生物膜預處理技術在水體污染中的應用與展望

【摘要】目前我國水資源極度匱乏，并且隨著社會發(fā)展建設，城鎮(zhèn)廢水、工業(yè)廢水的排放日益增加，如何高效利用有限的水資源成為了迫在眉睫的任務。隨著生物醫(yī)療、分子生物學等生物科技的興起，人們發(fā)現(xiàn)通過生物方法處理廢水相比于傳統(tǒng)方式不僅污染小，而且效率奇高，于是創(chuàng)造了生物膜預處理技術，在處理工業(yè)廢水中有著非常廣泛應用。

【關鍵詞】生物膜；微生物；生物工程

1、生物膜預處理技術的機理

1.1處理流程

生物膜預處理系統(tǒng)的基本流程：廢水首先流經(jīng)初次沉淀池，然后進入生物膜反應器，廢水在生物膜反應器中經(jīng)過好養(yǎng)生物氧化去除有機物后，再通過二次沉淀池出水。整個一個系統(tǒng)就是生物膜法的基本流程。

1.2生物膜結(jié)構(gòu)

所示，生物膜的構(gòu)造分為好氧層、厭氧層和兼性厭氧層三部分，加上附著在生物膜表面的附著水層，共同構(gòu)成了生物膜的基本結(jié)構(gòu)。所示，可以看出生物膜處理過程中污染物以及生成物的流動情況：有機污染物流經(jīng)生物膜，經(jīng)過一些復雜的處理過程后，生成物以水、含氮化合物等形式排出到大氣。

1.3生物膜處理污染水的原理

1）微生物處理：污染水通過生物膜的順序依次為細菌——原生動物——后生動物的食物鏈或者生態(tài)系統(tǒng)。具體的生物以細菌的菌膠團為主，而原生動物和后生動物主要為藻類、固著型纖毛蟲以及游泳型纖毛蟲，他們在污染水的凈化和污染物的去除中起著至關重要的作用。

降解：污染水中的有機物主要是在好氧層進行，好氧層形成的NO3-、NO2-等氮類氧化物經(jīng)過厭氧層發(fā)生了反硝化作用，生成無污染的N2自發(fā)進入大氣，從而達到凈化作用；而直接進入?yún)捬鯇雍图嫘詤捬鯇拥奈廴疚锝?jīng)過微生物分解后產(chǎn)生H2S，NH3等氣體進入大氣。

2）生物膜的更新迭代

由于經(jīng)過水力的沖刷，生物膜表面不斷地減少，同時生物膜中的微生物在污染物處理的過程中也在不斷地自行繁殖生長。所以生物膜在不停地自行更新迭代，以此維持生物活性。

2、生物膜預處理技術的應用

2.1生物濾池

2.1.1基本原理

生物濾池，顧名思義，含有污染物的廢水通過自上而下流經(jīng)生物膜，在污染物流動過程中與生物膜中的微生物充分接觸并發(fā)生反應。微生物通過吸收降解作用，污染物得以凈化。

2.1.2結(jié)構(gòu)與組成

生物濾池的基本構(gòu)成為池體、濾料、布水裝置、排水系統(tǒng)四部分。

2.1.3主要結(jié)構(gòu)詳細介紹

1）池體：主要由池壁和池底兩部分組成，其中池壁分為有孔池壁和無孔池壁兩部分，由于生物膜處理過程中以需氧為主，所以大部分池壁的結(jié)構(gòu)以有孔為主，但是考慮到冬天的惡劣環(huán)境，無孔池壁也是必要的。

2）濾料：一般以實心物體為主，常見的有鵝卵石、爐渣等材料。濾料的分布要盡可能的保持均勻，為了提高濾料的孔隙率。濾料的粒徑越小，比表面積就越大，污染物的處理能力也就會相對提高；但是如果粒徑過小，孔隙率會大大降低，則濾料層易被污染物堵塞，不利于污染物的處理。

3）布水裝置：布水裝置的主要作用是通過分散作用，將廢水均勻地噴灑在濾料上。從而將生物膜和廢水充分接觸，極大地提高了生物膜的處理效率。

4）排水系統(tǒng)：位于生物濾池的底部的排水系統(tǒng)，主要是收集并且排出處理后的廢水，并且能夠保證處理系統(tǒng)內(nèi)部良好的通風效果。

2.2生物轉(zhuǎn)盤

2.2.1原理

生物轉(zhuǎn)盤的原理是利用轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動，使附著在轉(zhuǎn)盤上的微生物在水和空氣來回循環(huán)。在水中的過程中微生物通過氧化作用分解水中的有機物，而在空氣中的過程中微生物獲取空氣中的氧氣，用于氧化作用。通過不斷循環(huán)達到凈水目的。

2.2.2主要結(jié)構(gòu)詳細介紹

1）盤片：作為生物膜主要載體的盤片，是生物轉(zhuǎn)盤最重要的組成部分。盤片之間會保持一定的間距，一方面保證良好的通風條件以保證微生物有氧呼吸的正常進行，另一方面保證轉(zhuǎn)盤不會因為生物膜的增長而造成堵塞。

2）氧化槽：由于生物膜處理過程中需要有氧環(huán)境，所以處理裝置必須與外界相關聯(lián)，而氧化槽恰好起到了這個至關重要的作用。通過獨特的結(jié)構(gòu)設置，保證生物膜良好的處理環(huán)境。

3、生物膜預處理技術的展望

生物膜處理技術從誕生以來，一直是學術界引以為傲的污染物處理方法。但是隨著時代的進步以及科技的發(fā)展，很多高科技技術不斷地更新迭代，但是生物膜處理技術作為一個生物法處理污染物的技術，其自然的和諧性原理決定著其環(huán)境的友好性，這也是其他物理和化學方法不可替代的。

所以開發(fā)出一代新的生物處理技術對目前社會的發(fā)展會有極大的意義。如今嚴重的污染渠道包括水污染、大氣污染、土壤污染等等，都嚴重威脅著人類的健康和生態(tài)的平衡。生物膜處理顯得有極大的發(fā)揮空間。如：生物膜防霾口罩、生物膜空氣凈化器、生物膜灰塵吸收器等等，身為新一代創(chuàng)新人才，我們有權利也有義務去思考如何改善我們的生存環(huán)境以及合理利用自然資源。

目前生物膜處理技術應用于廢水處理的情況居多，但是我相信，經(jīng)過科技的進步，生物膜處理技術在未來的市場中一定會有極其廣闊的前景。

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