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【摘 要】根据目前中国水资源现状，主要针对废水生物膜处理工艺，介绍了生物膜处理废水的原理，4种重要的生物膜法在处理废水中的应用以及目前该几种生物膜工艺处理废水的现状和存在的问题。
【关键词】生物膜；研究现状；综述
随着社会经济发展，水对人们生活的重要性越来越重要，尤其在当今我国水资源短缺的情况下，中水利用工程作为一种污水资源化逐渐在我国陆续建成运行。中水处理目前的处理方法，大致分为三类，即：物理化学法、膜处理法和生物法。物理化学法处理水有水质、水量较大等优点，但此法产生的污泥量较大。膜处理有去除率高，占地面积小，对水量水质的波动具有较好的承受能力等优点，但处理费用较高。生物处理是现阶段普遍认为的污水处理成本低，产生的剩余污泥少，处理效率高的一种处理法。
生物膜法处理污水主要是依靠在固体表面上生成的一层薄薄的、褐色的或单色的生物膜群体来完成的，生物膜状况的好坏对污染物的去除效率有直接的影响。生物膜主要由细菌和菌胶团和大量的真菌、菌丝组成，其中还有很多原生动物和较高级的动物生长。生物膜上的微生物对有机物进行分解和新陈代谢的作用产生了无机物包括二氧化碳，他们沿着相反方向从生物膜上进入流动的污水和空气中去。从而达到净化水质的目的。
废水的生物膜处理法，简称生物膜法。生物膜法大致可以分为生物滤池法、生物接触氧化法、生物转盘法、生物流化床法等四种方法。
1.生物滤池
生物滤池是20世纪90年代初兴起的污水处理新工艺，在欧美和日本等发达国家广为流行。该工艺具有去除SS、COD、BOD、硝化、脱氮、除磷、去除AOX（可吸附有机卤化物）的作用，其特点是集生物氧化和截留悬浮固体于一体，节省了后续沉淀池（二沉池），其容积负荷和水力负荷大，水力停留时间短，所需基建投资少，出水水质好，运行能耗低，运行费用省。
1.1存在的问题和应用情景
曝气生物滤池工艺的系统性研究还不是很深入，尽管曝气生物滤池的工艺不断进步，但其处理效能也只是各有所长，有关曝气生物滤池运行方式对处理效能影响的认识还不统一，究竟是上向流曝气生物滤池对氨氮和悬浮物的去除好于下向流，还是下向流好于上向流还存在争论，如何将各种工艺形式相互融合，从而发挥其最大去污效能有待进一步研究。
由于曝气生物滤池工艺本身固有的结构特点，在直接处理污废水时需采用物化法或化学氧化法进行预处理，操作复杂、成本高。能否在同一复合床式曝气生物滤池内完成多种污染物的高效去除将是下一步研究应用的重点。另外，如何将曝气生物滤池与合适的预处理技术有机结合或者采用多级曝气生物滤池联合的形式，从而进一步发挥曝气生物滤池本身高效去污能力，将在城市废水的深度处理回用方面发挥作用。
2.生物接触氧化法
2.1 生物接触氧化法的原理及形成
生物接触氧化法是生物膜法的一种。在生物接触氧化法中，微生物主要以生物膜的状态附着在固体填料上，有部分生物絮体呈破碎生物膜状悬浮于处理水中，生物接触氧化法中有机物的去除主要靠生物膜（附着微生物）的作用来完成。生物接触氧化法的中心处理构筑物是接触氧化池。接触氧化池主要由池体、填料、布水装置和曝气系统4部分组成[6]。根据水流状态的不同，接触氧化池可分为分流式（池内循环式）和直流式。所谓分流式，即废水充氧与生物膜接触是在不同的格内进行。废水充氧后在池内进行单向和双向循环，适用于BOD负荷较小的三级处理，国外废水处理工程中较常采用；直流式就是直接在填料底部进行鼓风充氧，国内废水处理工程中多采用直流式。
