全 文 ：第26卷第6期
2007年12月
生态
Ecological
科学
Science
26(6)：531-535
Dec．2007
生物砂滤网工艺挂膜实验研究
袁杰1，金腊华2，蔡小琼2
1．华南理工大学工业技术研究总院，广州510640
2．暨南大学环境工程系，广州510632
【摘要】 研究了生物砂滤网污水处理工艺的循环挂膜过程，综合考察了滤网M01和M02上表面生物膜的生长变化情况，
细菌数量及其微型动物的组成演化。同时在挂膜一定时间后投加生活污水，分别考察了滤网M01和M02对COD、NH3-N
的去除率。通过试验发现微生物能在滤料上生长繁殖，形成生物砂滤网。细菌在整个过程中占主导地位。同时其它微生
物的种类也较为丰富。累枝虫、钟虫、聚缩虫等固着类纤毛虫数量较多，而且还出现了轮虫、线虫等微型后生动物，系统中
真核微生物呈现多样化的趋势。滤网M01挂膜成熟后CODer的去除率可高达90％，氨氮的去除率在70％左右，M02的CODer
平均去除率在60％左右，氨氮去除率在20％左右。
关键词：生物砂滤网；生物相；挂膜
中图分类号：X703．1 文献标识码：A 文章编号：1008-8873(2007)06-531—05
Experimentalstudyonbiologicaltypesduringtheprocessofbiofilmcolonization
ofbiologicalsandfltrationsewagetr atmentt chnology
YUANJie，JINLa-hua，CAOXiao·qiong
J．IndustrialTechnologyResearchInstitute,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510640,China
2．DepartmentofE vironmentalEngineering,JinanUniversity,Guangzhou510632,China
Abstract：Inthisexperiment，themethodofbiofilmco onizationonsandfliP．ion(M01andM02)sewagetreatmentwas udied．
Itisshowedtheregularchangeofbiofilmdevelopmentunderdifferentco ditions，theincrementofbacterianumber，theSUCCESS
ofmicro—animalk ndsndpopulafioneteintheprocess．TherateofremovalofCODer、NH3-Nisobserved．Theexperimental
resultshowsbiofilmsCanbecultivatedonhesurfaceofthebiologicalsandfiltration，andbacteriapl yedakeyroleinthis
process．Epistylis，Vorticella，Zoothanmium,Rataria,Nematoandothermicroorgnismscanalsobefoundinthesystem．The
degradationofCODandNH3-NonM01canreach90％and70％respectively，Thed gradationofCODandNI-13-NonM02
canreach60％and20％respectively．
Keywords：biologicalsandfiltration；biologicaltypes；bio-filmcolonization
收稿日期：2007．09．21，2007．12．20接受
基金项目：国家自然科学基金项I；1(50478091)，广东省科技计划项I；1(2003A3040407)
作者简介：袁杰(1981一)，男。硕士，主要从事水污染防治与治理和科技管理研究
万方数据
1引言(Introduction)
污水处理技术的不断发展和工程应用成为维系
社会经济可持续发展的必要组成部分。基于物理、化
学和生物学原理的各种污水处理工艺不断出现，其中
生物处理技术的应用最为广泛，特别是广泛使用的处
．理生活污水的生物膜法工艺。与活性污泥法相比，生
物膜法有以下优点：运行稳定、抗冲击负荷、更为经
济节能、无污泥膨胀问题、具有一定的硝化和反硝化
的功能等⋯。目前对于微生物载体的开发与改良、微
