电极-生物膜法的基本理论
生物膜法原理与应用
自然拔风的推动力是池内温度与气温之差以及滤池的高度。
温度差越大，通风条件越好； 当水温较低，滤池内的温度低于水温时（夏季），池 内气流向下流动； 当水温较高，池内温度高于气温时（冬季），气流向 上流动； 若池内外无温度差，则停止通风； 正常运行的生物滤池，自然通风可以提供生物降解所 需的氧量，自然通风不能满足时，应考虑强制通风。
生物膜法的 主要设施
生物滤池
生物滤池法的流程
建设中的生物滤池
典型的生物滤池的构造
滤床
布水设备
排水系统
滤床
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；
影响生物滤池性能的主要因素——滤池高度
滤床的上层和下层相比,
滤床上层,污水中
生物膜量、微生物种类和去
有机物浓度较高,微
除有机物的速率均不相同。
生物繁殖速率高,种
滤
属较低级,以细菌为
主,生物膜量较多,有
机物去除速率较高。
滤床中的这一递变现象，
类似污染河流在自净过程中
床
的生物递变。
随着滤床深度增 加,微生物从低级趋 向高级，种类逐渐 增多,生物膜量从多 到少。
交替式二级生物滤池法的流程
运行时，滤池是串联工作的，污水经初步沉淀后进入一级生物 滤池，出水经相应的中间沉淀池去除残膜后用泵送入二级生物滤 池，二级生物滤池的出水经过沉淀后排出污水厂。
工作一段时间后，一级生物滤池因表面生物膜累积，即将出现 堵塞，改作二级生物滤池，而原来的二级生物滤池则改作一级生物 滤池。
生物膜法的基本原理
第一节生物膜法的基本原理生物膜法又称固定膜法，是与活性污泥法并列的一类废水好氧生物处理技术；是土壤自净过程的人工化和强化；与活性污泥法一样，生物膜法主要去除废水中溶解性的和胶体状的有机污染物，同时对废水中的氨氮还具有一定的硝化能力；主要的生物膜法有：① 生物滤池：其中又可分为普通生物滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池等；② 生物转盘；③ 生物接触氧化法；④ 好氧生物流化床等。
一、生物膜的结构1、生物膜的形成生物膜的形成必须具有以下几个前提条件：① 起支撑作用、供微生物附着生长的载体物质：在生物滤池中称为滤料；在接触氧化工艺中成为填料；在好氧生物流化床中成为载体；② 供微生物生长所需的营养物质，即废水中的有机物、N、P以及其它营养物质；③ 作为接种的微生物。
(1) 生物膜的形成：含有营养物质和接种微生物的污水在填料的表面流动，一定时间后，微生物会附着在填料表面而增殖和生长，形成一层薄的生物膜。
(2) 生物膜的成熟：在生物膜上由细菌及其它各种微生物组成的生态系统以及生物膜对有机物的降解功能都达到了平衡和稳定。
生物膜从开始形成到成熟，一般需要30天左右(城市污水，20°C)2、生物膜的结构生物膜的基本结构如图1所示。
图1 生物膜结构示意图(1) 生物膜的性质：① 高度亲水，存在着附着水层；② 微生物高度密集：各种细菌以及微型动物，这些微生物起着主要去除废水中的有机污染物的作用，形成了有机污染物——细菌——原生动物(后生动物)的食物链。
(2) 生物膜降解有机物的过程：3、生物膜的更新与脱落(1) 厌氧膜的出现：① 生物膜厚度不断增加，氧气不能透入的内部深处将转变为厌氧状态；② 成熟的生物膜一般都由厌氧膜和好氧膜组成；③ 好氧膜是有机物降解的主要场所，一般厚度为2mm。
(2) 厌氧膜的加厚：① 厌氧的代谢产物增多，导致厌氧膜与好氧膜之间的平衡被破坏；② 气态产物的不断逸出，减弱了生物膜在填料上的附着能力；③ 成为老化生物膜，其净化功能较差，且易于脱落。
生物膜法讲义
生物膜法生物膜法属于好氧生物处理方法。
他是依靠固着于固体介质表面的微生物来降解有机污染物质。
当含有大量有机污染物的污水连续不断地通过某种固体介质表面时，在介质的表面上会逐渐生长出各种微生物，当微生物的质（活性）与量（数量）积累到一定程度，便形成了生物膜。
生物膜内部主要是由细菌、真菌、原生动物、后生动物和一些藻类组成。
当污水与生物膜接触时，污水中的有机物，作为微生物的营养物质，被微生物所摄取，污水得到净化，微生物本身也在繁殖、生长。
生物膜法实质是污水土壤自净的人工强化过程，这种方法既古老，又是发展中的生物处理技术。
早在1893年英国在实验室中成功地应用了生物膜技术，并于1900年应用于污水处理领域。
利用生物膜净化污水的装置称为生物膜反应器。
迄今为止，属于生物膜处理法的反应器有生物滤池（包括普通生物滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池）、生物转盘、生物流化床及生物接触氧化等。
