生物膜资料讲解
生物化学—生物膜课件
质膜与ATP的合成与分解
01
质膜的结构与功能
质膜是细胞膜的另一个重要组成部分，它包围了整个细胞 并与其他细胞器膜相连。质膜主要由磷脂分子和蛋白质组 成，具有选择通透性，能够控制分子和离子的进出细胞。
02 03
ATP在质膜中的合成与分解
质膜中存在着ATP合成酶和ATP水解酶，分别参与ATP的 合成和分解过程。在合成过程中，质子泵通过质膜将质子 泵出或泵入细胞，产生的能量用于合成ATP。在分解过程 中，ATP水解酶利用ATP中的特殊化学能将其分解为ADP 和磷酸根离子。
是细胞表面的一层薄膜，是细胞与外 界环境之间的界面，对细胞起着保护 和调节作用。
生物膜的结构与组成
磷脂双分子层
构成生物膜的基本骨架，具有流动性。
蛋白质
镶嵌或贯穿于磷脂双分子层中，具有多种功 能。
糖类
与蛋白质结合形成糖蛋白，参与细胞识别等 。
生物膜的功能与作用
物质运输
生物膜可控制物质进出细胞，如主动运输、 被动运输等。
显微观察
通过光学显微镜或电子显微镜观察生物膜的超微结构，了解膜的厚度、颗粒大小及排列等特征。
生物膜的提取与纯化技术
提取
采用适当的溶剂或缓冲液将生物膜从细胞或其他生物材料中分离出来。
纯化
通过一系列分离纯化技术，如离心、超滤、凝胶电泳等，去除杂质，获得纯度较高的生 物膜。
生物膜的电生理技术
膜片钳技术
生物膜在能量转换中的作用
生物膜在能量转换中起着至关重要的作用。质膜通过控制 质子的泵入和泵出来调节ATP的合成与分解，确保能量的 高效利用和细胞的正常代谢活动。同时，生物膜还参与了 其他多种细胞活动，如物质的跨膜运输、信号转导和细胞 分化等。
05
解剖学生物膜的名词解释
解剖学生物膜的名词解释生物膜是生物体内细胞膜的一种特殊形式，也是细胞内外界面的分界线。
它不仅保护着细胞的内部结构，还调节着物质的运输和信息传递，对于维持细胞的稳态和生命活动至关重要。
解剖学生物膜主要涉及其复杂的组成结构、功能以及与其他细胞器官的相互作用。
1. 生物膜的组成生物膜主要由脂质双层和蛋白质组成。
脂质双层是由两层疏水脂质分子排列形成的，其中脂质分子的两端具有亲水性，中间则具有疏水性。
这种排列形式使得细胞膜成为具有选择性渗透性的屏障，只允许某些物质通过，同时阻止其他物质的进入。
蛋白质则嵌在脂质双层中，起着细胞识别、运输和传递信号等重要功能。
2. 生物膜的主要功能生物膜的主要功能包括物质转运、细胞识别、信号传递和细胞结构维持等。
物质转运是生物膜最基本的功能之一，通过膜蛋白的特异性结构，物质可以被主动或被动地跨越细胞膜。
细胞识别是通过膜上的特定蛋白质实现的，这些蛋白质可以与其他细胞或分子相互作用，起到识别、结合和传递信息的作用。
信号传递则是通过细胞膜上的受体和信号转导分子实现的，这些分子可以将外界的刺激转化为内部细胞的响应。
细胞结构维持则是通过生物膜的完整性和稳定性来维护细胞的形态和结构。
3. 生物膜与其他细胞器官的相互作用生物膜不仅是细胞内外的界面，也与其他细胞器官密切相连，相互作用。
例如，细胞膜与内质网之间有着联系，内质网的蛋白质合成和修饰过程需要通过细胞膜进行。
细胞膜与线粒体之间的相互作用也非常重要，线粒体的能量转换需要通过细胞膜上的特定蛋白质来实现。
此外，细胞膜还与高尔基体、溶酶体等细胞器官之间存在着联系，共同参与细胞代谢、物质转运和信号传递等过程。
4. 生物膜在生物医学领域的应用生物膜的研究不仅为我们深入了解细胞生物学提供了基础，还在生物医学领域有着广泛的应用。
例如，通过研究细胞膜上的受体和信号转导分子，可以开发出针对特定信号通路的药物，用于调控疾病的发生和治疗。
此外，生物膜的研究还有助于理解细胞内外物质的运输机制和针对性靶向传递，为纳米药物的设计和应用提供了重要的理论基础。
