當(dāng)污水流經(jīng)載體表面時(shí)，污水中的有機(jī)物及溶解氧向生物膜內(nèi)部擴(kuò)散。膜內(nèi)微生物在有氧存在的情況下對(duì)有機(jī)物進(jìn)行分解代謝和機(jī)體合成代謝，同時(shí)分解的代謝產(chǎn)物從生物膜擴(kuò)散到水相和空氣中，從而使廢水中的有機(jī)物得以降解。

  生物膜法是使微生物附著在載體表面上并形成生物膜。是一種高效的廢水處理方法，具有污泥量少，不會(huì)引起污泥膨脹，對(duì)廢水的水質(zhì)和水量的變動(dòng)具有較好的適應(yīng)能力，運(yùn)行管理簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。

  在生物膜反應(yīng)器中，有機(jī)污染物、溶解氧及各種必須的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)首先要從液相擴(kuò)散到生物膜表面，進(jìn)而進(jìn)到生物膜內(nèi)部，只有擴(kuò)散到生物膜表面或內(nèi)部的污染物才有可能被生物膜內(nèi)微生物分解與轉(zhuǎn)化，最終形成各種代謝產(chǎn)物。另外，在生物膜反應(yīng)器中，由于微生物被固定在載體上，從而實(shí)現(xiàn)了SRT與HRT(水力停留時(shí)間)的分離，使得增殖速率慢的微生物也能生長(zhǎng)繁殖。因此，生物膜是一穩(wěn)定的、多樣的微生物生態(tài)系統(tǒng)。

生物膜形成的影響因素

　　生物膜的形成與載體表面性質(zhì)(載體表面親水性、表面電荷、表面化學(xué)組成和表面粗糙度)、微生物的性質(zhì)(微生物的種類、培養(yǎng)條件、活性和濃度)及環(huán)境因素(PH值、離子強(qiáng)度、水力剪切力、溫度、營(yíng)養(yǎng)條件及微生物與載體的接觸時(shí)間)等因素有關(guān)。

　　一.載體表面性質(zhì)

　 在正常生長(zhǎng)環(huán)境下，微生物表面帶有負(fù)電荷。如果能通過(guò)一定的改良技術(shù)，如化學(xué)氧化、低溫等離子體處理等可使載體表面帶有正電荷，從而可使微生物在載體表面的附著、形成過(guò)程更易進(jìn)行。載體表面的粗糙度有利于細(xì)菌在其表面附著、固定。載體表面電荷性、粗糙度、粒徑和載體濃度等直接影響著生物膜在其表面的附著、形成。

　　二.懸浮微生物濃度

　　在給定的系統(tǒng)中，懸浮微生物濃度反映了微生物與載體間的接觸頻度。隨著懸浮微生物濃度的增加，微生物與載體間可能接觸的幾率也增加。許多研究結(jié)果表明，在微生物附著過(guò)程中存在著一個(gè)臨界的懸浮微生物濃度;隨著微生物濃度的增加，微生物借助濃度梯度的運(yùn)送得到加強(qiáng)。

　　三.懸浮微生物的活性

　　微生物的活性通?？捎梦⑸锏谋仍鲩L(zhǎng)率(μ)來(lái)描述，即單位質(zhì)量微生物的增長(zhǎng)繁殖速率。因此，在研究微生物活性對(duì)生物膜形成的最初階段的影響時(shí)，關(guān)鍵是如何控制懸浮微生物的比增長(zhǎng)率。研究結(jié)果表明，硝化細(xì)菌在載體表面的附著固定量及初始速率均正比于懸浮硝化細(xì)菌的活性。Bryers等人在研究異養(yǎng)生物膜的形成時(shí)也得出同樣結(jié)果。

懸浮微生物影響活性的因素主要有如下：

　　(1)當(dāng)懸浮微生物的生物活性較高時(shí)，其分泌胞外多聚物的能力較強(qiáng)。這種粘性的胞外多聚物在細(xì)菌與載體之間起到了生物粘合劑的作用，使得細(xì)菌易于在載體表面附著、固定;