第一节生物膜的构造及净化机理一、生物膜的构造及其净化原理生物膜法净化污水的原理可用图（12-1）来说明。
污水流过固体介质（滤料）表面经过一段时间后，固体介质表面形成了生物膜，生物膜覆盖了滤料表面。
这个过程是生物膜法处理污水的初始阶段，亦称挂膜。
对于不同的生物膜法污水处理工艺以及性质不同的污水，挂膜阶段需天左右完成挂膜。
从图（12-1）中可以看出，固体介质（滤料）表面外，依次由厌氧层、好氧层、附着水层、流动水层组成了生物膜降解有机物的构造。
降解有机物的过程实质就是生物膜与水层之间多种物质的迁移与微生物生化反应过程。
由于生物膜的吸附作用，其表面附着着一层很薄的水层，称之为附着水层。
它相对于外侧运动的水流——流动水层，是静止的。
这层水膜中的有机物首先被吸附在生物膜上，被生物膜氧化。
由于附着水层中有机物浓度比流动层中的低，根据传质理论，流动水层的有机物可通过水流的紊动和浓度差扩散作用进入附着水层，并进一步扩散到生物膜中，被生物膜吸附、分解、氧化。
生物膜法基本原理
（一） 概述
2、生物膜的主要特点
（1）适应冲击负荷变化的能力强； （2）反应器内微生物的浓度高； （3）无污泥回流系统，剩余污泥产量低； （4）同时存在硝化和反硝化，氨氮去除效率高； （5）操作管理简单，运行费用低；
（二） 生物膜法的类型
（3）塔式生物滤池
B. 塔式生物膜的特点：
高负荷率：塔式生物滤池水力负荷可达80～ 200m3/(m2·d)，，为一般高负荷生物滤池的2~10倍，生 物膜生长速度快，活性较高。
微生物分层现象：在各层生长着种属各异、但适应该层特 征的污水，有助于微生物的生长和污染物质的去除。耐 冲击能力强，因此常用于高浓度工业废水二级生物处理 的第一级处理。塔式生物滤池适宜于小规模污水处理， 一般不超过10000m3/d。
常见的生物膜法包括生物滤池、生物转盘、接触氧化等。
（二） 生物膜法的类型
2、生物滤池
（1）普通生物滤池 （2）高负荷生物滤池 （3）塔式生物滤池 （4）曝气生物滤池
（二） 生物膜法的类型
（1）普通生物滤池（滴滤池）
A. 池体 平面上呈现方形或矩形，池壁用砖石筑造，一 般高出填料表面0.5~0.9m。
B.填料
多采用空心的拳状填料，如碎石、卵石、炉渣、 焦炭等，一般分工作层和承托层两层填充， 总厚度约为1.5~2.0m。工作层厚1.3~1.8m， 粒径介于25~40mm，承托层厚0.2m，填料 介于70~100mm。
C.布水
采用固定喷嘴布水系统，由投配池，布水管道 和喷嘴等几部分组成。运行方便，但水头较 大，喷水周期短5~8min。
生物膜法
布水管每分钟的旋转速度，可近似地按下式计算：
3.478 × 10 7 n= Q 2 md D '第三节 生 物 转 盘
一、生物转盘的构造与原理
盘片作为生物膜的载体，当生物膜处于浸没状态时，废 水有机物被生物膜吸附，当它处于水面以上时，大气的氧向 生物膜传递，生物膜内所吸附有机物氧化分解，生物膜恢复 活性。生物转盘每转动一圈即完成一个吸附-氧化的周期。
第一节 基本原理
生物膜中物质传递过程如图14生物膜中物质传递过程如图14-1所示。生物膜中的微 生物主要有细菌（包括时气、厌气及兼气细菌）、真菌、 放线菌、原生动物（主要是纤毛虫）和较高等的动物，其 中藻类、较高等生物比活性污泥法多见。生物膜内物质浓 度分布如图１４－２所示．
废物利用基本方程
取膜上一厚度为dZ，面积为Ac的生物膜微元体。如膜内 底物浓度为Se，扩散进入微元体Ac·dZ的底物通量（进入量与 流出量之差）应等于该膜微元体的底物利用量。 微元体的废物平衡式可根据Fick定律列出:
3．供氧 向生物滤池供给充足的氧是保证生物膜正常工作的必要条 件，也有利于排除代谢产物。影响滤他自然通风的主要因素 是滤池内外的气温差（ΔT）以及滤他的高度。温差愈大， 滤池内的气流阻力愈小（亦即滤料粒径大、孔隙大）、通风 量也就愈大。 滤池内的气温和水温一般比较接近，因废水温度比较稳 定，故池内气温的变化幅度也不大。但滤池外气温不单在一 年内随季节的转换而有很大的变化，而且在一日内也有较大 变化。所以，生物滤池的通风量随时都在变化着。当池内温 度大于池外温度时，池内气流由下向上流动，反之，气流由 上向下流动。
2、高负荷生物滤池 高负荷生物滤池的构造基本上与低负荷生物滤池相同， 但所采用的滤料粒径和厚度都较大。由于负荷较高，水力冲 刷能力强，滤料表面积累的生物膜量不大，不易形成堵塞， 工作过程中老化生物膜连续排出，无机化程度较低。这种滤 池由于负荷大，处理程度较低，池内不出现硝化。它占地面 积较小，卫生条件较好，比较适宜于浓度和流量变化较大的 废水处理。 当要求废水的处理程度较高时，可采用二级滤池串联流 程。二级滤池串联时，出水浓度较低，处理效率可达90％以 上。