生物膜是指细胞的细胞膜和多种内膜系统(包括核膜
二、信号的过膜转导
受体的概念是指细胞膜上或细胞内能识别 生物活性分子（如激素、毒素、药物、抗 原或其他细胞黏附分子）并与之结合的生 物分子。能与受体结合的活性分子称为配 体。
受体的类型：1、配体门控通道型
2、G蛋白偶联型
3、酪氨酸激酶型
4、DNA转录调节型。
树立质量法制观念、提高全员质量意 识。20.12.1720.12.17Thursday, December 17, 2020
谢谢大家！
生活中的辛苦阻挠不了我对生活的热 爱。20.12.1720.12.17Thursday, December 17, 2020
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பைடு நூலகம்
加强自身建设，增强个人的休养。2020年12月17日 上午10时48分20.12.1720.12.17
第五章 生物膜
Bio-membrane
生物膜是指细胞的细胞膜和多种内膜 系统（包括核膜、线粒体膜、内质网 膜、高尔基体膜、溶酶体膜、过氧化 物酶体膜、叶绿体膜等）的统称。
第一节 生物膜的化学组成
生物膜主要由蛋白质和脂类组成， 还含有少量糖类、金属离子和一定 量的水。
生物膜中蛋白质和脂类的比例与膜 的功能有关。功能越复杂多样，含 有的膜蛋白的含量和种类越多。
高一生物膜知识点
高一生物膜知识点膜是生命体内的一个重要组成部分，它在维持生命活动、调节物质的进出以及细胞与环境的相互作用中发挥着重要作用。
在高一生物学中，我们将学习关于膜的各个方面的知识，包括膜的组成、结构与功能等。
本文将以膜的结构与功能为主线，在深入探讨的同时，为读者提供一个全面了解膜的知识点。
一、膜的组成与结构细胞膜是由磷脂双层结构组成的，其中的磷脂分子是双层排列形成的，疏水部分朝向内部，亲水部分朝向外部。
此外，膜中还存在着蛋白质、固醇和糖等其他成分。
磷脂双层主要起到了屏障的作用，控制物质的进出。
而蛋白质则通过具有选择性通透性的通道，调节物质的交换。
在细胞膜中，有两种特殊的蛋白质存在，即跨膜蛋白和外周蛋白。
跨膜蛋白直接穿过整个膜层，可以起到信号传导、物质运输等功能。
而外周蛋白则与膜的内、外表面结合，起到支持、传导信号等作用。
固醇在膜中起到了调节作用，可以使膜更加稳定和柔软。
糖则结合在细胞膜的外表面，形成糖蛋白复合物，参与细胞间的粘附和识别。
二、膜的功能膜作为细胞的界限，其最重要的功能之一是选择性通透性。
细胞膜可以根据物质的大小、电荷和溶解度等特征，选择性地将物质进出细胞。
通过蛋白质的通道和运输体，细胞膜可以调节离子的进出，维持正常的离子浓度差和电位差，维持细胞内稳定的环境。
此外，细胞膜还可以通过受体和信号转导系统，接收并传递外界的信号。
当外界刺激到达细胞膜时，相关蛋白质可以被活化，从而激活内部的信号通路，调节细胞的生理状态。
这些信号通路的激活可以引起细胞的分裂、分化和凋亡等重要过程。
膜的另一个重要功能是细胞间的粘附和识别。
细胞膜上的糖蛋白复合物可以与其他细胞的膜结合，形成细胞间黏附结构。
这种结构在细胞的分裂、发育和生物体的组织形成中起着重要的作用。
同时，细胞膜上的糖也可以用作识别分子，通过与其他细胞或病原体上的糖结合，实现细胞间的相互识别，并引发相应的免疫反应。
三、膜的结构与功能的调节细胞膜的结构与功能可以通过多种方式进行调节。
生物物理学中的生物膜
生物物理学中的生物膜生物膜是由脂质双层构成的细胞膜，是细胞内外的分界线。
它是细胞的保护层、交通管道、信号传递器和结构支撑物。
生物膜是生命体系中不可或缺的一部分，对于其结构和功能的研究已经成为了生物物理学中的一个重要分支。
一、生物膜的结构生物膜的主要成分是磷脂分子，其中双层磷脂分子是其主要构成。
