生物膜法是與活性污泥法并列的一種廢水好氧生物處理技術，是一種固定膜法。有機物和無機物通過水的流動進入生物膜內，會被生物膜當作養分充分吸收利用。為了說明生物膜的反應機制，以污水中化學需氧量（ChemicalOxygenDemand，COD）、NH3-N等污染物為例進行分析。污水中的COD會通過分子擴散作用進入生物膜內部，生物膜中的好氧層對污染物進行脫碳細菌分解，產生CO2等氣體，再將生成的氣體排放到大氣中。水中的NH3-N也通過分子擴散作用進入生物膜的好氧層，被好氧層中的硝化細菌氧化成亞硝酸根離子和硝酸根離子后，進入生物膜的缺氧層和厭氧層，最終通過細菌反硝化作用形成N2排放到大氣中。生物膜的生長方式較為單一，污水中的污染物是其養分，而生物膜會因為污水的流動阻力或水流震動而導致脫落。生物膜脫落后將繼續生長，完成更新活動。當生物膜生長到一定程度時，其內的厭氧污染物就會被消耗殆盡。厭氧污染物的死亡，導致生物膜的脫落，暴露的膜表面將經歷新的生物膜生長。生物膜為單向處理模式，生物膜的新舊程度影響其對污水的處理能力，處理污染物的質量與數量也會受到影響。一般情況下，在污水進口位置含有高濃度的生物膜分解物質，這部分分解物質基本上都由細菌組成。而生物膜的中間部分含有營養物質、代謝物和污水的微生物等影響吸收效果的物質。

1、基于生物膜法的化工含油污水處理方法

1.1 測定化工含油污水污染物的吸附量

   化工含油污水中的污染物種類較為復雜，其中以化學需氧量（COD）、生物需氧量（Biochemistry Oxygen De-mand，BOD）、懸浮物（Suspended Solids，SS）、總氮（Total Nitrogen，TN）、總磷（Total Phosphorus，TP）等污染物為主。污染生物適應性強，基質表面的污染物繁殖較快。因此，測定化工含油吸附量，需要接觸各種水質條件并分解黏附在基質表面的各種有機物，在吸附過程中，可依靠纏結、濃縮等手段將有機污染物集中起來。生物膜附著在水分子的基質表面，與污水接觸后，生物膜會迅速分離，形成水層防水膜。水層防水膜會通過吸附載體表面污染物，轉移有機污染物到防潮層，使污染物在水層和防潮層自我繁殖。研究表明，生物膜具有穩定的吸附能力，因此可以用來測定水中的污染物含量。

1.2 基于生物膜法降解化工污水污染物

   根據測定出的污水吸附物含量，分析化工含油污水中的污染物，并基于生物膜法降解化工含油污水中的污染物。首先，生物膜可以使好氧污染物健康發育，形成黃褐色的絮狀物，有降低污染指標；其次，生物膜將黃褐色的絮狀物過濾出去，并將降解后的污染物吸附在生物膜上，進行一次降解；最后，利用生物膜中的好氧污染物降解污染物，使污染物產生厭氧反應，失去污染能力，達到處理效果。生物膜法是較為成熟的污水處理方法，且適用范圍廣、成本低、處理效率高。生物膜法本身對化工含油污水的適應能力較強，可以承受高負荷水質和厭氧反應，對降解化工含油污水中的污染物有很強的實用性，具體測定公式為：

   式中：S為一次吸附前SS污染物濃度，mg/L；Se為吸附后殘留SS污染物的濃度，mg/L。根據二次測定污染物濃度值，其吸附率E的計算公式如下：

   式中：n0、n1分別表示吸附前后的稀釋倍數；A0、A1分別表示吸附前后的污染物濃度。以SS污染物為例，經過以上計算，生物膜吸附污染物后，化工含油污水的污染物含量明顯減少。