2.2存在的问题及展望
由于工艺及原料的原因.传统的生化工艺如活性污泥法、活性炭吸附法等在处理某些富含难降解污染物的废水如油页岩干馏废水时处理效率无法达到要求。和上述方法相比，焚烧技术作为一种简单、高效而又不受水温、水质等因素影响的废水处理方法，更适合处理挥发性高且难降解的工业废水。
虽然生物接触氧化法在我国用于污水处理已有30多年的历史，但多用于处理有机废水和小区生活污水，在城市污水处理厂中的应用并不多见。面对我国城市污水的处理率低、水环境污染严重、水资源日益缺乏的现状，应加大对生物膜处理机理及反应动力学的研究力度，加快生物接触氧化法在城市污水处理中的应用研究。
3.生物转盘法
3.1 生物转盘去除污染物原理
生物转盘是一种生物膜法废水处理技术，开创于20世纪五六十年代，是目前处理污水最有效的手段之一。传统的生物转盘主要由盘片、接触反应槽、转轴及驱动装置所组成。转盘浸入或部分浸入充满废水的接触反应槽内，在驱动装置的驱动下，转轴带动转盘一起以一定的线速度不停地转动，转盘交替地与废水和空气接触，经过一段时间的转动后，盘片上将附着一层生物膜。在轉入废水中时，生物膜吸附废水中的有机污染物，并吸收生物膜外水膜中的溶解氧，分解有机物，微生物在这一过程中以有机物为营养进行自身繁殖；转盘转出废水时，空气不断地溶解到水膜中去，增加其溶解氧。生物膜交替地与废水和空气接触，变成一个连续的吸氧、吸附、氧化分解过程。
3.2生物转盘的影响因素
（1）转盘材料：盘片是生物转盘的主要组成部分，它与生物转盘的处理效率直接相关。盘片的有效面积及表面粗糙度是影响生物转盘处理效率的重要因素。
（2）转盘转速与系统处理效果之间存在一种抛物线关系，在一个特定的转速值（最优转速）时，系统处理效果达到最优，在低于或高于该转速下运行生物转盘，系统处理效果都会下降。
（3）转盘在接触槽内废水中的浸没百分比与系统处理效果之间是一种正比的关系，浸没百分比越大，转盘单位面积负荷就越高，CODCr去除率也就越高。
3.3生物转盘的改进措施
（1）首先对生物转盘本身进行研究，开发出具有高强度、高比表面积、低成本、耐腐蚀性等性能优越的转盘材料，同时进行新型转盘的改进与设计。 （2）加深对生物膜本身的研究，进一步探明生物膜的形成、生长和衰老过程的规律，并对生物转盘长期稳定运行工艺条件进行深入的研究。
（3）不断降低能耗、投资与运行的成本，促进生物转盘技术的规模化应用，达到可与常规活性污泥等处理技术相竞争的水平。
（4）新膜法与生物技术相结合，发展新型生物转盘反应器。
（5）将生物转盘法与离子交换法、活性炭吸附法、光催化氧化法等物理化学水处理技术相结合。
4.生物流化床法
4.1生物流化床工艺简介
生物流化床是20世纪70年代发展起来的污水处理技术其工艺原理是将对废水中主要污染物有降解作用的好氧生物通过一定的方式固定在一定粒度的载体上，空气和待处理的废水从反应器底部同向进入，通过控制气、液两相的流速，使流化床反应器内载有生物体的固相呈流化状态。废水中的污染物与生长在载体上的好氧微生物接触反应，降解去除废水中的污染物。在反应器顶部，通过分离装置实现三相分离，澄清的废水从溢流槽排出。由于空气的搅动使生物膜及时脱落，控制载体上生物膜的厚度，也不需另设专门的脱膜装置。在流化床内，填料流态化的同时，还进行氧的吸收和有机物的降解两项功能，因此这种工艺的难点在于正确地确定气、液比例和控制气、液、固三相协调的操作条件。
