无烟煤滤料生物膜的形成

　　无烟煤滤料生物膜的形成

　　生物膜是20世纪70年代开发的新技术，是在无烟煤滤料吸附水中有机物的同时，又允分利用无烟煤滤料床中生长的微生物对水中有机物的生物降解作用，来延长无烟煤滤料使用寿命，提高水中有机物去除效果，改善出水水质，并能处理那些单纯用生化处理或单纯用活性炭吸附处理不能去除的有机物质。

　　在废水的生化处理中常见的生物膜技术(生物滤池或生物转盘)，是利用细菌喜欢在固体或支持载体表面生长繁殖的特点，在滤床的滤料或转盘盘片表面形成生物膜，依靠生物膜中微生物的生物化学作用，将水中有机物质吸收并氧化，从而降低水中有机物含量。无烟煤滤料床中粒状炭滤料也是一种固体表面，微生物也会附着在其表面，形成生物膜。由于颗粒无烟煤滤料表面粗糙、吸附能力强，相比于其他材料细菌更容易附着其上进行繁殖。

　　有研究指出，颗粒活性炭表面的生物膜中优势菌种是假单胞菌属，此外还有黄杆菌属、芽孢菌属、节杆菌属，产碱菌属、不动杆菌属、气单胞菌属等，由于这些微生物体积较大，它们分布在活性炭颗粒表面及与表面毗邻的大孔中，至于活性炭中孔和微孔基本不进入。微生物的存在，使活性炭在吸附水中有机物的同时又发生生物化学作用，这些作用可分为两个方面：

　　(1)无烟煤滤料表面发生对有机物的富集和活性炭对水中溶解氧的吸附，在无烟煤滤料表面形成一个十分有利于微生物繁殖生长的环境。

　　由于天然水中有机物浓度低，而且BOD5/COD比值小，不利于生物繁殖，但是活性炭吸附有机物后，使活性炭表面及内部有机物浓度大大高于水中原有浓度，再加上活性炭对水中溶解氧吸附作用，就使得活性炭表面形成非常有利生物活动的环境，增进了生物的代谢活功，其结果是在活性炭表面形成可靠的生物膜，起到降解水中有机物、减轻活性炭的负担及延长活性炭使用寿命的作用。

　　(2)微生物对吸附有机物的活性炭起再生作用。

　　生物膜中微生物在生物活动过程中会产生酶，酶具有氧化还原、水解、转换、异构、裂合、合成等作用，细胞内的酶会通过某些细胞生长现象(如细胞自溶、破裂等)进入水中，即胞内酶变成胞外酶，这种酶直径在几纳米数量级，比细菌直径(如球茵为500-2000nm)小得多。细菌不能进入活性炭中孔而酶可以进入，这样，活性炭中孔、大孔中吸附的有机物可以被酶降解，然后被微生物攫取利用。随着大孔、中孔中有机物吸附质浓度降低，而微孔中有机物吸附质浓度相对较高，会发生逆向扩散至中孔、大孔，这个过程不断进行，直至平衡。这个过程，实际上就是吸附有机物的活性炭再生过程。当然，很难达到完全再生的程度，一般只是部分再生。

　　无烟煤滤料表面生物膜这两方面作用的结果是延长了活性炭使用寿命，改善了出水水质，这就是生物活性炭。无烟煤滤料表面生物膜的形成一般采用自然挂膜方式、由于是自然形成，所以时间较长，而且受温度、水质等影响，常温下挂膜约3-5周，要求水温在20-35℃之间，若水温下降(不能低于10--13℃)，则所需时间更长，要求的pH最好在6.5--7.5之间(大多数微生物适宜范围为9-10)，而且要求水的浊度要低，溶氧要高。一旦形成生物膜就可以起到很好的作用。生物膜在运行过程中也会代谢、死亡、脱落，会使出水的浊度上升，并带有一些微生物，但这些微生物基本上都不是致病菌属。目前工业上，生物活性炭技术多为臭氧活性炭联用。典型的系统示于图4-29。该系统中，在活性炭滤床前加入臭氧可以将水中大分子有机物氧化成小分子有机物，使原来不可以被生物降解的有机物转变为可以被生物降解的有机物，有利于微生物代谢，也有利于活性炭吸附;臭氧还可增加水的含氧量，更有利于生物活动。所以，该系统将活性炭物理吸附水中有机物、臭氧氧化水中有机物、生物降解水中有机物三者结合起来。