污水处理技术工艺

生物膜是如何形成的?填料挂膜好坏有哪些影响因素?

发布日期:2019-06-14 / 发布者:鸿淳环保科技 / 点击:

生物膜法是一种有效的废水处理方法。污泥少,不污泥膨胀,对水质和废水量变化具有良好的适应性,操作和管理简单。生物膜方法是将微生物附着到载体表面并形成生物膜。当污水流过载体表面时,污水中的有机物和溶解氧扩散到生物膜的内部。膜中的微生物在氧气存在下分解和合成有机物,并且分解的代谢物从生物膜扩散到水相和空气中,从而降解废水中的有机物质。

活性污泥法与生物膜法的区别不仅在于微生物的悬浮和粘附,还在于生物膜处理系统中必须考虑的扩散过程。在生物膜反应器中,有机污染物、溶解氧和各种营养物质首先从液相扩散到生物膜的表面,然后进入生物膜的内部。只有污染物扩散到生物膜的表面或内部,才能被生物膜中的微生物分解转化,最终形成各种代谢产物。此外,在生物膜反应器中,由于微生物被固定在载体上,SRT和HRT(水力停留时间)被分离,从而使增殖速度较慢的微生物得以生长和繁殖。因此,生物膜是一个稳定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、生长和脱落的动态过程。

首先,悬浮在液相中的有机污染物和微生物移动并粘附在载体表面上;然后附着在载体上的微生物降解有机污染物,并经历新陈代谢,生长,繁殖等,逐渐成为载体。局部区域形成薄的生物膜,其具有生物化学活性,并且可以进一步吸附和分解废水中的有机污染物,直到形成完全包封载体的成熟生物膜。

根据Characklis和Liu等人的研究,微生物膜的形成通常经历四个阶段:载体表面改善、可逆附着、不可逆附着和生物膜形成。

微生物附着膜可分为微生物吸附和固体生长两个阶段。载体加入水体后,首先进入吸附期。从图中可以看出,载体表面已经附着了一些微生物和丝状物质,而更多物质的位置往往是载体的凹处,不容易被水流切割。此时,悬浮液中的微生物大量生长,出现了更明显的污泥层。

在不可逆附着后,微生物在载体表面上获得相对稳定的生长环境。在充足的氧气供应和足够的底物的条件下,吸附在载体上的污泥中的微生物迅速开始生长。下图显示了微生物开始在载体表面生长的情况。从图中可以看出活跃而重要的蠕虫和蠕虫。

随着培养时间和驯化时间的增加,载体表面生物膜的生长也迅速增加,逐渐覆盖整个载体表面,并开始变厚。然而,生物膜的生长并不均匀。在载体比较突出的地方,生物膜较薄,而凹部则会生长出相当茂盛的菌落。可见,水力剪切对生物膜的生长有重要影响。

也有许多种类的微生物生长在载体的表面。除了疲倦的昆虫和铃虫外,还可以观察到丝状细菌、球虫和杆菌,以及一些游泳细菌。如下图所示。随着越来越多的生物膜附着在载流子上,载流子的视密度逐渐减小,变得较轻,更易发生流体化,而载流子在降区的下降速度变慢。

2.影响生物膜形成的因素

生物膜的形成与载体的表面性质(亲水性、表面电荷、表面化学成分和表面粗糙度)、微生物性质(微生物种类、培养条件、活性和浓度)、环境因素(pH值、离子强度、水力剪切力、温度、营养盐浓度等)有关。微生物和载体之间的条件和接触时间)。

2.1 载体表面性质

载体的表面导电性、粗糙度、颗粒尺寸和载流子浓度直接影响其表面生物膜的附着和形成。在正常生长条件下,微生物表面具有负电荷。如果载体表面能通过化学氧化和低温等离子体处理等某些改进技术得到正电荷,微生物就可以附着在载体表面,形成过程就更容易。载体表面的粗糙度有利于细菌在其表面的附着和固定。

一方面,与光滑表面相比,粗糙载体表面增加了细菌和载体之间的有效接触面积;另一方面,载体表面的粗糙表面,例如孔,裂缝等,屏蔽附着的细菌免受屏蔽,从而保护它们免受液压剪切的影响。

结果表明,与大粒径载体相比,小粒径载体具有较小的摩擦系数和较大的比表面积,这使得生物膜的制备更加容易。此外,载体浓度对反应器中生物膜的形成也很重要。瓦格纳发现,即使在非常低的载体浓度下,生物膜厚度达到295微米,难降解废水的去除率也不能达到稳定的水平。然而,当载体浓度为20-30 g/l时,即使只有20%的载体有75微米厚的生物膜,反应器仍能达到稳定(98%)的去除率,最大COD负荷可达58 kg/(m3.d)。

2.2 悬浮微生物浓度

在给定的系统中,悬浮微生物的浓度反映了微生物与载体接触的频率。一般来说,随着悬浮微生物浓度的增加,微生物与载体之间可能接触的概率也随之增加。结果表明,微生物粘附过程中存在临界悬浮微生物浓度。随着微生物浓度的增加,浓度梯度的迁移使微生物增强。

