生物膜的原理及其应用

LiaoningNormalUniversity（2009届）本科生开放实验室项目研究论文题目：生物载体技术在污水处理中的研究与进展学院：生命科学专业：环境科学班级序号：5班26号学号：20091134010025学生姓名：谢天添指导教师：赵凤琴2011年5月i目录中文摘要....................................................................................................................................1关键词........................................................................................................................................11.前言.....................................................................................................................................12.生物载体.............................................................................................................................13.生物载体材料的研究.........................................................................................................24.生物载体在污水处理中的应用.........................................................................................24.1动植物材料类..............................................................................................................24.2有机合成高分子类......................................................................................................34.3无机材料类..................................................................................................................34.4混合材料类..................................................................................................................45.结语..............................................................................................................................5参考文献....................................................................................................................................5第1页生物载体技术在污水处理中的研究与进展中文摘要活性污泥法和生物膜法是污水处理的主要方法。生物膜法是利用附着生长于某些固体物表面的微生物进行有机污水处理的方法。在充氧的条件下，微生物在固体填料表面聚附着形成生物膜，经过充氧的污水以一定的流速流过填料时，生物膜中的微生物吸收分解水中的有机物，使污水得到净化。生物载体填料是新型生物膜法处理污水中的重要组成部分。本文阐述了生物载体材料的国内外研究现状，重点论述了生物载体在污水处理中的应用。目前由于载体的价格较高，并且多数是难降解材料，有的甚至还是有毒有害。如果能开发对环境有利的载体填料，则生物膜法必将有更为广阔的用途。关键词:生物载体载体材料污水处理1.前言污水处理的主要方法是活性污泥法和生物膜法。活性污泥法是以活性污泥为主体的废水生物处理的主要方法。活性污泥法是向废水中连续通入空气，经一定时间后因好氧性微生物繁殖而形成的污泥状絮凝物。其上栖息着以菌胶团为主的微生物群，具有很强的吸附与氧化有机物的能力。生物膜法是利用附着生长于某些固体物表面的微生物（即生物膜）进行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。生物膜法是一种高效的水处理方法，由于生物膜法对废水水质和水量的变动具有较强的适应能力以及产泥量少等优点,在废水处理中已得到广泛的应用。而生物载体是生物膜法中的关键构成部分，载体的材料和形状对污水处理都有直接的影响。2.生物载体起支撑作用的载体物——填料或称滤料如图1-1。滤料是生物膜赖以生长的载体，其主要特性有：①大的表面积，有利于微生物的附着；②能使废水以液膜状均匀分布于其表面；③有足够大的孔隙率，使脱落的生物膜能随水流到池底，同时保证良好的通风；④适合于生物膜的形成与粘附，且应该既不被微生物分解，又不抑制微生物的生长；⑤有较好的机械强度，不易变形和破碎。滤料作为生物膜的载体，对生物滤池的工作影响较大。滤料表面积越大，生物膜数量越多。