这种分子由一个羟基化的甘油分子、两个脂肪酸和一个磷酸分子组成。
这些磷脂分子在水中聚集在一起形成一个双层，其中疏水的脂肪酸部分朝内，疏水性较小的磷酸部分朝外。
当这些双层磷脂分子开始形成一个环形的结构时，就形成了生物膜的基本结构。
生物膜通常比较薄，厚度大约只有脂肪酸长度的两倍。
生物膜中还有一些其他的组分，例如蛋白质、胆固醇、糖类和其他生物分子。
这些分子都可以作为生物膜的特征标记并对运输、信号转导和结构组合等方面起到重要作用。
二、生物膜的功能生物膜在细胞中扮演了重要的角色，其主要功能包括:1.细胞膜的保护功能：生物膜可以保护细胞不受外部环境中的有害物质的侵害。
2.交通管道：生物膜是细胞内外交通的主要通道，可以实现细胞内外物质的交换。
3.信号转导：生物膜中存在着多种的受体和信号分子，可以将外部信息传递到细胞内，控制细胞内的生物过程。
4.结构支撑：生物膜具有柔性和弹性，可以在细胞的不同形态和运动中起到必要的支撑作用。
三、生物膜的研究生物膜的研究对于理解细胞的结构和功能具有重要的意义。
生物膜物理学研究的主要方向包括如何从生物学和化学的角度理解生物膜的特性和功能；以及如何从物理学的角度研究生物膜的力学性质和形态结构。
生物膜物理学的研究方法包括模拟技术、非侵入式测量技术和光学显微技术等。
其中，模拟技术可以通过分子动力学以及量子化学计算等方式对生物膜的分子构型和反应过程进行分析；非侵入式测量技术可以对细胞膜中离子通道的活性进行测量，研究其性质和机制；光学显微技术则可以通过观察生物膜变形和运动，分析其力学性质和形态特征。
生物物理学研究的另一个重要方向是开发新型的生物膜模拟材料和方法。
生物膜的组成及其生物学特性
生物膜的组成及其生物学特性生物膜是一种由微生物细胞所形成的复杂和有序的结构。
它们通常包裹在细胞表面，具有多种重要的生物学特性，例如防御性、质量控制和信号转导等等。
本文将介绍生物膜的组成及其生物学特性。
一、生物膜的组成生物膜是由微生物细胞附着在固体或液体表面上并形成的复合物。
它们主要由细胞表面的生物大分子（例如脂质、蛋白质和多糖）组成。
这些大分子在细胞膜内或膜下自组装，形成了一个粘稠的、多层次的结构，其厚度通常在几纳米至数百微米之间。
1. 脂质脂质是生物膜中最主要的组成分子。
它们由疏水和亲水区域组成，常用磷脂和加醇脂来进行分类。
脂质分子在水中聚集形成二维层，其疏水区域朝向内部，亲水区域朝向外部，使细胞在水中形成了主要的屏障，同时也为膜中的蛋白质提供了一个优越的环境。
2. 蛋白质蛋白质是生物膜中另一个重要的组成分子。
细胞膜中的蛋白质可以分为两类：内在蛋白质和外在蛋白质。
内在蛋白质与脂质基本不分离，外在蛋白质类似于纤维素，可以随意在膜表面的疏水区任意运动。
它们通过不同的转运机制（包括一些专门的转运蛋白质）在细胞膜中起着很多重要的功能，例如受体作用、运输物质、合成生物分子等等。
3. 多糖多糖是生物膜中的第三种主要成分。
它们是由单糖分子组成的大分子聚合物，通常由轻质和重质多糖组成。
多糖的主要作用是增加细胞膜的稳定性，并对外界压力和剧烈温度改变产生一定的保护作用。
二、生物膜的生物学特性生物膜具有多种重要的生物学特性。
以下是其中一些特性：1. 防御性生物膜是细菌和真菌等微生物的天然防御机制。
这种防御机制可以通过阻碍药物和杀菌剂的进入，在某种意义上保护生物体不受这些药物的侵害。
此外，一些细菌可以通过在生物膜中形成特定的结构和呈现表面抗原，来对免疫系统抵抗。
2.质量控制生物膜可以帮助细胞维持其质量控制机制。
生物膜内的一些蛋白质和酶对代谢产物和细胞毒物进行识别和分解。
3. 信号转导生物膜还在信号转导、感知外部刺激和细胞应激响应中发挥重要作用。
生物膜《普通生物学》
