編者按：在污(wu)(wu)水處(chu)理廠提(ti)標改造(zao)驅動(dong)下，急(ji)需(xu)因(yin)地限制的(de)(de)原(yuan)位改造(zao)技(ji)(ji)術(shu)。在此方(fang)面，顆(ke)(ke)(ke)粒(li)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)（好氧顆(ke)(ke)(ke)粒(li)污(wu)(wu)泥(ni)(ni)）突顯優(you)勢。然(ran)而(er)，顆(ke)(ke)(ke)粒(li)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)技(ji)(ji)術(shu)工(gong)(gong)藝條件較為嚴(yan)格，顆(ke)(ke)(ke)粒(li)形成不易(yi)、顆(ke)(ke)(ke)粒(li)保持更難。對(dui)此，另(ling)一種形式(shi)(shi)的(de)(de)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)——介(jie)質(zhi)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)則顯得(de)工(gong)(gong)藝條件簡單、生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)易(yi)形成且不易(yi)脫(tuo)落或破碎。縱觀(guan)介(jie)質(zhi)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)工(gong)(gong)藝發展歷程，這種最古老的(de)(de)污(wu)(wu)水處(chu)理形式(shi)(shi)如果能與時俱進則可(ke)(ke)能重(zhong)現新(xin)的(de)(de)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)命力(li)，其作(zuo)用與顆(ke)(ke)(ke)粒(li)污(wu)(wu)泥(ni)(ni)旗鼓相(xiang)當。介(jie)質(zhi)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)之(zhi)載體應繼續(xu)向(xiang)微細化方(fang)向(xiang)發展，但應選(xuan)(xuan)擇或合成那(nei)些密度(du)略(lve)大(da)(da)于(yu)水的(de)(de)有機、耐降解材料(liao)。介(jie)質(zhi)微細化可(ke)(ke)致(zhi)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)量大(da)(da)為增加，無(wu)需(xu)絮狀(zhuang)污(wu)(wu)泥(ni)(ni)再(zai)行參與，完全(quan)可(ke)(ke)借助沉淀選(xuan)(xuan)擇而(er)淘汰絮狀(zhuang)污(wu)(wu)泥(ni)(ni)，形成以生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)為核心的(de)(de)單污(wu)(wu)泥(ni)(ni)工(gong)(gong)藝。介(jie)質(zhi)微細化后很容易(yi)讓介(jie)質(zhi)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)動(dong)態懸浮或循環，可(ke)(ke)形成間歇(xie)式(shi)(shi)（SBR）或連續(xu)式(shi)(shi)同步脫(tuo)氮除(chu)磷工(gong)(gong)藝。這一點介(jie)質(zhi)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)與顆(ke)(ke)(ke)粒(li)污(wu)(wu)泥(ni)(ni)有著異(yi)曲同工(gong)(gong)之(zhi)妙，且更容易(yi)形成生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)并維(wei)持穩定。文章將于(yu)5月17日發表于(yu)《中國給(gei)水排水》。

一、前言

出水(shui)排放標準(zhun)不斷(duan)提升致污水(shui)處理升級(ji)、擴容不斷(duan)。擴容升級(ji)因用(yong)(yong)地和(he)資(zi)金限制往(wang)往(wang)難以實現。因此，在既有曝氣(qi)(qi)池通過原位(wei)提高生物量的(de)做(zuo)法已(yi)成為目前(qian)主要的(de)技術選項。其中(zhong)，向曝氣(qi)(qi)池投加掛膜(mo)介質的(de)方法較為常(chang)見，大到厘米級(ji)的(de)塑料載(zai)體（如(ru)，MBBR工(gong)(gong)藝(yi)）、小到毫米級(ji)的(de)無機載(zai)體（如(ru)，美國(guo)的(de)MOB工(gong)(gong)藝(yi)和(he)中(zhong)國(guo)的(de)HPB工(gong)(gong)藝(yi)）均已(yi)開始應(ying)用(yong)(yong)。

事實上，介(jie)質(zhi)生(sheng)長生(sheng)物(wu)(wu)膜(mo)法基于(yu)土壤自(zi)然凈化過(guo)程(cheng)原(yuan)理，相對于(yu)基于(yu)水體自(zi)凈原(yuan)理的活性污泥法具有更(geng)加緊密和多(duo)樣化的微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)結(jie)構，容易聚集(ji)較高濃度生(sheng)物(wu)(wu)量，可有效(xiao)(xiao)減少處理工藝占地、或增加處理負荷。介(jie)質(zhi)生(sheng)物(wu)(wu)膜(mo)基本特(te)性（如，粗糙度、表面物(wu)(wu)理/化學性質(zhi)、孔隙結(jie)構、比表面積等）很大程(cheng)度會影(ying)響(xiang)生(sheng)物(wu)(wu)膜(mo)形成效(xiao)(xiao)果，其(qi)密度懸浮時又(you)影(ying)響(xiang)工藝能耗(hao)。

