哈尔滨工业大学工程硕士学位论文

时，微生物在载体表面迅速生长繁殖。此外，微生物通过新陈代谢不断形成大量的分泌物，如胶质粘膜。微生物将会在这些分泌物组成的粘膜中生长繁殖。该过程使得微生物能够在载体表面向水体中不断延伸。该生长过程的结果，即生成不断加厚的生物膜。但是，当生物膜的厚度达到一定数值时，溶解氧便无法穿透生物膜内部，于是，在生物膜的最深处，形成了厌氧区，该处只有厌氧菌存活。因此，长时间运行的水处理工艺中，典型的微生物膜由两层构成，即好氧层和厌氧层。当然，其中也有大量的兼性微生物存在。但是好氧层的厚度通常有2mm左右。好氧层中的微生物由于能直接获得大量的营养物质和氧气，生长繁殖迅速，相对于厌氧层的微生物，好氧层的微生物能够降解去除水体中大多数的有机物；相对的，生长于生物膜内部的微生物只能获得相对少量的营养物质，氧气也较少或者无法获得氧气，好氧微生物生长代谢受到抑制，逐渐被厌氧微生物和兼性微生物取代，形成了厌氧层。当然，厌氧微生物以及兼性微生物只有在生物膜形成一定厚度，氧气难于到达的时候才逐渐形成。随着厌氧微生物的大量繁殖，厌氧层也逐渐加厚。

一系列的营养物质和气体的传递发生于生物膜内部、外部，以及生物膜与水层之间。通过水体自然搅动或者外加曝气使溶解氧进入水体并进入流动水层内部，融入的氧气又通过附着水层到达生物膜，为好氧微生物提供电子受体；污废水中营养物质则通过流动水层传递给附着水层，最后渗入微生物膜，在此，大量微生物进行新陈代谢将营养物质吸收转化，实现了水体的净化、污染物的去除和降解。微生物的部分代谢产物二氧化碳、硫化氢、氨气等气体融入水层并随着水体流动进入水体表面的空气。而水分子则随着附着水层流入流动水层。此时的生物膜即成熟的生物膜，特点是沿着水流方向形成生物膜，膜上由细菌、丝状菌等多种微生物甚至原生动物组成。这些生物在生态系统方面达到稳定和平衡。体现在水处理工艺方面，即有机物、氮磷等污染物的降解和去除效果最好，出水水质稳定。一般来讲，生物膜由最开始附着到稳定成熟，需经历潜伏和生长两个阶段。常规的城市生活污水生物膜法处理过程中，常温下（约20℃），历经20-30d才能形成成熟的生物膜。

但是随着生物膜上的生物不断繁殖壮大，生物膜内部生长的厌氧菌群代谢产物也不断增加。这些物质排出生物膜的过程中，影响了好氧层微生物的生存环境，削弱了生物膜的上的微生物生存环境的平衡性。同时，大量气态代谢产物的不断排出，使得微生物附着于非生命载体物质上的固定能力不断变弱，变得易于从载体上脱落。此时的生物膜上的环境对微生物生长并不利，主要体现在水处理工艺效果，即净水效能较差。此时的生物膜也称作老化生物膜。当生