电极-生物膜法的基本理论 1电极-生物膜法的基本反应原理 (1) 2电极一生物膜法脱氮的影响因素 (3) 1电极-生物膜法的基本反应原理 电极-生物膜法是一种由电化学和生物膜技术相结合的处理含硝酸盐氮微污染水的新型水处理技术。它把脱氮菌作为生物膜固定在以碳为材料的电极上，称之为固定化微生物电极，通过在电极间通电产生的电解氢作为脱氮的电子供体。在生物电极脱氮过程中既有化学反应，又有微生物参与的生物化学反应，这是一个典型的具有非线性、时变性、随机性和模糊性的复杂系统。有研究结果表明，电极生物膜法相对于相同生物量的单纯生物膜法而言，有更高的反硝化效率，并能很好抑制水中亚硝酸盐氮的生成，对后续深度处理极为有利。 电极生物膜法充分结合了电化学法和生物膜法。目前国内此项技术尚处在初期研究发展阶段。电极生物膜法的基本原理包括电化学原理和生物原理。 电化学原理: 电极生物膜法充分利用了电化学作用，其基本过程是:在电极之间通入一定的电流，在阴极产生氢气，在阳极产生二氧化碳，产生的气体分别为反硝化菌提供氢源和碳源。这一过程，俗称电解。电解是环境对系统作电功的电化学过程。在电解过程中电能转变为化学能，例如水的分解反应: 2H2O=2H2+O2(1) 因为△rG (298.15)=237.19KJ?mol-1>0,所以在没有非体积功的情况下，反应不能自发进行，但是，根据热力学原理△rG≤w知道，如果环境对上述系统做非体积功时，就有可能进行水的分解反应，所以可以认为电解是利用外加电能方法迫使反应进行的过程。电解的一些基本理论知识是这样的:与直流电源的负极相连的电极叫做阴极，相反就叫做阳极。电子从电源的负极进入阴极，阴极上有大量的电子过剩，溶液中的氧化态物质得到电子而被还原，从而完成放电过程。另一方面，电子从阳极离去回到直流电源的正极，阳极上缺电子，溶液中还原态物质便失去电子而被氧化，从而完成发电过程。对于本次试验来说，就是基于这一原理。电化学原理所要处理的对象为硝酸盐溶液中所含基本离子: H+,OH-,Cl-,Ca2+,Mg2+,Na+,NO3-
第一节生物膜法的基本原理 生物膜法又称固定膜法，是与活性污泥法并列的一类废水好氧生物处理技术；是土壤自净过程的人工化和强化；与活性污泥法一样，生物膜法主要去除废水中溶解性的和胶体状的有机污染物，同时对废水中的氨氮还具有一定的硝化能力；主要的生物膜法有：① 生物滤池：其中又可分为普通生物滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池等；② 生物转盘；③ 生物接触氧化法；④ 好氧生物流化床等。 一、生物膜的结构 1、生物膜的形成 生物膜的形成必须具有以下几个前提条件：① 起支撑作用、供微生物附着生长的载体物质：在生物滤池中称为滤料；在接触氧化工艺中成为填料；在好氧生物流化床中成为载体；② 供微生物生长所需的营养物质，即废水中的有机物、N、P以及其它营养物质；③ 作为接种的微生物。 (1) 生物膜的形成： 含有营养物质和接种微生物的污水在填料的表面流动，一定时间后，微生物会附着在填料表面而增殖和生长，形成一层薄的生物膜。 (2) 生物膜的成熟： 在生物膜上由细菌及其它各种微生物组成的生态系统以及生物膜对有机物的降解功能都达到了平衡和稳定。 生物膜从开始形成到成熟，一般需要30天左右(城市污水，20°C) 2、生物膜的结构 生物膜的基本结构如图1所示。 图1 生物膜结构示意图 (1) 生物膜的性质：
① 高度亲水，存在着附着水层； ② 微生物高度密集：各种细菌以及微型动物，这些微生物起着主要去除废水中的有机污染物的作用，形成了有机污染物——细菌——原生动物(后生动物)的食物链。 (2) 生物膜降解有机物的过程： 3、生物膜的更新与脱落 (1) 厌氧膜的出现： ① 生物膜厚度不断增加，氧气不能透入的内部深处将转变为厌氧状态；② 成熟的生物膜一般都由厌氧膜和好氧膜组成；③ 好氧膜是有机物降解的主要场所，一般厚度为2mm。 (2) 厌氧膜的加厚： ① 厌氧的代谢产物增多，导致厌氧膜与好氧膜之间的平衡被破坏；② 气态产物的不断逸出，减弱了生物膜在填料上的附着能力；③ 成为老化生物膜，其净化功能较差，且易于脱落。 (3) 生物膜的更新： ① 老化膜脱落，新生生物膜又会生长起来；② 新生生物膜的净化功能较强。 (4) 生物膜法的运行原则： ① 减缓生物膜的老化进程；② 控制厌氧膜的厚度；③ 加快好氧膜的更新； ④ 尽量控制使生物膜不集中脱落。 二、生物膜处理工艺的特点 1、微生物方面的特征 (1) 微生物种类多样化： ① 相对安静稳定环境；② SRT相对较长；③ 丝状菌也可以大量生长，无污泥膨胀之虞；④ 线虫类、轮虫类等微型动物出现的频率较高；⑤ 藻类、甚至昆虫类也会出现；⑥ 生物膜上的生物：类型广泛、种属繁多、食物链长且复杂。 表1 生物膜和活性污泥中出现的微生物在类型、种属和数量的比较 微生物种类活性污泥生物膜法微生物种类活性污泥法生物膜法 细菌 ++++ ++++ 轮虫 + +++ 真菌 ++ +++ 线虫 + ++ 藻类 - ++ 寡毛虫 - ++ 鞭毛虫 ++ +++ 其它后生动物 - + 肉足虫 ++ +++ 昆虫类 - ++ 纤毛虫 ++++ ++++ (2) 生物膜上微生物的食物链较长： ① 动物性营养者所占比例较大，微型动物的存活率较高；② 食物链长；③