生物膜法
7.510%；机械通风时，风机容量一般按气水比为100150：1来
设计；
六、生物滤池的设计计算
滤池类型和流程 选择
二次沉淀池的形式、 个数和工艺尺寸的确 定
滤池个数和滤 床尺寸的确定
布水设备的计算
滤 池 类 型 的 选 择
低负荷生物滤池现在已经 基本上不常用，仅在污水量小、 地区比较偏僻、石料不贵的场 合尚有可能使用。
① 多采用质轻、比表面积大和孔隙率高的人工合成滤料；②
比表面积为100220 m2/m3，孔隙率一般大于94%。
两种常见的塑料滤料
滤料比表面积在98～340m2/m3之间，孔隙 率为93％～95％
滤料比表面积在81～195m2/m3之间，孔隙 率为93％～95％
国内目前采用的玻璃钢蜂窝状块状滤料，孔心 间距在20mm左右，孔隙率95％左右，比表面积在 200m2/m3左右。
85~95 75~90 65~85
没有经验可以援用的工业废水，应经过试验，确定其设计的负荷率。
滤 池 个 数 和 滤 床 尺 寸 的 确 定
（2）滤床高度的确定 根据计算结合经验确定。 在滤床的总体积和高度确定后，滤床的总面积可以算出。当总面积不 大时，可采用2个滤池。 目前生物滤池的最大直径为60m，通常是在35m以下。 最后应该核算滤速，看它是否合理。回流生物滤池池深浅，滤速一般 不超过30m/d，其滤率的确定与进水BOD5有关，如下表所示。
四、影响生物滤池性能的主要因素
生物滤池中有机物的降解过程 同时发生着多过程
有机物在污水 和生物膜中的 传质过程
有机物的好氧 和厌氧代谢过 程
氧在污水和生 物膜中的传质 过程
生物膜的生长 和脱落等过程
这些过程的发生和发展决定了生物滤池净化污水的性能。影 响这些过程的主要因素有：
生物膜法介绍课件
工业废水处理
生物膜法在工业废水处理中的应用广泛，如食品、化工、制药等行业。
生物膜法在处理工业废水时，能够有效去除废水中的有机物、氮、磷等污染物。
生物膜法在处理工业废水时，具有较高的处理效率和较低的运行成本。
生物膜法在处理工业废水时，具有较好的抗冲击负荷能力，能够适应废水水质的变化。
农业废水处理
01.
02.
03.
04.
目录
生物膜法的基本概念
生物膜法的技术特点
生物膜法的应用案例
生物膜法的发展趋势
生物膜法的定义
生物膜法是一种利用微生物的生物降解作用来处理废水的技术。
生物膜法主要通过附着在固体表面的微生物来降解废水中的有机物质。
生物膜法具有较高的处理效率和较低的运行成本，适用于处理各种类型的废水。
技术优化与创新
生物膜材料改进：提高生物膜的稳定性和抗污染能力
生物膜反应器优化：提高生物膜反应器的效率和稳定性
生物膜法与其他技术的结合：如膜生物反应器（MBR）、生物膜法与厌氧氨氧化（Anammox）技术的结合等
生物膜法在废水处理、生物能源等领域的应用拓展：提高生物膜法的应用范围和价值
应用领域的拓展
04
环保政策的推动
政府对环保的重视程度不断提高，推动生物膜法在污水处理领域的应用和发展。
环保法规的完善和实施，为生物膜法在污水处理领域的应用和发展提供了法律保障。
政府对环保产业的扶持政策，为生物膜法在污水处理领域的应用和发展提供了资金支持。
环保政策的推动，为生物膜法在污水处理领域的应用和发展提供了市场空间。
污水处理厂应用
生物膜法在污水处理厂中的应用广泛，可以有效去除污水中的有机物、氮、磷等污染物。
生物膜法基本原理
冲洗时间/min
3~8 2~4 100 2~8 4~15 4~7
20~80 20~80 12h，3d 30~40
（二） 生物膜法的类型
3、生物转盘
（1）组成和构造
转盘载 厌 好 体 液氧 氧膜膜 膜
生物转盘有盘片、转轴和驱动装置 以及接触反应槽三部分组成。
盘片：具有轻质高强、耐腐蚀、耐老化、易于挂膜、不变形，比表面 及大等性质，盘片为圆型、正多角型。直径为2.0~3.6m之间，盘 片间距30mm。35%侵没于水中。
（二） 生物膜法的类型
（3）塔式生物滤池
B. 塔式生物膜的特点：
高负荷率：塔式生物滤池水力负荷可达80～ 200m3/(m2·d)，，为一般高负荷生物滤池的2~10倍，生 物膜生长速度快，活性较高。
微生物分层现象：在各层生长着种属各异、但适应该层特 征的污水，有助于微生物的生长和污染物质的去除。耐 冲击能力强，因此常用于高浓度工业废水二级生物处理 的第一级处理。塔式生物滤池适宜于小规模污水处理， 一般不超过10000m3/d。
（一） 概述
3、生物膜法的影响因素
（6）生物膜量及活性： （7）有毒物质：重金属离子、酚、氰等。 （8）营养物质：BOD5:N:P=100:5:1;微量元素。
（二） 生物膜法的类型
1、生物膜法的分类
生物膜法的工艺类型很多，根据生物膜法的反应器附着状 态，生物膜反应器可以划分为固定床和流动床两大类。
