生化過濾系統

4 同化作用

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

? ? ? ? 生化處理法是生物化學處理法的簡稱，是利用自然環境中的微生物，并通過微生物體內的生物化學作用來分解廢水中的有機物和某些無機毒物(如氰化物、硫化物)，使之轉化為穩定、無害物質的一種水處理方法。以下著重討論水族館中運用生物膜法去除有機物的過濾系統。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物。具有以下特點：

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

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

? ? ? ? ? (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，進行固、液相的物質交換，利用膜內微生物將有機物氧化，使廢水獲得凈化，同時，生物膜內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：當有機廢水或由活性污泥懸浮液培養而成的接種液流過載體時，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活性，又進一步吸附、分解廢水中呈懸浮、膠體和溶解狀態的污染物。

? ? ? ? 為了保持好氧性生物膜的活性，除了提供廢水營養物外，還應創造良好的好氧條件，亦即向生物膜供氧。在填充式生物膜法設備中常采用自然通風或強制自然通風供氧。氧透入生物膜的深度取決于它在膜中的擴散系數，固一液界面處氧的濃度和膜內微生物的氧利用率。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，有機物經附著水層向膜內擴散。膜內微生物在氧的參加下對有機物進行分解和機體新陳代謝。代謝產物沿底物擴散相反的方向，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以及處于好氧狀態，而在膜深處將會出現營養物或氧的不足，造成微生物內源代謝或出現厭氧層，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，完成一個生長周期。在正常運行情況下，整個反應器的生物膜各個部分總是交替脫落的，系統內活性生物膜數量相對穩定，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。因此，當廢水濃度較大時，生物膜增長過快，水流的沖刷力也應加大，如依靠原廢水不能保證其沖刷能力時，可以采用處理出水回流，以稀釋進水和加大水力負荷，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菌(包括好氧、厭氧及兼性細菌)、真菌、放線面、原生動物(主要是纖毛蟲)和較高等的動物，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目上具有一定的分布。在塔式生物濾池中，這種分層現象更為明顯。在填料上層以異養細菌和營養水平較低的鞭毛蟲或肉足蟲為主，在填料下層則可能出現世代期長的硝化菌和營養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，可能成為優勢種。在填充式生物膜法裝置中，當氣溫較高和負荷較低時，還容易孽生灰蠅，它的幼蟲色白透明，頭粗尾細，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負荷、水力負荷、廢水成分、pH值、溫度、通風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、膠體以及懸浮狀態的有機污染物轉化為穩定、無害的物質的方法。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)。池壁頂應高出濾層表面0．4～0．5m，池頂通自然風或強制通風(用空氣機送風)。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。濾料應采用強度高、耐腐蝕、質輕、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100～200m2／m3，孔隙率高達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。粒徑的選擇還應綜合考慮有機負荷和水力負荷的影響，當負荷較高時采用較大的粒徑。

? ? ? ? 布水裝置的作用是將待處理的水均勻地分配到整個濾池的表面。一般水族館的布水設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。待進行生化過濾的給水，首先要進行預處理(如砂濾、生化棉、臭氧或活性吸附等)，去除懸浮物、大顆粒物質、油膜等可能堵塞濾料的污染物，并使水質均化。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、毛刷生化球、生化棉等。其中，生化棉、毛刷生化球造價低，經濟性好，但相對表面積小、易損耗；而生化球、陶瓷環相關表面積大，生化效果好。

?5? 分析與小結

? ? ? ? 從理論上講，生物膜水處理工藝分為穩態和非穩態兩種運行方式。穩態工藝是生物膜隨時間變化沒有凈增長或凈死亡的變化，而非穩態生物膜正好相反。就穩態工藝而言，水中基質含量在一定時間內不變或變化很少，生物膜生長和自身氧化得到一個穩態生物厚度，并維持了一定的出水基質含量，也就是說，在一定的生物量下，不能任意變化處理水的能力。而非穩態運行是依靠生物的一種應激性反應，當微生物前期處于相對較高的營養環境中，生物膜生長很好；當進水基質含量減少后，微生物為維持自身生長的需要，就會發揮全部潛力，快速攝取營養水中的有機物，從而被處理微污染水的有機物含量會降到較低水平。雖然生物膜水處理非穩態運行效果較好，且可深度處理，但生物載體需間斷性的在高含量有機物水環境中培養微生物，再運到生物濾池處理微污染水，這給水族館的管理帶來負擔，并且修建微生物培養池又加大了工程投資，所以在優化設計中不采用生物膜水處理工藝非穩態運行。