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5.2 生物膜的结构与功能

5.2 生物膜的结构与功能

基础生物化学Basic Biochemistry第5章脂类与生物膜5 脂类与生物膜5.2 生物膜的结构与功能✓生物膜的结构✓生物膜的功能•生物膜将细胞与外界隔离，并实现细胞内部的“区域化”，为生命体的基本单元提供了必需的结构基础。

•生物膜包括：✓细胞膜（质膜）✓内膜系统生物膜的结构✓化学组成：生物膜是由脂质、蛋白质和糖类组成，此外还有微量的核酸、金属离子和水。

✓功能越复杂，蛋白含量相对越多。

膜脂(membrane lipids)•膜脂主要包括磷脂、糖脂和胆固醇，其中磷脂约占整个膜脂的50％以上。

•无论是磷脂还是糖脂、无论是甘油脂还是鞘脂，具有亲水的头部和疏水的尾部。

微团(micelles)双层(bilayer) 脂质体(liposome)膜蛋白(membrane proteins)✓膜蛋白是赋予生物膜特殊功能的重要成分，不同的膜蛋白赋予生物膜不同的功能，如离子通道蛋白、受体蛋白等。

✓根据膜蛋白与脂质分子的结合方式和分离的难易程度分为外周蛋白和内在蛋白。

•内在蛋白也称整合蛋白或跨膜蛋白。

内在蛋白含有较多的疏水性氨基酸，与膜脂的疏水部分牢固结合。

单螺旋跨膜蛋白血型糖蛋白多螺旋跨膜蛋白细菌视紫红质Beta-卷筒跨膜蛋白外周蛋白•外周蛋白膜外周蛋白位于脂双层的表面，通过离子键与磷脂的极性头部或通过氢键与膜内在蛋白亲水结构域，与膜疏松结合。

•提高离子强度、pH或温度就可将其从质膜上分离下来，而不破坏膜结构。

•有的外周蛋白也通过共价连接的非极性烃链插入脂双层内部而使外周蛋白稳定地结合在膜表面，因此又称为脂锚定蛋白（anchoring protein ）•棕榈酰豆蔻酰法尼基流动镶嵌模型(S.J. Singer, G. Nicholson,1972)流动镶嵌模型的特征：✓脂质双分子层是生物膜的基本骨架。

✓膜蛋白的多寡决定着膜的功能✓膜的不对称性✓膜脂的分布不对称✓膜蛋白和寡糖的分布不对称✓膜的流动性•膜的流动性主要是脂质分子的侧向运动，同时，膜脂分子还能围绕轴心作自旋运动、尾部摆动以及双层脂分子之间的翻转运动。

生物化学—生物膜课件

生物化学—生物膜课件

质膜与ATP的合成与分解
01
质膜的结构与功能
质膜是细胞膜的另一个重要组成部分，它包围了整个细胞 并与其他细胞器膜相连。质膜主要由磷脂分子和蛋白质组 成，具有选择通透性，能够控制分子和离子的进出细胞。
02 03
ATP在质膜中的合成与分解
质膜中存在着ATP合成酶和ATP水解酶，分别参与ATP的 合成和分解过程。在合成过程中，质子泵通过质膜将质子 泵出或泵入细胞，产生的能量用于合成ATP。在分解过程 中，ATP水解酶利用ATP中的特殊化学能将其分解为ADP 和磷酸根离子。
是细胞表面的一层薄膜，是细胞与外 界环境之间的界面，对细胞起着保护 和调节作用。
生物膜的结构与组成
磷脂双分子层
构成生物膜的基本骨架，具有流动性。
蛋白质
镶嵌或贯穿于磷脂双分子层中，具有多种功 能。
糖类
与蛋白质结合形成糖蛋白，参与细胞识别等 。
生物膜的功能与作用
物质运输
生物膜可控制物质进出细胞，如主动运输、 被动运输等。
显微观察
通过光学显微镜或电子显微镜观察生物膜的超微结构，了解膜的厚度、颗粒大小及排列等特征。
生物膜的提取与纯化技术
提取
采用适当的溶剂或缓冲液将生物膜从细胞或其他生物材料中分离出来。
纯化
通过一系列分离纯化技术，如离心、超滤、凝胶电泳等，去除杂质，获得纯度较高的生 物膜。
生物膜的电生理技术
膜片钳技术
生物膜在能量转换中的作用
生物膜在能量转换中起着至关重要的作用。质膜通过控制 质子的泵入和泵出来调节ATP的合成与分解，确保能量的 高效利用和细胞的正常代谢活动。同时，生物膜还参与了 其他多种细胞活动，如物质的跨膜运输、信号转导和细胞 分化等。
05

