在污水生物處理的發(fā)展和應(yīng)用中，活性污泥和生物膜法一直占據(jù)主導(dǎo)地位。隨著新型環(huán)保填料的開發(fā)和配套技術(shù)的不斷完善，與活性污泥法平行發(fā)展起來(lái)的生物膜法處理工藝在近年來(lái)得以快速發(fā)展。由于生物膜法具有處理效率高，耐沖擊負(fù)荷性能好，產(chǎn)泥量低，占地面積少，便于運(yùn)行管理等優(yōu)點(diǎn)，在城市生活污水處理中極具競(jìng)爭(zhēng)力。
1、生物膜法污水處理：
生活污水的有機(jī)污染物主要包括：蛋白質(zhì)(40%-60%)，碳水化合物(25%-50%)和油脂(10%)，此外還含有一定量的尿素。生物膜法依靠固定于載體表面上的微生物膜來(lái)降解有機(jī)物，由于微生物細(xì)胞幾乎能在水環(huán)境中的任何適宜的載體表面牢固地附著、生長(zhǎng)和繁殖，由細(xì)胞內(nèi)向外伸展的胞外多聚物使微生物細(xì)胞形成纖維狀的纏結(jié)結(jié)構(gòu)，因此生物膜通常具有孔狀結(jié)構(gòu)，并具有很強(qiáng)的吸附性能。生物膜附著在載體的表面，是高度親水的物質(zhì)，在污水不斷流動(dòng)的條件下，其外側(cè)總是存在著一層附著水層。生物膜又是微生物高度密集的物質(zhì)，在膜的表面上和內(nèi)部生長(zhǎng)繁殖著大量的微生物及微型動(dòng)物，形成由有機(jī)污染物 →細(xì)菌→原生動(dòng)物(后生動(dòng)物)組成的食物鏈。生物膜是由細(xì)菌、真菌、藻類、原生動(dòng)物、后生動(dòng)物和其他一些肉眼可見的生物群落組成。其中細(xì)菌一般有：假單苞菌屬、芽苞菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬和動(dòng)膠菌屬以及球衣菌屬，原生動(dòng)物多為鐘蟲、獨(dú)縮蟲、等枝蟲、蓋纖蟲等。后生動(dòng)物只有在溶解氧非常充足的條件下才出現(xiàn)，且主要為線蟲。污水在流過(guò)載體表面時(shí)，污水中的有機(jī)污染物被生物膜中的微生物吸附，并通過(guò)氧向生物膜內(nèi)部擴(kuò)散，在膜中發(fā)生生物氧化等作用，從而完成對(duì)有機(jī)物的降解。生物膜表層生長(zhǎng)的是好氧和兼氧微生物，而在生物膜的內(nèi)層微生物則往往處于厭氧狀態(tài)，當(dāng)生物膜逐漸增厚，厭氧層的厚度超過(guò)好氧層時(shí)，會(huì)導(dǎo)致生物膜的脫落，而新的生物膜又會(huì)在載體表面重新生成，通過(guò)生物膜的周期更新，以維持生物膜反應(yīng)器的正常運(yùn)行。
生物膜法通過(guò)將微生物細(xì)胞固定于反應(yīng)器內(nèi)的載體上，實(shí)現(xiàn)了微生物停留時(shí)間和水力停留時(shí)間的分離，水處理填料的存在，對(duì)水流起到強(qiáng)制紊動(dòng)的作用，同時(shí)可促進(jìn)水中污染物質(zhì)與微生物細(xì)胞的充分接觸，從實(shí)質(zhì)上強(qiáng)化了傳質(zhì)過(guò)程。生物膜法克服了活性污泥法中易出現(xiàn)的污泥膨脹和污泥上浮等問(wèn)題，在許多情況下不僅能代替活性污泥法用于城市污水處理廠的二級(jí)生物處理，而且還具有運(yùn)行穩(wěn)定、抗沖擊負(fù)荷強(qiáng)、更為經(jīng)濟(jì)節(jié)能、具有一定的硝化反硝化功能、可實(shí)現(xiàn)封閉運(yùn)轉(zhuǎn)防止臭味等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)人工強(qiáng)化作用將生物膜引入到城市生活廢水處理的污水處理反應(yīng)器中，便形成了生物膜反應(yīng)器。生物膜反應(yīng)器發(fā)展迅速，由單一到復(fù)合，有好氧也有厭氧，逐步形成了一套較完整的生物處理系統(tǒng)。填料是生物膜技術(shù)的核心之一，它的性能對(duì)城市生活污水處理工藝過(guò)程的效率、能耗、穩(wěn)定性以及可靠性均有直接關(guān)系。
2、厭氧生物膜法處理工藝在生活污水處理中的應(yīng)用：
(1)、高分子有機(jī)物的厭氧降解階段：