在(zai)顆(ke)粒(li)(li)生(sheng)物(wu)(wu)(wu)膜(mo)（好(hao)氧(yang)顆(ke)粒(li)(li)污(wu)泥/AGS）技術(shu)(shu)已逐漸開始(shi)應用(yong)的(de)今(jin)天，介(jie)質(zhi)(zhi)生(sheng)物(wu)(wu)(wu)膜(mo)技術(shu)(shu)似(si)乎(hu)受到了(le)沖擊。然而，顆(ke)粒(li)(li)生(sheng)物(wu)(wu)(wu)膜(mo)形成(cheng)與(yu)(yu)保持需要嚴格(ge)的(de)工藝篩選與(yu)(yu)控制條(tiao)件，且易(yi)受進(jin)水負荷(he)與(yu)(yu)基質(zhi)(zhi)變化的(de)影響(xiang)。在(zai)這一敏感問題上(shang)，介(jie)質(zhi)(zhi)生(sheng)物(wu)(wu)(wu)膜(mo)則顯示(shi)出易(yi)形成(cheng)性和附著(zhu)穩(wen)定性。因此，有必要在(zai)橫(heng)向(xiang)對(dui)比顆(ke)粒(li)(li)生(sheng)物(wu)(wu)(wu)膜(mo)內、外在(zai)特(te)點的(de)基礎上(shang)重(zhong)新審視(shi)介(jie)質(zhi)(zhi)生(sheng)物(wu)(wu)(wu)膜(mo)技術(shu)(shu)的(de)未來，以期獲得與(yu)(yu)顆(ke)粒(li)(li)污(wu)泥相同生(sheng)物(wu)(wu)(wu)量(liang)效果和運行(xing)效果，并充分利(li)用(yong)其運行(xing)與(yu)(yu)控制方面易(yi)操作性之特(te)點。

本(ben)文沿介質(zhi)(zhi)生物膜(mo)技(ji)術(shu)發(fa)(fa)展歷程(cheng)，簡述介質(zhi)(zhi)生物膜(mo)技(ji)術(shu)基(ji)本(ben)原理與特點(dian)，描述它的研發(fa)(fa)與應用歷程(cheng)，繼而提出介質(zhi)(zhi)生物膜(mo)技(ji)術(shu)的未來(lai)發(fa)(fa)展方向。

二(er)、介質生物膜發展歷程

2.1 生物濾池(chi)

介質(zhi)生(sheng)物(wu)膜(mo)(mo)形式伴隨著介質(zhi)材料(liao)(liao)升級與生(sheng)物(wu)膜(mo)(mo)法工藝迭代不斷發展。1893年(nian)，英國人科貝(bei)特（Corbett）通過(guo)(guo)模仿(fang)土壤(rang)自凈(jing)過(guo)(guo)程創造了最早形式的(de)生(sheng)物(wu)膜(mo)(mo)法——滴濾(lv)池。此(ci)(ci)技術通過(guo)(guo)將污水(shui)(shui)噴灑至固定粗質(zhi)濾(lv)料(liao)(liao)表面(mian)，利(li)用濾(lv)料(liao)(liao)攔截顆粒(li)污染物(wu)的(de)同(tong)時，借助(zhu)濾(lv)料(liao)(liao)表面(mian)微生(sheng)物(wu)定殖形成(cheng)的(de)生(sheng)物(wu)膜(mo)(mo)轉化(hua)流(liu)經污水(shui)(shui)中(zhong)有機物(wu)及氮、磷等(deng)營養物(wu)質(zhi)，以此(ci)(ci)達到凈(jing)化(hua)污水(shui)(shui)之(zhi)目的(de)。

早期的(de)(de)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)濾池(chi)通(tong)常采用卵石(shi)、碎石(shi)、爐渣等(deng)低(di)比表面積(ji)天然無機材料作為(wei)介(jie)質。這(zhe)類介(jie)質雖具有較高(gao)凈化效果，但生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)附著量有限(xian)，處(chu)理(li)負荷(he)(he)低(di)，導致(zhi)工藝占(zhan)地面積(ji)大，處(chu)理(li)效率低(di)。然而固定床(chuang)反(fan)應(ying)器固易堵塞、需定期反(fan)沖洗使(shi)(shi)其在(zai)使(shi)(shi)用上受到(dao)一定限(xian)制。為(wei)此研究人(ren)員通(tong)過(guo)處(chu)理(li)水回流措施，在(zai)稀釋進水負荷(he)(he)的(de)(de)同時清洗堵塞并不斷更(geng)新生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)膜，逐(zhu)步(bu)發(fa)展(zhan)出高(gao)負荷(he)(he)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)濾池(chi)等(deng)改(gai)良工藝。至20世紀60年代，隨著高(gao)分子合(he)成物(wu)(wu)理(li)和化學理(li)論、加工技術的(de)(de)發(fa)展(zhan)，質輕(qing)、高(gao)強、耐蝕有機合(he)成介(jie)質大量生(sheng)(sheng)產并廣泛使(shi)(shi)用，介(jie)質生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)膜法重獲新機，并逐(zhu)步(bu)衍(yan)生(sheng)(sheng)出生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)轉盤、生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)接觸氧化、移動床(chuang)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)膜反(fan)應(ying)器等(deng)新工藝。