生物膜的结构和功能1

生物膜的结构和功能1

生物膜中的脂类，大都是极性脂质，包括： 磷脂(phospholipids)：甘油磷脂(phosphoglycerides)
鞘磷脂(sphingophospholipids) 类固醇(steroids) 糖脂(glycolipid)
§5.2.1.1 磷脂（ phospholipids ）
含有磷酸基团的脂类称为磷脂。它们是生 物膜中最重要的脂类。
凭借膜的选择性通透性和多种输运机制，各种离子在膜两侧
形成离子浓度梯度并造成跨膜电位差（electric potential difference across membrane ） 。 膜 的 这 种 能 力 不 仅 对 于 可 兴 奋 细 胞 （excitable cells）如神经肌肉细胞是至关重要的，而且在所有细 胞对环境的响应中也起重要作用。实际上各种细胞器的生物膜都存 在可以调节物质跨膜运动的调节机制。
糖脂分为糖鞘脂和甘油醇糖脂两类。
§5.2.1.3.1 糖鞘脂类(glycosphingolipids)
动物细胞中的糖脂主要以糖鞘脂类的形式 存在。这类糖脂包括两个种类, 脑苷类脂和神 经节苷脂。
由于糖鞘脂在质膜的外单层含量很高，这 就有助于质膜表面通过寡糖链部分与外源配体 相互作用，或起着调节蛋白质受体的作用。再 者，鞘糖脂可作为胚胎细胞分化的标记物，被 其他细胞的表面所识别，这是细胞识别和分化 的重要基础。最近，还发现其在蛋白分选中起 作用
第二部分 膜与细胞生物物理
第五章 生物膜的结构和功能
生物膜是所有细胞的共同特征。（病毒不是由细胞，无膜）
{ { 生物膜系统
细胞质膜 内膜系统
内质网和高尔基体 溶酶体和囊泡 核被膜
线粒体膜和叶绿体膜
§5.1 生物膜功能的概述

第五章 脂类和生物膜

第五章 脂类和生物膜

功能：选择性透过物质运输通道，信息识别受体。
以非共价键结合
静电力结合
Pr分子末端片段插入膜中
以单一a螺旋跨膜
以多段a螺旋跨膜
通过共价键结合的脂插膜
（三）糖类
质膜：糖类占质膜2-10%，大多与膜蛋白结合，少数与膜脂结合。 内膜系统
分布于质膜表面的糖残基形成一层多糖-蛋白质复合物（细胞外壳-糖萼）
糖蛋白功能：糖蛋白与大多数细胞的表面行为有关，细胞与周围环境的 相互作用都涉及到糖蛋白，在接受外界信息及细胞间相互识别方面有重 要作用。 二、生物膜的分子结构 （一）生物膜中的分子作用力 1、静电力：一切极性和带电基团之间，相互吸引或排斥 2、疏水作用：对维持膜结构起主要作用 3、范德华力：使膜中分子彼此靠近，在膜结构中也很重要。
四、脂质过氧化作用对机体的损伤 1、中间产物自由基导致蛋白质分子的聚合 2、脂质过氧化终产物可与蛋白质的氨基发生作用导致多肽 链的链内交联和链间交联。被修饰了的蛋白质和酶失去生 物活性，导致代谢异常。 3、脂质过氧化对膜的伤害 脂质过氧化的直接结果是不饱和脂肪酸减少，膜脂的 流动性降低。 4、脂质过氧化和动脉粥样硬化 5、脂质过氧化和衰老 老年斑、老年色素、脂褐素、黑色素
（二）膜蛋白 20-25%蛋白质与膜结构相联系，根据在膜上的定 位可分为膜周边蛋白质和膜内在蛋白质。 1、膜周边蛋白质（占膜蛋白的20-30%—外周蛋白 分布于膜的脂双层表面，通过静电力或非共价键与 其它膜蛋白相互作用连接到膜上，膜周边蛋白易于 分离，改变离子强度或金属螯合剂可提取，这类蛋 白质溶于水。 2、膜内在蛋白质（占膜蛋白的70-80%）
②协助扩散—溶质在顺浓度梯度扩散时，依赖于特定载体。 这些载体主要是镶嵌在膜上的多肽或蛋白质，属于透性酶 系，通过载体构象的变化完成运输，如：红细胞膜对葡萄 糖的运输。 两者的区别：协助扩散具有明显的饱和效应。 （二）主动运输（运送） 定义：凡物质逆浓度梯度的运输过程。 特点：①专一性（有的细胞膜只能运输氨基酸,不能运输葡 萄糖）；②运输速度可达到饱和状态（需载体蛋白）；③ 方向性（细胞总是向外运输Na+，向内运输K+以维持正常的 生理功能）④选择性抑制（乌本苷抑制Na+向外运输，根皮 苷抑制肾细胞对G的运输）⑤需提供能量 主动运输过程发生需要两个体系：一是参与运输的传递体、 二是酶系组成的能量传递系统。