膜法 1、（）不能进行脱盐。 a、反渗透 b、离子交换 c、电渗析 d、超滤 答案：d 2、电渗析过程的推动力是（）。 a、压力差 b、范德华力 c、浓度差 d、电位差 答案：d 3、超滤和微滤是利用膜的筛分性质以（）为传质推动力。 a、渗透压 b、压力差 c、扩散 d、静电作用 答案：b 4、超滤和微滤的通量（）。 a、与压力成反比与料液粘度成正比 b、与压力成正比与料液粘度成正比 c、与压力成正比与料液粘度成反比 d、与压力成反比与料液粘度成反比 答案：b 5、反渗透传质机理可以用“优先吸附-毛细孔流动”模型解释，该模型认为反渗透膜材料为（）。 a、亲水膜 b、疏水膜 c、离子交换膜 d、荷电膜 答案：a 6、从制作成本和装填密度的角度考虑，选择_______组件是适宜的。 A．卷式B．中空纤维C．毛细管式D．平板式 答案：b 7、反渗透的前处理通常需要加FeCl3 进行絮凝，目的是去除水中的______。 A．胶体B．金属氧化物C．微生物D．有机污染物 答案：a 8、当压力较低膜面尚未形成浓差极化时，通量与压力成（）。 A．正比B．反比 C．对数关系D．指数关系 答案：a 9、当压力逐渐增加，膜面形成浓差极化时，通量（）。 A．增加放缓B．下降 C．维持不变D．达到极大值 答案：d 10、对于电渗析器，增加，可提高脱盐效率。 a、级 b、段 c、膜对数 d、水量 答案：b 37、对于反渗透装置，增加，可提高脱盐效率。 a、级 b、段 c、流速 d、水量 答案：a 38、电渗析器的极限电流密度是指（） a、电极电压增加到极大值时的电流密度 b、膜对电压增加到极大值时的电流密度 c、处理水量最小是的电流密度 d、膜界面处出现浓差极化现象时的电流密度
污水的生物处理方法生 物膜法 集团文件发布号：（9816-UATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY-
污水的生物处理方法——生物膜法 教学要求： 1)掌握生物膜法的微生物学特征和工艺特征 2)掌握高负荷生物滤池、曝气生物滤池、塔式生物滤池以及生物转盘三 相传质和工艺运行特点。 3)掌握生物接触氧化特点及其工艺设计 第一节概述 生物膜——是使细菌、放线菌、蓝绿细菌一类的微生物和原生动 物、后生动物、藻类、真菌一类的真核微生物附着在滤料或某些载体上 生长繁殖，并在其上形成膜状生物污泥。 生物膜法：污水经过从前往后具有细菌→原生动物→后生动物、从 表至里具好氧→兼氧→厌氧的生物处理系统而得到净化的生物处理技 术。 一、生物构造及其对有机物的降解 1 生物膜的构造特征 生物膜(好氧层＋兼氧层＋厌氧层) Array＋附着水层(高亲水性)。 2 降解有机物的机理 1)微生物：沿水流方向为细菌—— 原生动物——后生动物的食物链 或生态系统。具体生物以菌胶团 为主、辅以球衣菌、藻类等，含
有大量固着型纤毛虫（钟虫、等枝虫、独缩虫等）和游泳型纤毛虫（楯纤虫、豆形虫、斜管虫等），它们起到了污染物净化和清除池内生物（防堵塞）作用。 2) 污染物：重→轻(相当多污带→α中污带→β中污带→寡污带). 3) 供氧：借助流动水层厚薄变化以及气水逆向流动，向生物膜表面供 氧。 4) 传质与降解：有机物降解主要是在好氧层进行，部分难降解有机物经 兼氧层和厌氧层分解，分解后产生的H 2S ，NH 3等以及代谢产物由内向外传递而进入空气中，好氧层形成的NO 3－－N 、NO 2－－N 等经厌氧层发生反硝化，产生的N2也向外而散入大气中。 5) 生物膜更新：经水力冲刷，使膜表面不断更新（DO 及污染物），维持 生物活性（老化膜固着不紧）。 二、生物膜的主要特征 1 微生物相方面的特征 1) 参与净化反应微生物多样化； 2) 食物链长，污泥产率低； 3) 能够存活世代较长的微生物； 4) 可分段运行，形成优势微生物种群，提高降解能力。 2 工艺方面的特征 1) 对水质水量变动有较强适应性； 2) 污泥沉降性能好，宜于固液分离； 3) 能处理低浓度污水；
第五章污水的生物处理方法（二）——生物膜法 教学要求： 1)掌握生物膜法的微生物学特征和工艺特征 2)掌握高负荷生物滤池、曝气生物滤池、塔式生物滤池以及生物转盘三相传质和工艺运行 特点。 3)掌握生物接触氧化特点及其工艺设计 第一节概述 生物膜——是使细菌、放线菌、蓝绿细菌一类的微生物和原生动物、后生动物、藻类、真菌一类的真核微生物附着在滤料或某些载体上生长繁殖，并在其上形成膜状生物污泥。 生物膜法：污水经过从前往后具有细菌→原生动物→后生动物、从表至里具好氧→兼氧→厌氧的生物处理系统而得到净化的生物处理技术。 一、生物构造及其对有机物的降解 1 生物膜的构造特征 生物膜(好氧层＋兼氧层＋厌氧层)＋附着Array水层(高亲水性)。 2 降解有机物的机理 1)微生物：沿水流方向为细菌——原生动物— —后生动物的食物链或生态系统。具体生物 以菌胶团为主、辅以球衣菌、藻类等，含有 大量固着型纤毛虫（钟虫、等枝虫、独缩虫 等）和游泳型纤毛虫（楯纤虫、豆形虫、斜 管虫等），它们起到了污染物净化和清除池 内生物（防堵塞）作用。 2)污染物：重→轻(相当多污带→α中污带→ β中污带→寡污带). 3)供氧：借助流动水层厚薄变化以及气水逆向 流动，向生物膜表面供氧。 4)传质与降解：有机物降解主要是在好氧层进 行，部分难降解有机物经兼氧层和厌氧层分解，分解后产生的H2S，NH3等以及代谢产物由内向外传递而进入空气中，好氧层形成的NO3－－N、NO2－－N等经厌氧层发生反硝化，产生的N2也向外而散入大气中。 5)生物膜更新：经水力冲刷，使膜表面不断更新（DO及污染物），维持生物活性（老化 膜固着不紧）。 二、生物膜的主要特征 1 微生物相方面的特征 1)参与净化反应微生物多样化； 2)食物链长，污泥产率低； 3)能够存活世代较长的微生物； 4)可分段运行，形成优势微生物种群，提高降解能力。 2 工艺方面的特征 1)对水质水量变动有较强适应性；
