地埋式一體化醫(yī)療廢水處理設(shè)施
活性污泥法和生物膜法的區(qū)別不僅僅是微生物的懸浮與附著之分，更重要的是擴(kuò)散過(guò)程在生物膜處理系統(tǒng)中是一個(gè)必須考慮的因素。在生物膜反應(yīng)器中，有機(jī)污染物、溶解氧及各種必須的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)首先要從液相擴(kuò)散到生物膜表面，進(jìn)而進(jìn)到生物膜內(nèi)部，只有擴(kuò)散到生物膜表面或內(nèi)部的污染物才有可能被生物膜內(nèi)微生物分解與轉(zhuǎn)化，終形成各種代謝產(chǎn)物。另外，在生物膜反應(yīng)器中，由于微生物被固定在載體上，從而實(shí)現(xiàn)了SRT與HRT(水力停留時(shí)間)的分離，使得增殖速率慢的微生物也能生長(zhǎng)繁殖。因此，生物膜是一穩(wěn)定的、多樣的微生物生態(tài)系統(tǒng)。
1. 生物膜的形成原理
生物膜的形成過(guò)程是微生物吸附、生長(zhǎng)、脫落等綜合作用的動(dòng)態(tài)過(guò)程。
首先，懸浮于液相中的有機(jī)污染物及微生物移動(dòng)并附著在載體表面上；然后附著在載體上的微生物對(duì)有機(jī)污染物進(jìn)行降解，并發(fā)生代謝、生長(zhǎng)、繁殖等過(guò)程，并逐漸在載體的局部區(qū)域形成薄的生物膜，這層生物膜具有生化活性，又可進(jìn)一步吸附、分解廢水中有機(jī)污染物，直至后形成一層將載體*包裹的成熟的生物膜。
微生物在載體上的掛膜可分為微生物吸附和固著生長(zhǎng)兩個(gè)階段。載體加入水體以后，首先進(jìn)入吸附期。由圖可見(jiàn)，有部分微生物和絲狀物質(zhì)已經(jīng)附著在載體表面，附著了較多物質(zhì)的位置往往是載體的凹處，不容易被水流剪切的地方。此時(shí)懸浮液中的微生物大量增長(zhǎng)，出現(xiàn)較明顯的一個(gè)污泥層。
地埋式一體化醫(yī)療廢水處理設(shè)施經(jīng)過(guò)不可逆附著以后，微生物在載體表面獲得一個(gè)比較穩(wěn)定的生長(zhǎng)環(huán)境，在供氧和底物充足的情況下，吸附在載體上的污泥中的微生物很快就開(kāi)始生長(zhǎng)。下圖為微生物在載體表面開(kāi)始生長(zhǎng)時(shí)的情景，由圖可見(jiàn)到活性很好的鐘蟲(chóng)和累枝蟲(chóng)。
隨著培養(yǎng)馴化時(shí)間的增長(zhǎng)，在載體表面生長(zhǎng)的生物膜也迅速增長(zhǎng)，逐漸覆蓋整個(gè)載體表面，并開(kāi)始增厚。但生物膜的生長(zhǎng)并不均勻，在載體比較突出的地方，生物膜比較薄，而凹處則會(huì)長(zhǎng)出相當(dāng)繁盛的菌落，可見(jiàn)水力剪切對(duì)生物膜的生長(zhǎng)具有重要的影響。
生物膜形成的影響因素
生物膜的形成與載體表面性質(zhì)(載體表面親水性、表面電荷、表面化學(xué)組成和表面粗糙度)、微生物的性質(zhì)(微生物的種類(lèi)、培養(yǎng)條件、活性和濃度)及環(huán)境因素(PH值、離子強(qiáng)度、水力剪切力、溫度、營(yíng)養(yǎng)條件及微生物與載體的接觸時(shí)間)等因素有關(guān)。
載體表面性質(zhì)
載體表面電荷性、粗糙度、粒徑和載體濃度等直接影響著生物膜在其表面的附著、形成。在正常生長(zhǎng)環(huán)境下，微生物表面帶有負(fù)電荷。如果能通過(guò)一定的改良技術(shù)，如化學(xué)氧化、低溫等離子體處理等可使載體表面帶有正電荷，從而可使微生物在載體表面的附著、形成過(guò)程更易進(jìn)行。載體表面的粗糙度有利于細(xì)菌在其表面附著、固定。
一方面，與光滑表面相比，粗糙的載體表面增加了細(xì)菌與載體間的有效接觸面積；另一方面載體表面的粗糙部分，如孔洞、裂縫等對(duì)已附著的細(xì)菌起著屏蔽保護(hù)作用，使它們免受水力剪切力的沖刷。
