刁榮俊+胡慶偉

摘 要：生物膜技術(shù)起源于對自然界已有的現(xiàn)象的總結(jié)和模擬。在自然界中，水體有著自凈的現(xiàn)象，例如在農(nóng)田灌溉時，土壤層對污染物有著截留吸附凈化的作用，以及有機物的腐敗過程。對以上類似現(xiàn)象的總結(jié)和模擬，構(gòu)成了這種污水處理技術(shù)。顧名思義，生物膜技術(shù)著重于使微生物群以膜形態(tài)依附于某些固定或半固定載體表面，通過大面積與污水相接觸，從污水中截留有機物，轉(zhuǎn)化為微生物自身生長所需營養(yǎng)物質(zhì)加以同化吸收，使得污水得到凈化處理。

關(guān)鍵詞：生物膜 生態(tài)修復(fù) 水環(huán)境

1、凈化河流的基本原理

生物膜法對于河流進行的凈化作用，其實質(zhì)就是水體自凈能力的一種人工強化，把一個普通的自然過程變化為天然+人工過程的組合形式。模擬天然河床上附著的生物膜及其產(chǎn)生的過濾與凈化作用，由人工提供濾料或載體，增加相應(yīng)的比表面積，以供超量微生物附著絮凝生長，形成凈化水體所需的生物膜。當污染的河水流經(jīng)人工增殖的生物膜時，污染物和載體或者濾料上面附著生長的菌膠團開始碰撞接觸，菌膠團表面由于細菌和胞外聚合物的作用，對污水中的有機物起到了絮凝或吸附，這種狀態(tài)與介質(zhì)中的有機物會形成一種動態(tài)的平衡，從而導(dǎo)致的結(jié)果就是菌膠團表面不但附有大量的活性細菌，還有較高濃度的有機物，這些都成為了細菌繁殖的有利條件。細菌的大量繁殖，會吸收消耗污水中的有機物，這樣污水中的有機物濃度就會大幅度的降低，水質(zhì)也就得到了明顯的改善[1]。

生物膜技術(shù)發(fā)揮作用主要有以下4個階段：

外部擴散階段：污染物向生物膜表面移動；

內(nèi)部擴散階段：污染物在生物膜內(nèi)移動；

化學(xué)反應(yīng)階段：微生物分泌的酵素與催化劑；

外排階段：代謝生成物排出體外。

由于生物膜是依附固定在載體或者濾料上的，因此有著較長的生長周期，可以產(chǎn)生長周期細菌與高級微生物，例如硝化細菌的出現(xiàn)，因為硝化細菌的繁殖速度是一般單胞細菌的1/40左右。這就使得生物膜法在正常吸收有機物的同時，還能兼具脫氮除磷的能力，有利于處理同時受到有機物和氨氮雙重污染的河流。另外，在生物膜上繁殖出的后生動物，例如綴體蟲、線蟲、輪蟲等，從而極大增強了生物膜的降解凈化能力。

2、生物膜在河流污染治理中的技術(shù)模式

目前，國內(nèi)外用于河流生態(tài)凈化的生物膜技術(shù)有以下5類：

2.1 礫間接觸氧化法

礫間接觸氧化法的設(shè)計依據(jù)是河床生物膜凈化河水的原理，通過人工干預(yù)填充礫石作為載體，水與生物膜的接觸面積會增加數(shù)10倍至上百倍不等。污水在礫石間流動的過程中，會與礫石上附著的生物膜相接觸，進而被生物膜截留吸收、氧化分解，從而達到凈化水質(zhì)的目的。例如，以φ50mm的礫石作為填充物，填充河床面積為1m2，高度為1m的河流時，這時河床的生物膜面積就可以達到原來的100倍，河流的凈化能力也就相應(yīng)的增強了100倍。礫間接觸氧化法采用的載體為天然材料，具有來源廣、費用低、工程難度小、凈化效果較好等特點，因此得到了最廣泛的應(yīng)用。青海省沿湟實施的西寧第1污水處理廠和湟源、樂都、民和污水處理廠尾水人工濕地潛流處理單元就對該技術(shù)做了很好的技術(shù)移植和應(yīng)用。潛流由底至上分別為防滲層、倒淤層、填料層及種植層，礫間接觸的水力負荷大，對BOD、COD、SS、TN、TP等污染物的去除效果明顯，并且很少會有惡臭和孳生蚊蠅等現(xiàn)象的發(fā)生，特別是能有效解決北方寒冷地區(qū)的冬季防凍問題，出水水質(zhì)效果好，對于COD的去除效率在40%～80%，據(jù)監(jiān)測驗證污水處理廠尾水經(jīng)潛流處理單元后COD、BOD、NH3-N、SS、TN、TP等污染物濃度削減明顯。