4.2生物流化床的现状
生物流化床是一种前景广阔的新型高效、稳定性好、适应性强的有机废水处理方法。但仍然需要解决在实际应用中的问题：①在保证反应器良好流态化的同时，如何防止污泥和填料不从反应器中流失；②反应器底部布水器布水均匀是实现良好流态化的关键；③生物流化床是通过循环回流获得较大的升流速度来保证载体的流态化的，这就相应地增加了能耗，提升了成本，阻碍了其在大规模废水处理工艺的应用。
目前，这方面研究仍处于初期，需进一步研究固定化技术和流体力学行为之间的相互关系，以及固定化微生物系统中粘性介质的流变特性等基本特征。③生物流化床与其他工艺的联用。单纯地使用生物流化床处理废水能耗大、成本高，与其他工艺联用，可以大幅度减少处理成本。应加强其实用性研究，努力降低处理成本，使其得以推广应用。④生物流化床反应器放大方面的理论研究有待加强。由于流体分布均匀性的差别，小规模的试验装置和大规模的工业装置在流动体系上呈现较大的差别，生物流化床反应器的放大与工程设计始终没有形成一套较为成熟的理论和方法，积累设计和运行经验显得至关重要。
参考文献：
[1]赵贤慧. 生物接触氧化法及其研究进展[J]. 工业安全与环保，2010，09：26-28.
[2]张磊，郎建峰，牛姗姗. 生物膜法在污水处理中的研究进展[J]. 水科学与工程技术，2010，05：38-41.
[3]牛天新，郑洁敏，宋亮. 生物接触氧化法的研究与应用进展[J]. 杭州农业科技，2008，04：27-28+32.
[4]韩庆祥. 上浮式填料及纤维束式填料在生物接触氧化法中的应用.西安：西安建筑科技大学硕士学位论文.2004.
[5]邵林广.城市污水处理中初沉池的设置[J].给水排水，2001，27（9）：5-7.
[6]王荣昌，文湘华，钱 易.流化床生物膜反应器在污水處理中的应用研究现状[J].环境污染技术与设备， 2003， 4（7）：550-553.
【关键词】生物膜；研究现状；综述
随着社会经济发展，水对人们生活的重要性越来越重要，尤其在当今我国水资源短缺的情况下，中水利用工程作为一种污水资源化逐渐在我国陆续建成运行。中水处理目前的处理方法，大致分为三类，即：物理化学法、膜处理法和生物法。物理化学法处理水有水质、水量较大等优点，但此法产生的污泥量较大。膜处理有去除率高，占地面积小，对水量水质的波动具有较好的承受能力等优点，但处理费用较高。生物处理是现阶段普遍认为的污水处理成本低，产生的剩余污泥少，处理效率高的一种处理法。
生物膜法处理污水主要是依靠在固体表面上生成的一层薄薄的、褐色的或单色的生物膜群体来完成的，生物膜状况的好坏对污染物的去除效率有直接的影响。生物膜主要由细菌和菌胶团和大量的真菌、菌丝组成，其中还有很多原生动物和较高级的动物生长。生物膜上的微生物对有机物进行分解和新陈代谢的作用产生了无机物包括二氧化碳，他们沿着相反方向从生物膜上进入流动的污水和空气中去。从而达到净化水质的目的。
废水的生物膜处理法，简称生物膜法。生物膜法大致可以分为生物滤池法、生物接触氧化法、生物转盘法、生物流化床法等四种方法。
1.生物滤池
生物滤池是20世纪90年代初兴起的污水处理新工艺，在欧美和日本等发达国家广为流行。该工艺具有去除SS、COD、BOD、硝化、脱氮、除磷、去除AOX（可吸附有机卤化物）的作用，其特点是集生物氧化和截留悬浮固体于一体，节省了后续沉淀池（二沉池），其容积负荷和水力负荷大，水力停留时间短，所需基建投资少，出水水质好，运行能耗低，运行费用省。