生物化学 第五章 生物膜

生物化学 第五章 生物膜

(2) 嵌 入 蛋 白
这类蛋白被紧密连 在膜上，并且不易溶 于水。主要靠疏水作 用通过某些非极性氨 基酸残基与膜脂疏水 部分相结合。 只有用破坏膜结构 的试剂，如有机溶剂 （氯仿）、超声波、 或去污剂（TritonX100）、SDS才能把它 们从膜中提取出来。

1998,美国MacKinnan 实验室获得链霉菌 倒锥形跨膜K+通道的 晶体。
4个亚单位，每个亚单位 包括两段跨膜螺旋。
K+半径=0.133nm Na+半径=0.093nm
膜锚蛋白

内在蛋白的一 种特殊形式
有些膜内在蛋白本身并没有进入膜内，他们以共价键 与脂质、脂酰链或通过糖分子间接与脂质相结合并通过 他们的疏水部分插入到膜内，这种形式的内在蛋白称为 膜锚蛋白。
3. 糖类

影响膜脂流动性的因素
A.磷脂分子中脂肪酸链的长短及不饱和程度： 链越短,不饱和程度越高,流动性越大. B.胆固醇的含量：胆固醇对膜脂流动性有一定 的调控作用,


在相变温度以上，胆固醇的闭合环状结构干扰了 脂酰链的旋转异构化运动，因此降低膜的流动性， 在相变温度以下，阻止脂酰链的有序排列，降低 相变温度，保持膜的流动性。
鞘磷脂
H H O CH3 H3C-(CH2)12-C C- C- C- CH2-O-P-O-CH2-CH2-N+-CH3 H OH N-H OCH3 鞘氨醇 O C 胆碱鞘磷脂 R1
鞘氨醇作骨架 分子中有亲水的磷酸化的头部（胆碱或乙醇胺）和
疏水的两个碳氢链，其中一条来自鞘氨醇，另一条 来自脂肪酸。脂肪酸以酰胺键连在鞘氨醇上。
双半乳糖甘油二酯
③固 醇
又名甾醇，也是一类 重要的膜脂。 动物膜固醇主要是胆 固醇，植物主要有豆 固醇、谷固醇等，许 多真菌以麦角固醇为 主。