其特性对接触氧化池中生物量、氧的利用率、水流条件和废水与生物膜的接触反应情况等有较大影响；分为硬性填料、软性填料、半软性填料、及球状悬浮型填料等。生物载体技术在污水处理中的研究与进展第2页图1-1氧化池中填料3.生物载体材料的研究从十九世纪二、三十年代英国人使用碎石、卵石为填料建造生物滤池处理生活污水开始，一直到二十世纪初，生物载体基本上都是硬质材料。在二十世纪六十年代，随着大量新型有机合成材料的出现，生物载体技术更加体现出了它的重要性。生物载体的研究也越来越受到国内外的重视。4.生物载体在污水处理中的应用按照生物载体材料的种类对其在污水处理中的应用进行了研究。4.1动植物材料类动植物类主要包括经过处理的毛发、玉米粒、竹丝和麦草浆粕等。吴金义[1]利用经特定脱脂处理后的毛发作载体，经定向培菌挂膜后，对高浓度化学需氧量（COD）和高硫酸根含量的味精离交废水进行小试和中试研究。结果表明：在一定供气量和温度条件下，废水COD总去除率可稳定在96%以上；在供氧不足的兼性条件下或温度较低时，仍有较高去除效果，其对SO42-的总去除率可达98%以上。2m3/h的中试经历了三个月实际运行，运行结果表明该工艺已具有建立生产性装置的技术条件等。以废弃玉米粒为载体，在生物膜流化床试验装置上进行印染废水处理试验研究。结果与以炉渣作为载体表明,：与炉渣载体比较成膜时间缩短2d，形成的生物膜生长到载体内部，结合牢固，曝气量(20～30L/h·L)受流化状况控制，比非生物质载体时略大。玉米粒含量为2～4g/L时，COD、色度和浊度的去除率分别为72%、85%和86%。曹文平等[2]研究出竹丝生物载体，将其投入到水处理构筑物中，可以提高微生物的吸附面积和提高生长周期长的微生物的浓度，提高水处理效率。然而以天然麦草浆粕为原料，采用黏胶法制备多孔纤维素载体，并通过交联反应控制载体的降解速率，通过阳离子化反应改变载体表面的电荷性。这种填料不但具有生物降解速率可控的降解性，而且具有较大的孔隙率及比表面积、足够高的强度、较高的生物亲和性、亲水性及表面电荷性，适于微生物大量生长繁殖及好氧与厌氧多种处理过程，从而达到较高的废水处理能力。我们将以上三种生物材料在同种条件及时间下其对污水中一些指标的去除率做一个对比如表1生物载体技术在污水处理中的研究与进展第3页表1三种生物填料对污水中指标的去除率CODSO42-色度浊度处理毛发96%98%62%81%玉米粒72%78%85%86%丝竹76%81%88%91%4.2有机合成高分子类有机高分子类主要包括合成塑料、合成纤维和合成橡胶等。［塑料多采用聚烯烃类(如聚乙烯、聚丙烯)及其改性材料、聚氯乙烯及其改性材料、聚氨酯泡沫等塑料制成[3]］。范轶等[4]为有效去除污水中的含氮物质，在体积为3.5L的鼓泡曝气塔内使用模拟污水，研究了同时硝化和反硝化过程。实验过程中，在鼓泡曝气塔中投入占总体积10%的多孔聚氨酯载体，以实现微生物的固定化。实验表明，投加载体后，实验体系中含氮物质的去除效率明显提高；在16～64L/h气体体积流量范围内可以在3h内得到接近于100%的NH4+-N去除率。证明了采用补充碳源的方法可以有效提高NH4+-N去除率。为了提高生物除磷（A/O）工艺的脱氮效果，采用聚乙烯或聚丙烯等制成悬浮填料生物系统来处理炼油废水。试验结果表明：当装填30%反应器容积的悬浮填料、进水NH3-N和COD分别为5475mg/L和420570mg/L、水力停留时间为24h时，对NH3-N和COD的去除率分别达96%和88%以上，出水水质达到了排放标准。此外，在悬浮填料曝气池中还发生了同步硝化反硝化现象。在对王台铺矿采用由特制塑料和树脂制成的球形SNP悬浮填料和先进的水下曝气技术对生活污水进行二级处理，这种方法投资少，成本低，管理方便，曝气均匀，水处理效果好。张凤君等[5]采用中空纤维膜作生物膜载体及无泡供氧装置，利用具有死端式和漂浮式特点的浸没式接触氧化工艺进行污水处理试验研究。结果表明：在控制系统工作压0.03MPa、污水中ρ(溶解氧DO)为5～8mg/L及HRT=8h的条件下，污水中COD、生化需氧量（BOD）、悬浮颗粒物（SS）的去除率分别达70%、90%和75%以上，NH3-N、P的去除率也在70%以上。系统连续运行3个月，表现了较好的稳定性和抗有机负荷冲击能力。然而针对经典的污水处理生化工艺的缺陷，提出用超滤膜作载体的生物接触氧化处理工艺。试验结果证明：经初沉处理后的生活污水，当接触时间为3h左右时，化学需氧量（CODcr）、BOD5、SS和NH3-N的去除率分别可达到83%、92%、94%和60%左右。理论分析亦表明此法在污水生物处理方面前景良好。王文兵[6]研究出的生物载体采用橡胶为主体，耐磨性好，空隙率大，比表面积大，具有生物活性，用于三相流化床启动运行迅速，在填料表面及内部生长的微生物数量大、种类多，安装和更换方便，填料不结团、不堵塞，出水水质好。在我们所做的实验中所采用的填料是一种软性纤维材料如图1—1中所示，经生物载体的作用使污水去除率显著提高，一下便是我们实验中分别在2h，4h，6h时取样测污水中的COD，DO，PH，T（平行双份）的数据。如表2表2不同时刻污水中的指标测量原水2h水样4h水样6h水样吸光度A0.3480.2540.1910.136CODcr558409301145生物载体技术在污水处理中的研究与进展第4页PH9.88.88.810.39T18.614.221.316.5DO21.825.6918.4423.6而根据我们介绍的四种相关有机材料呢，他们在相同条件及时间内对污水的处理中一些组分去除效率我们有以下数据。如表3表3不同材料对不同指标的去除率可见，不同的材料都有每种材料的优势及侧重点，所以我们在选择材料时要先了解我们所测物品的物理性质等及所要检测指标再来选择填料。4.3无机材料类无机材料类主要包括碎石、卵石、沸石，珍珠岩，陶瓷，煤渣和硅藻土等。薛涛[7]设计了一种应用于徐批示活性污泥法（SBR）反应器的