1.3 調節C/N池的反硝化能力

   在降解化工含油污水中的污染物后，也要對C/N池的反硝化能力進行調節。生物膜法的反硝化能力來自C/N池，而C/N池包括生物膜反硝化濾池、曝光生物濾池及后置膜反硝化濾池3種，可以增強去除污染物效果，加強反硝化能力，達到降低成本的目的；所以，在調節C/N池的反硝化能力方面，需要調整生物膜反硝化濾池的硝化過程，作為去除COD的前提，確保硝化能力正常運行。在曝光生物濾池設置好氧膜，將BOD回流至好氧膜，并對污水進行曝光硝化，使硝化反應過程中盡可能利用原污水的碳源，并利用生物膜過濾器中的硝化液返回曝光生物濾池中，為反硝化反應提供額外的碳源；最后，利用后置膜反硝化濾池進一步消耗污水中的碳源。使SS、TN、TP等含碳污染物失去碳源支撐，保證污染物脫硝完全并在后置膜反硝化濾池中進行二次硝化，最大限度地利用C/N池的反硝化能力。經過調節后的C/N池在脫硝后加入碳源，增強脫N的作用，進一步去除污水中的污染物。

1.4 中和化工含油污水pH

   調節C/N池的反硝化能力后，化工含油污水中的pH會進一步升高，對水質的傷害也更大，因此中和化工含油污水的pH是生物膜法的關鍵一步，也是最重要的一步。中和反應即利用化學反應使污水中的酸堿平衡。在酸性污水中，利用含堿物質中和；在堿性污水中，利用含酸物質中和。河流中的生物對pH的變化非常敏感，當大量的污水被排出時，水中的pH則會發生變化，水中生物會因為不適應而死亡。化工含油污水的排入還會腐蝕排水管，所以國家對排出的化工含油污水的pH有明確規定。中和化工含油污水的酸堿度時，首先需要進行物理處理，利用物理方法降低酸堿值，降低污水中的部分pH。其次進行化學處理，在一些除N除P過程中，pH也會有所降低。最后進行生物處理。一般情況下，化工含油污水的pH應該在6～9，保證生物的活性不會遭到破壞。在考慮成本的前提下，生物中和反應宜按照以污治污的原則，利用含酸污水與含堿污水進行中和，或者利用化工廢渣、含堿廢渣等中和酸性廢水，最大限度地中和pH后，若pH仍未達標，則利用CaO、Ca（OH）2、CaCO3、Mg-CO3、CaCO3+MgCO3等堿性中和劑，以及H2SO4、HCl、HNO3、CH3COOH等酸性中和劑進行中和。堿性中和的單位消耗量如表1所示。

   由表1可知，中和不同的酸劑，用堿量不同。按照中和1g酸計算，中和1g硫酸、鹽酸、硝酸、醋酸分別需要0.581g、0.870g、0.545g、0.566g的氧化鈣，同理得出表1中其他用堿量。中和pH的方法是將兩種污水同時匯入池中，或是在含堿污水中加入酸劑，或是在含酸污水中加入堿劑，在池內混合，并根據中和后的pH調整酸劑或堿劑用量，逐步達到pH的標準。

2、試驗分析

   為了驗證所設計的生物膜法處理化工含油污水的有效性，進行對比試驗。此次試驗以某化工廠排出的含油污水為例，利用生物膜法和高氧化法分別測定污水中污染物的濃度，觀察生物膜法處理污水的效果。

2.1 試驗準備

   此次試驗需要準備燒杯、量瓶、漏斗和研缽等試驗設備。此外，污水污染物掃描儀、濃度分析器等試驗儀器也必不可少。通過對比兩種污水處理方法處理后的污染物濃度，驗證生物膜法的可行性。

2.2 試驗結果與討論

   根據上述試驗準備，驗證兩種方法對污水處理的效果，處理后的污染物濃度如表2所示。

   如表2所示，污水中污染物濃度均在國家標準值以上，屬于重度污染的范圍。用傳統的高氧化法對污染物進行處理后，其濃度依舊在國家標準限值以上，仍屬于重度污染的范疇；而生物膜法處理污水中污染物的效果較好，污染物濃度均降低至國家標準限值以下，有很大的實用價值。

3、結語

   在綠色環保背景下，化工含油污水處理十分必要，但當前的污水處理標準還有待完善。生物膜法結合了化工含油污水的特點，在處理效果上比傳統的高氧化法要好很多。利用生物膜法處理污水更加方便簡單，成本更低。通過分析生物膜法處理化工含油污水的現狀，并對化工含油污水用傳統方法與生物膜法的處理效果進行對比，得出生物膜法處理污水后污染物濃度均在國家標準以內的結論。試驗證明，生物膜法可以推廣應用于化工含油污水處理中，減少化工污水對水體的污染。