生物化学 第五章 生物膜

生物化学 第五章 生物膜
包括脂烃链的链长和不饱和程度，胆固醇、 鞘磷脂的含量，膜蛋白以及温度、pH、离 子强度、金属离子等等。
脂肪酸烃链越长，其间相互作用也越强，脂 质双分子层的流动性将会降低。
脂肪酸烃链不饱和程度越高，流动性越强。
因为不饱和脂肪酸的顺式双键会产生烃链
的扭曲，并且会促进双键两侧烃链的旋转
运动，分子间的距离也增大，降低了脂质
内在蛋白质约占膜蛋白的70%80%左右， 往往担负着重要的功能，如受体、通道、载 体和膜酶等都是内在蛋白。内在蛋白质与脂
双层疏水区相接触的部分中，由于水分子的
排除，多肽分子本身形成氢键的趋向大大增
加，因此它们往往以α-螺旋或β-折叠形式存
在，尤其以前者更为普遍（图5-12）。
膜锚蛋白 有些膜内在蛋白本身并没有进入膜内，而 是以共价连接到膜脂上，如碱性磷酸酯酶， 它与糖基磷脂酰肌醇共价连接。有时也把 它们称为膜锚蛋白。
第五章 生物膜
第一节 生物膜的化学组成 第二节 生物膜的结构 第三节 生物膜的功能
生物体的基本结构与功能单位是细胞，生物 膜是细胞的质膜和内膜系统（如线粒体膜、 叶绿体膜、内质网膜、高尔基体膜和核膜等） 的统称。质膜是细胞与外界的屏障，而内膜 系统将细胞内的空间分割成具有相互独立的 结构和功能的小室。细胞的物质运输、能量 转换、细胞识别及信息传递等生命活动都与 生物膜密切相关。生物膜是由脂质、蛋白质 及糖类等组成的超分子体系，其中脂质是生 物膜的骨架，膜蛋白是生物膜功能的主要体 现者。
（二）糖脂 一类含有糖基的甘油酯，此类脂质与甘油磷 脂一样均是甘油的衍生物，一般将含有糖 基的脂类即糖脂复合物也称为糖脂。 组成生物膜的糖脂主要为甘油糖脂和鞘氨 醇糖脂。 甘油糖脂由甘油二酯与糖类（半乳糖、甘 露糖和脱氧葡萄糖）组成。植物和细菌的 细胞膜中。 鞘氨醇糖脂由鞘氨醇、脂肪酸和糖类组成， 包括脑苷脂和神经节苷脂 。动物的细胞膜 中。

生物膜的流动镶嵌模型教案设计

生物膜的流动镶嵌模型教案设计第一章：生物膜的基本概念1.1 生物膜的定义与重要性1.2 生物膜的组成成分1.3 生物膜的结构与功能关系第二章：生物膜的流动性质2.1 生物膜的流动性特征2.2 生物膜的流动模型2.3 生物膜流动性的实验观察第三章：生物膜的镶嵌模型3.1 生物膜的镶嵌模型概念3.2 蛋白质在生物膜中的分布与功能3.3 磷脂双分子层的结构与功能第四章：生物膜的相互作用与信号传导4.1 生物膜蛋白之间的相互作用4.2 生物膜信号传导机制4.3 生物膜信号传导在细胞生理过程中的作用第五章：生物膜的流动镶嵌模型在科学研究中的应用5.1 生物膜流动镶嵌模型在细胞生物学研究中的应用5.2 生物膜流动镶嵌模型在疾病研究中的应用5.3 生物膜流动镶嵌模型在药物研发中的应用第六章：生物膜流动镶嵌模型的实验技术6.1 荧光标记技术在生物膜研究中的应用6.2 电子显微镜技术在生物膜研究中的应用6.3 生物膜流动镶嵌模型的动态观察与分析技术第七章：生物膜流动镶嵌模型在生物体系中的应用7.1 细胞膜的流动镶嵌模型7.2 内质网、高尔基体等细胞器的膜结构与流动镶嵌模型7.3 细胞核膜的流动镶嵌模型第八章：生物膜流动镶嵌模型在疾病中的作用8.1 生物膜流动镶嵌模型与细胞信号转导异常8.2 生物膜流动镶嵌模型与膜蛋白质功能失调8.3 生物膜流动镶嵌模型与细胞凋亡、炎症等疾病的关系第九章：生物膜流动镶嵌模型的理论研究与计算模型9.1 生物膜流动镶嵌模型的理论基础9.2 生物膜流动镶嵌模型的计算模型与模拟方法9.3 生物膜流动镶嵌模型在理论研究与计算生物学中的应用第十章：生物膜流动镶嵌模型的教学实践与思考10.1 生物膜流动镶嵌模型教案的设计与实践10.2 生物膜流动镶嵌模型教学中的难点与解决策略10.3 对生物膜流动镶嵌模型教学的思考与展望重点和难点解析一、生物膜的基本概念难点解析：生物膜的组成成分中各种磷脂和蛋白质的种类、结构及功能的理解；生物膜的结构与功能关系的深入理解。

