生物膜法的发展沿革

yuexianglin

生物膜法是污水土地处理的人工强化法，微生物附着在载体上繁育，并形成膜状生物污泥。按照污水处理生物反应器中微生物的生长状态，污水生物处理还可划分为悬浮生长工艺和附着生长工艺（固定膜），前者是活性污泥法为代表，微生物在曝气池内以活性污泥的形式呈悬浮状态；而后者则以生物膜法为代表，微生物以膜状固着在某种载体上。活性污泥法是当今世界范围内应用最广泛的一种生物处理工艺，具有处理能力高、出水水质好等优点，但传统活性污泥法的基建与运行费用较高、能耗较大、管理也较复杂、易出现污泥膨胀和污泥上浮等问题，对N、P等营养物质去除效果有限，因而近20多年来研究者们在对活性污泥法本身改造的同时，又致力于寻找活性污泥法的代替工艺或革新于代用处理技术。生物膜法作为与活性污泥法平行发展起来的生物处理工艺，在许多情况下不仅能形成代替活性污泥法用于城市污水的二级生物处理，而且还具有一些独特的优点，如运行稳定、抗冲击负荷、更为经济节能、无污泥膨胀问题、具有一定的硝化和反硝化功能、可实现封闭运转防止臭味等，生物膜工艺再次引起广大研究者和工程师们的注意和兴趣。
    1893年英国将污水在粗滤料上喷洒进行净化试验取得了良好的净化效果，作为生物膜法的生物滤池开始问世，1900年公认命名为生物滤池法并从此开始用于污水处理的实践。在20世纪20~30年代，开始建造了许多生物膜法系统，其主要形式就是普通生物滤池，其水量负荷为1~4    ，BOD容积负荷为         。普通生物滤池有机物去除效率高达95%，但占地面积达而且易堵。在此期间，作为生物滤池的填料主要是碎石、卵石、炉渣和焦炭等实心的无机性天然滤料，而一般具有比表面积小和空隙率低等缺点。
    为了克服普通生物滤池上述缺点，研究者们作了两方面的改进，一是选用粒径大、空隙率大、防堵塞的载体填料；二是增加回流水措施，以加大进水量，增加冲刷能力，从而产生高负荷生物滤池。加大流水量使进水BOD小于200mg/L，其水量负荷为5~40       （位普通生物滤池的10倍），BOD负荷0.5~2.5kg         ，有机物去除效率达到85%~90%，从而使占地面积减小而且不会堵塞。20世纪50年代，受化学工业填料塔启发，在上述基础上，为了进一步缩小占地面积，产生了塔式生物滤池，高8~24m,H(L)=6~8m，其占地面积小、通风供氧能力大。
    虽然生物滤池与微生物处于悬浮生长状态的活性污泥法相比，具有生物量高和净化效果好等优点，但由于其水量负荷和BOD负荷较低、环境条件较差、处理构件物占地面积较大而且有可能被脱落的生物膜堵塞等却缺点，在20世纪50年代生物滤池有逐渐被活性污泥法去点的趋势。到了20世纪60年代，新兴的有机合成材料开始大量生产，广泛使用的有由聚乙烯、聚苯乙烯和聚酰胺等制成的波纹板状、列管状和蜂窝状等有机人工合成填料，其比表面积和空隙率大大增加。再加上环境保护对水质要求的进一步提高，生物膜法获得了新的发展。到了20世纪70年代，除了生物滤池（trickling filters，也称为滴滤池）外，生物转盘（RBC）、淹没式生物滤池（submerged biofilm reactor）和生物流化床（fluidised bed）技术都得到了比较多的研究和应用。近年来，生物膜法以其独特的优势更受广大研究者和工程师们的关注，又涌现出大量新型的生物膜反应器，如气提式生物膜反应器（air lifts）、移动床生物膜反应器（moving bed biofilm reactor）、序批式生物膜反应器(sequencing batch biofilm reactor)、升流式厌氧污泥床-厌氧生物滤池（TASB-AF）及附着生长稳定塘（attached-grown ponds）等。