B.填料
多采用空心的拳状填料，如碎石、卵石、炉渣、 焦炭等，一般分工作层和承托层两层填充， 总厚度约为1.5~2.0m。工作层厚1.3~1.8m， 粒径介于25~40mm，承托层厚0.2m，填料 介于70~100mm。
C.布水
采用固定喷嘴布水系统，由投配池，布水管道 和喷嘴等几部分组成。运行方便，但水头较 大，喷水周期短5~8min。
生物膜法基本原理
（二） 生物膜法的类型
2、生物滤池
（1）普通生物滤池 （2）高负荷生物滤池 （3）塔式生物滤池 （4）曝气生物滤池
（二） 生物膜法的类型
（1）普通生物滤池（滴滤池）
A. 池体 平面上呈现方形或矩形，池壁用砖石筑造，一 般高出填料表面0.5~0.9m。
硬性填料
软性填料
半软性填料
球状悬浮型填料
（二） 生物膜法的类型
（2）高负荷生物滤池
与普通生物滤池相比，高负荷生 物滤池大幅度的提高了滤池的 负荷，其BOD容积负荷高于普 通生物滤池6~8倍，水力负荷 则高达10倍。
优点：均化与稳定进水水质；加 速生物膜的再生，抑制滤池蝇 的滋生，减轻散发的臭味。
（三） 生物膜的培养驯化
1、挂膜的方法
（2）生间物接接挂触膜氧法化—的—流普程通生物滤池、生物转盘
先将生活污水或工业废水的混合污水培养出活性污泥，然后 将该污泥或其他类似污水处理厂的污泥与工业废水一起放 入循环池，再用泵投入生物膜法处理设施中，出水和沉淀 池污泥回流到循环池，循环形成生物膜后通水运行，并加 入要处理的工业废水，可先投入20％的工业废水，逐步 加大工业废水的比例，直到全部都是工业废水。
B.填料
多采用空心的拳状填料，如碎石、卵石、炉渣、 焦炭等，一般分工作层和承托层两层填充， 总厚度约为1.5~2.0m。工作层厚1.3~1.8m， 粒径介于25~40mm，承托层厚0.2m，填料 介于70~100mm。
C.布水
采用固定喷嘴布水系统，由投配池，布水管道 和喷嘴等几部分组成。运行方便，但水头较 大，喷水周期短5~8min。
接触氧化池是由池体、填料、支架及曝气装置、进出水装置以及排 泥管道等部件组成。
第8章-生物膜法
do something
污染物的生物化学 转化技术
自然条件下土水壤体净自化净
— —
天然水体及氧化塘 污水灌溉
生物处理法好氧处理人工条件下固悬着浮生生物物法法
— 活性污泥法及其变形，氧化塘、氧化沟 — 生物滤池、生物转盘、接触氧化、
好氧性生物流化床
厌氧处理自人然工条条件件下下高厌固悬温氧着浮堆塘生生肥物物法法
8.2.2 生物膜的结构
图 8-1 生物膜的结构
生物膜特性
高度亲水:在污水不断更新的条件下，外侧总是存在附着水层 微生物高度密集：在膜表面和一定深度的内部生长着微生物
和微型动物，并形成有机污染物－细菌－原 生动物（后生动物）的食物链。
生物膜成熟标志
真正生态系组成及对有机物的降解功能都达到了平衡状态
池自然通 风的主要因素有： 池内温度与气温之差； 滤池高度； 滤料孔隙率及风力等； 滤池堵塞也会影响通风。
滤池内、外温度差能够决定空气在滤池内的流速、流向等。 池内、外温差与空气流速的关系，可用下列经验公式确定：
v 0.075 T 0.15
v—空气流速m/min
TT—滤池内、外温差
0.075及0.15均为经验数值。
定性； ③ 亲疏水性及良好的表面带电特性，微生物通常为带负
电的，载体要是带正电荷的，容易结合； ④ 有毒性或抑制性； ⑤ 良好的物理性状； ⑥ 就地取材，价格合理。
8.3 生物滤池
8.3.1 概述
以土壤自净原理为根据，在污水灌溉的实践基础上发展 需要有预处理及二沉池 早期生物滤池（普通生物滤池） 水量负荷低，（1-4m³/m².d）；BOD负荷0.1-0.4kg/m³.d 高负荷生物滤池 塔式生物滤池 限制进水BOD浓度〈200mg/L），常常采用回流水稀释。 水量负荷提高3.0倍至40m³/m².d;BOD负荷上升至0.5-2.5kg/m³.d。
生物膜电极的制备与应用研究
生物膜电极的制备与应用研究生物膜电极是一种利用微生物代谢过程产生的电子转移来作为电化学反应中电子接受体或者给予体的电极。
它的制备与应用是生物电化学领域的热点研究方向之一。
本文将就生物膜电极的制备方法、具体应用以及未来的研究方向等方面进行探讨。
一、生物膜电极的制备方法生物膜电极的制备基本上是把微生物或者菌群培养在一块导电性底物表面，然后使之形成电活性的生物膜。
而后根据具体所需，将生物膜进行改性或者修饰等。
通常，其制备方法可以分为以下三种。
1. 电生物学制备法电生物学制备法是一种常用的生物膜电极制备方法，其方法是将具有电活性的微生物或者细胞培养在一块基质表面，然后利用电位或电流的作用，加速电子传递过程，从而使之形成电活性的生物膜。