生物膜 ppt课件

•
医疗的视角
在医疗领域，只要是存在非灭菌水的场所都 有可能形成生物膜。那些有非灭菌水附着 的表面，包括外来器械的缝隙、内镜的管 腔以及各种植入物都是生物膜滋生的场所 。生物膜很长时间内一直是齿科关注的对 象。牙菌斑就是生物膜的一种形式，而生 物膜也在齿科所用的水管与吸引器内存在 。
生物膜？
• 在温湿度，营养合适的任何表面 • 99%的细菌生活在生物膜内 • 好处：如生物修复，反刍 • 坏处：人体表面如牙齿，组织内，
植入物周边等
生物膜的定义
• 生物膜（或生物被膜）： • 集聚的细菌和细胞外物质，紧紧地粘附在
表面并不容易被去除
• 一些微生物，在水中或水溶液或体内（如
：血流）生长时，有能力粘附表面，然后 包埋在多聚糖基质中。基质含细胞，活和 死的微生物和多聚糖，阻止抗菌剂，灭菌 剂，消毒剂和抗菌素到达微生物
生物膜的特点
落
• －大量微菌落使ＢＦ加厚 • －细胞启动包间信号系统，产生胞间信号
生物膜的形成
• ３.ＢＦ的成熟：
• －结构不均匀，类似蘑菇形状的微菌落组成 • －菌落之间围绕着输水通道，可以运送养料，酶
，代谢产物和排出废物，形成原始的循环系统。
• 因菌种，营养，附着表面和环境不同，形成疏松
或致密以及厚薄不等的ＢＦ结构
• （3）如果有泡沫，取出器械时又会把粘附在 • 气泡上的污物带回到器械上，造成清洁不彻 • 底，从而影响消毒灭菌。 • 同时，泡沫也会增加清洗的时间。 • （4）泡沫会阻隔视线，清洗人员无法看清水 • 面下的情况，增加了清洗人员被水面下的刺 • 伤、割伤的危险，从而造成交叉感染。 • （5）泡沫容易造成自动清洗机排水管的堵塞 • 及吸液泵、排水泵的损坏，更换这些部件价 • 格昂贵。

生物物理 第五章2

生物膜基本上是脂双层（lipid bilayers）结构，即 双磷脂分子层。但是各种生物膜的相结构成分 （phase composition）并不是单一形式（Uniform）， 任何给定的膜也不都是仅以脂双层结构存在。某一 膜内有可能同时存在几种相结构，
膜脂分子（主要是磷脂分子）可以存在以下几种相 Nankai 结构： University 脂双层构象（Bilayers configuration） a. 液晶或流体相（Liquid-crystalline or fluid phase）（L-α） b. 固相或凝胶相（solid or gel phase）（L-β） 非脂双层构象（non-bilayers configuration） a. 六角形 HI (Hexagonal)相 (Hexagonal) b. 倒六角形HII（inverted Hexagonal）相 c. 立方体（II）相 d. 倒立方体（III）相 混合相（mixed phases） 例如在一些膜中，某 些区域可能是L- α脂双层构象，而另外的相结构可 能分散其间。
Nankai University
(1) 脂双层的不对称性
外层：glycolipids, phosphatidylcholine (PC) cholesterol 内层：phosphatidylserine (PS) phosphatidyl-ethanolamine (PE) phosphatidylinositol (PI) 糖脂仅存在于脂膜外侧小叶中。 这种不对称可能在内质网合成时已经开始了。 。
Nankai University
§5.4 生物膜的特性
膜的不对称性 膜的运动性 膜的相结构和相变 膜的通透性
Nankai University