在临界值之前,微生物从液相到载体表面的转移和扩散是控制步骤。一旦超过该临界值,微生物在载体表面上的附着和固定受到载体有效表面积的限制,并且不再依赖于悬浮微生物的浓度。然而,在附着和固定后,载体表面上的微生物的量由微生物的特征和载体的表面决定。

2.3悬浮微生物活性

微生物的活性通常用微生物的比生长速率(μ)来描述,即单位质量下微生物的生长速率。因此,在研究微生物活动对生物膜形成初期的影响时,关键是如何控制悬浮微生物的比生长速度。结果表明,硝化细菌的附着力和初始速率与悬浮硝化细菌的活性成正比。Bryers等人在研究异养生物膜的形成时也取得了同样的结果。影响悬浮微生物活性的主要因素如下。

(1)当悬浮微生物的生物活性高时,其分泌细胞外多聚体的能力强。粘性细胞外聚合物充当细菌和载体之间的生物粘附剂,使细菌易于附着并固定在载体表面上;

(2)微生物的能量水平与其生长速率直接相关。当Lu增加时,悬浮微生物的动能增加。这些能量有助于克服固定化过程中微生物载体表面之间的能量屏障,使细菌的初始积累率与悬浮细菌的活性成正比。

(3)微生物的表面结构随其活性的变化而变化。herben等人发现悬浮细菌的活性对载体表面细菌的黏附和固定过程有影响。此外,细菌表面的化学成分和官能团的数量也随细菌活性的变化而有显著变化。同时,Wastson等人的研究表明,细胞膜等随着悬浮细菌活动的变化有明显的改变。细菌表面的这些变化将直接影响到载体表面微生物的附著和固定。因此,一般认为,悬浮微生物活性的变化所引起的细菌生理状态或分子组成的改变,有利于细菌在载体表面的黏附和固定。

(4)微生物与载体的接触时间。微生物在载体表面上的附着和固定是一个动态过程。在微生物与载体表面接触后,需要相对稳定的环境条件。因此,必须确保微生物停留在载体表面一段时间,并完成载体表面上微生物的生长过程。

(5)水力停留时间(HRT)。Heunne等人认为HRT在形成完整的生物膜过程中起着重要作用。当其它条件确定时,HRT较短,有机物体积负荷较大。当稀释速率大于最大生长速率时,反应器载体上可形成完整的生物膜。Huis等人的实验。已经证明了这一观点。当COD负荷为2.5kg/(m3.d),HRT为4h时,载体上几乎没有完整的生物膜。当水力停留时间为1h时,几乎所有的载体在相同的运行时间内都有完整的生物膜。生物膜越厚,COD负荷越高,生物膜越厚。周平还通过实验证明,缩短水力停留时间有利于载体膜的悬挂。

(6)液相ph.除等电点外,细菌表面在不同环境中具有不同的电荷;在液相环境中,ph值的变化直接影响微生物的表面电荷特性。当液相的ph值大于细菌时,由于氨基酸的电离,细菌表面带负电;当液相的ph值小于细菌等电点时,细菌表面带正电荷。细菌表面的电直接影响载体表面细菌的附著和固定。

(7)液压剪切力。在生物膜形成的早期阶段,水力条件是一个非常重要的因素,它直接影响生物膜是否能够成功培养。在实际水处理中,水力剪切力的强度决定了生物膜反应器的启动循环。从生物膜形成的角度来看,弱的水力剪切力有利于细菌在载体表面上的附着和固定,但在实际操作中,反应器的操作需要一定程度的液压剪切以维持完整的反应器。混合状态。因此,如何在实际设计操作中确定生物膜反应器的水力条件非常重要。

生物膜是如何形成的?填料挂膜好坏有哪些影响因素?

优质文章推荐

更专业的污水处理工程设计、工程总包服务

鸿淳环保公司成立以来一直专注于为企业提供更专业的污水处理方案,切实解决客户的污水处理难题。运用我们自主研发的多项专利技术和专利设备已成功为全国各地的众多企业提供了专业的污水处理方案,尤其是在两广地区,已有超过30个不同行业不同污水类型的成功案例并系统正常运行稳定出水达标。雄厚的技术实例、专业产品和高效服务水平,一定能成为您值得信赖的污水处理解决专家。

foto
鸿淳环保运用自主研发的污水处理专利技术,针对客户实际情况,一站式轻松解决污水处理困扰
  • 更节省成本的污水处理方案
  • 占地更少的系统规划
  • 有效降低污水处理成本
  • 博士级专家免费提供技术方案
  • 多行业领域丰富成功实例经验
  • 完善的售后服务确保出水达标

公司一直与国内著名专业设计院紧密合作,拥有一批具有丰富理论知识和时间经验的水处理专家,经长期的技术研发和经验积累,成功研发出多项污水处理的专利技术,在实际的运用中取得良好的效果和口碑。我们的团队拥有更专业的污水处理工程设计、方案定制能力,设备的采购、安装调试及运行管理一站式解决客户污水处理难题。