2.2 生物轉盤

生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)轉(zhuan)盤(pan)起源于(yu)20世紀60年(nian)代原(yuan)聯(lian)邦德(de)國。它是一(yi)種通過(guo)不斷旋轉(zhuan)半浸沒(mei)于(yu)污(wu)水(shui)中的(de)盤(pan)片(pian)，使(shi)其交(jiao)替與(yu)(yu)污(wu)水(shui)和空氣(qi)(qi)(qi)接觸(chu)并(bing)借助表面附著生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)膜凈化污(wu)水(shui)的(de)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)膜法工藝。其中，作為生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)膜介(jie)質的(de)盤(pan)片(pian)通常采用聚氯乙烯平板(ban)盤(pan)面、聚酯(zhi)玻璃鋼波紋板(ban)等形式，直徑一(yi)般為1~4 m。相(xiang)較于(yu)傳統生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)濾池與(yu)(yu)活(huo)性污(wu)泥(ni)法，生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)轉(zhuan)盤(pan)加強了生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)膜、污(wu)水(shui)與(yu)(yu)空氣(qi)(qi)(qi)間傳質，并(bing)省去(qu)了曝氣(qi)(qi)(qi)及(ji)污(wu)泥(ni)回流之能耗，使(shi)其可聚集較多(duo)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)量并(bing)提升處(chu)(chu)理負(fu)荷及(ji)處(chu)(chu)理效(xiao)果。然而，大尺寸盤(pan)面及(ji)其運(yun)行模(mo)式意味著生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)轉(zhuan)盤(pan)存在低(di)比表面積及(ji)低(di)空間效(xiao)率(lv)之技術缺陷。這(zhe)使(shi)得該技術需依靠多(duo)組盤(pan)片(pian)與(yu)(yu)更(geng)大設備占地來實現高生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)量與(yu)(yu)良好處(chu)(chu)理效(xiao)果。

2.3 生物接觸氧化法

生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)接(jie)觸(chu)氧化(hua)法由生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)濾池和(he)活(huo)性(xing)污(wu)(wu)泥(ni)曝氣結合(he)演變而(er)來(lai)。至(zhi)20世紀70年代，大孔(kong)徑、高比表面積蜂窩直(zhi)管填料(liao)與立體波紋(wen)塑料(liao)填料(liao)出現使其(qi)得到(dao)大范圍(wei)應用(yong)。該技術實質上是(shi)利用(yong)為污(wu)(wu)水(shui)曝氣充氧以攪(jiao)拌混合(he)體系中(zhong)(zhong)(zhong)各(ge)相(xiang)的(de)同時，增強生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)膜(mo)氧傳質及(ji)(ji)污(wu)(wu)染物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)去除效果。處理過程中(zhong)(zhong)(zhong)，作為生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)膜(mo)介質的(de)填料(liao)完全浸沒(mei)于流動的(de)充氧污(wu)(wu)水(shui)中(zhong)(zhong)(zhong)，逐步(bu)富集生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)長(chang)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)膜(mo)并凈化(hua)污(wu)(wu)水(shui)。換而(er)言(yan)之(zhi)，生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)接(jie)觸(chu)氧化(hua)法相(xiang)當于在傳統活(huo)性(xing)污(wu)(wu)泥(ni)曝氣池中(zhong)(zhong)(zhong)填充固(gu)定(ding)介質以供(gong)微生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)棲(qi)息及(ji)(ji)作用(yong)，屬于雙污(wu)(wu)泥(ni)（生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)膜(mo)+活(huo)性(xing)污(wu)(wu)泥(ni)）范疇。但由于反應體系中(zhong)(zhong)(zhong)缺乏適宜剪切作用(yong)，介質生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)膜(mo)難(nan)以自行脫落并及(ji)(ji)時更(geng)新(xin)老化(hua)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)膜(mo)。這導致生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)接(jie)觸(chu)氧化(hua)法存在易堵塞而(er)需要定(ding)期清洗介質之(zhi)問題(ti)。

