生化過濾系統(tǒng)

4 同化作用

? ? ? ? 微生物將部分NH4+-N和有機(jī)N吸收為細(xì)胞組分。量少，氮只占細(xì)胞本身重量的12．5％。不是主要途徑。

? ? ? ? 生化處理法是生物化學(xué)處理法的簡稱，是利用自然環(huán)境中的微生物，并通過微生物體內(nèi)的生物化學(xué)作用來分解廢水中的有機(jī)物和某些無機(jī)毒物(如氰化物、硫化物)，使之轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定、無害物質(zhì)的一種水處理方法。以下著重討論水族館中運(yùn)用生物膜法去除有機(jī)物的過濾系統(tǒng)。生物膜法屬好氧生物處理方法。主要依靠固著于載體表面的微生物膜來凈化有機(jī)物。具有以下特點(diǎn)：

? ? ? ? ? (1)生物膜對污水水質(zhì)、水量的變化有較強(qiáng)的適應(yīng)性，管理方便；

? ? ? ? ? (2)微生物固著在載體表面、世代時(shí)間較長的高級微生物也能增殖，生物相更為豐富、穩(wěn)定，產(chǎn)生的剩余污泥少；

? ? ? ? ? (3)能夠處理低濃度的污水；

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? ? ? ? 生物膜法處理廢水就是使廢水與生物膜接觸，進(jìn)行固、液相的物質(zhì)交換，利用膜內(nèi)微生物將有機(jī)物氧化，使廢水獲得凈化，同時(shí)，生物膜內(nèi)微生物不斷生長與繁殖。生物膜在載體上的生長過程是這樣的：當(dāng)有機(jī)廢水或由活性污泥懸浮液培養(yǎng)而成的接種液流過載體時(shí)，水中的懸浮物及微生物被吸附于固相表面上，其中的微生物利用有機(jī)底物而生長繁殖，逐漸在載體表面形成一層粘液狀的生物膜。這層生物膜具有生物化學(xué)活性，又進(jìn)一步吸附、分解廢水中呈懸浮、膠體和溶解狀態(tài)的污染物。

? ? ? ? 為了保持好氧性生物膜的活性，除了提供廢水營養(yǎng)物外，還應(yīng)創(chuàng)造良好的好氧條件，亦即向生物膜供氧。在填充式生物膜法設(shè)備中常采用自然通風(fēng)或強(qiáng)制自然通風(fēng)供氧。氧透入生物膜的深度取決于它在膜中的擴(kuò)散系數(shù)，固一液界面處氧的濃度和膜內(nèi)微生物的氧利用率。對給定的廢水流量和濃度，好氧層的厚度是一定的。增大廢水濃度將減小好氧層的厚度，而增大廢水流量則將增大好氧層的厚度。

? ? ? ? 由于生物膜的吸附作用，在膜的表面存在很薄的水層(附著水層)。廢水流過生物膜時(shí)，有機(jī)物經(jīng)附著水層向膜內(nèi)擴(kuò)散。膜內(nèi)微生物在氧的參加下對有機(jī)物進(jìn)行分解和機(jī)體新陳代謝。代謝產(chǎn)物沿底物擴(kuò)散相反的方向，從生物膜傳遞返回水相和空氣中。

? ? ? ? 隨著廢水處理過程的發(fā)展，微生物不斷生長繁殖，生物膜厚度不斷增大，廢水底物及氧的傳遞阻力逐漸加大，在膜表層仍能保持足夠的營養(yǎng)以及處于好氧狀態(tài)，而在膜深處將會(huì)出現(xiàn)營養(yǎng)物或氧的不足，造成微生物內(nèi)源代謝或出現(xiàn)厭氧層，此處的生物膜因與載體的附著力減小及水力沖刷作用而脫落。老化的生物膜脫落后，載體表面又可重新吸附、生長、增厚生物膜直至重新脫落，從吸附到脫落，完成一個(gè)生長周期。在正常運(yùn)行情況下，整個(gè)反應(yīng)器的生物膜各個(gè)部分總是交替脫落的，系統(tǒng)內(nèi)活性生物膜數(shù)量相對穩(wěn)定，膜厚2"-'3mm，凈化效果良好。過厚的生物膜并不能增大底物利用速度、卻可能造成堵塞，影響正常通風(fēng)。因此，當(dāng)廢水濃度較大時(shí)，生物膜增長過快，水流的沖刷力也應(yīng)加大，如依靠原廢水不能保證其沖刷能力時(shí)，可以采用處理出水回流，以稀釋進(jìn)水和加大水力負(fù)荷，從而維持良好的生物膜活性和合適的膜厚度。

? ? ? ? 生物膜中的微生物主要有細(xì)菌(包括好氧、厭氧及兼性細(xì)菌)、真菌、放線面、原生動(dòng)物(主要是纖毛蟲)和較高等的動(dòng)物，其中藻類、較高等生物比活性污泥法多見。微生物沿水流方向在種屬和數(shù)目上具有一定的分布。在塔式生物濾池中，這種分層現(xiàn)象更為明顯。在填料上層以異養(yǎng)細(xì)菌和營養(yǎng)水平較低的鞭毛蟲或肉足蟲為主，在填料下層則可能出現(xiàn)世代期長的硝化菌和營養(yǎng)水平較高的固著型纖毛蟲。真菌在生物膜中普遍存在，在條件合適時(shí)，可能成為優(yōu)勢種。在填充式生物膜法裝置中，當(dāng)氣溫較高和負(fù)荷較低時(shí)，還容易孽生灰蠅，它的幼蟲色白透明，頭粗尾細(xì)，常分布在生物膜表面，成蟲后在生物膜周圍翔棲。

