生物膜技术处理水污染

生物膜技术在水处理中的应用

水是生命的起源，水是地球上所有生命赖以生存的基础。随着工业的发展、人口的增加、城市化的加剧和化肥、农药使用量的增加，作为生命之源的水已经受到了严重的污染。水污染降低了水体的使用功能，加剧了水资源短缺;水污染严重破坏生态环境、影响人类生存。目前，全世界每年约有4200多亿立方米的污水排入江河湖海，污染了5.5万亿立方米的淡水，这相当于全球径流总量的14%以上。第四届世界水论坛提供的联合国水资源世界评估报告显示，全世界每天约有数百万吨垃圾倒进河流、湖泊和小溪，每升废水会污染8L淡水;所有流经亚洲城市的河流均被污染;美国40%的水资源流域被加工食品废料、金属、肥料和杀虫剂污染;欧洲55条河流中仅有5条水质勉强能用。联合国发布的资料表明：目前全球有11亿人缺乏安全饮用水，每年有500多万人死于同水有关的疾病。据联合国环境规划署预计，今天世界上将有1200万人死于水污染和水资源短缺。如果人类改变目前的消费方式，到2025年全球将有50亿人生活在用水难以完全满足的地区，其中25亿人将面临用水短缺。要想实现人类社会的可持续发展，首先要解决水污染问题。在众多水污染处理方法中，生物膜法虽然在国内外还不太成熟和完善，但是还是很有潜力水处理技术。

生物膜技术是指把生物反应与膜分离相结合，以膜为分离介质替代常规重力沉淀固液分离获得出水,并能改变反应进程和提高反应效率的污水处理方法，简称MBR法。生物膜技术能令微生物附着在惰性滤料上，形成膜状的生物污泥，从而对污水起到净化的效果。在20世纪50年代以前，生物膜法却一直未被人们重视，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。与传统的污水生物处理技术相比,具有适应性强、占地面积小、处理效果好、耐负荷冲击能力强、水力停留时间和污泥停留时间可分别控制、易于自动控制等优点。膜生物处理技术以其独特的优势在污水处理及中水回用中的应用范围和规模不断扩大和增加,是一种非常有发展前途的新型污水处理工艺技术。

生物膜法处理污水系统的基本流程：废水经初次沉淀池后进入生物膜反应器，废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。

上图只是简单地展示了生物膜技术处理污水的流程，在处理污水中生物膜技术有很多具体的应用：

(1)生物膜法去重金属。采用生物膜法去除水中重金属主要是依靠生物膜对重金属的生物吸附。许多研究表明，构成生物膜的各种微生物能分泌细胞外聚合物（EPS），其主要成分是多聚糖、蛋白质、核酸、脂类等。由于胞外聚合物常含有带负电荷的官能团（如多聚糖、蛋白质等的羧基官能团），生物膜表面也因此常携带负电荷。生物膜吸附水体中的重金属离子的一个重要机理就是通过胞外聚合物中带负电荷的配合基与重金属相互作用而逐渐吸附重金属离子。将生物膜法用于污水中重金属的去除，不仅不易造成二次污染，操作简便，而且大大减低了污水的治理成本，其实际应用意义十分重要。

(2)生物膜法除污水中微生物。生物膜法除污水中微生物就是以生物制住生物，以菌制菌，向自然菌群中投入特殊的微生物以增强生物力量，并对污水等特定环境或特殊污染物加以反应。是通过驯化、筛选、诱变、基因重组等一系列关键技术的实施，获得一批以污水为主要能源的微生物，然后复制投入一定数量，对目标物质进行降解，达到去除污染的目标。

(3)生物膜法除无机元素。利用生物膜技术向污水中投入指定元素离子，与污水中的无机元素结合形成沉淀，达到出去无机元素的目的。

(4)生物膜法除大分子颗粒物。生物膜技术可用于出污水中大分子颗粒物，如污泥等。主要适用于厌氧型生物的处理系统中，它主要由配水系统、三相分离

器和污泥床三个部分组成。利用反应过程中产生气体混合污泥和污水，再用三相分离器将气体、污水和颗粒污泥进行分离。最后排出水，将污泥留在反应器中。

根据《中华人民共和国国家环境保护标准》（膜生物法污水处理工程技术规范总体要求膜生物法污水处理工程应遵循以下规定：

(1)厂址选择和总体布置应符合GB50014的有关规定。总图设计应符合

GB50187的有关规定。

(2)防洪标准不应低于城镇防洪标准，且有良好的排水条件。建筑物的防火设计应符合GB50016的规定。

(3)污泥堆放场的设计应符合GB18599的规定。运行过程中产生的废气、恶臭、废水、废渣及其它污染物的治理与排放，应执行国家环境保护法规和标准的有关规定，防止二次污染。

(4)噪声和振动控制设计应符合GBJ87和GB50040的规定，机房噪声应符合GB3096的规定，厂界噪声应符合GB12348的规定。

(5)建设、运行过程中应重视职业卫生和劳动安全，严格执行GBZ1、GBZ2

和GB12801的规定。

(6）污水处理工程建成运行的同时，安全和卫生设施应同时建成运行，并制定相应的操作规程。

生物膜技术工艺设计一般规定：膜生物法污水处理工程出水水质应符合国家和地方的排放标准及回用水相关标准。应按污水的性质和污染物浓度，选择膜生物法的工艺类型。对易于产生膜污堵的污水，宜采用外置式膜生物法处理系统。水质和（或）水量变化大的污水处理工程，宜设置调节水质和（或）水量的设施。应按出水磷排放的要求，选择设置化学除磷装置。进水泵房、格栅、沉砂池和初沉池的设计应符合GB50014的规定。膜生物法处理系统对COD、BOD5、SS、氨氮的去除效率应分别在90％、95％、99％、90％以上。

随着废水资源化处理的迫切需求及排放水质标准的不断提高，生物膜技术必将在污水处理领域得到广泛应用。生物膜技术在污水处理方面不会存在安全隐患和二次污染，故生物膜技术的应用前景非常广阔。