电位分析法（二） 三、离子选择电极(Membrane potential and ISE)和膜电位 1. 膜电位及其产生 膜电极(Membrane potential and ISE)，具有敏感膜且能产生膜电位的电极。膜电位产生于被分隔两边不同成分的溶液，测量体系为： 参比电极1|溶液1|膜|溶液2|参比电极2 膜电极特点:仅对溶液中特定离子有选择性响应（离子选择性电极）。 膜电极的关键：选择膜的敏感元件。 敏感元件构成：特殊组分的玻璃、单晶、混晶、液膜、高分子功能膜及生物膜等。 膜电极组成的半电池，没有电极反应； 相界间没有发生电子交换过程。 表现为离子在相界上的扩散，造成双电层存在，产生界面电位差。该类主指离子选择性电极。?膜电位: = 膜内扩散电位和膜与电解质溶液形成的内外界面的Donnan电位的代数和。 膜电位=扩散电位(膜内) + Donnan电位(膜与溶液之间) （1）扩散电位：液液界面或固体膜内，因不同离子之间或离子相同而浓度不同而发生扩散即扩散电位。其中，液液界面之间产生的扩散电位也叫液接电位。 特点：这类扩散是自由扩散，正负离子可自由通过界面，没有强制性和选择性。 （2）Donnan电位： 选择性渗透膜或离子交换膜，它至少阻止一种离子从一个液相扩散至另一液相或与溶液中的离子发生交换。这样将使两相界面之间电荷分布不均匀——形成双电层——产生电位差——Donnan 电位。 这类扩散具强制性和选择性。 2. 离子选择性电极 ISE 原电极 晶体膜 均相膜如F-,Cl-,Cu2+ 非均相膜如硅橡胶膜 非晶体膜刚性基质如PH,PNa 流动载体带正电荷如NO3-,ClO4-,BF4- 带负电荷如Ca2+, Mg2+ 中性如K+ 敏化电极气敏电极如CO2, NH4+电极 生物电极如酶电极，生物组织电极
第七章污泥处理与处置 一、概述 （一）污泥的来源与分类 1、初次沉淀污泥：初沉池。 2、剩余活性污泥与腐殖污泥：来自活性污泥法和生物膜法二沉池，前者剩余活性污泥，后者腐殖污泥。 3、消化污泥：初次沉淀污泥、剩余活性污泥与腐殖污泥经消化稳定后的污泥。 4、化学污泥：混凝、化学沉淀产生的污泥 5、有机污泥：剩余活性污泥与腐殖污泥、油泥。 6、无机污泥：石灰中和、混凝沉淀、化学沉淀。 （二）污泥的性质指标 1、含水率： V1/V2=W1/W2=(100-p2)/(100-p1)=c2/c1 1/2=(100-90)/(100-80)=10/20 1/2=(100-80)/(100-60)=20/40 无论含水率如何，干污泥相等 V1﹒c1 = V2﹒c2 = V1﹒(100-p1) = V2﹒(100-p2) 比重：接近于1。 比阻：单位过滤面积、单位质量所受到的过滤阻力，m /kg、s2/g。 毛细吸水时间：污泥中的水在吸水纸上渗透距离为1cm所需要的时间。 挥发性固体和灰分：VSS和NVSS。 污泥的可消化程度：可降解有机物含量。 污泥的肥分：氮、磷、钾、有机质、微量元素。 污泥的卫生学指标：含有寄生虫卵、病原菌、病毒等，城镇污水处理厂具体指标：蠕虫卵死亡率、粪大肠菌群值。 污泥稳定化控制指标： 厌氧消化有机物降解率（%）>40 好氧消化有机物降解率（%）>40 好氧堆肥含水率（%） <65 有机物降解率（%）>50 蠕虫卵死亡率（%）>95 粪大肠菌群菌值 >0.01 城镇污水处理厂的污泥应进行污泥脱水处理，脱水后污泥含水率应小于80%。 农用污泥控制标准 （三）污泥处理的目标 1、减量化：脱水。进入生活垃圾填埋场，含水率小于60%。
微生物电极法BOD快速测定仪 一、微生物电极法BOD快速测定仪仪器简介： ?生物化学需氧量(Biochemical Oxygen Demand, BOD)作为国际上最常用最重要的水质有机污染指标和检测参数之一，其传统方法：五日生化需氧量(BOD5)标准稀释法，仍是目前国内外比较普遍采用的分析检测方法，但该标准方法需要5天分析周期，操作过程烦琐，因而给污水处理及环境检测带来了许多不便。广大的环境检测人员迫切需要一种测量迅速、准确的快速测定仪，以提高工作效率和减少劳动强度。 ?50型微生物电极法BOD快速测定仪检测速度更快，操作方式更简洁，缩短了微生物膜培养时间，进一步提高了产品的检测精度。50型BOD快速测定仪采用微生物电极法，能快速测定水样中的BOD值，而且操作简便，测量准确。其原理基于微生物对有机物的耗氧代谢，测定BOD 只涉及到初始氧化速率，因而可在5-8分钟内完成一个样品的测定。大大缩短了测定所需的时间。该方法符合《水质生化需氧量（BOD）微生物传感器快速测定法》（HJ/T86-2002），在2002年出版发行的《水和废水检测分析方法》（第四版）列为A类方法。 二、微生物电极法BOD快速测定仪产品用途： 微生物电极法BOD快速测定仪采用微生物电极法，能快速测定水样中的BOD值，而且操作简便，测量准确，测定速度快，适用于测定地表水、生活污水、不含对微生物明显毒害作用的工业废水中的BOD。 三、微生物电极法BOD快速测定仪主要特点： 1、原理先进：采用微生物电极法
