目前在日本和韩国运行的芽孢杆菌生物膜装置的多个实例表明，芽孢杆菌生物膜相比较传统的活性污泥法，具体的数据差别如表3-5。
表3-5 传统活性污泥法和芽孢杆菌生物膜法比较
对比项 占地面积 曝气槽容积 电力负荷 年消耗电力 传统活性污泥 （A） 100% 100% 100% 100% 芽孢杆菌生物膜法 （B） 30.1% 30.0% 43.3% 42.7% 优势 (A)-(B) 69.9% 70.0% 56.7% 57.3% 废水处理量100 m3/d，原水BOD2000mg/l，出水BOD 20mg/l。
根据本工程的具体情况，拟借鉴日本高度处理净化槽技术、农业村落排水处理技术和内部循环技术，形成针对性的农村村落污水处理技术—芽孢杆菌生物膜处理技术。
芽孢杆菌生物膜处理技术正是针对传统污水处理方法存在的不足所提出的污水生物处理改善技术，即生物增强技术(Bioaugmentation)，指为提高处理系统的处理能力，向该活性污泥体系投加从原系统中分离出来的高效菌或外源引进菌种从而实现对目标污染物高效去除的方法。所投加的菌种一般是通过直接生物降解作用与污染治理体系中原有的细菌共代谢作用来完成对目标污染物的去除。生物强化技术的核心在于高效菌种的筛选，芽孢杆菌正是目前高浓度有机废水处理领域备受关注的一种高效菌，具有絮凝性好、耐酸碱、抗冲击负荷、耐受强烈的温度变化等优点，已在日本、韩国等国家广泛使用。 3.4.2芽孢杆菌处理工艺特点及应用
芽孢杆菌（bacillus），细菌的一科，俗称土壤菌，是一种天然的微生物，特指能形成芽孢（内生孢子）的杆菌或球菌，一般为好氧或兼性厌氧菌，革兰氏染色呈阳性。在某种环境下，菌体内的结构发生变化，经过前孢子阶段，形成一个完整的芽孢。包括有芽孢杆菌属、芽孢乳杆 菌属、梭菌属、脱硫肠状菌属和芽孢八叠球菌属等。在芽孢杆菌属中，对种的划分是以菌体的大小、孢子的形状及其在菌体内的位置、糖
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的利用及其产物、能否还原硝酸，以及在高浓度的食盐条件下能否生长等为依据，代表种是枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）、纳豆芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、腊状芽孢杆菌。
芽孢杆菌在水处理过程中具有以下突出优势：
（1）对外界有害因子抵抗力强。芽孢的原生质外围有三层膜，从内到外是厚的皮层（cortex）、孢子壳和孢子外膜。独特的结构决定其对热、放射线和化学物质等有很强的抵抗力，能广泛存在于各种环境。在对高浓度有机废水处理过程中，芽孢杆菌对高低温和高盐等环境有很好的适应性，并对酸碱环境适应性强。
（2）絮凝性好。芽孢杆菌菌体外包有一层或多层荚膜，由于其含羧基和羟基等多种极性功能团，可通过离子键、氢键和范德华力同时吸附多个胶体颗粒，在颗粒间产生架桥现象，从而形成三维结构，有利于吸收悬浮颗粒和胶体物质，这是该菌能起絮凝作用的主要原因，如胶质芽孢杆菌能絮凝Pb，Mn和Cr等金属离子，去除淀粉废水、制药废水和生活污水中的固体悬浮颗粒及对墨汁溶液进行脱色，效果显著高于其他微生物多糖和传统的化学絮凝剂，是良好的生物絮凝剂生产菌种。
（3）去碳（COD）功能。芽孢杆菌具有丰富的蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶、纤维素酶、脱氢酶、脱羧酶、氧化酶等，能强烈的分解碳系污染物，分解蛋白质和复杂多糖，对水溶性有机物分解也有重要的作用。
（4）去氮、脱硫功能。芽孢杆菌可利用其丰富的酶，强烈分解氮系、硫系污染物，净化水体。应用芽孢杆菌为主导菌的复合微生态体系，可增加溶解氧(DO)，快速显著降低NH4+-N、NO2--N及H2S，改善环境。
（5）硝化作用。NO3-在芽孢杆菌作用下，经NO2-，NO，N2O被还原为N2。即芽孢杆菌是好氧菌和兼性厌氧菌，以分子氧为载体，在供氧不充分的时间与空间，可以利用硝酸盐或亚硝酸盐为最终电子载体产生NO2--N和N2，而起反硝化作用，将硝酸盐移出系统外，从而有效解决总氮处理问题。
基于芽孢杆菌本身具有的特性，采用芽孢杆菌处理废水有效解决了活性污泥法处理污水时常见的污泥膨胀、低温时处理效果下降等问题。枯草芽孢杆菌与活性污泥法相比处理过程中无臭气产生，且产生剩余污泥量减少50%。以城市污水为例，与活性污泥法相比，建设投资及运行成本均减少20%以上，且在水温低于
