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)展起來的生物膜法處理工藝在近年來得以快速發(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爭力。
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，從而完成對有機(jī)物的降解。生物膜表層生長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，它的性能對城市生活污水處理工藝過程的效率、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)物因相對分子質(zhì)量巨大，不能透過細(xì)胞膜，因此不可能為細(xì)菌直接利用。因此它們在第一階段被細(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。除以上這些過程之外，當(dāng)廢水含有硫酸鹽時(shí)還會(huì)有硫酸鹽還原過程。
(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。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SRT，并把SRT和HRT分別對待的思想推動(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。