2、结果准确：与五日法有较强可比性 3、操作简单：微电脑控制，智能化测量 4、测量时间：5-8分钟完成一个样品测定 5、维护简单：只需定期更换微生物膜和输液管 6、水样无需前处理，抗干扰能力强 7、安全性高：所用菌种对人体无害 8、可靠性高：结构简单，无易损器件，寿命长 9、打印功能：配微型打印机，测量结果打印输出。 四、微生物电极法BOD快速测定仪执行标准： HJ/T 86-2002《水质生化需氧量（BOD）的测定微生物传感器快速测定法》 五、技术指标： 1、测微生物电极法BOD快速测定仪量范围：2—50 mg/L（最高可测5000mg/L） 2、重复性：≤ 5% 3、准确度：优于±5% 4、分辨率：0.1 mg/L 5、一次测样时间：5-8分钟 6、进样方式：恒流连续进样 7、缓冲溶液消耗：5ml/min 8、所需样品体积：每测一次需50ml 9、环境温度：（5—40）℃ 10、相对湿度：≤90% 11、功率：100W 12、电源：AC220V 50Hz 13、外部尺寸：（560× 360× 210） mm 14、重量： 16kg（含包装20kg） 六、微生物电极法BOD快速测定仪测量原理： 微生物电极法BOD快速测定仪采用微生物电极法，将微生物膜紧贴在极谱式溶解氧电极的透氧膜表面，即构成微生物电极。仪器采用流通测量方式，即样品以流动方式通过微生物电极微生物膜里含有大量好氧微生物，在有氧和有机物的环境下非常活跃，氧电极的输出电流与溶解氧
第七章 一、名词解释： 生物膜法接触曝气池 二、填空： 1，生物膜法是将微生物固定在______________上用于处理废水。 2，高负荷生物滤池在运行中将_______回流，_______以提高_________,提高生物膜、更新速度，防止滤池________。 3，生物转盘的基本构造有：_________、________、__________、__________等。 4，生物膜脱落的原因主要有：__________________________。 5，普通生物滤池由________,___________,___________和___________等组成。 三、判断题： 1，与活性污泥相比，生物膜的泥龄更长。（） 2，活性污泥的产泥量比生物膜法少。（） 3，与活性污泥相比，生物膜法的处理负荷更高。（） 4，生物接触氧化法的反应器为接触氧化池，也称为淹没式生物滤池。（） 四、简答题： 1，简述生物膜结构及其工作原理。 2，生物膜处理法的运行特征是什么？ 3，生物转盘的工作原理是什么？ 4，接触氧化池对填料的要求是什么？ 5，生物接触氧化池的特点是什么？ 6，生物接触氧化池的优、缺点是什么？ 7，生物膜脱落的原因是什么？ 五、计算题： 1，某住宅小区人口10000人，排水量标准100L/（人?d），经沉淀处理后BOD5值为135mg/L,处理水的BOD5值不得大于15mg/L。拟采用生物转盘处理，试进行生物转盘设计。 答案 一：名词解释 1，微生物固定于载体的表面形成所谓生物膜，当废水流经其表面时，互相接触，成为附着生长。 2，生物接触氧化处理技术在处理过程中，采用与曝气池相同的相同的曝气方法，提供微生物氧化有机物所需要的氧量，并起搅拌混合作用。 二：填空 1，载体的表面 2，二次沉淀池表面负荷堵塞 3，盘片接触反应槽转轴及驱动装置 4，进水中含有过量毒物或抑制生物生长的物质。 5，池体滤料布水装置排水系统 三：判断题 对错对对 四：简答题 1，结构：好氧层、厌氧层、附着水层和流动水层 工作原理：当流动水流经滤料表面时，有机物会从流动着的雾水中通过扩散
膜电极法测定五日生化需氧量(BOD5)影响因素分析与探讨 摘要随着现代环境检测技术的发展，膜电极法测定五日生化需氧量正逐步代替碘量法测定。本文简述了膜电极法测定五日生化需氧量的各种影响因素，如接种稀释水，pH的调节，稀释倍数等等，及相关的注意事项。 关键词五日生化需氧量影响因素 在当前水体污染物中，有机污染物仍然是影响水质的重要因素，尤其在我国各主要河流、湖泊中超标情况十分严重。而反映水体有机物污染的综合指标主要有高猛酸盐指数、化学需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、总有机碳（TOC）等几种，因BOD是表示微生物自然降解有机物的量，即水中有机物分解时所消耗的溶解氧，符合水体自净的实际情况和大部分污水处理技术工艺路线，[1]因此，BOD对水体污染反映更具有实际意义。 生物氧化全过程进行的时间很长，完成此过程需100多天。目前国内外普遍规定20℃±1℃培养5d, [2]即五日生化需氧量（BOD5），其分析方法有非稀释法、稀释和接种法两种，但对于日常分析采用最多的则是稀释接种法。而测定样品培养前后的溶解氧膜电极法具有快速、简便、抗干扰的特性。针对样品测定时会受到稀释水、接种液、稀释倍数等等影响因素，结合实际工作总结，提出了以下影响因素及相应改进方法。 1 稀释接种水 曝气时间和溶解氧的平衡 按照标准要求稀释水的曝气时间至少1小时，但是对于溶解氧最终要达到8mg/L的要求来说，实验室环境条件完全恒温在20℃，可能会无法达到这个要求，而冬夏两季对此影响则更明显。为此，笔者做了多次实验，夏季曝气时间至少为4小时，冬季为1小时，然后均放入培养箱中，20℃平衡24小时，其溶解氧均能满足要求。见表1 表1稀释水曝气时间和溶解氧平衡关系表 冬季曝气室温(℃) 17 18 18 19 20 曝气时间（h）2 1 3 2 4 平衡后DO(mg/L) 9.09 8.61 8.78 8.56 8.27 夏季曝气室温(℃) 24 24 26 23 25