2.4 生(sheng)物流化床

20世紀70年(nian)代初(chu)，為(wei)進一(yi)步提高(gao)處理設備(bei)單(dan)位容積生(sheng)(sheng)物(wu)量和強化(hua)(hua)(hua)(hua)傳(chuan)質(zhi)作用，應用于(yu)化(hua)(hua)(hua)(hua)工領(ling)域的(de)流(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)(hua)床(chuang)被引(yin)入(ru)污(wu)水(shui)生(sheng)(sheng)物(wu)處理領(ling)域，以(yi)(yi)填(tian)充(chong)介(jie)質(zhi)充(chong)當生(sheng)(sheng)物(wu)膜載而開展研究與應用；其工藝原(yuan)理在(zai)于(yu)利用氣(qi)流(liu)(liu)或(huo)液流(liu)(liu)等動力(li)使流(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)(hua)床(chuang)內介(jie)質(zhi)呈流(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)(hua)狀態，使附著并(bing)包裹介(jie)質(zhi)的(de)生(sheng)(sheng)物(wu)膜能(neng)(neng)夠(gou)與污(wu)水(shui)充(chong)分接觸(chu)而降解其中的(de)污(wu)染物(wu)，從而達(da)到(dao)良好的(de)污(wu)水(shui)凈化(hua)(hua)(hua)(hua)效果。生(sheng)(sheng)物(wu)流(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)(hua)床(chuang)多以(yi)(yi)小粒徑（一(yi)般為(wei)0.25~1.2 mm）、大比表面積重(zhong)質(zhi)材料作為(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)膜介(jie)質(zhi)，如(ru)，石英(ying)砂、生(sheng)(sheng)物(wu)陶粒、沸石等。正(zheng)因如(ru)此(ci)，生(sheng)(sheng)物(wu)流(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)(hua)床(chuang)相(xiang)間傳(chuan)質(zhi)及(ji)微生(sheng)(sheng)物(wu)量相(xiang)較于(yu)其他生(sheng)(sheng)物(wu)膜法均有極大程度提升，而且，懸浮介(jie)質(zhi)之間相(xiang)互碰撞(zhuang)與剪切(qie)能(neng)(neng)夠(gou)保證生(sheng)(sheng)物(wu)膜不斷更新并(bing)維持(chi)適宜厚度以(yi)(yi)維持(chi)較高(gao)的(de)生(sheng)(sheng)物(wu)膜活性。

2.5 移(yi)動床生(sheng)物(wu)膜反應(ying)器(qi)

移動(dong)床(chuang)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)膜反(fan)應器(qi)（MBBR）誕生(sheng)(sheng)(sheng)于20世紀80年代中(zhong)，旨在解(jie)決固定床(chuang)反(fan)應器(qi)需(xu)(xu)定期反(fan)沖洗、流化床(chuang)需(xu)(xu)使介(jie)質(zhi)(zhi)流化、生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)接觸氧化法堵(du)塞需(xu)(xu)清洗濾料(liao)和更換(huan)曝氣器(qi)等(deng)(deng)復雜操作等(deng)(deng)問題(ti)。該技術實質(zhi)(zhi)在于構建(jian)雙污泥處理(li)體(ti)系(xi)，即，向(xiang)反(fan)應池(chi)(chi)中(zhong)投(tou)加可(ke)自由移動(dong)的(de)(de)懸(xuan)(xuan)浮介(jie)質(zhi)(zhi)富集生(sheng)(sheng)(sheng)長生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)膜的(de)(de)同(tong)時也保(bao)留體(ti)系(xi)內(nei)懸(xuan)(xuan)浮生(sheng)(sheng)(sheng)長的(de)(de)活(huo)性(xing)污泥絮(xu)體(ti)，不僅(jin)增加生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)量亦同(tong)時發揮各自優勢。這一(yi)工藝原理(li)與(yu)當前我(wo)國城鎮污水處理(li)廠提標或擴容(rong)改造需(xu)(xu)求有(you)些接近，故在我(wo)國廣泛(fan)應用。MBBR填(tian)充介(jie)質(zhi)(zhi)多以(yi)聚乙烯、聚丙烯等(deng)(deng)輕質(zhi)(zhi)有(you)機合成(cheng)材料(liao)為主體(ti)，密度略小于水，尺寸一(yi)般為5~25 mm。因(yin)介(jie)質(zhi)(zhi)材料(liao)成(cheng)型(xing)的(de)(de)易(yi)塑性(xing)，MBBR介(jie)質(zhi)(zhi)比表(biao)面積(ji)通常能達到(dao)200~400 m2/m3，可(ke)為生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)膜附著提供(gong)足(zu)量位點。需(xu)(xu)要意識到(dao)的(de)(de)問題(ti)是，這種雙污泥系(xi)統因(yin)介(jie)質(zhi)(zhi)間相對運動(dong)會導(dao)致活(huo)性(xing)污泥絮(xu)狀體(ti)不斷(duan)受剪切(qie)作用，會導(dao)致污泥細化而難(nan)以(yi)在沉淀池(chi)(chi)沉淀。此外，懸(xuan)(xuan)浮、流化的(de)(de)塑料(liao)介(jie)質(zhi)(zhi)一(yi)般只呆在反(fan)應池(chi)(chi)內(nei)，不能隨絮(xu)狀污泥一(yi)道(dao)循環。