生物在载体表面的固定技术、生物膜增长与有机物的
去除等都有研究。但普遍适用的微生物固定技术、优
化生物膜结构及各种反应器工艺系统、生物膜活性与
高效去除菌的筛选等工作还没有深入开展【2~4】。
本实验通过对普通生活区污水的污染特征分析，
利用以工业废渣和生物活性材料等廉价材料为载体
的生物滤网进行处理，为研制高效、低成本、低能耗
的生活污水处理方法提供技术上的依据。
2实验方法与过程(Materialsandmethods)
2．1组分选择实验
从经济实用角度，选定生物砂滤网的组分材料主
要为碎石、陶粒和生物活性材料等廉价材料。实验比
选了不同组分配比的表面粗糙度、制作难度等，分别
试制了两组不同配比的砂滤网M01和M02。其中
M01的组分为：碎石90％(粒径0．05mm---2．0cm)、
生物活性材料10％(粒径0．02．0cm)；M02的组分
为：陶粒55％(粒径0．08Im～．0cm)、碎石35％(粒
径0．05mm一．-,2．0cm)、生物活性材料lO％((粒径
0．02--"1．0cm)。
2．2结构实验
考虑到制作方便，M01和M02长宽高分别为
20x8x20(cm)的无盖钢丝网。在实验中，比较了装有
填料的滤网M01和M02滤网的孔隙比、防堵塞性和
结构强度，比较结果见表1。
表1两种不同组分砂滤网的比较
堡垒：!!!坐P苎堡垒!塑!塑丛壁!璺鲤丛壁兰
膜型(Model) MOI M02
2．3实验装置
为有效的提高处理效率，设计了渠式反应槽，反
应槽尺寸为为234cmx20cmx21cm，在池内放入了
表l所示的两种型号的滤网M01和M02．装置示意图
如图1所示。有效水深15．5cm．滤网数目为8个。将反
应槽分成7段。水在反应槽中的水的流态为推流，反
应器采用自然复氧方式充氧。在进出水处安置了阀门
控制流量，并用流量计测试进出水流量。
2．4挂膜实验
挂膜，从微生物学的角度来讲，就是菌体接种，即
使微生物吸附在生态膜片上，这是依靠填料的吸附作
用来完成的，菌种的成功接种很大程度取决于引进菌
种与原污水的适应性及驯化的方法。本实验的污泥取
自广州猎德污水厂储泥池污泥和曝气处理过的自来
水若干加入容量为150L水桶中扩大培养。定时投加
用牛肉膏、蛋白胨、葡萄糖，氯化钠等配制成营养液，
7
1-高位水箱(waterank)2-气泵(airpump)3-删(reactor)4-提升水泵(waterpump)5-砂滤网(sandfiltration)6-溢流板
(ovcrfallingboard)7一流量计(flowmeter)
图1实验装置示意图
Fig．1Sketchofthereactor
万方数据
6期 袁杰，等：生物砂滤网工艺挂膜实验研究 533
水温(Watermperature)
生物膜成熟历时(Biofilmmaturetime)
细菌计数(Cells·mL"1)(bacterianumber)
生物物种差异(Biologyspeciesdifference)
生物膜厚度(Biofilmthickness)
’’
20℃～35℃
7天左右
25℃～35℃
10天左右
3．4x106～5．6x108 1．5×104～2．1州07
微生物种类多，且数量大 细菌数量少，原生、后生动物种类少
扩大培养2～4d。在2006年8月上旬到11月上旬之
间挂膜，抽查监测15d水温在20～35℃，槽中挂膜水
的pH在6．0～7．5，营养液初始CODer在105～400mg·L一，
进出水流量在0．OlL·S以～0．15L·S～。分别考察M01
和M02的挂膜情况。
在挂膜方法上选择了循环法，即分批将驯化污泥
的混合液加入进水池中，利用水泵抽到高位水箱中，
然后通过水管流入生物处理槽中，水在生物处理槽中
以推流方式流过透水的生物砂滤网，最后通过生物处
理槽的出水管流入进水池，如此循环。水在反应槽中
的水的流态为推流，反应器采用自然复氧方式充氧。
在此过程中定时投加配有实际生活污水的营养液，测
定进水出水流量，温度和pH等指标。同时利用镜检
观察生物膜变化情况。
水质分析见文献【卯。通过提升钢丝网观察离进水
口不同槽段处生物膜变化情况。每次用吸管吸取部分
生态膜片上的生物膜分别放入装有蒸馏水的三角瓶
中混匀，立即镜检。细菌分析参见文献№J，其他微生
物鉴定见文献I，～。
2．5分析仪器
721分光光度计，CTL．12型化学需氧量速测仪，
SA3300照相光学显微镜，LeicaDMIRB倒置荧光显
微镜等。
3结果与讨论(Resultsandiscussions)
