第十三章生物膜法
一、填空题
1．生物滤池一般可分为三种：______、______和______。[中国地质大学（武汉）2009年研]
【答案】低负荷生物滤池/普通生物滤池；高负荷生物滤池；曝气生物滤池
【解析】生物滤池法的基本流程是由初沉池、生物滤池、二沉池组成。
（1）低负荷生物滤池又称普通生物滤池，在处理城市污水方面，普通生物滤池有长期运行的经验。普通生物滤池的优点是处理效果好，BOD5去除率可达90%以上，出水BOD5可下降到25mg/L以下，硝酸盐含量在10mg/L左右，出水水质稳定。缺点是占地面积大，易于堵塞，灰蝇很多，影响环境卫生。
（2）高负荷生物滤池是指负荷比普通生物滤池提高数倍，池子体积大大缩小。回流式生物滤池、塔式生物滤池属于这样类型的滤池。它们的运行比较灵活，可以通过调整负荷和流程，得到不同的处理效率（65%～90%）。负荷高时，有机物转化较不彻底，排出的生物膜容易腐化。
（3）曝气生物滤池（Biological aerated filter，BAF），又称颗粒填料生物滤池，是在20世纪70年代末80年代初出现于欧洲的一种生物膜法处理工艺。曝气生物滤池最初用于污水二级处理后的深度处理，由于其良好的处理性能，应用范围不断扩大。综上生物滤池分为低负荷生物滤池/普通生物滤池、高负荷生物滤池、曝气生物滤池
2．影响生物滤池通风的主要因素是______，______。[中国地质大学（武汉）2011年研]【答案】滤床自然拔风；风速
【解析】影响生物滤池通风的主要因素是滤床自然拔风和风速。自然拔风的推动力是池内温度与气温之差，以及滤池的高度。温度差愈大，通风条件愈好。若池内外无温差时，则停止通风。正常运行的生物滤池，自然通风可以提供生物降解所需的氧量。
3．生物滤池的供氧主要是靠______。[中国地质大学（武汉）2010年研]
【答案】自然通风供给
【解析】生物滤池中，微生物所需的氧一般直接来自大气，靠自然通风供给。影响生物滤池通风的主要因素是滤床自然拔风和风速。自然拔风的推动力是池内温度与气温之差，以及滤池的高度。温度差愈大，通风条件愈好。当水温较低，滤池内温度低于气温时（夏季），池内气流向下流动；当水温较高、池内温度高于气温时（冬季），气流向上流动。若池内外无温差时，则停止通风。正常运行的生物滤池，自然通风可以提供生物降解所需的氧量。
二、名词解释
1．有机负荷[中国科学技术大学2013年研]
答：有机负荷是指单位体积滤料（或池子）单位时间内所能去除的有机物量。通常以污水中有机物的量（BOD5）来计算，单位为kgBOD5/[m3（滤床）·d]。提高有机负荷，出水水质相应有所下降。对于有机负荷高的生物滤池，生物膜增长较快，需增加水力冲刷的强度，以利于生物膜增厚后能适时脱落。
2．生物膜[中国地质大学（武汉）2013年研]
答：生物膜是指附着在惰性载体表面生长的，以微生物为主，包含微生物及其产生的胞外多聚物和吸附在微生物表面的无机及有机物等组成，并具有较强的吸附和生物降解性能的
结构。生物膜在载体表面分布的均匀性，以及生物膜的厚度随着污水中营养底物浓度、时间和空间的改变而发生变化。
三、简答题
1．试分析生物膜的主要特征。[中国地质大学（武汉）2010年研]
答：污水处理生物膜法中，生物膜是指附着在惰性载体表面生长的，以微生物为主，包含微生物及其产生的胞外多聚物和吸附在微生物表面的无机及有机物等组成，并具有较强的吸附和生物降解性能的结构。提供微生物附着生长的惰性载体称之为滤料或填料。生物膜在载体表面分布的均匀性，以及生物膜的厚度随着污水中营养底物浓度、时间和空间的改变而发生变化生物膜的主要特征如下：
填料表面的生物膜中的生物种类相当丰富，一般由细菌（好氧、厌氧、兼性）、真菌、原生动物、后生动物，藻类以及一些肉眼可见的蠕虫、昆虫的幼虫等组成污水流过生物膜生长成熟的滤床时，污水中的有机污染物被生物膜中的微生物吸附、降解，从而得到净化。生物膜表层生长的是好氧和兼性微生物，在这里，有机污染物经微生物好氧代谢而降解，终产物是H2O、CO2等。由于氧在生物膜表层基本耗尽，生物膜内层的微生物处于厌氧状态，在这里，进行的是有机物的厌氧代谢，终产物为有机酸、乙醇、醛和H2S等。由于微生物的不断繁殖，生物膜不断增厚，超过一定厚度后，吸附的有机物在传递到生物膜内层的微生物以前，已被代谢掉。此时，内层微生物因得不到充分的营养而进入内源代谢，失去其黏附在滤料上的性能，脱落下来随水流出滤池，滤料表面再重新长出新的生物膜。生物膜脱落的速率与有机负荷、水力负荷等因素有关。