研究認(rèn)為，相對(duì)于大粒徑載體而言，小粒徑載體之間的相互摩擦小，比表面積大，因而更容易生成生物膜。另外，載體濃度對(duì)反應(yīng)器內(nèi)生物膜的掛膜也很重要。Wagner在用氣提式反應(yīng)器處理難降解物廢水時(shí)發(fā)現(xiàn)，在載體質(zhì)量濃度很低情況下，即使生物膜厚達(dá)295μm，還是不能達(dá)到穩(wěn)定的去除率。但是，在載體濃度為20-30g／L時(shí)，即使只有20％的載體上有75μn厚的生物膜，反應(yīng)器依然能達(dá)到穩(wěn)定的(98％)去除率，COD負(fù)荷可達(dá)58kg／(m3·d)。
懸浮微生物濃度
在給定的系統(tǒng)中，懸浮微生物濃度反映了微生物與載體間的接觸頻度。一般來(lái)講，隨著懸浮微生物濃度的增加，微生物與載體間可能接觸的幾率也增加。許多研究結(jié)果表明，在微生物附著過(guò)程中存在著一個(gè)臨界的懸浮微生物濃度；隨著微生物濃度的增加，微生物借助濃度梯度的運(yùn)送得到加強(qiáng)。
地埋式一體化醫(yī)療廢水處理設(shè)施在臨界值以前，微生物從液相傳送、擴(kuò)散到載體表面是控制步驟，一旦超過(guò)此臨界值，微生物在載體表面的附著、固定受到載體有效表面積的限制，不再依賴(lài)于懸浮微生物的濃度。但附著固定平衡后，載體表面微生物的量是由微生物及載體表面特性所決定的。
混凝沉淀。混凝沉淀是印染廢水處理的重要方法，可有效除去水中疏水性染料物質(zhì)及部分親水性染料物質(zhì)，大大減輕后續(xù)生物處理的壓力。一般PAC等混凝劑對(duì)以膠體或懸浮狀存在于廢水中的染料有良好的混凝效果。這一類(lèi)染料主要包括疏水性、不溶性染料，如分散染料、活性染料、還原性染料及水溶性染料中分子量較大的一部分直接染料等，生化前混凝沉淀對(duì)COD、BOD5、色度的去除效率分別可達(dá)到30%～60%、15%～40%、40%～50%。
水解酸化池。水解酸化池可明顯提高BOD5/COD比值，增強(qiáng)廢水可生化性。參與水解酸化的微生物主要是水解菌和產(chǎn)酸菌，它們均為兼氧菌，由于產(chǎn)甲烷菌的生長(zhǎng)速度和水解菌、產(chǎn)酸菌的生長(zhǎng)速度不同，控制系統(tǒng)的水力停留時(shí)間，利用水流動(dòng)的淘洗作用，就能抑制產(chǎn)甲烷菌的生長(zhǎng)，充分利用兼氧菌將廢水中的染料、漿料等大分子、雜環(huán)類(lèi)有機(jī)物分解為低分子有機(jī)物，破壞染料分子的有色基團(tuán)，水解酸化池對(duì)COD、BOD5、色度的去除效率分別可達(dá)到15%～35%、10%～30%、30%～80%。
生物接觸氧化。生物接觸氧化法是一種介于活性污泥法與生物濾池之間的生物膜法工藝，其特點(diǎn)是在池內(nèi)設(shè)置填料，池底曝氣對(duì)污水進(jìn)行充氧，并使池體內(nèi)污水處于流動(dòng)狀態(tài)，以保證污水與污水中的填料充分接觸，避免生物接觸氧化池中存在污水與填料接觸不均的缺陷。該法中微生物所需氧由鼓風(fēng)機(jī)曝氣供給，生物膜生長(zhǎng)至一定厚度后，填料壁的微生物會(huì)因缺氧而進(jìn)行厭氧代謝，產(chǎn)生的氣體及曝氣形成的沖刷作用會(huì)造成生物膜的脫落，并促進(jìn)新生物膜的生長(zhǎng)，此時(shí)脫落的生物膜將隨出水流出池外。生物接觸氧化法具有以下特點(diǎn)：①由于填料比表面積大，池內(nèi)充氧條件良好，池內(nèi)單位容積的生物固體量較高，因此生物接觸氧化池具有較高的容積負(fù)荷;②由于生物接觸氧化池內(nèi)生物固體量多，水流*混合，故對(duì)水質(zhì)水量的驟變有較強(qiáng)的適應(yīng)能力;③剩余污泥量少，不存在污泥膨脹問(wèn)題，運(yùn)行管理簡(jiǎn)便。生物接觸氧化對(duì)COD、BOD5、色度的去除效率分別可達(dá)到55%～70%、85%～95%、35%～50%。