　　(2)微生物與載體接觸時(shí)間。微生物在載體表面附著、固定是—動(dòng)態(tài)過(guò)程。微生物與載體表面接觸后，需要一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境條件，因此必須保證微生物在載體表面停留一定時(shí)間，完成微生物在載體表面的增長(zhǎng)過(guò)程;

　　(3)液相pH值。除了等電點(diǎn)外，細(xì)菌表面在不同環(huán)境下帶有不同的電荷;液相環(huán)境中，pH值的變化將直接影響微生物的表面電荷特性。當(dāng)液相pH值大于細(xì)菌等電點(diǎn)時(shí)，細(xì)菌表面由于氨基酸的電離作用而顯負(fù)電性;當(dāng)液相pH值小于細(xì)菌等電點(diǎn)時(shí)，細(xì)菌表面顯正電性。細(xì)菌表面電性將直接影響細(xì)菌在載體表面附著、固定;

　　(4)微生物所處的能量水平直接與它們的增長(zhǎng)率相關(guān)。當(dāng)盧增加時(shí)，懸浮微生物的動(dòng)能隨之增加。這些能量有助于克服在固定化過(guò)程中微生物載體表面間的能壘，使得細(xì)菌初始積累速率與懸浮細(xì)菌活性成正比;

　　(5)水力停留時(shí)間(HRT)。HeUnen等人認(rèn)為，HRT對(duì)能否形成完整的生物膜起著重要的作用。在其他條件確定的情況下，HRT短則有機(jī)容積負(fù)荷大，當(dāng)稀釋率大于最大生長(zhǎng)率時(shí)，反應(yīng)器內(nèi)載體上能生成完整的生物膜?？痟uis等人的試驗(yàn)證明了這種觀點(diǎn)。在COD負(fù)荷為2.5kg/(m3·d)，HRT為4h時(shí)，載體上幾乎沒(méi)有完整的生物膜，而水力停留時(shí)間為1h時(shí)，在相同的操作時(shí)間內(nèi)幾乎所有的載體上都長(zhǎng)有完整的生物膜，且較高的表面COD負(fù)荷更易生成較厚的生物膜，即COD負(fù)荷越高，生物膜越厚。周平等人也通過(guò)試驗(yàn)證明了較短的水力停留時(shí)間有利于載體掛膜;

　　(6)微生物的表面結(jié)構(gòu)隨著其活性的不同而相應(yīng)變化。Herben等人研究發(fā)現(xiàn)，懸浮細(xì)菌活性對(duì)細(xì)菌在載體表面的附著固定過(guò)程有影響，而且，細(xì)菌表面的化學(xué)組成、官能團(tuán)的量也隨細(xì)菌活性的變化有顯著變化。同時(shí)，Wastson等人的研究表明，細(xì)胞膜等隨懸浮細(xì)菌活性的變化而有顯著變化。細(xì)菌表面的這些變化將直接影響微生物在載體表面的附著、固定。因此，通常認(rèn)為，由懸浮微生物活性變化而引起的細(xì)菌表面生理狀態(tài)或分子組成的變化是有利于細(xì)菌在載體表面附著、固定的;

　　(7)水力剪切力。在生物膜形成初期，水力條件是一個(gè)非常重要的因素，它直接影響生物膜是否能培養(yǎng)成功。在實(shí)際水處理中，水力剪切力的強(qiáng)弱決定了生物膜反應(yīng)器啟動(dòng)周期。單從生物膜形成角度分析，弱的水力剪切力有利于細(xì)菌在載體表面的附著和固定，但在實(shí)際運(yùn)行中，反應(yīng)器的運(yùn)行需要一定強(qiáng)度的水力剪切力以維持反應(yīng)器中的完全混合狀態(tài)。所以在實(shí)際設(shè)計(jì)運(yùn)行中如何確定生物膜反應(yīng)器的水力學(xué)條件是非常重要的。