在这种方法中，电极材料是该生物膜的基质，其表面的活性化处理直接影响了膜的形成和生化性能等。
2. 化学修饰法化学修饰法通过对生物膜表面进行化学修饰，以增强电极表面的电化学性质和生物适应性。
改性方法多样，可以加入功能化化学试剂、聚合化学试剂、生物分子等，也可以通过物理特性的调节来实现修饰。
3. 生物改性法生物改性法利用生物系统本身的功能特性来实现生物膜修饰，以提高生物膜的生物拟态性能和特异性质。
这种方法主要依赖于生物体内相关酶系统等，确定化学修饰的方式和位置。
二、生物膜电极的应用研究由于生物膜电极具备生物拟态化学对接、反应灵敏性高、反应效率高、持久性好等特性，因此在环境保护、食品工业、生物医学等领域都具有着广泛的应用前景。
1. 环境保护领域生物膜电极在环境保护领域的应用十分广泛，其能够进行环境污染监测、废水处理以及有机废气处理等方面。
比如，菌群修饰的微型生物膜阴极，在溶液中可以去除废水中的有机物、重金属离子等，具有广泛的应用前景。
2. 食品工业领域生物膜电极在食品工业领域中应用也逐渐增多。
例如，采用酵母菌生物膜阴极的制备技术，较为有效的解决了果汁加工过程中产生的酸化问题，有望被应用于葡萄酒的发酵过程。
生物膜法
2013-8Βιβλιοθήκη 324碎石填料布水器
滤池底板
排水设备
图5-2 生物滤池构造图（方形和园形）
2013-8-3 25
① 普通生物滤池构造、适用范围和优缺点（i）
• 构造：普通生物滤池在平面上多呈方形或矩形。
池壁具有围护填料的作用，应当能够承受填料压
力，一般多用砖石砌造。池壁可筑成带孔洞和不 带孔洞的两种形式，有空洞的池壁有利于填料内
而活性污泥法可以通过测定污泥沉降比、SVI、
污泥浓度等多种方法对微生物的活性进行监测。 因此，生物膜出现问题以后，不容易被发现，即 调整运行的灵活性较差。
2013-8-3 13
3.7 有机物去除率较低
• 和普通活性污泥法相比，CODcr（BOD5）去除率较 低。有资料表明，50%的活性污泥法处理厂BOD5 的去除率高于91%，50%的生物膜法处理厂的 BOD5去除率为83%左右，相对应的出水BOD5分别 为14mg/L和28mg/L。
池而发展起来的人工生物处理技术，已有百余年 的发展史。 • 污水长时间以滴状喷洒在块状填料层的表面上， 在污水流经的表面上会形成生物膜，待生物膜成 熟后，栖息在生物膜上的微生物即摄取流经污水 中的有机物作为营养，从而使污水得到净化。
2013-8-3
22
2. 生物滤池（ii）
• 在进入生物滤池前污水必须经过初次沉淀池，减少 易堵塞滤池的悬浮固体物。填料上的生物膜，不断
2013-8-3
9
3.2反应器内微生物浓度高
• 单位容积反应器内的微生物量可以高到活性污泥法 的5~20倍，因此处理能力大，一般不建污泥回流系 统；生物膜含水率比活性污泥低，不会出现活性污 泥法经常发生的污泥膨胀现象，能保证出水悬浮物 含量低，因此运行管理也比较方便。
第四章生物膜法
承托层
排水系统
●基本原理：废水从上向下从滤料空隙间流过，与滤料上
的生物膜充分接触，废水中的有机污染物被微生物吸附并
降解，出水从排水系统排出。
2、工艺流程
出水回流
进水
初沉池
生物 滤池
二沉池
出水 剩余污泥
生物滤池法的流程
二、生物滤池的构造
典型生物滤池的构造
滤 床
池体、滤料
布水装臵
排水系统
1、普通生物滤池
普通生物滤池，又称滴滤池，低负荷生物滤池，第一代 生物滤池 ①构造：池体、滤料、布水系统和排水系统
②正常气温下，处理城市废水时： 水力负荷率：13m3/（m2滤池.d）， BOD5容积负荷率：0.1~ 0.25kgBOD5/m3.d， 优点：处理效果好， BOD5 的去除率一般为 9095%； 易于管理，节约能源，适用于水量不大于1000m3/d的小 城镇污水或有机工业废水。 缺点：占地面积大，易于堵塞，灰蝇很多，卫生条件差。
第四章
废水好氧生物处理工艺(2) ——生物膜法
生物膜法的基本原理 生物滤池 生物转盘 生物接触氧化法
第一节 第二节 第三节 第四节
第一节
生物膜法的基本原理
定义：是与活性污泥法并列的一类废水好氧生物处理技术，其 实质是使微生物群落（菌类、原生动物、后生动物等）附着在 滤料或某些载体上生长繁育，并在其上形成膜状生物污泥—— 生物膜，污水和生物膜接触，污水中的有机物作为营养物质， 为生物膜上的微生物所摄取，污水得到净化，微生物自身得到 繁衍增殖的过程，称为生物膜法工艺，又称固定膜法； 起源：土壤自净过程的人工强化； 处理对象： 废水中溶解性和胶体状的有机物及氮素污染物； 生活污水或城市废水；以及个别工业废水； 分类： 生物滤池； 生物转盘；生物接触氧化工艺； 生物流化床；