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10℃的情况下，依然可保证出水全部指标达到《GB18918-2002》“一级A”或“一级B”标准。
在工程应用上，目前采用枯草芽孢杆菌处理废水用于实际工程治理主要集中在日本和韩国，我国也开始引进该技术用于垃圾渗滤液、高含盐废水、化工废水、生活污水等。其中日本全部应用在产业废水领域；韩国在产业及市政均大规模采用。日本自1996年起开始使用，迄今已有几百家企业采用枯草芽孢杆菌处理废水，行业遍及水产及海产品加工、乳制品、饮料、屠宰、酿造、餐厨、制药、制糖、食品加工、养殖、化工、洗涤、调料加工等，处理规模最大为2500m3/d。韩国自1997年引入后，发展较快，目前已成为其国内主要采取的处理工艺之一。现用枯草芽孢杆菌处理废水涉及的产业主要有乳制品、动物养殖、水产加工、油脂加工、饮料、快餐、医疗、屠宰等；此外在城市污水、垃圾渗滤液处理、集中化粪池污水处理等领域也得到了大规模应用。世界最大的化粪池污水处理设施釜山市污泥处理场，2005年将原有活性污泥法处理3500m3/d污水设施，改用枯草芽孢杆菌进行处理；2003年起城市污水处理设施开始大规模推广枯草芽孢杆菌技术，具有代表性的工程集中在P yong市，处理规模在50000m3/d 。目前使用枯草芽孢杆菌进行改造的工程最大处理规模为900000 m3/d。
我公司在浙江利用芽孢杆菌生物膜技术处理垃圾渗滤液，不经稀释，直接处理垃圾场原始渗滤液，结果发现：分解水体中有机物速度快，COD的去除率高90%左右，NO2-N则可达到99%，对碳氮比要求低，污泥浓度高，呈现球型。特别是即使pH发生重大变化，污泥浓度依然增长，且絮凝效果极好，出水清澈透明，经测定芽孢杆菌的浓度约为30-40%。
芽孢杆菌能改善水体水质、减少病害发生的特性目前也引起人们的关注。芽孢杆菌进入养殖水体后，能将养殖动物的排泄物、残存饲料、动植物残骸等有机物迅速分解为二氧化碳、硝酸盐、磷酸盐等，为单细胞藻类生长繁殖提供营养；而单细胞藻类进行光和作用又为有机物氧化分解、微生物及养殖生物的呼吸提供溶解氧，由此构成一个良性生态循环，使水体中的菌藻趋于平衡，从而维持良好的水质条件。此外，芽孢杆菌还可以通过释放抗生素抑制病原菌的生长，或通过机体的细胞免疫和体液免疫，如提高干扰素和具噬细胞的活性，刺激产生非特异性免疫因子。对于虾养殖水体来说，投入芽孢杆菌能增加沉积物好氧菌数量，抑
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制弧菌数量，加快有机物的分解过程，从而有效控制弧菌病的发生。
高效芽孢杆菌生物转盘系统增强了传统的活性污泥法废水处理系统的功能。利用生物转盘培养的高浓度的芽孢杆菌能够处理传统污泥法没法处理的高浓度有机废水，在消除氮、磷及恶臭等方面具有划时代的意义。
高效芽孢杆菌生物转盘系统系统具有很强的负荷能力，它可以在不稀释的状态下很好的处理高浓度有机废水(BOD)，氮磷的出去率也很高，芽孢杆菌首先成为生物转盘的优势菌群，且整个系统不需要进行持续投加芽孢杆菌，主要因为芽孢表面分泌一种酶，可抑制其它细菌等的快速增长。去除恶臭的能力变强(不需要除臭设备)。同时由于污泥的絮凝和沉淀性变好。剩余污泥减少，这样就降低了污泥处理成本。
3.4.3芽孢杆菌处理工艺流程
芽孢杆菌生物膜处理技术工艺流程框图见图1。
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生活污水进口 格栅/配水槽 生物膜转盘 内回流 剩余污泥回用 一体化曝气槽 出水回用
图1 工艺流程框图
3.4.4工艺说明
本工程采用芽孢杆菌生物膜工艺，该系统包括格栅池、生物膜转盘系统和远程监控系统，设计污水由村落内部污水管网引至污水处理站，经格栅后进入一体化高效生物转盘，一体化高效生物转盘是由转盘和高效芽孢杆菌组成，转盘在池内按一定速度进行转动，随着这个过程，附着在转盘上的污泥进行好氧-厌氧过程。池内设置内回流，利用回流泵实现。生物转盘池设计停留时间约4小时，内置转盘，并投加芽孢杆菌，提高处理效果。并在池底布置曝气系统，起到搅拌作用，加大污水的流动能力；在供氧不足时，还可以提高供氧量。主要去除有机物（COD、BOD），同步脱除氨氮和磷进行硝化反硝化反应，最后在一体化装置中进行沉淀分离，然后排水回用。
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