微污染水源水生物膜法预处理技术
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微污染水源水生物膜法预处理技术
微污染水源水微生物预处理技术中的生物膜法是属于好养生物处理的方法，它是将微污染水源水通过好氧微生物和原生动物，后生动物等在载体填料上生长繁殖形成的生物膜，吸附和降解有机物，使微污染水源水得到净化的方法。
根据装置的不同，生物膜法可分为：生物滤池、生物转盘、接触氧化法和生物膨胀床与流化床等四类。
生物膜法处理微污染水源水的发展
水是人类的生存与发展，社会的文明与进步的基本保障。
饮用水更是与我们每个人的日常生活息息相关。
由于近几十年工业化的迅速发展，城市化规模的不断扩大，人们在生活和生产过程中排放出来的污染物对源水水质的污染已经愈演愈剧，源水受污染的程度越来越严重，水中有机物质逐渐增多。
从20世纪60年代以来，不少地区饮用水水源水质日益恶化；同时，随着水质分析技术逐渐改进，水源和饮用水中能够测得的微量污染物质的种类也不断增加，人们在饮用水的水质净化中又碰到了新问题。
针对源水中出现的新污染问题，进入20世纪70年代以后，人们就开始着手对水质净化的新技术进行了研究，并且已经有很多技术在实际生产中应用，取得了较好的效果。
在20世纪50年代以前，生物膜法一直未被人们重视，其原因主要是因为生产中最早采用的生物膜法构筑物是以碎石为填料的滴滤
池。
碎石的比表面积小，能够为微生物附着生长的表面积小，因而滴滤池的负荷不可能很大，使其占地面积较大，卫生状况也不好。
50年代，由于塑料工业的发展以及塑料填料引入生物膜处理系统，使生物膜法出现了许多具有重要意义的发展。
因此，出现了许多新型的生物膜法设备。
20世纪70年代末，为强化生物膜法反应器中的传质，流化床系统被引人生物膜处理中，称为生物流化床。
生物流化床兼有活性污泥法和生物膜法的待点，又称为半生物膜和半悬浮生长系统。
生物膜法处理微污染水源水的机理
（1）、生物膜的构造特征
生物膜(好氧层＋兼氧层＋厌氧层)＋附着水层(高亲水性)。
（2）、生物膜降解的机理
①微生物：沿水流方向为细菌——原生动物――后生动物的食物链或生态系统。
具体生物以菌胶团为主、辅以球衣菌、藻类等，含有大量固着型纤毛虫（钟虫、等枝虫、独缩虫等）和游泳型纤毛虫（楯纤虫、豆形虫、斜管虫等），它们起到了对污染物净化和清除池内生物（防堵塞）作用。
②供氧：借助流动水层厚薄变化以及气水逆向流动，向生物膜表面供氧。
③传质与降解：有机物降解主要是在好氧层进行，部分难降解有机物经兼氧层和厌氧层分解，分解后产生的H2S，NH3等以及代谢产物由内向外传递而进入空气中，好氧层形成的N O3－－N、NO2－－N等经
厌氧层发生反硝化，产生的N2也向外而散入大气中。
④生物膜更新：经水力冲刷，使膜表面不断更新（DO及污染物），维持生物活性（老化膜固着不紧）。
（3）、生物膜的净化特征
①微生物的多样化：生物膜是由细菌、真菌、藻类、原生动物、后生动物以及一些肉眼可见的蠕虫、昆虫的幼虫组成（滤池蝇具有抑制生物膜过速增长的功能）。
②生物的食物链长：生物膜上的食物链要长于活性污泥，因此污泥量少于活性污泥系统。
③能够存活时间长的微生物：SRT与HR T无关，因此硝化菌和亚硝化菌也得以繁衍、增殖，因此生物膜法的各种工艺都具有硝化功能，采取适当运行方式，可脱氮。
④分段运行与优势菌种：生物膜法多分多段运行，每段繁衍与本段水质相适应的微生物。
（4）、生物膜的工艺特征
①对水质、水量变动有较强的适应性：一段时间中断进水，对生物膜也不会有致命影响，通水后易恢复。
③具有较大处理能力，净化功能显著提高。
④能够处理低浓度的微污染水源水：生物膜能处理活性污泥法不能处理微污染的原水。
⑤易于维护运行，节能，动力费用低；如生物转盘、生物滤池等，去除单位BO D的耗电量较少。
生物膜法处理微污染水源水的流程
下图为生物膜法处理微污染水源水系统的基本流程：废水经初次沉淀池后进入生物膜反应器，微污染水源水在生物膜反应器中经需氧生物氧化去除有机物后，再通过二次沉淀池出水。
塔式生物滤池
轻质滤料的开发与采用，为塔式生物滤池的应用创造了条件。
生物塔滤增加了滤池高度，分层放置填料，通风良好克服了普通生物滤池（非曝气）溶解氧不足的缺陷。
国外广泛采用塑料材质大孔径波纹孔板滤料，我国常采用环氧树脂固化玻璃钢蜂窝填料。
塔式生物滤池的净化作用也是通过填料表面的生物膜的新陈代谢活动来实现的。
塔式滤池的优点是负荷高、产水量大、占地面积小，对冲
击负荷水量和水质的突变适应性较强。
缺点是动力消耗较大，基建投资高，运行管理不便。
生物转盘反应器
生物转盘在微污染水源水处理中已广泛采用。
目前在给水处理领域，对某些污染程度较为严重的微污染水进行了一些研究。
日本、我国台湾地区以及国内学者的试验研究表明，采用生物转盘预处理在适宜水力负荷下改善微污染水水质是有效的。