2.6 新興(xing)介質工藝

近年來聚焦于生(sheng)物(wu)膜(mo)法，向曝(pu)氣(qi)池中(zhong)添加(jia)類(lei)似流(liu)化(hua)床微細介(jie)質(zhi)的新工(gong)藝(yi)(yi)(yi)開始出現(xian)，如，美國(guo)的輕質(zhi)合成介(jie)質(zhi)（MOB）工(gong)藝(yi)(yi)(yi)與(yu)(yu)中(zhong)國(guo)的粉末介(jie)質(zhi)（HPB）工(gong)藝(yi)(yi)(yi)。其中(zhong)，美國(guo)的MOB介(jie)質(zhi)尺寸1 mm、密(mi)度(du)略大于水，而中(zhong)國(guo)的HPB介(jie)質(zhi)以硅藻土負(fu)載(zai)硫(liu)鐵(tie)礦為(wei)載(zai)體(ti)(ti)(ti)(ti)，平(ping)均(jun)粒(li)徑(jing)為(wei)28 μm、密(mi)度(du)應大大超過水。從運(yun)行(xing)模式上看，這(zhe)兩種工(gong)藝(yi)(yi)(yi)與(yu)(yu)MBBR工(gong)藝(yi)(yi)(yi)原理一(yi)樣，只不過介(jie)質(zhi)顆粒(li)微細化(hua)，使(shi)介(jie)質(zhi)比表面積更大、可聚集生(sheng)物(wu)膜(mo)更多而已，但仍然(ran)構(gou)建的是雙污泥系統。這(zhe)種工(gong)藝(yi)(yi)(yi)與(yu)(yu)MBBR不同的是需要載(zai)體(ti)(ti)(ti)(ti)與(yu)(yu)活性污泥絮(xu)體(ti)(ti)(ti)(ti)一(yi)同循環(huan)、回流(liu)。因此，需在二沉池回流(liu)線路(lu)上設置載(zai)體(ti)(ti)(ti)(ti)與(yu)(yu)生(sheng)物(wu)膜(mo)分(fen)離(li)裝置，如，HPB工(gong)藝(yi)(yi)(yi)借(jie)助旋(xuan)流(liu)分(fen)離(li)器實現(xian)介(jie)質(zhi)與(yu)(yu)生(sheng)物(wu)膜(mo)的分(fen)離(li)并回收。

三、介(jie)質生物膜工藝特(te)點

3.1 生物膜結構

雖然介質生(sheng)物(wu)膜(mo)(mo)技(ji)術(shu)發展(zhan)歷(li)程漫長(chang)，但(dan)作(zuo)(zuo)用原理基本一致，都是(shi)(shi)利用介質作(zuo)(zuo)為(wei)支撐載體(ti)(ti)來(lai)生(sheng)長(chang)生(sheng)物(wu)膜(mo)(mo)。介質生(sheng)物(wu)膜(mo)(mo)厚度(du)隨著微(wei)生(sheng)物(wu)增殖(zhi)而(er)不斷增加，從(cong)外向里(li)因(yin)氧(yang)(yang)(yang)傳質受限而(er)出現如(ru)圖1所示的分層(ceng)結構(gou)，最外形成是(shi)(shi)好氧(yang)(yang)(yang)層(ceng)、中(zhong)間乃(nai)缺(que)氧(yang)(yang)(yang)層(ceng)、最里(li)層(ceng)甚至(zhi)因(yin)O?和NO??無法擴散(san)到達而(er)可能(neng)出現厭(yan)氧(yang)(yang)(yang)層(ceng)。生(sheng)物(wu)膜(mo)(mo)本身是(shi)(shi)親(qin)水(shui)(shui)的，因(yin)此在(zai)其最最外好氧(yang)(yang)(yang)層(ceng)外會存在(zai)一浮動（附著）水(shui)(shui)層(ceng)，作(zuo)(zuo)為(wei)流動污水(shui)(shui)與生(sheng)物(wu)膜(mo)(mo)之間的傳質中(zhong)介（圖1）。污染物(wu)通(tong)過附著水(shui)(shui)層(ceng)進入生(sheng)物(wu)膜(mo)(mo)后，有(you)機物(wu)降解及硝化作(zuo)(zuo)用主要發生(sheng)在(zai)外部(bu)好氧(yang)(yang)(yang)層(ceng)，反(fan)硝化則(ze)發生(sheng)在(zai)中(zhong)部(bu)缺(que)氧(yang)(yang)(yang)層(ceng)（無O?但(dan)NO??進入）。間歇式（SBR）或微(wei)細載體(ti)(ti)連續(xu)循環(huan)流工(gong)藝條件下，載體(ti)(ti)生(sheng)物(wu)膜(mo)(mo)因(yin)時間或空間上的順序厭(yan)氧(yang)(yang)(yang)好氧(yang)(yang)(yang)/缺(que)氧(yang)(yang)(yang)交替(ti)動態循環(huan)而(er)會富集(ji)聚磷菌（PAOs/DPB），從(cong)而(er)實現載體(ti)(ti)生(sheng)物(wu)膜(mo)(mo)的同步脫氮除磷。

