚴(yán)重。如工業(yè)廢水，它含污染物多，成分復(fù)雜，不僅在水中不易凈化，而且處理起來也比較困難。被污染水質(zhì)經(jīng)過分析會(huì)發(fā)現(xiàn)COD、氨氮、磷、亞硝酸鹽、砷、氟、鉛等含量嚴(yán)重超標(biāo)，水體透明度極低，水中的懸浮物比較多；在水體不流動(dòng)的死角處會(huì)有樹葉雜草和油狀物出現(xiàn)，水體有刺鼻異味或臭味。生活污水、農(nóng)業(yè)污水的主要特點(diǎn)則是有機(jī)物和氮、磷等化學(xué)元素含量較高。生物膜法概述（一）生物膜法的凈水機(jī)理生物膜法作為生物處理技術(shù)較成熟的技術(shù)方法之一，其基本原理是微生物附著生長在某些固定表面上，形成膠質(zhì)相連的生物膜。生物膜是指附著在惰性載體表面上生長的，具有較強(qiáng)的吸附和生物降解的結(jié)構(gòu)，以微生物為主，其中提供微生物附著生長的惰性載體稱之為濾料或填料。生物膜一般呈蓬松的絮狀結(jié)構(gòu)，微孔較多，表面積很大，具有很強(qiáng)的吸附作用，有利于微生物進(jìn)一步對(duì)這些被吸附的有機(jī)物分解和利用。在處理過程中，水的流動(dòng)和空氣的攪動(dòng)使生物膜表面和水不斷接觸，廢水中的有機(jī)污染物和溶解氧為生物膜所吸附，生物膜上的微生物不斷分解這些有機(jī)物質(zhì)，在氧化分解有機(jī)物質(zhì)的同時(shí)，生物膜本身也不斷新陳代謝，衰老的生物膜脫落下來從生物處理設(shè)施中帶出并在沉淀池中與水分離。（二）生物膜法的工藝特點(diǎn)微生物多樣化，生物的食物鏈長，有利于提高面積的處理負(fù)荷；勢菌群分段運(yùn)行，有利于提高微生物對(duì)有機(jī)污染物的降解效率和增加難降解污染物的去除率，提高脫氮除磷效果；對(duì)水質(zhì)、水量變動(dòng)有較強(qiáng)的適應(yīng)性，耐沖擊負(fù)荷力增強(qiáng)污泥沉降性能好，易于固液分離，剩余污泥產(chǎn)量少，降低了污泥處理費(fèi)用，進(jìn)而降低投資費(fèi)用；適合低濃度污水的處理；易于維護(hù)，運(yùn)行管理方便，耗能低。濾料的選擇及其作用濾料是生物膜法工藝的核心部分。過濾是污水處理不可缺少的處理單元。濾料的好壞關(guān)系著生物膜的脫落和附著情況，進(jìn)而影響了生物膜系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定和處理效果。濾料可以是天然的，也可以是經(jīng)過加工的石英砂、無煙煤、大理石、白云石、磁鐵礦石、石榴石、錳砂等顆粒物質(zhì)，還可以是人造聚苯乙烯發(fā)泡塑料球、高效纖維束和陶瓷濾料。不同的濾料對(duì)不同的污染物處理效果不同，應(yīng)根據(jù)所需處理的污水狀況，選擇最合適的濾料。生物膜法工藝及其類別生物膜法是與活性污泥法并行的一種好氧型生物廢水處理方法．主要去除廢水中溶解性的和膠體狀的有機(jī)污染物。其工藝是使含有營養(yǎng)物質(zhì)和接種微生物的污水在濾料的表面流動(dòng)，一定時(shí)間后。微生物會(huì)附著在濾料表面而增殖和生長，形成一層薄的生物膜。生成的生物膜上繁殖著大量的微生物，它們吸附和降解水中的有機(jī)污染物，能起到與活性污泥同樣的凈化污水作用。由于微生物在濾料上大量生長繁殖，導(dǎo)致生物膜厚度不斷增加，氧氣不能完全透入，在生物膜內(nèi)部深處就形成了厭氧狀態(tài)。因此產(chǎn)生了厭氧和好氧兩種反應(yīng)類型，對(duì)于有機(jī)物的降解主要是好氧型反應(yīng)，其好氧膜的厚度為2mm。隨著厭氧代謝產(chǎn)物的增加，厭氧膜和好氧膜之間的平衡被打破，凈化功能逐漸減弱，與此同時(shí)，不斷逸出的氣態(tài)產(chǎn)物使生物膜對(duì)濾料的附著能力減弱，從而老化脫落，新的生物膜又會(huì)生長起來，凈化功能也就由弱變強(qiáng)了。生物膜法主要類別有生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、生物接觸氧化、生物流化床等。