2．请简述生物膜的形成过程。[中国地质大学（武汉）2011年研]
答：污水处理中生物膜是指附着在惰性载体表面生长的，以微生物为主，包含微生物及其产生的胞外多聚物和吸附在微生物表面的无机及有机物等组成，并具有较强的吸附和生物降解性能的结构。其形成过程如下：
（1）早期的生物滤池中，污水通过布水设备均匀地喷洒到滤床表面上，在重力作用下，污水以水滴的形式向下渗沥。
（2）污水、污染物和细菌附着在滤料表面上，微生物便在滤料表面大量繁殖，在滤料表面形成生物膜。
污水流过生物膜生长成熟的滤床时，污水中的有机污染物被生物膜中的微生物吸附、降解，从而得到净化。生物膜表层生长的是好氧和兼性微生物，在这里，有机污染物经微生物好氧代谢而降解，终产物是H2O、CO2等。由于氧在生物膜表层基本耗尽，生物膜内层的微生物处于厌氧状态，在这里，进行的是有机物的厌氧代谢，终产物为有机酸、乙醇、醛和H2S等。由于微生物的不断繁殖，生物膜不断增厚，超过一定厚度后，吸附的有机物在传递到生物膜内层的微生物以前，已被代谢掉。此时，内层微生物因得不到充分的营养而进入内源代谢，失去其黏附在滤料上的性能，脱落下来随水流出滤池，滤料表面再重新长出新的生物膜。生物膜脱落的速率与有机负荷、水力负荷等因素有关。
3．生物膜中生物的组成及作用，分析生物膜中生物组成和活性污泥法中生物组成的异同。[中国海洋大学2012年研]
答：（1）生物膜中生物的组成及作用
①细菌，对有机物氧化分解起主要作用。
②真菌，有些真菌可降解木质素等难降解的有机物，对某些人工合成的难降解有机物也有一定的降解能力。
③原生动物，以吞食细菌为生（特别是游离细菌），在生物滤池中，对改善出水水质起着重要的作用，也是良好的指示性生物。
④后生动物，以细菌、原生动物为食料，在溶解氧充足时出现。线虫及其幼虫等后生动物有软化生物膜、促使生物膜脱落的作用，从而使生物膜保持活性和良好的净化功能，同时也是指示性生物。
⑤藻类，仅限于生物膜反应器表层的很小部分，对污水净化所起作用不大。
⑥肉眼可见的昆虫或蠕虫，例如滤池蝇，以微生物及生物膜为食料，可抑制生物膜的过度增长，具有使生物膜疏松，促使生物膜脱落的作用，从而使生物膜保持活性，同时在一定程度上防止滤床的堵塞。但是，繁殖能力过强，大量产生会对滤池周围的环境造成不良影响。
（2）生物膜和活性污泥中生物组成的异同
①不同点
生物膜中生物存在于填料之中，不担心污泥的流失与膨胀，对水量、水质、水温变动适应性强，处理效果好并具有消化功能，由于生物膜中的微生物是固定在填料上的，可以形成比较稳定的生态系统，其生活能量和消耗能量不像活性污泥法中的微生物那样大，因此污泥量小，且生物膜上生物活性较强。
而活性污泥中的微生物是悬浮的，其种类主要包括：
a．有活性的微生物（Ma），如以菌胶团形式存在的细菌、真菌等；
b．微生物自身氧化残留物（Me）；
c．吸附在活性污泥上没有被微生物所降解的有机物（Mi）；
d．无机悬浮固体（Mii），主要来自流入的污水，也包括细胞中的一些无机物质，并没有填料。
②相同点
均含有具有活性的微生物，利用微生物降解来处理有机物。
4．生物膜法的净化机理。[中国地质大学（武汉）2012年研]
答：生物膜法去除污水中污染物是一个吸附、稳定的复杂过程，包括污染物在液相中的紊流扩散、污染物在膜中的扩散传递、氧向生物膜内部的扩散和吸附、有机物的氧化分解和微生物的新陈代谢等过程。其净化机理如下：
（1）在生物膜外，附着一层薄薄的水层，附着水流动很慢，其中的有机物大多已被生物膜中的微生物所摄取，其浓度要比流动水层中的有机物浓度低。
（2）空气中的氧也扩散转移进入生物膜好氧层，供微生物呼吸，生物膜上的微生物利用溶入的氧气对有机物进行氧化分解，产生无机盐和二氧化碳，达到水质净化的效果。
（3）污水中溶解性有机物可直接被生物膜中微生物利用，而不溶性有机物先是被生物膜吸附，然后通过微生物胞外酶的水解作用，降解为可直接生物利用的溶解性小分子物质。由于水解过程比生物代谢过程要慢得多，水解过程是生物膜污水处理速率的主要限制因素。
5．普通生物滤池、高负荷生物滤池和塔式生物滤池各有什么特点？适用于什么具体情况？[中国科学技术大学2013年研]
答：普通生物滤池、高负荷生物滤池和塔式生物滤池的特点及适用情况如下：
（1）普通生物滤池
普通生物滤池又称低负荷生物滤池。普通生物滤池的优点是处理效果好，BOD5去除率可达90%以上，出水BOD5可下降到25mg/L以下，硝酸盐含量在10mg/L左右，出水水质稳定，适用范围较广。缺点是占地面积大，易于堵塞，灰蝇很多，影响环境卫生。多用于处理城市污水。