生物转盘的特点表现为，生物膜能够周期的运行于空气与水相两者之中，微生物能直接从大气中吸收需要的氧气（减少了溶液中氧传质的困难性），使生物过程更为有利的进行。
转盘上生物膜生长面积大，生物量丰富，不存在类似于生物滤池的堵塞情况，有较好的耐冲击负荷的能力，脱落膜易于清理处置。
但存在的不足是生物氧化接触时间较长，构筑物占地面积大，盘片价格较贵，基建投资高。
生物接触氧化法
生物接触氧化工艺是利用填料作为生物载体，微生物在曝气充氧的条件下生长繁殖，富集在填料表面上形成生物膜，其生物膜上的生物相丰富，有细菌、真菌、丝状菌、原生动物、后生动物等组成比较稳定的生态系统，溶解性的有机污染物与生物膜接触过程中被吸附、分解和氧化，氨氮被氧化或转化成高价形态的硝态氮。
反
应过程如下：
有机污染物氧化反应方程式：
4CxHyO z+(4x+y-2z)O2——4xCO2+2yH2O+Q （1）
氨氮氧化反应方程式：
2NH4++3O2——2NO2—+4H++2H2O+Q （2）
2NO2—+ O2——2NO3—+Q （3）
生物接触氧化法的主要优点是处理能力大，对冲击负荷有较强的适应性，污泥生成量少；缺点是填料间水流缓慢，水力冲刷小，如果不另外采取工程措施，生物膜只能自行脱落，更新速度慢，膜活性受到影响，某些填料，如蜂窝管式填料还易引起堵塞，布水布气不易达到均匀。
另外填料价格较贵，加上填料的支撑结构，投资费用较高。
现有生物接触氧化法在曝气充氧方式、生物填料上都有所改进。
国内填料已从最初的蜂窝管式填料，经软性填料、半软性填料，发展到近几年的YDT弹性立体填料；曝气充氧方式也从最初的单一穿孔管式，发展到现在的微孔曝气头直接充氧以及穿孔管中心导流筒曝气循环式。
在一定程度上，促进了膜的更新，改善了传质效果。
生物膨胀床与流化床
生物膨胀床是介于固定床和流化床之间的一种过渡状态，流化床中的填料随水、气流的上升流速的增加而逐渐由固定床经膨胀床
最后成为流化床。
生物膨胀床与流化床通过选用适度规格粒径（约为0.2~1.0mm）的生物载体，如砂、焦碳、活性炭、陶粒等，采用气、水同向混合自下而上，使载体保持适度膨胀或流化的运转状态。
与固定床相比，从两个方面强化了生物处理过程：一方面，载体粒径变小，比表面积增大，单位溶剂的比表面积可达到2000~3000m2/m3，这大大提高了单位生物池的生物量。
另一方面，由于颗粒在反应器中处于自由运动（膨胀或流化）状态，避免了生物滤池的堵塞现象，提高了水与生物颗粒的接触机会；同时可采用控制膨胀率的办法来控制水流紊动对生物颗粒表面的剪力水平，进而控制填料上生物膜的厚度，有利于形成均匀、致密、厚度较薄且活性较高的生物膜。
这些都大大的强化了水中可生物降解基质向生物膜内的传递过程，使生物膨胀床、流化床的单位容积的基质降解速率得到提高。
生物膨胀床、流化床含有活性高的较大生物量，处理水力负荷增大，并保证出水水质良好。
采用生物膨胀床与流化床，可解决固定填料床中常出现的堵塞问题，进一步提高净化效率，且占地面积少。
但由于保持膨胀或流化状态，消耗的动力费用较高，且维护管理复杂，尤其是当池体比较大的情况，如一旦停止运行，再启动很困难，运行中水力学条件难以控制等。
在运行过程中还存在流化介质跑料现象，其工程应用还很少见。
结论
生物预处理是一种经济有效且在毒理学上安全的方法，它通过降解B O M来降低甚至消除了输水管网中菌群生长的可能性，从而减少了消毒剂的消耗，并进而降低T H Ms的形成；通过降低Ze ta电位减少对混凝剂的消耗；其对NH3—N和其它有机污染物有良好的处理效果，尤其在与传统工艺（混凝—沉淀—过滤—消毒）联用后，对降低饮用水致突变活性效果也很好。
而且，该方法投资少，见效快，适合我国国情，因此，生物预处理与传统工艺的组合是目前国内水厂改善出水水质的首选方法。
但是，一些研究表明，生物预处理对微量难生物降解的优先污染物（指经过优先选择的污染物，其特点是：难以降解、在环境中有一定残留水平、出现频率较高、具有生物积累性、三致性、毒性较大或潜在危害性较大以及现代已有检出方法的物质）无效；对THMS只有少量去除效果；Ames试验不能由阳变阴；运行效果受到许多因素的影响，特别是原水水质、水温、水量的变化和操作管理水平的高低都直接影响处理效果；与常规工艺相比，需较长的成熟期，并进行生物驯化；由于生物处理是借助于微生物新陈代谢去吸收利用水中的污染物，因此会有各种代谢产物以及微生物本身进入水中，其中大多数物质的特性及对人体健康的可能影响还所知甚少。
研究新的净水工艺，增加新的治理措施是当今给水研究人员及自来水厂急需解决的课题。
从目前的研究方向和大量的研究结果来看，在自来水厂增加生物预处理和加强出水的深度处理是改善饮用水水质的有效途径。
在生物膜法处理被污染的水的技术中，已经有很多技术在实际生产中应用，取得了较好的效果。