? ? ? ? 生物相的組成隨有機(jī)負(fù)荷、水力負(fù)荷、廢水成分、pH值、溫度、通風(fēng)情況及其他影響因素的變化而變化。

? ? ? ? 在水族館中，大水體的生化過濾一般都是采用滴流式生化過濾法。主要由生化池體、濾床、布水裝置、排水系統(tǒng)組成，通過微生物的代謝作用，使廢水中呈溶解、膠體以及懸浮狀態(tài)的有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定、無害的物質(zhì)的方法。普通生物濾池池體的平面形狀多為方形、矩形和圓形。池壁一般采用磚砌、混凝土建造或用大型玻璃鋼水槽，池底鋪設(shè)帶孔的PVC隔板(孔徑總面積要求保證來水能通暢地排出)。池壁頂應(yīng)高出濾層表面0．4～0．5m，池頂通自然風(fēng)或強(qiáng)制通風(fēng)(用空氣機(jī)送風(fēng))。濾床由濾料組成，濾料對生物濾池工作有很大的影響，對污水起凈化作用的微生物就是生長在濾料表面上。濾料應(yīng)采用強(qiáng)度高、耐腐蝕、質(zhì)輕、顆粒均勻、比表面積大、空隙率高的材料。過去常用球狀濾料，如碎石、爐渣、焦炭等。一般分成工作層和承托層兩層：工作層粒徑為25---,40mm，厚度為1．3～1．8m；承托層粒徑為60～lOOmm，厚度為0．2m。近年來，常采用塑料濾料，其表面積可達(dá)100～200m2／m3，孔隙率高達(dá)80％一90％；濾料粒徑的選擇對濾池工作影響較大，濾料粒徑小，比表面積大，但孔隙率小，增加了通風(fēng)阻力，相反粒徑大，比表面積小，影響污水和生物膜的接觸面積。粒徑的選擇還應(yīng)綜合考慮有機(jī)負(fù)荷和水力負(fù)荷的影響，當(dāng)負(fù)荷較高時(shí)采用較大的粒徑。

? ? ? ? 布水裝置的作用是將待處理的水均勻地分配到整個(gè)濾池的表面。一般水族館的布水設(shè)置主要是將待處理的水由主管道接入到過濾池上方，然后均勻分成若干分支管，每個(gè)管上均勻開微孔或在分支水管上均勻安裝霧化噴水頭，讓待處理的水高速、均勻地噴灑在下方的生化過濾材料上。待進(jìn)行生化過濾的給水，首先要進(jìn)行預(yù)處理(如砂濾、生化棉、臭氧或活性吸附等)，去除懸浮物、大顆粒物質(zhì)、油膜等可能堵塞濾料的污染物，并使水質(zhì)均化。而排水只要保持通暢即可。生化過濾的濾材種類很多，水族館大水體所用的生化濾材主要有塑料生化球、石英生化球、陶瓷生化環(huán)、毛刷生化球、生化棉等。其中，生化棉、毛刷生化球造價(jià)低，經(jīng)濟(jì)性好，但相對表面積小、易損耗；而生化球、陶瓷環(huán)相關(guān)表面積大，生化效果好。

?5? 分析與小結(jié)

? ? ? ? 從理論上講，生物膜水處理工藝分為穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)兩種運(yùn)行方式。穩(wěn)態(tài)工藝是生物膜隨時(shí)間變化沒有凈增長或凈死亡的變化，而非穩(wěn)態(tài)生物膜正好相反。就穩(wěn)態(tài)工藝而言，水中基質(zhì)含量在一定時(shí)間內(nèi)不變或變化很少，生物膜生長和自身氧化得到一個(gè)穩(wěn)態(tài)生物厚度，并維持了一定的出水基質(zhì)含量，也就是說，在一定的生物量下，不能任意變化處理水的能力。而非穩(wěn)態(tài)運(yùn)行是依靠生物的一種應(yīng)激性反應(yīng)，當(dāng)微生物前期處于相對較高的營養(yǎng)環(huán)境中，生物膜生長很好；當(dāng)進(jìn)水基質(zhì)含量減少后，微生物為維持自身生長的需要，就會(huì)發(fā)揮全部潛力，快速攝取營養(yǎng)水中的有機(jī)物，從而被處理微污染水的有機(jī)物含量會(huì)降到較低水平。雖然生物膜水處理非穩(wěn)態(tài)運(yùn)行效果較好，且可深度處理，但生物載體需間斷性的在高含量有機(jī)物水環(huán)境中培養(yǎng)微生物，再運(yùn)到生物濾池處理微污染水，這給水族館的管理帶來負(fù)擔(dān)，并且修建微生物培養(yǎng)池又加大了工程投資，所以在優(yōu)化設(shè)計(jì)中不采用生物膜水處理工藝非穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。