05排水工程-第五章生物膜法02


2、工艺流程 a、一段法部分污泥回流。 工艺1：生物滤池出水直接向滤池回流；由 二次沉淀池向初次沉淀池回流污泥，有助于 生物膜接种。 工艺2：处理水回流滤池前，可避免加大初 次沉淀池容积，生物污泥由二次沉淀池回流 初次沉淀池，提高沉淀池的沉淀效果。 工艺3：处理水和生物污泥同步从二次沉淀 池回流初次沉淀池，提高了初次沉淀池的沉 淀效果，加大了滤池的水力负荷。弊端在于 提高了初次沉淀池的负荷。 工艺4：不设二次沉淀池，提高了初次沉淀 池的效果，并使其兼行二次沉淀池的功能。 工艺5：处理水直接由滤池出水回流，生物 污泥则从二次沉淀池回流，然后两者同步回 流初次沉淀池。
3） 旋转布水器计算与设计


a、旋转布水器的直径D′=D-200mm
（ D滤池直径）



b 、布水横管的数目及其管径D〞， 布水横管可以采用钢管或铝管，横管数目一般2-4根, 管中流速v＝ 0.5～ 1.0m/s，管底离滤床表面150～ 250mm，以避免风力的影响。 c、布水横管的出水孔口数（m）、孔口直径（d）及每个孔口距池中心 的距离(ri)。 设计依据：V＞0.5m/s以及每个孔口的喷洒面积基本相等。则 m＝ 1/[1-(1-a/d)] a为最末端2个出流孔口间距的2倍，取0.08m； 出口孔径d一般10-15mm，不得小于10mm。 每个出流孔口距滤池中心的距离(ri) ri＝R（ i/m）（开平方） （中间 间距大、外侧小）R为布水半径（D′/2）， i为从池中心算起，每个孔 口的排列顺序。孔口间距一般从300mm，开始逐步减少到40mm。 d.每分钟的旋转周数n＝34.78×106/m·d2·D′ e.工作水头（包括沿程水损、局部水损，而局部水损又含孔口阻力，管 口降速水头）∴H＝h1＋h2＋h3 ，布水器所需压力为0.5～1.0m。
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昆虫的幼虫等组成的生态系统及对有机物的降解
达到了平衡、稳定）生物膜成熟一般需200C,30
天左右，生物膜表层生长的是好氧和兼性微生
物，厚2~3mm，剩余、回流污泥含水96-98%。
原理：微生物附着在介质“滤料”表面上，形成生物膜， 污水同生物膜接触后，溶解的有机污染物、DO 被微生物吸附转化为H2O、CO2和微生物 细胞物质，污水得到净化，所需氧气一般直接来
排水、通风系统 包括：渗水装置、汇水沟、总排水沟 作用：①收集滤床流出的污水与生物膜
②保证通风 ③支撑滤料
优、缺点
✓ 优点：
（1）BOD的去除率较高，工艺稳定，易 于管理和节省能源。
（2）有机物被深度转化，出水中硝酸盐 含量较高，残膜呈深棕色，类似腐殖质， 沉淀性能较好。
✓ 缺点：
（1）负荷低、占地面积大，不适合处理量较大 的污水，仅在污水量小(适合处理1000m3/d), 地区偏僻，石料不贵的场合；
自大气。 随时间增长，微生物膜越来越厚，里层成 为厌氧，释放出大量H2S、 NH3等气体，同时吸 附的有机物在传递到生物膜内层的微生物以前， 已被代谢掉。此时，内层微生物因得不到充分的 营养而进人内源代谢，失去其粘附在滤料上的性 能，膜不稳定，大量脱落即膜的老化。尽量避免 膜老化现象。滤料表面再重新长出新的生物膜。
物和水接触机会少，自然通风）； （2）需要滤料和滤料支撑结构，基建费较高。
生物膜法的 主要工艺
第二节 生物滤池
(需要时)
水回流 (需要时)
剩余污泥
根 生据 物负 滤荷 池分
类
普通生物滤池（低负荷） 高负荷生物滤池 塔式生物滤池
影响生物滤池功能的主要因素
Ø 滤床的比表面积和孔隙率 ——滤料表面积愈大，生物膜的表面积也愈大，
到连续投配的废水，因而其工作较稳定；