生物膜法的基本原理 1、生物膜在载体上的生长过程：当有机污水或由活性污泥悬浮液培养而成的接 种液流过载体时，水中的悬浮物及微生物被吸附于固相表面上，其中的微生物利用有机底物而生长繁殖，逐渐在载体表面形成一层粘液状的生物膜。这层生物膜具有生物化学活性，有进一步吸附、分解污水中呈悬浮、胶体和溶解状态的污染物。 2、生物膜的降解机理 (1)物质的传递 1）空气中的氧溶解于流动水层中，通过附着水层传递给生物膜； 2）有机污染物则由流动水层传递给附着水层，然后进入生物膜； 3）微生物的代谢产物如H2O等则通过附着水层进入流动水层，并随其排走； 4）CO2及厌氧层分解产物如H2S、NH3以及CH4等气态代谢产物则从水层逸出进入空气中。 (2)膜的生长与脱落 1）生物膜降解有机物的过程，也是膜生长的过程； 2）好氧层与厌氧层的平衡稳定关系； 3）厌氧层加厚，生物膜老化、脱落。 二、生物膜的主要特征 1、生物相方面的特征： （1）微生物多样化 （2）生物的食物链长 （3）能够存活世代时间较长的微生物 （4）分段运行与优占种属 2、处理工艺方面的特征： （1）对水质、水量变动有较强的适应性 （2）污泥沉降性能良好，宜于固液分离 （3）能够处理低浓度的污水 4）易于维护运行、节能 三、生物滤池 1、生物滤池法的特征： 生物滤池法是在砂滤池的基础上发展起来的一种生物膜处理方法，它利用滤料表面形成的一层生物膜来净化污水。在滤池内，污水由于重力作用自上而下地连续流经滤料，滤料表面的微生物借助酶的作用，使被吸附和吸收的有机物在氧气的参与下进行氧化分解，同时微生物又以有机物为营养进行自身繁殖。老化的微生物附着力差，在污水冲刷会不断脱落，脱落后随水流出滤池，同时新的生物膜不断生长，因而处理可连续进行。 2、典型构造 生物滤池主要由池壁、池底、滤料、布水器等部分组成。 滤料：组成滤层的过滤材料。常以花岗石、安山岩、闪绿岩等较硬的岩石以及无烟煤等材料制成。
生物膜法净水的机理 时间：2012-08-16 来源：阿里学院作者： 生物膜（Biofilm）是通过附着而固定于特定载体上的结构复杂的微生物共生体。相对于活性污泥来说，在单位体积生物膜中所含的微生物数量更高、比表面积更大。生物膜比活性污泥具有更强的吸附能力和降解能力，可以吸附和降解污水中的各种污染物，具有速度快、效率高的特点。在使用生物膜法处理污水时，要求在处理系统的构筑物中装填一定数量的填料，这些填料一方面可以扩大处理系统的比表面积，另一方面为微生物提供附着固定的载体。生物膜处理系统的性能、效率取决于其中微生物活性的高低和所装填料的多少及其比表面积。一般来说，生物膜法较多应用于特殊行业的废水处理中，如印染废水等。 根据生物膜法处理系统中所用的填料的不同，生物膜法又可以分为以下几种类型： 滴滤系统（Trickling filter system） 该系统是一种简单且相对便宜的膜式好氧处理装置。在该处理系统中，通过转动的栅栏喷淋装置将污水均匀分布于多孔处理床（例如由石子等铺成）上。在多孔处理床上可生长多种微生物群落和原生动物。当污水缓慢地流过处理床时，微生物就吸收并降解了其中的有机成分，使得污水得到处理。在这样的处理系统中，天然形成了食物链，微生物利用有机物生长繁殖，原生动物等以微生物为食，从而维持在一个动态平衡中。如果污水中的营养（BOD）过高，就会导致微生物的过量生长繁殖从而引起多孔处理床的堵塞，这样便会降低处理效果。 旋转生物接触氧化系统（Rotating Biological Contactor，RBC）或生物转盘 在这样的处理系统中，一系列圆盘结构装置部分浸没于污水中，部分在空气中并不断地旋转，这样便保持了良好的通气效果及与污水的接触，从而在圆盘上形成了“生物膜”。这样的“生物膜”是由各种微生物、原生动物等构成的微生物群落。在扫描电镜下，典型的生物转盘的“生物膜”有两层结构，外层主要由丝状菌等好氧微生物组成，内层由包括脱硫弧菌在内的厌氧微生物构成。因此这样的“生物膜”具有去除BOD及无机物（主要是硫酸盐）
电活性生物膜：形成、表征及应用* 唐家桓1, 2, 3刘毅4周顺桂2袁勇2** 1中国科学院广州地球化学研究所 广州 510640 2广东省生态环境与土壤研究所 广州 510650 3中国科学院大学 北京 100049 4湖南农业大学生物科学技术学院 长沙 410128 要电活性生物膜（Electrochemically active bio? lms，EABs）是一类能够直接与胞外固态载体（铁氧化物、腐殖质及电极等）进行电子交换的生物膜. EABs的电子传递特性，赋予了它在环境、能源和化工等领域的 广泛应用前景，已成为 当前国际研究热点. 本文以革兰氏染色法为依据，分别介绍了腐败希瓦氏菌（Shewanella putrefaciens）、硫还原地杆菌（Geobacter sulfurreducens）和丁酸梭菌（Clostridium butyricum EG3）为代表的阴性和阳性电活性微生物；在普通生物膜的形成基础 上，讨论了EABs的两种主要培养方法；分别从EABs输出电子与接受电子的角度，详细论述了电活性微 生物与胞外载体的电子传递机制；重点阐述了利 用电化学、光谱学、电子显微镜、分子生态学等多技术手段表征单个电活性微生物和整个EABs的形态、结构，以及所揭示的胞 外电子传递机制和相关影响因子；对EABs在电能输出、污染物治 理、有价品合成等方面应用作了详细介绍. 