生物膜——流动镶嵌模型1．生物膜概述（1）定义生物膜是细胞器膜、核膜、质膜的统称。
（2）生物膜特点①厚度一般不到10 nm；②具有选择透性，即只有一些物质容易通过它而大部分物质不能通过；③细胞中含量最多的是内质网膜，占细胞总面积的一半。
（3）生物膜的功能①为细胞生命活动提供相对稳定的内环境；②选择性的物质运输和能量传递；③提供细胞识别位点，完成信息跨膜传递；④提供多种酶的结合位点，使酶促反应高效有序进行；⑤介导细胞与细胞、细胞与基质间的连接；⑥质膜参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构。
（4）生物膜的组成①生物膜的主要成分是脂质（主要是磷脂）和蛋白质，也有糖类；②膜脂主要包括磷脂（甘油磷脂和鞘磷脂）、糖脂和胆固醇三类，其中磷脂双分子层构成生物膜的骨架，脂双层表面是磷脂的亲水端，内部是磷脂的疏水性脂肪酸链；③蛋白质以不同方式镶嵌，执行膜的许多重要功能；④质膜表面有少量糖类分子——糖脂和糖蛋白。
2．流动镶嵌模型（1）膜是流动的①膜的流动性包括膜脂的流动性和膜蛋白的流动性，两者可以在膜中侧向移动；②影响膜流动性的因素与膜本身组分、遗传因子和环境因子有关：a．温度温度降低，膜的流动性减小，使膜固化。
b．胆固醇胆固醇含量增加，膜流动性减小。
c．脂肪酸链的饱和度脂肪酸链所含双键越多越不饱和，膜流动性增加。
d．脂肪酸链的链长长链脂肪酸相变温度高，膜流动性降低。
e．卵磷脂/鞘磷脂比例高则膜流动性增加，因为鞘磷脂粘度高于卵磷脂。
f．其他因素膜蛋白和膜脂的结合方式、酸碱度、离子强度等。
（2）膜是镶嵌的膜中有许多蛋白质浸埋在液态的脂双层中，蛋白质决定着膜的大多数特定的功能。
①膜蛋白分类a．膜内在蛋白膜内在蛋白穿过脂双层的疏水核心，甚至整个穿过膜。
膜内在蛋白的疏水区是由一连串或数连串非极性氨基酸组成的，通常是α螺旋；亲水区域则暴露在膜外侧两边的水溶液中。
b．膜周边蛋白。
膜周边蛋白完全不埋在脂双层中，它们与膜内在蛋白发生疏松的结合，常常贴附在膜内在蛋白的暴露在膜外的部分上。
第17章生物膜法详解
第17章生物膜法17.1 概述17.1.1生物膜及其形成过程1. 生物膜的生长含有营养物质和接种微生物的污水在填料的表面流动，一定时间后，微生物会附着在填料表面增殖和生长，形成一层薄的生物膜。
当细菌及其它各种微生物组成的生物膜和生物膜对有机物的降解都达到了平衡和稳定状态，则表明生物膜已成熟。
生物膜增长过程可概括为六个阶段：（1）潜伏期（或称适应期）（2）对数增长期（或称动力学增长期）（3）线性增长阶段（4）减速增长期（5）生物膜稳定期（6）脱落期2.生物膜脱落的原因⑴内因· 厌氧菌营养耗尽而死亡，其附着力降低，很快脱落；·气态代谢产物不断逸出，破坏了好氧层生态的稳定，使二者失去了平衡，生物膜老化；· 气态产物的积累，将膜顶起。
⑵外因水流的冲刷作用，加大污水量，则污水水流对生物膜的冲刷力增大17.1.2生物膜的构造及净化机理1.) 生物膜的构造(1) 好氧层：2mm土厚，有机物的降解主要在此进行(2) 厌氧层：2. 有机物降解过程空气中氧溶解于流动水层中；污水中有机物由流动水层传递到附着水层，再进入生物膜；微生物代谢有机物。
17.1.3生物膜的微生物相细菌、真菌、藻类（在有光条件下）、原生动物和后生动物等17.1.4生物膜法工艺的基本流程生物膜法处理系统基本流程17.1.5生物膜反应器普通生物滤池（好氧）原废水处理水二沉池生物膜反应器初沉池回流污泥污泥高负荷生物滤池（好氧）生物滤池塔式生物滤池（好氧）厌氧生物滤池（厌氧）固定床曝气生物滤池（好氧）好氧生物转盘（好氧）生物转盘厌氧生物转盘（厌氧）生物接触氧化法（好氧）生物膜反应器微孔膜生物反应器（好氧）两相流化床（好氧）三相流化床（好氧）生物流化床厌氧流化床（厌氧）气提式生物膜反应器（好氧）流动床机械搅动床（好氧、厌氧）厌氧生物膜膨胀床（厌氧）移动床生物膜反应器（好氧、缺氧）17.1.6生物膜法的特征与发展趋势1.生物相方面的特征1）微生物种类多样化；2）生物的食物链长；3）能够存活世代时间较长的微生物；4）分段运行与优势菌种。