2.2 排水溝（渠）接觸氧化法

排水溝（渠）接觸氧化法基于排水溝（渠），在其內(nèi)部或外部設(shè)置含有濾料的凈化設(shè)施，填充的濾料為礫石和塑料，可填充顆粒狀、細線狀、波板狀或墊子狀等，因為這些濾料具有比表面積大，間隙率高等特點，所以適于大量微生物的生長附著，產(chǎn)生大面積生物膜。當污水流經(jīng)此人工凈化裝置時，污染物質(zhì)與生長的生物膜相接觸，大量污染物質(zhì)被截留、吸收，進而被微生物分解掉，充分有效地凈化了污水[2]。排水溝（渠）接觸氧化法具有凈化效果好，有利于人工干預(yù)管理的特點，因其是在溝渠中進行反應(yīng)的，往往不需要曝氣系統(tǒng)，可以有效降低能耗。近年來，由于其具有的特點，在河流的直接凈化中有著較多的應(yīng)用。

2.3 生物活性炭填料法

生物活性炭填料法以活性炭為填料，利用了活性炭其特有的超強吸附能力，同時由于其具有巨大的比表面積，可以為微生物的生長提供良好的環(huán)境，特別是利用“生物膜效應(yīng)”、“生物再生效應(yīng)”和“吸著效應(yīng)”，可以充分發(fā)揮細菌和微生物等的分解作用，活性炭的微孔吸附作用，以達到去除水中污染物、凈化水質(zhì)的目的。生物活性炭填料法充分利用了活性炭比表面積大、吸附能力強等特性，使附著在其表面的微生物種類更多、活性更強、數(shù)量更大，形成的生物膜能力更強。

2.4 淺層層流法

生物膜法在河流凈化中起主要作用的方式，就是河水流過河床上附著的生物膜，通過與生物膜的接觸而達到凈化的目的。生物膜法采用增加附著的生物膜膜面積，從而減少單位生物膜的處理量，進而提高河床的自凈能力。具體方式是增加河面的寬度，降低河流水深，增加河水和河床的接觸面積。工程建設(shè)可以拓寬河床，以達到目的。此方法缺點也比較明顯，需要進行大量的土方施工，涉及到征地問題，同時還要確保水體流量和周圍生態(tài)環(huán)境。

3、結(jié)語

生物膜技術(shù)作為一種自然生物處理方法，在水生態(tài)修復(fù)與自然水體水環(huán)境治理中，越來越得到普遍關(guān)注和廣泛應(yīng)用。其工程建設(shè)具有投資少、運行管理簡單、維護和運行費用低、處理后出水水質(zhì)穩(wěn)定的特點。對于水體生態(tài)修復(fù)、水環(huán)境治理、水資源保護、污水凈化處理和資源化以及改善生態(tài)環(huán)境等方面都具有十分重要的作用和意義，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

參考文獻

[1]于少鵬，王海霞.人工濕地污水處理技術(shù)及其在我國發(fā)展的現(xiàn)狀與前景[J].地理科學(xué)進展，2004，23（1）：22-29.

[2]沈耀良.新型廢水處理技術(shù)—人工濕地[J].污染防治技術(shù)，1996，9（1-2）：1-8.