最后，建议对EABs的研究建立一个统一、标准的表征方法，同时应重点研究EABs接受电子的传递机制. 对这些机理的深入了解，可使得EABs在污染物治理以及有机物的电合成等方面应用早日实现规模化、产业化生产. 图4 表1 参64 关键词 电活性生物膜；电活性微生物；胞外电子传递；生物电化学系统；微生物电合成 CLC Q939.9 : O646.54 Electrochemically active bio? lms: formation, characterization and application* TANG Jiahuan1, 2, 3, LIU Yi4, ZHOU Shungui2 & YUAN Yong2** 1Guangzhou Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510640, China 2Guangdong Institute of Eco-Environmental and Soil Sciences, Guangzhou 510650, China 3University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China 4College of Bioscience and Biotechnology, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China M icroorganisms commonly form bio? lms in order to strengthen their functions or survival in harsh environments. Electrochemically active bio? lms (EABs) are special because they can donate electrons to, or accept electrons from, electrodes or natural analogs of electrodes such as Fe(Ⅲ) oxides and humid acids. Numerous promising applications can be developed based on EABs, including bio-remediation of polluted soils or water, electricity generation from waste materials, biosensors to monitor microbial metabolic activities, and biosynthesis of desirable products. This paper is organized as follows. Section 1 describes some Gram negative and Gram positive electroactive microbes，including Shewanella putrefaciens, Geobacter sulfurreducens and Clostridium butyricum EG3. Section 2 presents two principal approaches for EABs cultivation after describing the development of common bio? lms that are not electroactive. Section 3 introduces the major electron-exchange mechanism, including how microorganisms get electrons from electrodes and how electrons from the decomposition of organic materials by mi c roorganisms are conducted to electrode. Section 4 introduces e lectrochemical, spectroscopic, microscopic and molecular ecological techniques used to characterize the morphology and structure of a single microorganism or EABs to reveal the electron transfer mechanisms and in? uencing factors. Applications of EABs, which include energy production, wastewater and soil pollution remediation, and chemicals