刁荣俊+胡庆伟

摘 要：生物膜技术起源于对自然界已有的现象的总结和模拟。在自然界中，水体有着自净的现象，例如在农田灌溉时，土壤层对污染物有着截留吸附净化的作用，以及有机物的腐败过程。对以上类似现象的总结和模拟，构成了这种污水处理技术。顾名思义，生物膜技术着重于使微生物群以膜形态依附于某些固定或半固定载体表面，通过大面积与污水相接触，从污水中截留有机物，转化为微生物自身生长所需营养物质加以同化吸收，使得污水得到净化处理。

关键词：生物膜 生态修复 水环境

1、净化河流的基本原理

生物膜法对于河流进行的净化作用，其实质就是水体自净能力的一种人工强化，把一个普通的自然过程变化为天然+人工过程的组合形式。模拟天然河床上附着的生物膜及其产生的过滤与净化作用，由人工提供滤料或载体，增加相应的比表面积，以供超量微生物附着絮凝生长，形成净化水体所需的生物膜。当污染的河水流经人工增殖的生物膜时，污染物和载体或者滤料上面附着生长的菌胶团开始碰撞接触，菌胶团表面由于细菌和胞外聚合物的作用，对污水中的有机物起到了絮凝或吸附，这种状态与介质中的有机物会形成一种动态的平衡，从而导致的结果就是菌胶团表面不但附有大量的活性细菌，还有较高浓度的有机物，这些都成为了细菌繁殖的有利条件。细菌的大量繁殖，会吸收消耗污水中的有机物，这样污水中的有机物浓度就会大幅度的降低，水质也就得到了明显的改善[1]。

生物膜技术发挥作用主要有以下4个阶段：

外部扩散阶段：污染物向生物膜表面移动；

内部扩散阶段：污染物在生物膜内移动；

化学反应阶段：微生物分泌的酵素与催化剂；

外排阶段：代谢生成物排出体外。

由于生物膜是依附固定在载体或者滤料上的，因此有着较长的生长周期，可以产生长周期细菌与高级微生物，例如硝化细菌的出现，因为硝化细菌的繁殖速度是一般单胞细菌的1/40左右。这就使得生物膜法在正常吸收有机物的同时，还能兼具脱氮除磷的能力，有利于处理同时受到有机物和氨氮双重污染的河流。另外，在生物膜上繁殖出的后生动物，例如缀体虫、线虫、轮虫等，从而极大增强了生物膜的降解净化能力。

2、生物膜在河流污染治理中的技术模式

目前，国内外用于河流生态净化的生物膜技术有以下5类：

2.1 砾间接触氧化法

砾间接触氧化法的设计依据是河床生物膜净化河水的原理，通过人工干预填充砾石作为载体，水与生物膜的接触面积会增加数10倍至上百倍不等。污水在礫石间流动的过程中，会与砾石上附着的生物膜相接触，进而被生物膜截留吸收、氧化分解，从而达到净化水质的目的。例如，以φ50mm的砾石作为填充物，填充河床面积为1m2，高度为1m的河流时，这时河床的生物膜面积就可以达到原来的100倍，河流的净化能力也就相应的增强了100倍。砾间接触氧化法采用的载体为天然材料，具有来源广、费用低、工程难度小、净化效果较好等特点，因此得到了最广泛的应用。青海省沿湟实施的西宁第1污水处理厂和湟源、乐都、民和污水处理厂尾水人工湿地潜流处理单元就对该技术做了很好的技术移植和应用。潜流由底至上分别为防渗层、倒淤层、填料层及种植层，砾间接触的水力负荷大，对BOD、COD、SS、TN、TP等污染物的去除效果明显，并且很少会有恶臭和孳生蚊蝇等现象的发生，特别是能有效解决北方寒冷地区的冬季防冻问题，出水水质效果好，对于COD的去除效率在40%～80%，据监测验证污水处理厂尾水经潜流处理单元后COD、BOD、NH3-N、SS、TN、TP等污染物浓度削减明显。

2.2 排水沟（渠）接触氧化法

排水沟（渠）接触氧化法基于排水沟（渠），在其内部或外部设置含有滤料的净化设施，填充的滤料为砾石和塑料，可填充颗粒状、细线状、波板状或垫子状等，因为这些滤料具有比表面积大，间隙率高等特点，所以适于大量微生物的生长附着，产生大面积生物膜。当污水流经此人工净化装置时，污染物质与生长的生物膜相接触，大量污染物质被截留、吸收，进而被微生物分解掉，充分有效地净化了污水[2]。排水沟（渠）接触氧化法具有净化效果好，有利于人工干预管理的特点，因其是在沟渠中进行反应的，往往不需要曝气系统，可以有效降低能耗。近年来，由于其具有的特点，在河流的直接净化中有着较多的应用。

2.3 生物活性炭填料法

生物活性炭填料法以活性炭为填料，利用了活性炭其特有的超强吸附能力，同时由于其具有巨大的比表面积，可以为微生物的生长提供良好的环境，特别是利用“生物膜效应”、“生物再生效应”和“吸着效应”，可以充分发挥细菌和微生物等的分解作用，活性炭的微孔吸附作用，以达到去除水中污染物、净化水质的目的。生物活性炭填料法充分利用了活性炭比表面积大、吸附能力强等特性，使附着在其表面的微生物种类更多、活性更强、数量更大，形成的生物膜能力更强。

2.4 浅层层流法

生物膜法在河流净化中起主要作用的方式，就是河水流过河床上附着的生物膜，通过与生物膜的接触而达到净化的目的。生物膜法采用增加附着的生物膜膜面积，从而减少单位生物膜的处理量，进而提高河床的自净能力。具体方式是增加河面的宽度，降低河流水深，增加河水和河床的接触面积。工程建设可以拓宽河床，以达到目的。此方法缺点也比较明显，需要进行大量的土方施工，涉及到征地问题，同时还要确保水体流量和周围生态环境。

3、结语

生物膜技术作为一种自然生物处理方法，在水生态修复与自然水体水环境治理中，越来越得到普遍关注和广泛应用。其工程建设具有投资少、运行管理简单、维护和运行费用低、处理后出水水质稳定的特点。对于水体生态修复、水环境治理、水资源保护、污水净化处理和资源化以及改善生态环境等方面都具有十分重要的作用和意义，具有广阔的推广应用前景。

参考文献

[1]于少鹏，王海霞.人工湿地污水处理技术及其在我国发展的现状与前景[J].地理科学进展，2004，23（1）：22-29.

[2]沈耀良.新型废水处理技术—人工湿地[J].污染防治技术，1996，9（1-2）：1-8.