生物膜法的基本原理[汇总]
![生物膜法的基本原理[汇总]](https://img.taocdn.com/s3/m/6efcdc9b941ea76e58fa046d.png)
第一节生物膜法的基本原理生物膜法又称固定膜法，是与活性污泥法并列的一类废水好氧生物处理技术；是土壤自净过程的人工化和强化；与活性污泥法一样，生物膜法主要去除废水中溶解性的和胶体状的有机污染物，同时对废水中的氨氮还具有一定的硝化能力；主要的生物膜法有：① 生物滤池：其中又可分为普通生物滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池等；② 生物转盘；③ 生物接触氧化法；④ 好氧生物流化床等。
一、生物膜的结构1、生物膜的形成生物膜的形成必须具有以下几个前提条件：① 起支撑作用、供微生物附着生长的载体物质：在生物滤池中称为滤料；在接触氧化工艺中成为填料；在好氧生物流化床中成为载体；② 供微生物生长所需的营养物质，即废水中的有机物、N、P以及其它营养物质；③ 作为接种的微生物。
(1) 生物膜的形成：含有营养物质和接种微生物的污水在填料的表面流动，一定时间后，微生物会附着在填料表面而增殖和生长，形成一层薄的生物膜。
(2) 生物膜的成熟：在生物膜上由细菌及其它各种微生物组成的生态系统以及生物膜对有机物的降解功能都达到了平衡和稳定。
生物膜从开始形成到成熟，一般需要30天左右(城市污水，20°C)2、生物膜的结构生物膜的基本结构如图1所示。
图1 生物膜结构示意图(1) 生物膜的性质：① 高度亲水，存在着附着水层；② 微生物高度密集：各种细菌以及微型动物，这些微生物起着主要去除废水中的有机污染物的作用，形成了有机污染物——细菌——原生动物(后生动物)的食物链。
(2) 生物膜降解有机物的过程：3、生物膜的更新与脱落(1) 厌氧膜的出现：① 生物膜厚度不断增加，氧气不能透入的内部深处将转变为厌氧状态；② 成熟的生物膜一般都由厌氧膜和好氧膜组成；③ 好氧膜是有机物降解的主要场所，一般厚度为2mm。
(2) 厌氧膜的加厚：① 厌氧的代谢产物增多，导致厌氧膜与好氧膜之间的平衡被破坏；② 气态产物的不断逸出，减弱了生物膜在填料上的附着能力；③ 成为老化生物膜，其净化功能较差，且易于脱落。
生物膜法技术全解析
生物膜法技术全解析第一章生物膜法综述生物膜法又称固定膜法。
是与活性污泥法并列的一类废水好氧生物处理技术，是一种固定膜法，是土壤自净过程的人工化和强化。
主要去除废水中溶解性的和胶体状的有机污染物。
生物膜法是利用附着生长于某些固体物外表的微生物〔即生物膜〕进展有机污水处理的方法。
生物膜是由高度密集的好氧菌、厌氧菌、兼性菌、真菌、原生动物以及藻类等组成的生态系统，其附着的固体介质称为滤料或载体。
生物膜自滤料向外可分为厌氧层、好氧层、附着水层、运动水层。
生物膜法的原理是，生物膜首先吸附附着水层有机物，由好氧层的好氧菌将其分解，再进入厌气层进展厌氧分解，流动水层那么将老化的生物膜冲掉以生长新的生物膜，如此往复以到达净化污水的目的。
废水中微生物沿固体〔可称载体〕外表生长的生物处理方法的统称。
因微生物群体沿固体外表生长成粘膜状，故名。
废水和生物膜接触时，污染物从水中转移到膜上，从而得到处理。
其根本机理见水的生物处理法。
生物膜法的典型流程中的生物器可以是生物滤池、生物转盘、曝气生物滤池或厌氧生物滤池。
前三种用于需氧生物处理过程，后一种用于厌氧过程。
最早出现的生物膜法生物器是间歇砂滤池和接触滤池〔满盛碎块的水池〕。
它们的运行都是间歇的，过滤-休闲或充水-接触-放水-休闲，构成一个工作周期。
它们是污水灌溉的开展，是以土壤自净现象为根底的。
接着就出现了连续运行的生物滤池。
新型塑料问世后，又有了新的开展。
第二章生物膜法生物滤池生物膜法中最常用的一种生物器。
使用的生物载体是小块料(如碎石块、塑料填料)或塑料型块，堆放或叠放成滤床，故常称滤料。
与水处理中的一般滤池不同，生物滤池的滤床暴露在空气中,废水洒到滤床上。
布水器有多种形式，有固定式的,有移动式的。
回转式布水器使用最广。
它以两根或多根对称布置的水平穿孔管为主体，能绕池心旋转。
穿孔管贴近滤床外表,水从孔中流出。
布水器的工作是连续的，但对局部床面的施水是间歇的，这承继了污水灌溉间歇灌水的概念。
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电极-生物膜法的基本理论1电极-生物膜法的基本反应原理 (1)2电极一生物膜法脱氮的影响因素 (3)1电极-生物膜法的基本反应原理电极-生物膜法是一种由电化学和生物膜技术相结合的处理含硝酸盐氮微污染水的新型水处理技术。