electrosynthesis, are introduced. Finally, we conclude that a uniform and standard method should be built up, more efforts should be put in revealing the electron-exchange mechanism between the microorganisms and the supporters, especially about how EABs accept electrons from electrodes. More understanding of the 收稿日期 Received: 2014-03-17 接受日期 Accepted: 2014-05-26 *国家自然科学基金项目（21277035，41222006）、广东省科学院优秀人才基金项目（rcjj201101）和广东省科技攻关项目（2012B030800008）资助 Supported by the National Natural Science Foundation of China (21277035, 41222006), the Guangdong Provincial Key Science Foundation for Outstanding Young Talent (rcjj201101), and the Ministry of Major Science & Technology of Guangdong (2012B030800008) **通讯作者 Corresponding author (E-mail: yuanyong@https://www.doczj.com/doc/5912921576.html,)
7.1 用板框压滤机恒压过滤某种悬浮液，过滤方程为 252610V V A t -+=? 式中：t 的单位为s 。 (1)如果30 min 内获得5 3m 滤液，需要面积为0．4 2 m 的滤框多少个? (2)求过滤常数K ，e q ，e t 。 解：（1）板框压滤机总的过滤方程为 252 610V V A t -+=? 在t=30×60s=1800s 内，V=5m 3 , 则根据过滤方程有 52+5 = 6×10-5A 2 ×1800 求得需要的过滤总面积为A = 16.67 m 2 所以需要的板块数 n = 16.67 m 2/0.4 m 2 = 41.675 ≈42 （2）恒压过滤的基本方程为 222e V VV KA t == 与板框压滤机总的过滤方程比较可得 K= 6×10-5m 2 /s Ve = 0.5 m 3 , qe = Ve/A =0.5 m 3/16.67 m 2 =0.03 m 3/ m 2 te = qe 2/K = 0.03 /6×10-5 =15 s te 为过滤常数，与qe 相对应，可以称为过滤介质的比当量过滤时间，te = qe 2 /K 。 7.2 如例题7．3．3中的悬浮液，颗粒直径为0．1 m m ，颗粒的体积分数为0．1，在9．81 ×3 10Pa 的恒定压差下过滤，过滤时形成不可压缩的滤饼，空隙率为0．6，过滤介质的阻力可以忽略，试求： (1)每平方米过滤面积上获得1．5 3 m 滤液所需的过滤时间； (2)若将此过滤时间延长一倍，可再得多少滤液? 7.3 用过滤机处理某悬浮液，先等速过滤20 min ，得到滤液2 3 m ，随即保持当时的压差 等压过滤40 min ，则共得到多少滤液(忽略介质阻力)? 解：恒速过滤的方程式为 221 1 2 KA t V = 所以过滤常数为 2 121 2V K A t = 此过滤常数为恒速过滤常数，也是恒压过滤开始时的过滤常数，在恒压过滤过程中保 持不边，所以恒压过滤方程式为 222 2 2 2 2222 1121 1 21211 22V V t V V KA t V V A t V V A t t -=→-=→-= 222 22 6 1211222(2)2020 V t V V m t ?=+=?40+=
第十三章生物膜法 一、选择题 介于活性污泥法和生物膜法之间的是（）。 A．生物滤池 B．生物接触氧化池 C．生物转盘 D．生物流化床 【答案】B 【解析】生物接触氧化法又称浸没式曝气生物滤池，是介于活性污泥法和生物滤池二者之间的污水生物处理技术，兼有活性污泥法和生物膜法的特点，具有下列优点：①填料的比表面积大，池内的充氧条件良好，具有较高的容积负荷；②不需要污泥回流，不存在污泥膨胀问题，运行管理简便；③生物固体量多，水流属完全混合型，对水质水量的骤变有较强的适应能力；④有机容积负荷较高时，其F/M保持在较低水平，污泥产率较低。 二、填空题 1．滤料应有一定的______强度，良好的______稳定性，能提供大量的______和足够的______率。 【答案】机械；生物化学；表面积；孔隙 【解析】滤料是微生物生长栖息的场所，理想的滤料应具备下述特性：①能为微生物附着提供大量的表面积；②使污水以液膜状态流过生物膜；③有足够的孔隙率，保证通风（即保证氧的供给）和使脱落的生物膜能随水流出滤池；④不被微生物分解，也不抑制微生物生