圖1  普(pu)通介(jie)質生物膜平面結(jie)構與物質轉移

3.2 工藝特點

因介質(zhi)生物(wu)膜(mo)(mo)中微(wei)生物(wu)密度高、菌種豐富、泥齡較長，這(zhe)就使其較活性污泥法具有更(geng)良好(hao)的沉降性能與處理效(xiao)能。介質(zhi)生物(wu)膜(mo)(mo)技術替工藝特點如下。

3.2.1 污泥產量低(di)

介質(zhi)生(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)膜(mo)為微生(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)提供(gong)天然庇(bi)護條(tiao)件(jian)，且(qie)隱含(han)不同(tong)含(han)氧微環境，這就比(bi)活(huo)性污(wu)(wu)泥具有更(geng)多樣菌種及較(jiao)長的食(shi)(shi)物(wu)(wu)(wu)(wu)鏈。進言之(zhi)，固著(zhu)于介質(zhi)之(zhi)上(shang)的生(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)膜(mo)可(ke)較(jiao)長時間(jian)停留于載體之(zhi)上(shang)，這使(shi)得世代時間(jian)較(jiao)長、比(bi)增殖速度較(jiao)低細菌能夠生(sheng)長其中，如(ru)，硝(xiao)化細菌等。同(tong)時此條(tiao)件(jian)下亦(yi)可(ke)使(shi)以(yi)細菌等為食(shi)(shi)的高(gao)層次營養水平原生(sheng)動物(wu)(wu)(wu)(wu)、后生(sheng)動物(wu)(wu)(wu)(wu)乃(nai)至(zhi)昆(kun)蟲(chong)存在，使(shi)得食(shi)(shi)物(wu)(wu)(wu)(wu)鏈變長，最終產(chan)生(sheng)比(bi)活(huo)性污(wu)(wu)泥處理(li)系(xi)統較(jiao)少的生(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)量（約1/4）。

3.2.2 污染物同步去(qu)除(chu)

介質生(sheng)物膜中(zhong)(zhong)能(neng)夠(gou)存在不(bu)同含(han)氧(yang)(yang)微(wei)環境，這使其(qi)具有同時(shi)去除(chu)多種(zhong)污染(ran)物之潛力。當其(qi)處于(yu)適當含(han)氧(yang)(yang)環境中(zhong)(zhong)時(shi)能(neng)夠(gou)發生(sheng)除(chu)碳、同步硝(xiao)(xiao)化(hua)反(fan)硝(xiao)(xiao)化(hua)，甚至同步脫氮除(chu)磷過(guo)程。

3.2.3 系統穩定(ding)性高(gao)

與絮狀活(huo)性(xing)污泥相比，介質(zhi)生物膜具更長且多樣(yang)的(de)(de)食物鏈，這使(shi)其當面臨水(shui)質(zhi)或水(shui)量沖擊負荷時具有(you)較高緩沖能(neng)力與系統韌性(xing)。同時，具有(you)特殊構(gou)造的(de)(de)介質(zhi)能(neng)夠為微生物生長繁殖形成(cheng)庇(bi)護(hu)，使(shi)其免受曝氣、水(shui)流或是介質(zhi)之間(jian)剪切與摩擦(ca)作(zuo)用，促(cu)進生物膜形成(cheng)，進一步提高其本身與系統穩定性(xing)與抗(kang)沖擊能(neng)力。

3.2.4 泥(ni)水分離效果良好

因介質生物膜具有致密結構(gou)與(yu)較大密度(du)，這(zhe)使其(qi)具有良好(hao)的(de)沉降性能與(yu)泥(ni)水分離效果。即使是老化剝落的(de)生物膜碎片，其(qi)沉降性能依舊(jiu)能達到普(pu)通活(huo)性污泥(ni)的(de)1~3倍(bei)。

3.2.5 無污泥膨脹之虞

與絮狀(zhuang)(zhuang)活性(xing)污(wu)泥(ni)不(bu)同，介(jie)質生物(wu)膜即(ji)使因環境條件(jian)滋(zi)生絲狀(zhuang)(zhuang)細菌(jun)也不(bu)會(hui)導致污(wu)泥(ni)膨脹現(xian)象，絲狀(zhuang)(zhuang)細菌(jun)會(hui)被(bei)嚴實地包裹(guo)在生物(wu)膜之中，難以致密實的生物(wu)膜結構變蓬松狀(zhuang)(zhuang)態。