——均衡滤池负荷，提高滤池的效率； ——加大水力负荷，可以冲刷去除老化生物
膜，降低膜的厚度，抑制厌氧层保持活性
并抑制滤池蝇的孳生，防膜大块脱落； ——可以稀释和降低有毒有害物质的浓度以
及进水有机物浓度，减轻臭味。
有溢水孔口的
由于进水管是固定的，而布水管是旋转的，所以进水管与布水管之间需 要安装密封装置，保证水通畅流入横管,并防污水流出有两种，一种是 水银密封，二是机械密封。水银密封有毒性，且容易流失，需要经常添加， 维护成本较高,水头损失0.25~0.8米；
进水 高负荷生物滤池（连续配水，水量大） 通过限制进水BOD和处理水回流达到提高负 荷目的。其进水BOD5≤200mg/L，否则处理 水回流稀释。
——有机负荷高，生物膜增长快，需要较高 的水力负荷，一般是通过出水回流解决
Ø水回流 对于高负荷生物滤池与塔式生物滤池，常采
用水回流。其优点： ——不论原废水的流量如何波动，滤池可得
>14
<3 2.5 3.3 4.4 5.7 7.5 3~6 3.3 4.4 5.7 7.5 9.6 >6 4.4 5.7 7.5 9.6 12
布水横管 D1(mm)
50 63 75 100 125 150 175 200 250
流量模数K值
K值(L/s)
K2
6
36
11.5
132
19
361
43
布水器水头损失
0.2~1m
布水横管底与滤料层表面距离(H4)
0.15~0.25mm
（二）几种具有代表性的流程 P207
R
当原污水浓度较高，或对处理水质要求较高时
污水冬季 年平 平均温度 均气
(0C) 温(0C)
K1值 滤池滤料层高度
2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
8~10 10~14
圆形，池子个数>2， BOD容积负荷≤1200gBOD/m3 .d?
水力负荷10~30m3/m2.d， BOD去除率75~90%，
工作层：层厚1.8m，粒径40~70mm， 承托层：层厚0.2m，粒径70~100mm， 滤层高2~4米，>2m人工通风,<2m自然 用卵石、石英砂或聚氯乙烯、聚丙烯塑料
（2）滤料易堵塞，如果不预处理充分，含悬浮 物浓度较高的污水进入滤池或生物膜大量脱 落，可使滤料堵塞；
（3）产生滤池蝇，影响环境卫生； （4）喷嘴喷洒污水较高，散发臭味。
二、高负荷生物滤池 (high-rate tricking filters)P205
（一）构造 池体
滤料
构 造
布水装置
rotating distributor
与污水接触机会多，净化功能就愈强； ——孔隙率大，则滤床不易堵塞，通风效果好，
可为生物膜的好氧代谢提供足够的氧； ——滤床的比表面积和孔隙率愈大，扩大了传质
的界面，促进了水流的紊动，有利于提高净 化功能。
Ø滤床的高度 ——滤床的不同高度，生物膜量、微生物种类、
去除有机物的速度等方面都是不同的； ——滤床的上层，废水中的有机物浓度高，营养 物质丰富，微生物繁殖速度快，生物膜量多且主 要以细菌为主，有机污染物的去除速度高； ——随着滤床深度的增加，废水中的有机物量减
的水力负荷，一般是通过出水回流解决
Ø供氧 一般是自然通风； 影响滤池自然通风的主要因素： ①池内温度与气温之差； ②滤池高度； ③滤料孔隙率及风力等； ④滤池堵塞也会影响通风。
一、普通生物滤池 (low rate trickling filters ) P201
池体
方形、圆形或矩形，池壁高出滤料0.5~0.9米, 池子个数>2，水力负荷1~3m3/m2.d， BOD容积负荷150~300gBOD/m3 .d BOD的去除率一般为85~95%；
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
