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生物膜法是一種高效的廢水處理方法，具有汙泥量少，不會引起汙泥膨脹，對廢水的水質和水量的變動具有較好的適應能力，運行管理簡單等特點。生物膜法是使微生物附著在載體表面上並形成生物膜，當汙水流經載體表面時，汙水中的有機物及溶解氧向生物膜內部擴散。膜內微生物在有氧存在的情況下對有機物進行分解代謝和機體合成代謝，同時分解的代謝產物從生物膜擴散到水相和空氣中，從而使廢水中的有機物得以降解。
活性汙泥法和生物膜法的區別不僅僅是微生物的懸浮與附著之分，更重要的是擴散過程在生物膜處理系統中是一個必須考慮的因素。在生物膜反應器中，有機汙染物、溶解氧及各種必須的營養物質首先要從液相擴散到生物膜表面，進而進到生物膜內部，只有擴散到生物膜表面或內部的汙染物才有可能被生物膜內微生物分解與轉化，最終形成各種代謝產物。另外，在生物膜反應器中，由於微生物被固定在載體上，從而實現了SRT與HRT(水力停留時間)的分離，使得增殖速率慢的微生物也能生長繁殖。因此，生物膜是一穩定的、多樣的微生物生態系統。
微生物在載體上的掛膜可分為微生物吸附和固著生長兩個階段。
生物膜的形成與載體表面性質(載體表面親水性、表面電荷、表面化學組成和表面粗糙度)、微生物的性質(微生物的種類、培養條件、活性和濃度)及環境因素(PH值、離子強度、水力剪切力、溫度、營養條件及微生物與載體的接觸時間)等因素有關。
1、載體表面性質
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。在正常生長環境下，微生物表面帶有負電荷。如果能通過一定的改良技術，如化學氧化、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、形成過程更易進行。載體表面的粗糙度有利於細菌在其表面附著、固定。
一方面，與光滑表面相比，粗糙的載體表面增加了細菌與載體間的有效接觸面積；另一方面載體表面的粗糙部分，如孔洞、裂縫等對已附著的細菌起著屏蔽保護作用，使它們免受水力剪切力的沖刷。
研究認為，相對於大粒徑載體而言，小粒徑載體之間的相互摩擦小，比表面積大，因而更容易生成生物膜。另外，載體濃度對反應器內生物膜的掛膜也很重要。Wagner在用氣提式反應器處理難降解物廢水時發現，在載體質量濃度很低情況下，即使生物膜厚達295μm，還是不能達到穩定的去除率。但是，在載體濃度為20-30g/L時，即使只有20％的載體上有75μn厚的生物膜，反應器依然能達到穩定的(98％)去除率，COD負荷最高可達58kg/(m3·d)。
2、懸浮微生物濃度
在給定的系統中，懸浮微生物濃度反映了微生物與載體間的接觸頻度。一般來講，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。許多研究結果表明，在微生物附著過程中存在著一個臨界的懸浮微生物濃度；隨著微生物濃度的增加，微生物藉助濃度梯度的運送得到加強。
在臨界值以前，微生物從液相傳送、擴散到載體表面是控制步驟，一旦超過此臨界值，微生物在載體表面的附著、固定受到載體有效表面積的限制，不再依賴於懸浮微生物的濃度。但附著固定平衡後，載體表面微生物的量是由微生物及載體表面特性所決定的。
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