四(si)、介質(zhi)生(sheng)物膜技(ji)術(shu)的未來

縱觀如圖2總結(jie)的介質(zhi)生(sheng)物膜技術發(fa)展(zhan)歷(li)程，不難發(fa)現(xian)，介質(zhi)生(sheng)物膜工藝(yi)主(zhu)要依托于介質(zhi)材料及其形式革(ge)新(xin)而迭代，應用工藝(yi)表現(xian)為(wei)介質(zhi)細化、浮(fu)動至(zhi)動態循環，但目前污泥組成還是以(yi)介質(zhi)生(sheng)物膜輔助絮(xu)狀活性污泥的雙污泥系統為(wei)主(zhu)。

圖2  介(jie)質生物膜技(ji)術發(fa)展歷程(cheng)

介(jie)(jie)質(zhi)生(sheng)(sheng)物(wu)膜技術的(de)未來仍然應(ying)該朝著微(wei)細(xi)(xi)(xi)化(hua)（1 mm）載體(ti)(ti)方向發(fa)展，但介(jie)(jie)質(zhi)密度確定(ding)應(ying)該是一(yi)(yi)(yi)個關鍵(jian)。另一(yi)(yi)(yi)方面，雙污(wu)(wu)泥(ni)(ni)系(xi)統(tong)應(ying)向以介(jie)(jie)質(zhi)生(sheng)(sheng)物(wu)膜為核心的(de)單污(wu)(wu)泥(ni)(ni)系(xi)統(tong)轉變，因為微(wei)細(xi)(xi)(xi)介(jie)(jie)質(zhi)生(sheng)(sheng)物(wu)量富集程度足(zu)以滿(man)足(zu)生(sheng)(sheng)物(wu)處(chu)理的(de)需(xu)要，不(bu)再需(xu)要絮狀污(wu)(wu)泥(ni)(ni)有(you)限而又(you)可能被剪切細(xi)(xi)(xi)化(hua)的(de)生(sheng)(sheng)物(wu)量，使之與(yu)顆粒污(wu)(wu)泥(ni)(ni)一(yi)(yi)(yi)樣(yang)的(de)運行(xing)效果，而又(you)能避免(mian)顆粒污(wu)(wu)泥(ni)(ni)形成的(de)苛(ke)刻布(bu)水與(yu)曝氣工(gong)藝條件以及遇不(bu)利環(huan)境條件易解體(ti)(ti)之弊(bi)端。

從(cong)介質材料(liao)本身(shen)講，高密(mi)度材料(liao)不(bu)應作為(wei)(wei)首選對(dui)象，特別是(shi)(shi)(shi)無(wu)機材料(liao)。這是(shi)(shi)(shi)因(yin)為(wei)(wei)介質密(mi)度大會(hui)導(dao)致使(shi)(shi)介質懸浮(fu)的(de)曝(pu)氣量過(guo)(guo)大，導(dao)致能(neng)耗過(guo)(guo)高。另一方(fang)(fang)面(mian)，一旦(dan)無(wu)機載體(ti)進入(ru)剩余污泥(ni)(ni)會(hui)導(dao)致污泥(ni)(ni)有(you)機成分降(jiang)低，后續污泥(ni)(ni)處理(li)無(wu)論是(shi)(shi)(shi)傳(chuan)統厭氧消化還是(shi)(shi)(shi)未來(lai)污泥(ni)(ni)焚燒都會(hui)因(yin)此受限。因(yin)此，介質填料(liao)應向密(mi)度略比水(shui)大的(de)有(you)機、耐(nai)降(jiang)解材料(liao)方(fang)(fang)向發展(zhan)，即使(shi)(shi)進入(ru)剩余污泥(ni)(ni)也可(ke)通過(guo)(guo)干(gan)化焚燒解決(jue)。

早期固定介質單污(wu)(wu)泥生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)膜(mo)(mo)（如，生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)濾）工藝中，生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)膜(mo)(mo)無法移動(dong)(dong)或動(dong)(dong)態(tai)循環(huan)，因此(ci)，生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)膜(mo)(mo)生(sheng)(sheng)(sheng)化(hua)作(zuo)用僅限有機物(wu)(wu)（COD）去除(chu)以及硝化(hua)和(he)有限反硝化(hua)與生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)除(chu)磷（合(he)成之需）。好氧(yang)顆粒污(wu)(wu)泥作(zuo)為(wei)一種新的生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)膜(mo)(mo)形式(shi)之所以可(ke)以獲得(de)同(tong)(tong)步(bu)脫(tuo)氮(dan)(dan)除(chu)磷效果是因為(wei)在運(yun)行(xing)時間(jian)上依次可(ke)以實(shi)現(xian)厭氧(yang)好氧(yang)/缺氧(yang)動(dong)(dong)態(tai)循環(huan)。所以，微細(xi)化(hua)介質單污(wu)(wu)泥生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)膜(mo)(mo)工藝完全可(ke)以藉顆粒污(wu)(wu)泥一樣(yang)的運(yun)行(xing)方(fang)式(shi)實(shi)現(xian)同(tong)(tong)步(bu)脫(tuo)氮(dan)(dan)除(chu)磷。當然，介質生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)膜(mo)(mo)亦可(ke)實(shi)現(xian)連續流運(yun)行(xing)，通過縮短二沉池(chi)沉淀時間(jian)沖刷掉絮狀污(wu)(wu)泥，并使載體(ti)污(wu)(wu)泥（部(bu)分需脫(tuo)膜(mo)(mo)處理）回流，則可(ke)實(shi)現(xian)同(tong)(tong)步(bu)脫(tuo)氮(dan)(dan)除(chu)磷。