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使多种细菌和菌类一类的微生物和原生动物、后 生动物一类的微型动物吸附在滤料或某些载体 上生长繁育，并在其上形成的膜状生物污泥。
2020/7/11
生物膜的构造
• 生长过程：
附着 流动
生物膜 水层 水层
1. 初步形成
· ···
2. 成熟（厌氧膜出现）
·厌
·
好
··
3. 生物膜的更新与脱落
★处理对象：
废水中溶解性和胶体状的有机污染物及氮、磷等； 生活污水或城市废水；以及工业废水。
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生物膜法的类型
★生物膜法的类型：
（1）润壁型生物膜法 废水和空气沿固定的或转
动的接触介质表面的生物膜流过，如生物滤池和生物 转盘等；
（2）浸没型生物膜法 生物膜载体完全浸没在水
中，通过鼓风曝气供氧。如载体固定，称为接触氧化 法；如载体流化则称为生物流化床。
2020/7/11
生物膜法与活性污泥法的比较
①相同点：
都属于好氧微生物处理过程，微生物氧化分解有机污染物的过程都
需要充足的氧气。 ②不同点：
活性污泥处理法起氧化分解作用的是活性污泥，活性污泥呈悬浮态 ，需要不断的进行搅拌、充氧；生物膜处理法起氧化分解作用的是 生物膜，生物膜必须附着在滤料或某些载体上。
生物膜法
润壁型生物膜法
浸没型生物膜法
生物滤池
生物转盘
接触氧化法 生物流化床
2020/7/11
生物膜法的主要特征
⑴微生物方面的特征 ①微生物种类多样化； ②生物膜上微生物的食物链较长； ③能够存活世代时间较长的微生物
(2)工艺运行特征 ①适应性强（对水质、水量等的变化）； ②污泥沉降性能良好，易于分离； ③能够处理低浓度污水； ④易于维护运行，运行费用少。
渗水装置：用于支撑滤料，其排水孔的总面积应 不小于滤池表面积的20%； 渗水装置下底与池底之间的净空高度一般不小于 0.4mm以上，以利通风，一般在出水区的四周池壁均匀 布置进风孔。
2020/7/11
2020/7/11
2020/7/11
普通生物滤池的优缺点
优点： 处理效果良好，BOD5的去除率可以达到95％； 运行稳定，易于管理。
塑料滤料：滤床高度可达4m；一般为聚氯乙烯、聚 苯乙烯、聚丙烯等，形状有波纹板状、 列管状和蜂窝状等。
布水系统：多采用旋转式布水装置。
解，又不抑制微生物的生长； • 就地取材，便于加工、运输。
2020/7/11
• 滤料：
多采用实心的拳状滤料, 总的厚度为1.5～2.0m。 工作层：厚度为1.3～1.8m，滤料粒径为25～40mm ； 承托层：厚度为0.2m，滤料粒径为70～100mm。
2020/7/11
3、布水装置 作用：向滤料表面均匀地布洒废水； 要求：可以适应水量的变化；不易堵塞，
⑴氧的传递： 空气－流动水层－附着水层－好氧层
⑵污染物的传递： 流动水层－附着水层－好氧层
⑶代谢产物的传递： 液态或固态的代谢产物通过附着水层进入流动水层后，随 水排走；CO2、CH4等气态代谢产物则从水层中逸出，进 入空气。
2020/7/11
生物膜法 ★定义：
生物膜法是指使废水流过生长在固定载体上的 生物膜，利用生物氧化作用和各相间的物质交 换，降解废水中的有机污染物的生化处理方法。 又称固定膜法，也称生物过滤法。
• ★厌氧膜的加厚：
• ①厌氧代谢产物增多，代谢产物向外溢出的过程势必通 过好氧层，使好氧层的生态系统的稳定状态被破坏；