在廢水的厭氧處理過(guò)程中，廢水中的有機(jī)物經(jīng)大量微生物的共同作用，被最終轉(zhuǎn)化為甲烷、二氧化碳、水、硫化氫和氨，高分子有機(jī)物的厭氧降解過(guò)程可以被分為四個(gè)階段。
水解階段：高分子有機(jī)物因相對(duì)分子質(zhì)量巨大，不能透過(guò)細(xì)胞膜，因此不可能為細(xì)菌直接利用。因此它們?cè)诘谝浑A段被細(xì)菌胞外酶分解為小分子。例如纖維素被纖維素酶水解為纖維二糖與葡萄糖，淀粉被淀粉酶分解為麥芽糖和葡萄糖，蛋白質(zhì)被蛋白酶水解為短肽與氨基酸等。這些小分子的水解產(chǎn)物能夠溶解于水并透過(guò)細(xì)胞膜為細(xì)菌所利用。
發(fā)酵(或酸化)階段：在這一階段，上述小分子的化合物在發(fā)酵細(xì)菌(即酸化菌)的細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)化為更為簡(jiǎn)單的化合物并分泌到細(xì)胞外。這一階段的主要產(chǎn)物有揮發(fā)性脂肪酸(簡(jiǎn)寫作VFA)、醇類、乳酸、二氧化碳、氫氣、氨、硫化氫等。與此同時(shí)，酸化菌也利用部分物質(zhì)合成新的細(xì)胞物質(zhì)，因此未酸化廢水厭氧處理時(shí)產(chǎn)生更多的剩余污泥。
產(chǎn)乙酸階段：在此階段，上一階段的產(chǎn)物被進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為乙酸、氫氣、碳酸以及新的細(xì)胞物質(zhì)。
產(chǎn)甲烷階段：這一階段里，乙酸、氫氣、碳酸、甲酸和甲醇等被轉(zhuǎn)化為甲烷、二氧化碳和新的細(xì)胞物質(zhì)。
在以上階段里，還包含著以下這些過(guò)程：a、水解階段里有蛋白質(zhì)水解、碳水化合物的水解和脂類水解；b、發(fā)酵酸化階段包含氨基酸和糖類的厭氧氧化與較高級(jí)的脂肪酸與醇類的厭氧氧化；c、產(chǎn)乙酸階段里有從中間產(chǎn)物中形成乙酸和氫氣和由氫氣和 氧化碳形成乙酸；d、甲烷化階段包括由乙酸形成甲烷和從氫氣和二氧化碳形成甲烷。除以上這些過(guò)程之外，當(dāng)廢水含有硫酸鹽時(shí)還會(huì)有硫酸鹽還原過(guò)程。
(2)厭氧生物膜法處理工藝：
a、厭氧濾器(AF)：
傳統(tǒng)的好氧生物系統(tǒng)一般容積負(fù)荷在2KgCOD/(m3·d)以下，而在AF發(fā)明之前的厭氧反應(yīng)器一般容積負(fù)荷也在4-5kgCOD/(m3·d)以下。但AF在處理溶解性廢水時(shí)負(fù)荷可高達(dá)10-15 kgCOD/(m3·d)。因此AF的發(fā)展大大提高了城市生活廢水處理的厭氧反應(yīng)器的處理速率，使反應(yīng)器容積大大減少。由于采用了生物固定化的技術(shù)，AF作為高速厭氧反應(yīng)器，使污泥在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間(SRT)極大地延長(zhǎng)。SRT的提高可以大大縮短廢水的水力停留時(shí)間(HRT)，從而減少反應(yīng)器容積，或在相同反應(yīng)器容積時(shí)增加處理的水量。這種采用生物固定化延長(zhǎng)SRT，并把SRT和HRT分別對(duì)待的思想推動(dòng)了新一代高速厭氧反應(yīng)器的發(fā)展。SRT的延長(zhǎng)實(shí)質(zhì)是維持了反應(yīng)器內(nèi)污泥的高濃度，在AF內(nèi)，厭氧污泥的濃度可以達(dá)到10-20gVSS/L。AF內(nèi)厭氧污泥的保留由兩種方式完成：其一是細(xì)菌在AF內(nèi)固定的填料表面(也包括反應(yīng)器內(nèi)壁)形成生物膜；其二是在填料之間細(xì)菌形成聚集體。高濃度厭氧污泥在反應(yīng)器內(nèi)的積累是AF具有高速反應(yīng)性能的生物學(xué)基礎(chǔ)，在一定的污泥比產(chǎn)甲烷活性下，厭氧反應(yīng)器的負(fù)荷與污泥濃度成正比。同時(shí)，AF內(nèi)形成的厭氧污泥較之厭氧接觸工藝的污泥密度大、沉淀性能好，因而其出水中的剩余污泥不存在分離困難的問(wèn)題。由于AF內(nèi)可自行保留高濃度的污泥，也不需要污泥的回流。