1.1存在的问题和应用情景
曝气生物滤池工艺的系统性研究还不是很深入，尽管曝气生物滤池的工艺不断进步，但其处理效能也只是各有所长，有关曝气生物滤池运行方式对处理效能影响的认识还不统一，究竟是上向流曝气生物滤池对氨氮和悬浮物的去除好于下向流，还是下向流好于上向流还存在争论，如何将各种工艺形式相互融合，从而发挥其最大去污效能有待进一步研究。
由于曝气生物滤池工艺本身固有的结构特点，在直接处理污废水时需采用物化法或化学氧化法进行预处理，操作复杂、成本高。能否在同一复合床式曝气生物滤池内完成多种污染物的高效去除将是下一步研究应用的重点。另外，如何将曝气生物滤池与合适的预处理技术有机结合或者采用多级曝气生物滤池联合的形式，从而进一步发挥曝气生物滤池本身高效去污能力，将在城市废水的深度处理回用方面发挥作用。
2.生物接触氧化法
2.1 生物接触氧化法的原理及形成
生物接触氧化法是生物膜法的一种。在生物接触氧化法中，微生物主要以生物膜的状态附着在固体填料上，有部分生物絮体呈破碎生物膜状悬浮于处理水中，生物接触氧化法中有机物的去除主要靠生物膜（附着微生物）的作用来完成。生物接触氧化法的中心处理构筑物是接触氧化池。接触氧化池主要由池体、填料、布水装置和曝气系统4部分组成[6]。根据水流状态的不同，接触氧化池可分为分流式（池内循环式）和直流式。所谓分流式，即废水充氧与生物膜接触是在不同的格内进行。废水充氧后在池内进行单向和双向循环，适用于BOD负荷较小的三级处理，国外废水处理工程中较常采用；直流式就是直接在填料底部进行鼓风充氧，国内废水处理工程中多采用直流式。
2.2存在的问题及展望
由于工艺及原料的原因.传统的生化工艺如活性污泥法、活性炭吸附法等在处理某些富含难降解污染物的废水如油页岩干馏废水时处理效率无法达到要求。和上述方法相比，焚烧技术作为一种简单、高效而又不受水温、水质等因素影响的废水处理方法，更适合处理挥发性高且难降解的工业废水。
虽然生物接触氧化法在我国用于污水处理已有30多年的历史，但多用于处理有机废水和小区生活污水，在城市污水处理厂中的应用并不多见。面对我国城市污水的处理率低、水环境污染严重、水资源日益缺乏的现状，应加大对生物膜处理机理及反应动力学的研究力度，加快生物接触氧化法在城市污水处理中的应用研究。
3.生物转盘法
3.1 生物转盘去除污染物原理
生物转盘是一种生物膜法废水处理技术，开创于20世纪五六十年代，是目前处理污水最有效的手段之一。传统的生物转盘主要由盘片、接触反应槽、转轴及驱动装置所组成。转盘浸入或部分浸入充满废水的接触反应槽内，在驱动装置的驱动下，转轴带动转盘一起以一定的线速度不停地转动，转盘交替地与废水和空气接触，经过一段时间的转动后，盘片上将附着一层生物膜。在轉入废水中时，生物膜吸附废水中的有机污染物，并吸收生物膜外水膜中的溶解氧，分解有机物，微生物在这一过程中以有机物为营养进行自身繁殖；转盘转出废水时，空气不断地溶解到水膜中去，增加其溶解氧。生物膜交替地与废水和空气接触，变成一个连续的吸氧、吸附、氧化分解过程。
3.2生物转盘的影响因素
（1）转盘材料：盘片是生物转盘的主要组成部分，它与生物转盘的处理效率直接相关。盘片的有效面积及表面粗糙度是影响生物转盘处理效率的重要因素。
（2）转盘转速与系统处理效果之间存在一种抛物线关系，在一个特定的转速值（最优转速）时，系统处理效果达到最优，在低于或高于该转速下运行生物转盘，系统处理效果都会下降。