它把脱氮菌作为生物膜固定在以碳为材料的电极上，称之为固定化微生物电极，通过在电极间通电产生的电解氢作为脱氮的电子供体。
在生物电极脱氮过程中既有化学反应，又有微生物参与的生物化学反应，这是一个典型的具有非线性、时变性、随机性和模糊性的复杂系统。
有研究结果表明，电极生物膜法相对于相同生物量的单纯生物膜法而言，有更高的反硝化效率，并能很好抑制水中亚硝酸盐氮的生成，对后续深度处理极为有利。
电极生物膜法充分结合了电化学法和生物膜法。
目前国内此项技术尚处在初期研究发展阶段。
电极生物膜法的基本原理包括电化学原理和生物原理。
电化学原理:电极生物膜法充分利用了电化学作用，其基本过程是:在电极之间通入一定的电流，在阴极产生氢气，在阳极产生二氧化碳，产生的气体分别为反硝化菌提供氢源和碳源。
这一过程，俗称电解。
电解是环境对系统作电功的电化学过程。
在电解过程中电能转变为化学能，例如水的分解反应:2H2O=2H2+O2(1)因为△rG (298.15)=237.19KJ•mol-1>0,所以在没有非体积功的情况下，反应不能自发进行，但是，根据热力学原理△rG≤w知道，如果环境对上述系统做非体积功时，就有可能进行水的分解反应，所以可以认为电解是利用外加电能方法迫使反应进行的过程。
电解的一些基本理论知识是这样的:与直流电源的负极相连的电极叫做阴极，相反就叫做阳极。
电子从电源的负极进入阴极，阴极上有大量的电子过剩，溶液中的氧化态物质得到电子而被还原，从而完成放电过程。
另一方面，电子从阳极离去回到直流电源的正极，阳极上缺电子，溶液中还原态物质便失去电子而被氧化，从而完成发电过程。
对于本次试验来说，就是基于这一原理。
电化学原理所要处理的对象为硝酸盐溶液中所含基本离子:H+,OH-,Cl-,Ca2+,Mg2+,Na+,NO3-在电极上到底先析出何种产物呢?即以何种反应为主。
这取决于多种因素，如这种离子的浓度，超电势等等，由热力学可以知道:在阳极进行的氧化反应首先是析出电势(考虑超电势等因素后的实际析出电极电势)代数值小的还原态物质，在阴极上进行的还原反应首先是析出电势代数值较大的氧化态物质。
简单盐类水溶液电解产物的一般情况如下:阴极析出产物:(1)电极电势代数值比中Φ(H*/Hz)大的金属正离子首先在阴极放电。
(2)一些电极电势虽然比中Φ(H*/Hz)小的金属正离子，但由于H2的超电势较大，这些金属正离子的析出电势仍可能大于H+的析出电势。
因此，这些离子也会首先析出。
(3)电极电势很小的金属离子在阴极不易被还原。
而总是水中的H+被还原成氢气析出。
阳极析出产物:(1)金属材料做阳极时，金属材料首先被氧化成金属离子。
(2)用惰性材料做电极时,溶液中存在S2-,Cl-等简单负离子时,虽然Φ(O2/ OH-)比它们小，但O2在阳极的超电势很大，结果使OH-的析出电势比它们大，故在阳极上首先析出的是S, Cl2。
(3)用惰性电极做阳极如碳棒时，电极也可能会参与反应。
但是在阳极产生的二氧化碳就为自养反硝化菌进行自养反硝化提供必要的碳源。
生物原理:电极-生物膜法主要是培养出具有反硝化能力的自养为微生物将硝酸盐转化为氮气，达到脱氮的目的。
反硝化反应是生物脱氮的重要环节，其实施载体的反硝化细菌大多是异养型兼性细菌。
从NO3-还原为N2的过程如下：NO3-→NO2-→NO→NO2→N2(11)反硝化过程中，反硝化菌需要有机碳源(如碳水化合物、醇类、有机酸类）作为电子供体，利用NO3-中的氧进行缺氧呼吸。
其反应过程可以简单用下式表示：NO3-+4H(电子供体有机物)→1/2N2+H2O+2 O H -(12)NO2-+3H(电子供体有机物)→1/2N2+H2O+ O H - (13)总之，电极生物膜法的其本原理是:自养反硝化菌利用电解产生的氢气为电子受体，二氧化碳气体为营养源，将硝酸盐转化为氮气，达到脱氮的目的。
其中采用碳质阳极时，产生二氧化碳(如方程17)，可用于维持反应器的中性环境，采用金属阳极时，产生氧气(如方程18)，可用于进行硝化反应。
但是在同一操作条件下，两种材料作为阳极的反应器的反硝化效率没有明显差别[9]。
阴极反应方程见式(14-16)2H2O+2e-→H2+2OH-(e°=0.0V)(14) 1/2O2+2e-+H2O→2OH-(e°=0.401V)(15) 2NO3-+5H2→N2+4H2O+2OH-(16)阳极反应方程见式(2.17-2.18)C+2H2O→CO2+4H++4e-(e°=0.207V) (17) 2H2O→O2+4H++4e-(e°=1.23V) (18)与单纯的生物膜法相比，电极生物膜法的优点主要体现在利用电极上，一是利用电极作为生物膜的载体，二是利用电场微电解水释放出的H+做为反硝化菌提供电子受体。