较好的化学稳定性； ⑤有一定机械强度； ⑥价格低廉。
滤料的孔隙率在45%左右时，滤料的比表 面积约为65～100m2/m3。（这类滤料粒径愈 小，滤床的可附着面积愈大，则生物膜的面积 将愈大，滤床的工作能力也愈大。但粒径愈 小，孔隙就愈小，滤床愈易被生物膜堵塞，滤 床的通风也愈差，可见滤料的粒径不宜太小）
机械密封的缺点是转动阻力大，一般需要外加动力装置能 旋转，并且容易被腐蚀，使用寿命较短。
名称
一般规定
布水横管数目
布水器直径 （D2） 布水横管长度（L） 布水横管直径（D1） 布水小孔直径（d）
布水小孔与中心距离（r）
2~4根 D-200 mm D滤池内径
0.5 D2 50~250mm 10~15mm 由75~800mm
少，生物膜量也减少，微生物从低级趋向高 级，有机物去除速度降低； ——有机物的去除效果随滤床深度的增加而提 高，但去除速率却随深度的增加而降低。
Ø有机负荷与水力负荷 ——有机负荷—kgBOD5/m3.d； ——水力负荷： ＠水力表面负荷----m3/m2.d，或m/d； ＠水力容积负荷---- m3/m3.d ——有机负荷高，生物膜增长快，需要较高
采用轻质滤料,如蜂窝形塑料或玻璃钢
滤料
填料,每层滤料高度≤2.5m，分层处
构
设格栅,层高不大于0.5m,每层设检修孔、测温 孔、观察孔，塔顶高出滤料0.5米左右，
造
布水装置
大、中型用旋转布水器 小型用固定式喷嘴布水器
通风与集水
底部设集水池，水池上部有许多通风窗口 （多自然通风,也可鼓风机通风）， 有效面积≥7.5~10%滤池面积,集水池 最高水位与滤料底层间距≥0.5米
1849
86.5
7482
134
17965
209
43680
300
90000
560
313600
（五）优、缺点 优点： （1）有机负荷大，占地面积小； （2）有较高的水力负荷能冲走老化的生物膜，
促进新生物膜，防止堵塞。 缺点： （1）BOD去除率较低，一般为75%~90%； （2）进水BOD小于200mg/l； （3）只有在负荷率较低时，出水才含有较低的
生物膜越长越多?
二、生物膜的特点
P196
1、微生物相方面的特征
（1）参与净化反应微生物多样化；
（2）生物的食物链长，使污泥量较活性污泥法
少1/4；
（3）能够存活世代时间较长的微生物(污泥附着 在载体上，污泥泥龄长，如硝化细菌)。
2、处理工艺特征
P197
（1）污泥沉降性能好（动物成分多，比重大），
“ 精加工” 。
生物滤池采用回流比在50%-100%, 出水溶解氧控制在3-4mg/L
三、塔式生物滤池(biotower)
（一）特征 P206
池体
圆形，进水BOD≤500mg/L或处理水回流 塔高8~24米，塔径0.5~3.5米塔径:塔高=1:5~8,
池个数>2，水力负荷80~200m3/m2.d， BOD容积负荷1000~3000gBOD/m3 .d,
宜于固液分离，不产生污泥膨胀；
（2）对水质水量变动有较强的适应性(生物类多)；
（3）能处理低浓度污水(活性污泥>50~60mg/L,
生物膜>20~30mg/L) ，产生的污泥量少（污
泥量较活性污泥法少）；
（4）易于维护运行、节能(无污泥膨胀、有时不需
要泥回流）。
3、缺点 （1）处理出水浑浊、有机物去除率较低（微生
易引起滤料堵塞； （2）基建投资大，BOD去除效率低，只适合
小型污水处理厂小于1万m3/d； （3）废水在塔内停留时间短，降解效率低； （4）供氧不如曝气池充足，易产生厌氧。
第三节 生物转盘
第五章 生物膜
第一节 基本原理
一、生物膜的形成和构成
P190
1893年英国Corbett在Salford创建了第一
个具有喷嘴布水装置的生物滤池。
生物膜的形成：污水与滤料流动接触，滤料