（3）转盘在接触槽内废水中的浸没百分比与系统处理效果之间是一种正比的关系，浸没百分比越大，转盘单位面积负荷就越高，CODCr去除率也就越高。
3.3生物转盘的改进措施
（1）首先对生物转盘本身进行研究，开发出具有高强度、高比表面积、低成本、耐腐蚀性等性能优越的转盘材料，同时进行新型转盘的改进与设计。 （2）加深对生物膜本身的研究，进一步探明生物膜的形成、生长和衰老过程的规律，并对生物转盘长期稳定运行工艺条件进行深入的研究。
（3）不断降低能耗、投资与运行的成本，促进生物转盘技术的规模化应用，达到可与常规活性污泥等处理技术相竞争的水平。
（4）新膜法与生物技术相结合，发展新型生物转盘反应器。
（5）将生物转盘法与离子交换法、活性炭吸附法、光催化氧化法等物理化学水处理技术相结合。
4.生物流化床法
4.1生物流化床工艺简介
生物流化床是20世纪70年代发展起来的污水处理技术其工艺原理是将对废水中主要污染物有降解作用的好氧生物通过一定的方式固定在一定粒度的载体上，空气和待处理的废水从反应器底部同向进入，通过控制气、液两相的流速，使流化床反应器内载有生物体的固相呈流化状态。废水中的污染物与生长在载体上的好氧微生物接触反应，降解去除废水中的污染物。在反应器顶部，通过分离装置实现三相分离，澄清的废水从溢流槽排出。由于空气的搅动使生物膜及时脱落，控制载体上生物膜的厚度，也不需另设专门的脱膜装置。在流化床内，填料流态化的同时，还进行氧的吸收和有机物的降解两项功能，因此这种工艺的难点在于正确地确定气、液比例和控制气、液、固三相协调的操作条件。
4.2生物流化床的现状
生物流化床是一种前景广阔的新型高效、稳定性好、适应性强的有机废水处理方法。但仍然需要解决在实际应用中的问题：①在保证反应器良好流态化的同时，如何防止污泥和填料不从反应器中流失；②反应器底部布水器布水均匀是实现良好流态化的关键；③生物流化床是通过循环回流获得较大的升流速度来保证载体的流态化的，这就相应地增加了能耗，提升了成本，阻碍了其在大规模废水处理工艺的应用。
目前，这方面研究仍处于初期，需进一步研究固定化技术和流体力学行为之间的相互关系，以及固定化微生物系统中粘性介质的流变特性等基本特征。③生物流化床与其他工艺的联用。单纯地使用生物流化床处理废水能耗大、成本高，与其他工艺联用，可以大幅度减少处理成本。应加强其实用性研究，努力降低处理成本，使其得以推广应用。④生物流化床反应器放大方面的理论研究有待加强。由于流体分布均匀性的差别，小规模的试验装置和大规模的工业装置在流动体系上呈现较大的差别，生物流化床反应器的放大与工程设计始终没有形成一套较为成熟的理论和方法，积累设计和运行经验显得至关重要。
参考文献：
[1]赵贤慧. 生物接触氧化法及其研究进展[J]. 工业安全与环保，2010，09：26-28.
[2]张磊，郎建峰，牛姗姗. 生物膜法在污水处理中的研究进展[J]. 水科学与工程技术，2010，05：38-41.
[3]牛天新，郑洁敏，宋亮. 生物接触氧化法的研究与应用进展[J]. 杭州农业科技，2008，04：27-28+32.
[4]韩庆祥. 上浮式填料及纤维束式填料在生物接触氧化法中的应用.西安：西安建筑科技大学硕士学位论文.2004.
[5]邵林广.城市污水处理中初沉池的设置[J].给水排水，2001，27（9）：5-7.
[6]王荣昌，文湘华，钱 易.流化床生物膜反应器在污水處理中的应用研究现状[J].环境污染技术与设备， 2003， 4（7）：550-553.