长，有良好的生物化学稳定性；⑤有一定机械强度；⑥价格低廉。 2．曝气生物滤池承托层采用的材质应具有良好的______和______，一般选用______作承托层。 【答案】机械强度；化学稳定性；卵石 【解析】曝气生物滤池承托层采用的材质应具有良好的机械强度和化学稳定性，一般选用卵石作承托层，其级配自上而下为：卵石直径2～4mm，4～8mm，8～16mm；卵石层高度分别为50mm，100mm，100mm。 3．生物膜反应器可分为______、______和生物接触氧化池等。 【答案】生物滤池；生物转盘 【解析】生物膜法是一大类生物处理法的统称，包括生物滤池、生物转盘、生物接触氧化池、曝气生物滤池及生物流化床等工艺形式，其共同的特点是微生物附着生长在滤料或填料表面上，形成生物膜。 4．生物滤池的主要组成部分包括：______、______和排水系统。 【答案】滤床及池体；布水设备 【解析】生物滤池是生物膜法处理污水的传统工艺，主要由滤床及池体、布水设备和排水系统等部分组成。 5．生物转盘的级数一般不超过______级。 【答案】4
1. 被称为卵磷脂的磷脂分子是（） A.磷脂酰胆碱 B.磷脂酰乙醇胺 C.磷脂酰丝氨酸 D.鞘氨醇 2. 生物膜的各种成分中不属于双亲性分子的是（） A.磷脂 B.胆固醇 C.跨膜蛋白 D.膜周边蛋白 3. 最简单的糖脂分子是（） A.脑苷脂 B.神经节苷脂 C.单半乳糖基甘油二酯 D.三半乳糖基甘油二酯 4. 人体中多数细胞膜，其脂类与蛋白质含量相比（） A.脂类含量高很多 B.蛋白质含量高很多 C.脂类和蛋白质含量大致相等 D.仅含有脂类，不含有蛋白质 5. 最简单的磷酸甘油酯是（） A.磷脂酸 B.磷脂酰胆碱 C.磷脂酰乙醇胺 D.磷脂酰丝氨酸 E.鞘氨醇 6. 生物膜是指（） A.细胞膜的另一种说法 B.除线粒体膜以外的各种膜的总称 C.内膜系统的膜 D.细胞膜、细胞内膜和线粒体膜的总称 7. 下列生物膜中蛋白质/脂类比值最大的是（） A.神经髓鞘 B.人红细胞膜 C.内质网膜 D.线粒体外膜 E.线粒体内膜 8. 下列膜脂分子在膜中含量最多的是（） A.磷脂酰胆碱 B.磷脂酰乙醇胺 C.磷脂酰丝氨酸 D.鞘磷脂 9. 膜脂中最为重要的脂类是（） A.脂肪酸
B.糖脂 C.磷脂 D.胆固醇 10. 生物膜的主要化学成分是（） A.蛋白质和水 B.蛋白质和糖类 C.蛋白质和脂类 D.脂类和糖类 11. 细胞膜中跨膜蛋白与脂类的结合主要通过（） A.共价键 B.离子键 C.氢键 D.疏水键 12. 下列膜脂的运动方式中较不常见运动方式的是（） A.烃链的弯曲运动 B.侧向扩散运动 C.翻转运动 D.旋转运动 13. 关于细胞膜上的糖类不正确的描述是（） A.质膜中的糖类含量约占质膜重量的2%-10% B.主要以糖蛋白和糖脂的形式存在 C.糖蛋白和糖脂上的低聚糖从生物膜的胞质面伸出 D.与细胞免疫、细胞识别及细胞癌变有密切关系 14. 磷脂分子在细胞膜中的排列规律是（） A.极性头部朝向膜的内、外两侧，疏水尾部朝向膜的中央 B.极性头部朝向膜的外侧，疏水尾部朝向膜的内侧 C.极性头部朝向膜的内侧，疏水尾部朝向膜的外侧 D.极性头部朝向膜的中央，疏水尾部朝向膜的内、外两侧 15. 下列分子不属于构成膜的化学成分的是（） A.蛋白质 B.脂类 C.糖类 D.核酸 16. 细胞膜的特定功能是由组成膜的哪类生物大分子决定的（） A.蛋白质 B.脂类 C.糖类 D.核酸 17. 一般来说，膜的功能越复杂，蛋白质/脂类该比值（） A.越大 B.越小 C.恒定不变 D.可大可小，无相关性 18. 以下关于跨膜蛋白的描述，错误的是（）
微生物电极法检测BOD 生化需氧量（BOD5）传统的测定方法为标准稀释法，该方法需要５天分析周期，操作过程烦琐，因而给污水处理及环境检测带来了许多不便。 YC71-LB50型BOD快速测定仪采用微生物电极法，能快速测定水样中的BOD值，而且操作简便，测量准确。其原理基于微生物对有机物的耗氧代谢，可在８分钟内完成一个样品的测定，大大缩短了测定所需的时间。该方法符合《水质生化需氧量（BOD）微生物传感器快速测定法》（HJ/T86-2002）要求，在2002年出版发行的《水和废水检测分析方法》（第四版）中列为Ａ类方法。 ★测量原理：当含有饱和溶解氧的样品进入流通池中与微生物传感器接触，样品中溶解性可生化降解的有机物收到微生物菌膜中菌种的作用而消耗一定的氧，使扩散到氧电极表面上氧的质量减少。当样品中可生化降解的有机物向菌膜扩散速度（质量）达到恒定时，此时扩散到氧电极表面上氧的质量也达到恒定，因此产生一个恒定的电流。由于恒定电流的差值与氧的减少量存在定量关系，在其线性范围内，消耗的溶解氧与有机物的浓度成正比，溶解氧电极测出溶解氧的减少量，从而计算出BOD值。 ★仪器特点： 原理先进: 采用微生物电极法。 结果准确: 与五日法有较强可比性。 操作简单: 微电脑控制，智能化测量。 测量时间短: ８分钟完成一个样品测定。 维护简单: 只需定期更换微生物膜和输液管。 费用低廉: 消耗品价格低。 可靠性高: 结构简单，无易损器件，寿命长。 打印功能: 配微型打印机，测量结果打印输出。 ★技术指标： 测量范围：1mg/L～4000mg/L 重复性：10% 一次测样时间：8分钟 进样方式：恒流连续进样 缓冲溶液消耗：4.5ml/min 所需样品体积：每测一次约需40ml 使用温度范围：5℃～35℃ 环境湿度：≤70% 外部尺寸：560mm×360mm×200mm 重量：20kg 一次测量时间=采样时间8分钟+清洗时间6分钟=14分钟 一次可测样品数：1个