一方面，由于H+是从生物膜外因电场吸引力作用穿透生物膜向内扩散的，所以生物膜中的微生物能高效利用H+进行反硝化作用;另一方面，阴极板上产生的氢气又通过生物膜溢出，在生物膜附近形成了缺氧环境，有利于反硝化菌的生长。
2电极一生物膜法脱氮的影响因素pH值对反硝化的影响pH值是影响反硝化的一个重要环境因子。
不同的反硝化细菌或不同来源的污泥，最适的pH值范围略有不同，如Timmermans指出，反硝化最适宜的pH 为8.3,Alexander以脱氮副球菌、脱氮假单胞菌、铜绿假单胞菌和地衣芽饱菌做实验，发现他们反硝化最适宜的pH值范围分别在7-8, 6-7, 7-8和7-8。
大多数的学者都认为:反硝化的最佳的pH值范围在中性和微碱性之间。
当环境中pH值偏离这一最佳值时，反硝化速率逐渐下降，pH与反硝化速率的关系可用Timmermans提出的方程式表达:R DN= R DN max/(1+K1•I)(19)式中: K1-常数；I-抑制浓度；R DN max-最适宜pH值时反硝化速率。
环境中的pH值不仅会影响反硝化速率，而且还会影响到反硝化的最终的产物，如当pH低于6.0时，最终产物N2O占优势，当pH大于8时，会出现NO2-的积累。
温度对反硝化效果的影响温度也是影响反硝化效果的一个重要因素。
反硝化速率一般随温度的升高而变大。
但超过一定温度时，反硝化速率提高就不明显了。
由于自养反硝化属于中温细菌，生长的最适温度是20-30 ℃。
停留时间对反硝化效果的影响停留时间越长，硝酸盐的去除率越高。
当停留时间较大时，虽然硝酸盐的去除率很高，但后几个小时反硝化速率很低，反硝化反应进行很缓慢。
故此时较长的停留时间就失去了意义。
当停留时间较小时，尤其是刚开始的几个小时内，反硝化速率很快，但由于停留时间过短，硝酸盐未能得到足够的降解，硝酸盐去除率较低。
故适当的水力停留时间也是影响反硝化效果和水处理工程造价的一个主要因素。
C/N对反硝化速率的影响不同的碳氮比对反硝化速率有一定影响，一般来说，碳氮比越高，反硝化速率越快，反硝化菌在很短的时间内就能将硝酸盐将到最低，而且硝酸盐的去除率很高。
因为此时，体系中存在着大量的异养菌，当环境中有充足的有机基质时，异养菌就能很充分的利用这些有机碳源，进行反硝化脱氮，自身得到增殖。
营养源充足，异养菌能够快速繁殖，异养菌的活性很强，所以碳源充足时，异养菌能大量存在体系中，故反硝化作用很强。
当碳氮比较低时，体系中异养菌因得不到充足的营养而生长缓慢，甚至出现大量死亡。
异养菌数量减少，反硝化速率自然会降低。
此时，体系中利用无机碳源的自养菌就会出现。
但自养菌生长缓慢。
反硝化效果也很难提高。
要想提高此时的反硝化速率，可考虑调整各种影响参数如温度，电流等，为自养菌的大量生长创造条件。
但并非碳氮比越高越好，C/N失调也会对异养菌生长不利。
本次试验方法是研究不同碳氮比对垃圾渗滤液反硝化的影响效果。
溶解氧(DO)对反硝化的影响生物反硝化需要在缺氧的环境中才能进行。
这也是电化学自养脱氮反应器的关键技术要求。
反应器内的氧化还原电位能够间接的反映其内环境的氧化还原特性，这与水中的DO量和氢气量有关。
高廷耀的研究表明;(1)时间的增加，体系中DO含量是逐渐减少的，并且在开始的两小时内最为显著。
DO降低的原因可能是DO有部分被反硝化菌所利用和两极产气带出部分氧气。
(2)进水DO为2.5mg/L时，在2h内仍能获得较好的反硝化效果。
但当进水DO>4.5mg/L时，反硝化效果将明显降低，进出水的硝酸盐浓度几乎没有变化。
这是由于过高的溶解氧含量对NO3--N在阴极生物膜上的还原产生了严重的干扰作用所致。
电流强度与反硝化速率的关系电流强度与反硝化速率有很大关系。
电流越大，则在两极产生的气体量越多，自养反硝化菌可利用的营养源增多，则反硝化速率提高。
但并非电流强度越大越好，通入的电流强度有个极限。
即当电流强度超过这个极限电流强度时，反硝化速率反而下降。
出现这种现象其原因主要是产生“氢抑制效应”，脱氮速率会降低。
故试验过程中要严格控制电流强度，不能随意调节电流强度。
试验过程中要在不同的参数下寻找合适的电流强度使得脱氮效果达到最佳。
阴极材料的选择和表面处理对反硝化生物膜挂膜的影响阴极生物膜反应器的反硝化能力与单位反应器内反硝化生物膜量成正比。
关于支持体材料及其表面性质(如孔隙度、粗糙度、表面官能团)对生物膜形成和固着的影响，已有大量研究报道。
阴极材料的孔隙度和表面处理情况对阴极生物膜量影响显著。
在本实验中，阴极材料均采用不锈钢网。
其他阴阳离子对反硝化的影响当水样中存在其他的离子，由于离子具有不同的特性，对处理效果也存在一定的影响。
电极生物膜法涉及到生物学和电化学等多个学科，影响因素很多，对每个因素的作用特别是因素间协同作用的认识还不够，有待进一步的研究发展。