• ②厌氧代谢产物增多，产生的气体会减弱生物膜的附着 能力；
• ★生物膜的更新：
• ①老化膜脱落，新生膜会重新生长； • ②新生膜具有更强的净化功能。
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生物膜处理污水的过程
普通生物滤池
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1、池体 池体形式： 方形或矩形 池壁形式：带有孔洞或不带孔洞 超高要求：池壁高于滤料0.5m～0.9m。 其它考虑：防冻、采暖、防蝇等
2020/7/11
2、滤料——是生物膜赖以单生位长容的积基滤料础所具有的表面积 选择滤料的依据： • 质地坚硬，耐腐蚀，抗冰单体冻位积。容的积百滤分料比中空隙占总 • 具有较大的比表面积大； • 具有较大的空隙率； • 适于生物膜形成与粘附，且应该既不被微生物分
易于清通，不受风、雪等影响 。 固定式布水装置
2020/7/11
固定式布水装置
2020/7/11
布水装置的特点
• 固定式布水装置运行方便，易于管理和受气候的 影响较小，间断布水，布水不均匀，配水的水头 较高（配水面高0.9～2.1m），目前应用较少。
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4、排水系统
处于滤床的底部 作用：收集和排出出水，并保证良好的通风； 组成：由渗水装置、集水沟和排水渠组成；
• 缺点： 占地面积大、不适合处理量大的污水； 滤料易于堵塞； 喷嘴喷洒污水，散发恶臭气味； 产生滤池蝇，恶化环境卫生。
2020/7/11
高负荷生物滤池
★构造特点：
池体：一般采用圆形 滤料：
粒状滤料：一般为石质，滤料层高度一般为2.0m。 工作层：厚度1.8m，滤料粒径为40～70mm； 承托层：厚度0.2m，滤料粒径为70～100mm。
·· ··
空
微生物组成的生
滤料 或填料
· ·
·
··
氧氧
态系统、对有机 物的降解功能达
或载体
··
·· ··
· ··
··
气
到了平衡和稳定。
··
膜 · · ·
成熟所需时间：
·膜
·
20C 30d
·
··
·
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生物膜结构示意图
附着 流动
生物膜 水层 水层
滤料 或填料 或载体
·பைடு நூலகம்
···
·厌
·
好
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· ·
·
··
氧氧
··
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·· ·
膜· · ·
·膜
·
·
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·
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★厌氧膜的出现： ①生物膜厚度不断增加，氧 气不能进入的内部深处将转 空 变为厌氧状态； ②成熟的生物膜由厌氧膜和 好氧膜组成； 气 ③好氧膜是有机物降解的主 要场所，一般厚度为2mm。
生物膜的更新与脱落
2020/7/11
生物滤池
★概念：
是以土壤自净原理为依据，在污水灌溉的实践基础上经 较原始的间歇砂滤池和接触滤池发展起来的人工生物处 理设备。
★类型：（按负荷）
低负荷生物滤池（普通生物滤池）； 高负荷生物滤池； 塔式生物滤池。
2020/7/11
生物滤池的工艺流程
2020/7/11
★构造：
• 池体 • 滤料 • 布水装置 • 排水系统