地埋式一體化醫療廢水處理設施

活性污泥法和生物膜法的區別不僅僅是微生物的懸浮與附著之分，更重要的是擴散過程在生物膜處理系統中是一個必須考慮的因素。在生物膜反應器中，有機污染物、溶解氧及各種必須的營養物質首先要從液相擴散到生物膜表面，進而進到生物膜內部，只有擴散到生物膜表面或內部的污染物才有可能被生物膜內微生物分解與轉化，終形成各種代謝產物。另外，在生物膜反應器中，由于微生物被固定在載體上，從而實現了SRT與HRT(水力停留時間)的分離，使得增殖速率慢的微生物也能生長繁殖。因此，生物膜是一穩定的、多樣的微生物生態系統。
1. 生物膜的形成原理
生物膜的形成過程是微生物吸附、生長、脫落等綜合作用的動態過程。
首先，懸浮于液相中的有機污染物及微生物移動并附著在載體表面上；然后附著在載體上的微生物對有機污染物進行降解，并發生代謝、生長、繁殖等過程，并逐漸在載體的局部區域形成薄的生物膜，這層生物膜具有生化活性，又可進一步吸附、分解廢水中有機污染物，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兩個階段。載體加入水體以后，首先進入吸附期。由圖可見，有部分微生物和絲狀物質已經附著在載體表面，附著了較多物質的位置往往是載體的凹處，不容易被水流剪切的地方。此時懸浮液中的微生物大量增長，出現較明顯的一個污泥層。
地埋式一體化醫療廢水處理設施經過不可逆附著以后，微生物在載體表面獲得一個比較穩定的生長環境，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始生長。下圖為微生物在載體表面開始生長時的情景，由圖可見到活性很好的鐘蟲和累枝蟲。
隨著培養馴化時間的增長，在載體表面生長的生物膜也迅速增長，逐漸覆蓋整個載體表面，并開始增厚。但生物膜的生長并不均勻，在載體比較突出的地方，生物膜比較薄，而凹處則會長出相當繁盛的菌落，可見水力剪切對生物膜的生長具有重要的影響。
生物膜形成的影響因素
生物膜的形成與載體表面性質(載體表面親水性、表面電荷、表面化學組成和表面粗糙度)、微生物的性質(微生物的種類、培養條件、活性和濃度)及環境因素(PH值、離子強度、水力剪切力、溫度、營養條件及微生物與載體的接觸時間)等因素有關。

載體表面性質
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。在正常生長環境下，微生物表面帶有負電荷。如果能通過一定的改良技術，如化學氧化、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、形成過程更易進行。載體表面的粗糙度有利于細菌在其表面附著、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、裂縫等對已附著的細菌起著屏蔽保護作用，使它們免受水力剪切力的沖刷。
研究認為，相對于大粒徑載體而言，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，載體濃度對反應器內生物膜的掛膜也很重要。Wagner在用氣提式反應器處理難降解物廢水時發現，在載體質量濃度很低情況下，即使生物膜厚達295μm，還是不能達到穩定的去除率。但是，在載體濃度為20-30g／L時，即使只有20％的載體上有75μn厚的生物膜，反應器依然能達到穩定的(98％)去除率，COD負荷可達58kg／(m3·d)。
懸浮微生物濃度
在給定的系統中，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。許多研究結果表明，在微生物附著過程中存在著一個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送得到加強。
地埋式一體化醫療廢水處理設施在臨界值以前，微生物從液相傳送、擴散到載體表面是控制步驟，一旦超過此臨界值，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及部分親水性染料物質，大大減輕后續生物處理的壓力。一般PAC等混凝劑對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COD、BOD5、色度的去除效率分別可達到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，增強廢水可生化性。參與水解酸化的微生物主要是水解菌和產酸菌，它們均為兼氧菌，由于產甲烷菌的生長速度和水解菌、產酸菌的生長速度不同，控制系統的水力停留時間，利用水流動的淘洗作用，就能抑制產甲烷菌的生長，充分利用兼氧菌將廢水中的染料、漿料等大分子、雜環類有機物分解為低分子有機物，破壞染料分子的有色基團，水解酸化池對COD、BOD5、色度的去除效率分別可達到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，其特點是在池內設置填料，池底曝氣對污水進行充氧，并使池體內污水處于流動狀態，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機曝氣供給，生物膜生長至一定厚度后，填料壁的微生物會因缺氧而進行厭氧代謝，產生的氣體及曝氣形成的沖刷作用會造成生物膜的脫落，并促進新生物膜的生長，此時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：①由于填料比表面積大，池內充氧條件良好，池內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荷;②由于生物接觸氧化池內生物固體量多，水流*混合，故對水質水量的驟變有較強的適應能力;③剩余污泥量少，不存在污泥膨脹問題，運行管理簡便。生物接觸氧化對COD、BOD5、色度的去除效率分別可達到55%～70%、85%～95%、35%～50%。