生物膜是如何形成的?填料挂膜好坏有哪些影响因素?


生物膜法是一种高效的废水处理方法,具有污泥量少,不会引起污泥膨胀,对废水的水质和水量的变动具有较好的适应能力,运行管理简单等特点。生物膜法是使微生物附着在载体表面上并形成生物膜,当污水流经载体表面时,污水中的有机物及溶解氧向生物膜内部扩散。膜内微生物在有氧存在的情况下对有机物进行分解代谢和机体合成代谢,同时分解的代谢产物从生物膜扩散到水相和空气中,从而使废水中的有机物得以降解。

活性污泥法和生物膜法的区别不仅仅是微生物的悬浮与附着之分,更重要的是扩散过程在生物膜处理系统中是一个必须考虑的因素。在生物膜反应器中,有机污染物、溶解氧及各种必须的营养物质首先要从液相扩散到生物膜表面,进而进到生物膜内部,只有扩散到生物膜表面或内部的污染物才有可能被生物膜内微生物分解与转化,最终形成各种代谢产物。另外,在生物膜反应器中,由于微生物被固定在载体上,从而实现了SRT与HRT(水力停留时间)的分离,使得增殖速率慢的微生物也能生长繁殖。因此,生物膜是一稳定的、多样的微生物生态系统。

1. 生物膜的形成原理

生物膜的形成过程是微生物吸附、生长、脱落等综合作用的动态过程。

首先,悬浮于液相中的有机污染物及微生物移动并附着在载体表面上;然后附着在载体上的微生物对有机污染物进行降解,并发生代谢、生长、繁殖等过程,并逐渐在载体的局部区域形成薄的生物膜,这层生物膜具有生化活性,又可进一步吸附、分解废水中有机污染物,直至最后形成一层将载体完全包裹的成熟的生物膜。

根据Characklis、Liu等人的研究,微生物膜的形成通常经历载体表面改良、可逆附着、不可逆附着、生物膜形成四个阶段,具体描述如下:

微生物在载体上的挂膜可分为微生物吸附和固着生长两个阶段。载体加入水体以后,首先进入吸附期。由图可见,有部分微生物和丝状物质已经附着在载体表面,附着了较多物质的位置往往是载体的凹处,不容易被水流剪切的地方。此时悬浮液中的微生物大量增长,出现较明显的一个污泥层。

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图 吸附期载体表面照片(×100)

经过不可逆附着以后,微生物在载体表面获得一个比较稳定的生长环境,在供氧和底物充足的情况下,吸附在载体上的污泥中的微生物很快就开始生长。下图为微生物在载体表面开始生长时的情景,由图可见到活性很好的钟虫和累枝虫。

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