生物濾池生物濾池是以土壤自凈原理為依據(jù)發(fā)展起來的，濾池內(nèi)有固定濾料，污水流過時(shí)與濾料相接觸，微生物在濾料表面形成生物膜。污水凈化裝置由提供微生物生長棲息的濾床、步水系統(tǒng)(使污水在濾床上均勻分布)以及排水系統(tǒng)組成。生物濾池操作簡單．費(fèi)用低，適用于中小城鎮(zhèn)和邊遠(yuǎn)地區(qū)。生物濾池分為普通生物濾池、高負(fù)荷生物濾池和塔式生物濾池及曝氣牛物濾池等。生物轉(zhuǎn)盤法生物轉(zhuǎn)盤法又稱浸沒式生物濾池，是由一系列平行的旋轉(zhuǎn)圓盤、旋轉(zhuǎn)橫軸、機(jī)械動(dòng)力及減速裝置、氧化槽等部分組成。通過傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)生物轉(zhuǎn)盤以一定的速度在接觸反應(yīng)槽內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。交替與空氣和污水接觸，每一周期完成吸附一吸氧一氧化分解的過程，通過不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，使污水中的污染物不斷分解氧化。生物轉(zhuǎn)盤流程中除了生物轉(zhuǎn)盤外，還有初次和二次沉淀池。生物轉(zhuǎn)盤的使用范圍廣泛，對(duì)生活污水和各種工業(yè)廢水都能適用，同時(shí)生物轉(zhuǎn)盤的動(dòng)力消耗低，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，管理維護(hù)簡單。生物接觸氧化法生物接觸氧化法也稱淹沒式生物濾池。在池內(nèi)設(shè)置濾料，使已經(jīng)充氧的污水浸沒全部濾料，并以一定速度流經(jīng)濾料。濾料上長滿生物膜，污水與生物膜相接觸，水中的有機(jī)物被微生物吸附，氧化分解和轉(zhuǎn)化成新的生物膜。從濾料上脫落的生物膜隨水流到二沉池后被去除，污水得到凈化。生物接觸氧化法對(duì)沖擊負(fù)荷有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，污泥生產(chǎn)量少，可保證出水水質(zhì)。生物流化床生物流化床是采用相對(duì)密度大于1的細(xì)小惰性顆粒，如砂、焦炭、活性炭、陶粒等作為載體．微生物在載體表面附著生長，形成生物膜，充氧污水自上而下使載體處于流化狀態(tài)，生物膜與污水充分接觸。生物流化床處理效率高，能適應(yīng)較大沖擊負(fù)荷，占地小。生物膜法處理無機(jī)物的研究進(jìn)展除磷污水中磷的去除有化學(xué)和生物兩種途徑：化學(xué)途徑是指投加Ca2+、Al3+和Fe3+形成金屬磷酸鹽沉淀；生物途徑是指微生物對(duì)磷的吸收，磷最終通過沉淀池排放剩余污泥得以去除。微生物對(duì)磷的吸收又分為兩種：①微生物生長的生理需要，對(duì)磷的正常吸收，普通活性污泥微生物細(xì)胞干重含磷2％～3％；②生物強(qiáng)化除磷(EBPR)，微生物吸收過量的磷貯存為胞內(nèi)聚磷，成功的EBPR系統(tǒng)中微生物細(xì)胞含磷量為一般微生物的2～5倍。為提高除磷效果，一般在生物膜法的基礎(chǔ)上加以化學(xué)藥劑。經(jīng)相關(guān)對(duì)照試驗(yàn)證明，加入鋁鹽作為除磷的絮凝劑，并保證溶解氧足夠時(shí)，除磷效果將得到提高。除氮目前進(jìn)展較大的有三種除氮生物膜工藝。一是在膜生物反應(yīng)器中投加聚乙烯懸浮濾料，通過生物膜一膜生物反應(yīng)器提高除氮能力。二是采用厭氧一好氧(A—O)生物膜工藝進(jìn)行焦化廢水的試驗(yàn)．通過對(duì)進(jìn)水、厭氧出水、好氧出水氨氮和化學(xué)需氧量(COD)的檢測分析，由此得知該系統(tǒng)能有效地去除焦化廢水中的COD，去除率均大于90％，氨氮的去除率在80％以上。