生物膜的構造及其凈化廢水的原理

生物膜法是利用附著生長于某些固體物表面的微生物（即生物膜）進行有機污水處理的方法。生物膜是由高度密集的好氧菌、厭氧菌、兼性菌、真菌、原生動物以及藻類等組成的生態系統，其附著的固體介質稱為濾料或載體。生物膜自濾料向外可分為慶氣層、好氣層、附著水層、運動水層。生物膜法的原理是，生物膜首先吸附附著水層有機物，由好氣層的好氣菌將其分解，再進入厭氣層進行厭氣分解，流動水層則將老化的生物膜沖掉以生長新的生物膜，如此往復以達到凈化污水的目的。
廢水中微生物沿固體（可稱載體）表面生長的生物處理方法的統稱。因微生物群體沿固體表面生長成粘膜狀，故名。廢水和生物膜接觸時，污染物從水中轉移到膜上，從而得到處理。其基本機理見水的生物處理法。
生物膜法的典型流程 流程（圖1）中的生物器可以是生物濾池、生物轉盤、曝氣生物濾池或厭氧生物濾池。前三種用于需氧生物處理過程，后一種用于厭氧過程。最早出現的生物膜法生物器是間歇砂濾池和接觸濾池（滿盛碎塊的水池）。它們的運行都是間歇的，過濾-休閑或充水-接觸-放水-休閑，構成一個工作周期。它們是污水灌溉的發展，是以土壤自凈現象為基礎的。接著就出現了連續運行的生物濾池。新型塑料問世后，又有了新的發展。
生物濾池
生物膜法中最常用的一種生物器。使用的生物載體是小塊料(如碎石塊、塑料填料)或塑料型塊，堆放或疊放成濾床，故常稱濾料。與水處理中的一般濾池不同,生物濾池的濾床暴露在空氣中,廢水灑到濾床上。布水器有多種形式,有固定式的,有移動式的。回轉式布水器使用最廣。它以兩根或多根對稱布置的水平穿孔管為主體,能繞池心旋轉。穿孔管貼近濾床表面,水從孔中流出。布水器的工作是連續的，但對局部床面的施水是間歇的，這承繼了污水灌溉間歇灌水的概念。濾床的下面有用磚或特制陶塊、混凝土塊鋪成的集水層。再下面是池底。集水層和池外相通,既排水又通風。工作時,廢水沿載體表面從上向下流過濾床，和生長在載體表面上的大量微生物和附著水密切接觸進行物質交換。污染物進入生物膜,代謝產物進入水流。出水并帶有剝落的生物膜碎屑，需用沉淀池分離。生物膜所需要的溶解氧直接或通過水流從空氣中取得。在普通生物濾池中，生物粘膜層較厚，貼近載體的部分常處在無氧狀態。生物膜法濾床的深度和濾率、濾料有關。碎石濾床的深度在一個相當長的時間內大多采用1.8～2米左右。深度如果提高,濾床表層容易堵塞積水。濾率在1～4米3/(米2·日)左右,如果提高,床面也容易積水。首先突破的是濾率的提高。水力負荷率(即濾率)提高到8～10米3/(米2·日)以上時，水流的沖刷作用使生物膜不致堵塞濾床，而且有機物（用BOD5衡量）負荷率,可從0.2公斤/(米3·日)左右提高到1公斤／（米3·日）以上。為了滿足水力負荷率的要求,來水常用回流稀釋。為了穩定處理效率,可采用兩級串聯。這種流程革新、負荷率提高、構造不變的生物濾池稱高負荷率生物濾池。繼而發現，濾床深度從2米左右提高到8米以上時，通風改善，即使水力負荷率提高，濾床也不再堵塞，濾池工作良好，同時有機物負荷率也可以提高到1公斤／（米3·日）左右。因為這種濾池的平面直徑一般為池高的1/6～1/8左右，外形像塔，故稱塔式濾池。自塑料型塊問世后，通風、堵塞等不再成為問題，濾床深度和濾率可根據需要進行設計。
生物轉盤
是隨著塑料的普及而出現的。數十片、近百片塑料或玻璃鋼圓盤用軸貫串，平放在一個斷面呈半圓形的條形槽的槽面上。盤徑一般不超過4米,槽徑約大幾厘米。有電動機和減速裝置轉動盤軸，轉速1.5～3轉/分左右，決定于盤徑，盤的周邊線速度在15米/分左右。
廢水從槽的一端流向另一端。盤軸高出水面，盤面約40％浸在水中,約60％暴露在空氣中。盤軸轉動時,盤面交替與廢水和空氣接觸。盤面為微生物生長形成的膜狀物所覆蓋，生物膜交替地與廢水和空氣充分接觸，不斷地取得污染物和氧氣，凈化廢水。膜和盤面之間因轉動而產生切應力，隨著膜的厚度的增加而增大，到一定程度，膜從盤面脫落，隨水流走。
同生物濾池相比，生物轉盤法中廢水和生物膜的接觸時間比較長。而且有一定的可控性。水槽常分段，轉盤常分組，既可防止短流，又有助于負荷率和出水水質的提高，因負荷率是逐級下降的。生物轉盤如果產生臭味，可以加蓋。生物轉盤一般用于水量不大時。
曝氣生物濾池
設置了塑料型塊的曝氣池。按其過程也稱生物接觸氧化法。它的工作類似活性污泥法中的曝氣池，但是不要回流污泥，曝氣方法也不能沿用，一般采用全池氣泡曝氣,池中生物量遠高于活性污泥法,故曝氣時間可以縮短。運行較穩定，不會出現污泥膨脹問題。也有采用粒料（如砂子、活性炭）的。這時水流向上，濾床膨脹、不會堵塞。因為表面積高,生物量多,接觸又充分，曝氣時間可縮短，處理效率可提高，尚處在研究階段。
厭氧生物濾池
構造和曝氣生物濾池雷同，只是不要曝氣系統。因生物量高，和污泥消化池相比，處理時間可以大大縮短（污泥消化池的停留時間一般在10天以上），處理城市污水等濃度較低的廢水時有可能采用。