3．1挂膜启动阶段污染的去除效果
分别考察了MOI和M02对模拟生活污水中
CODer和NH3-N的去除情况，见图2．图5。
由图可见，M01的挂膜到稳定运行过程中CODer
变化，初期比较低约在60％左右，大约3～4d，待生
物膜生长进入指数期，CODer的去除率高达90％，然
后稳定在80％左右，待生物膜进入衰蜕期，去除率在
60％左右。氨氮的去除率在70％左右。M02的CODer
平均去除率在60％左右，氨氮去除率在20％左右。
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图2MOI对CODer去除率的变化
Fig．2RemovalratioofCODerOI!MOI
反应时阆reactiontime‘d)
圈3M02对CODer去除率的变化
Fig．3Emovalr tioofCODerOnM02
3．2两次挂膜情况比较
两次挂膜过程中，因为温度、载体性能等外界条
件的不同，生物膜在膜片上的生长和微生物数存在明
显的差异，见表2。
3．3生物膜变化
从外观上，生物膜的变化是由点秋分散的菌胶团
逐渐形成团状或片状的菌膜，团块状或片状膜进一步
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万方数据
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反应时间reactiontime(d)
图4 M01对NH3-N去除率的变化
Fig．4RemovalratioofNH3-NOllM01
图6膜片上原生动物图片
Fig．6Protozoaonthebiofilm
图7膜片上的后生动物图片
Fig．7Metazoan011thebiofilm
0 5 10 15
反应时间reactiontime(d)
图5 M02对NH3．N去除率的变化
Fig．5RemovalratioofNH3-N011M02
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万方数据
6期 袁杰，等：生物砂滤网工艺挂膜实验研究 535
连接而覆盖填料，最后填料上形成一层均匀而致密的
生物膜。
挂膜初期，以游离细菌为主；挂膜中期，出现于
滤膜上的动物主要是原生动物，特别是固着型的纤毛
虫类。出水口处偶见轮虫(Rataria)、线虫(Nemato)
等；挂膜后期，膜片上已出现纤毛虫类群体，后生动
物种类迸一步增多、数量增加，如有线虫、轮虫、环
节动物等；生物膜成熟时，膜上动物种类繁多，并出
现大量的丝状菌。
对滤膜上的微生物进行镜检，详细观察微型动物
的体型、种类、主要指示性微型动物变化状况。出现
的原生后生动物见图6、图7。
4结论(Conclusion)
(1)通过对M01和M02的挂膜实验的研究发现，
在自然复氧的环境条件下，微生物能在滤料上生长繁
殖，形成生物膜。细菌在整个过程中占主导地位。同
时其它微生物的种类也较为丰富，累枝虫、钟虫、聚
缩虫等固着类纤毛虫数量较多，而且还出现了轮虫、
线虫等微型后生动物，系统中真核微生物呈现多样化
的趋势。
(2)通过系统中的微型生物的定时镜检，可以
改善该工艺的运行和管理。从而为这种低能耗和高效
的污水处理工艺的推广提供运行依据和技术支持。
(3)通过对M01和M02的综合比较，MOl的
填料配比合理，对主要污染物的去除效果稳定，微生
物较为丰富。对其进行改进可以进一步提高反应系统
的去除效果。
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万方数据
生物砂滤网工艺挂膜实验研究
作者： 袁杰， 金腊华， 蔡小琼， YUAN Jie， JIN La-hua， CAO Xiao-qiong
作者单位： 袁杰,YUAN Jie(华南理工大学工业技术研究总院,广州,510640)， 金腊华,蔡小琼,JIN La-
hua,CAO Xiao-qiong(暨南大学环境工程系,广州,510632)
刊名： 生态科学
英文刊名： ECOLOGICAL SCIENCE
年，卷(期)： 2007,26(6)

参考文献(8条)
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8.刘雨;赵庆良;郑兴灿 生物膜法污水处理技术 2000


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