三是在對(duì)焦化廢水中有機(jī)物在A1—A2—O生物膜系統(tǒng)中降解轉(zhuǎn)化規(guī)律進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上。選取焦化廢水中6種主要的含氮雜環(huán)化合物：吡啶、吲哚、喹啉、異喹啉、2一甲基喹啉、8一羥基喹啉，與苯酚共同配制成溶液，在A1—A2—O生物膜系統(tǒng)中運(yùn)行，進(jìn)一步提高凈化能力。除重金屬離子采用生物膜法去除水中重金屬主要是依靠生物膜對(duì)重金屬的生物吸附。許多研究表明，構(gòu)成生物膜的各種微生物能分泌細(xì)胞外聚合物(EPS)，其主要成分是多聚糖、蛋白質(zhì)、核酸、脂類等。由于胞外聚合物常含有帶負(fù)電荷的官能團(tuán)(如多聚糖、蛋白質(zhì)等的羧基官能團(tuán))，生物膜表面也因此常攜帶負(fù)電荷。生物膜吸附水體中的重金屬離子的一個(gè)重要機(jī)理就是通過胞外聚合物中帶負(fù)電荷的配合基與重金屬相互作用而逐漸吸附重金屬離子，將生物膜法用于污水中重金屬的去除，不僅不易造成二次污染，操作簡便，而且大大減低了污水的治理成本，其實(shí)際應(yīng)用意義十分重要。生物膜法的應(yīng)用前景生物膜法由于是利用微生物對(duì)污水中的污染物分解、吸附作用，故而降解速度慢，時(shí)間較長，占地面積較大，土建投資較高。這樣的投資狀況對(duì)我國現(xiàn)有的大部分企業(yè)來說并無積極性可言，對(duì)有些企業(yè)來說甚至是一種包袱。另外，現(xiàn)階段對(duì)生物膜法的機(jī)理和作用研究還不太成熟，特別是對(duì)微生物對(duì)物質(zhì)的代謝機(jī)理、微生物的群落結(jié)構(gòu)和功能、曝氣生物濾池和膜反應(yīng)器的創(chuàng)新改進(jìn)及濾料的選擇應(yīng)用，這些都將直接影響生物膜法對(duì)污水的處理能力?？v觀國際和國內(nèi)上對(duì)生物膜法在水污染控制的長久發(fā)展應(yīng)用，尤其是伴隨著基因工程的快速發(fā)展，應(yīng)該加強(qiáng)基因重組技術(shù)、原生質(zhì)體融合技術(shù)來構(gòu)建“超級(jí)工程菌”及新型菌種和研究選擇對(duì)污染污去除量大、平衡時(shí)間短的菌種應(yīng)用于工業(yè)化；同時(shí)開發(fā)新的高效固定化生物反應(yīng)器、建立在微生物技術(shù)基礎(chǔ)上的新處理工藝，最大限度的提高生物效率，造福人類。隨著人們對(duì)生物膜水處理新技術(shù)及機(jī)理的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)和掌握，生物膜技術(shù)在水處理領(lǐng)域必將發(fā)揮越來越重要的作用。參考文獻(xiàn)：[1]劉雨，趙慶良.生物膜法污水處理技術(shù).[2]張金蓮，吳振斌．水環(huán)境中生物膜的研究進(jìn)展[3]李湛江.膜處理技術(shù)處理垃圾滲濾液工藝論文匯總[4]黃霞,桂萍.膜生物反應(yīng)器廢水處理工藝的研究進(jìn)展[5]王鎮(zhèn)，王孔星，謝裕敏，等.幾株微生物絮凝劑產(chǎn)生菌的非凡研究內(nèi)容說明：課本最后一章簡要介紹了生物技術(shù)與人類未來，其中現(xiàn)代生物技術(shù)的領(lǐng)域非常廣泛，隨著生命科學(xué)的發(fā)展和不斷突破，許多生命科學(xué)的重大研究成果都隱含著良好的應(yīng)用前景和商機(jī)。生物膜法作為一種新興的污水凈化技術(shù)，是生物技術(shù)一大應(yīng)用，對(duì)于解決日益嚴(yán)重的污水問題將發(fā)揮愈來愈重要的作用。B.對(duì)課程內(nèi)容和教學(xué)方式的意見和建議經(jīng)過一學(xué)期的學(xué)習(xí)，我覺得自身在生物領(lǐng)域的認(rèn)識(shí)得到了較大提高，對(duì)生物的興趣愈加濃厚，但我覺得在課程教學(xué)方面，也許是由于開課時(shí)間較短的緣故，教學(xué)形式不夠豐富，無法很好地體現(xiàn)出生物科學(xué)的活