事實(shi)上，介(jie)質生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)膜(mo)(mo)確(que)實(shi)與顆粒(li)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)膜(mo)(mo)具有(you)異(yi)曲同工之處，其結構與生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)膜(mo)(mo)分(fen)層結構如圖3所示。兩者不(bu)同之處在于(yu)一個(ge)有(you)“核(he)(he)”（介(jie)質生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)膜(mo)(mo)）而另(ling)一個(ge)無核(he)(he)（顆粒(li)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)膜(mo)(mo)）。介(jie)質生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)膜(mo)(mo)可利(li)用自身結構特性促使細菌(jun)分(fen)泌(mi)更多EPS，從(cong)而改變生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)膜(mo)(mo)的疏水性，增大(da)細胞間凝聚力，促使污泥聚集形成生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)膜(mo)(mo)，這會使得依附于(yu)介(jie)質生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)膜(mo)(mo)比顆粒(li)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)膜(mo)(mo)易形成且(qie)更加穩(wen)定。

圖3  介質生物膜(mo)立體(ti)結構(gou)與分(fen)層生化(hua)作用(yong)

五、總結(jie)與展望

通(tong)過總(zong)結介(jie)質生(sheng)物(wu)(wu)膜技術(shu)發展歷(li)程，結合(he)介(jie)質生(sheng)物(wu)(wu)膜工藝原(yuan)理與特點，從(cong)而對未來(lai)介(jie)質生(sheng)物(wu)(wu)膜技術(shu)發展方向(xiang)(xiang)做(zuo)出預(yu)見向(xiang)(xiang)判斷：

1）介質生物膜技術正向(xiang)微細(xi)化介質方(fang)向(xiang)演(yan)變，但目(mu)前仍以生物膜輔助(zhu)絮(xu)狀(zhuang)污泥的(de)雙污泥工藝為主；

2）介質生物膜技術作為最(zui)古老的污水處理工(gong)藝今后(hou)仍具可持續生命力，但需(xu)與(yu)時俱進；

3）未來介質生物(wu)膜(mo)技術向(xiang)微細(xi)化介質方向(xiang)發展無誤，但介質材(cai)(cai)(cai)料(liao)應(ying)(ying)避免大密(mi)度(du)的無機材(cai)(cai)(cai)料(liao)，應(ying)(ying)選擇密(mi)度(du)比水(shui)略大的有機、耐降解材(cai)(cai)(cai)料(liao)；

4）介(jie)質(zhi)微細化(hua)(hua)可(ke)大(da)(da)大(da)(da)增(zeng)加載體的(de)比表(biao)面積，增(zeng)大(da)(da)生物膜量(liang)，因此無需(xu)再作為(wei)(wei)絮狀污泥的(de)輔助措施，完全(quan)可(ke)以(yi)實(shi)現以(yi)生物膜為(wei)(wei)核(he)心的(de)單污泥系統，以(yi)避免(mian)絮狀污泥因介(jie)質(zhi)運行剪切而細化(hua)(hua)難沉(chen)淀之問(wen)題；

5）介質生(sheng)(sheng)物(wu)膜與(yu)顆(ke)粒(li)生(sheng)(sheng)物(wu)膜（好氧顆(ke)粒(li)污泥）結構與(yu)凈化(hua)作用具有異(yi)曲同工之妙(miao)，但比顆(ke)粒(li)生(sheng)(sheng)物(wu)膜更易形成結構穩定，不易解(jie)體(ti)或脫(tuo)落的生(sheng)(sheng)物(wu)膜。

聲明(ming)：本(ben)文(wen)轉(zhuan)自水(shui)業碳中和(he)資(zi)訊，作者郝曉地等。本(ben)文(wen)版(ban)權歸原作者所(suo)有，不代表(biao)本(ben)網站觀點(dian)，僅供(gong)學習(xi)交流之用(yong)，不做商業用(yong)途。如(ru)文(wen)中的內容(rong)、圖片(pian)、音頻、視頻等存在第三方的在先知識產權，請及時(shi)聯(lian)系(xi)我(wo)們刪除(chu)。