Màng sinh học là dạng tồn tại phổ biến trong tự nhiên của vi sinh vật. Việc hình thành màng biofilm đem lại nhiều lợi ích cho vi sinh vật như giúp tế bào tồn tại và chống chịu được những điều kiện bất lợi, tận dụng được nguồn dinh dưỡng của môi trường thông qua mối quan hệ giữa các loài trong màng sinh học (CR. Kokare và cộng sự, 2009).
Vi sinh vật trong màng sinh học sẽ oxy hóa các chất hữu cơ, sử dụng chúng làm nguồn dinh dưỡng và năng lượng. Như vậy, chất hữu cơ được tách ra khỏi
nước, còn khối lượng của màng sinh học tăng lên. Màng vi sinh chết được cuốn trôi theo nước và đưa ra khỏi thiết bị lọc sinh học.
Vật liệu đệm là vật liệu có độ xốp cao, khối lượng riêng nhỏ và bề mặt riêng phần lớn như sỏi, đá, ống nhựa, sợi nhựa, xơ dừa,… Màng sinh học đóng vai trị tương tự như bùn hoạt tính; nó hấp thụ và phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải. Cường độ oxy hóa trong thiết bị lọc sinh học thấp hơn hơn trong aerotank. Phần lớn các vi sinh vật có khả năng xâm chiếm bề mặt rắn nhờ polymer ngoại bào, tạo thành lớp màng nhầy. Việc phân hủy chất hữu cơ diễn ra ngay trên bề mặt và ở trong lớp màng nhày này và quá trình diễn ra rất phức tạp. Ban đầu, oxy và thức ăn được vận chuyển tới bề mặt lớp màng. Khi này, bề dày lớp màng cịn tương đối nhỏ, oxy có khả năng xuyên thấu vào trong tế bào. Theo thời gian, bề dày lớp màng này tăng lên, dẫn tới việc bên trong màng hình thành một lớp kỵ khí nằm dưới lớp hiếu khí. Khi chất hữu cơ khơng cịn, các tế bào bị phân hủy, tróc thành từng mảng, cuốn theo dòng nước.
Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý trong thiết bị lọc sinh học là: bản chất của chất hữu cơ ô nhiễm, vận tốc oxy hóa, cường độ thơng khí, tiết diện màng sinh học, thành phần vi sinh, diện tích và chiều cao thiết bị, đặc biệt vật liệu đệm (kích thước, độ xốp và bề mặt riêng), tính chất vật lý của nước thải, nhiệt độ của quá trình, tải trọng thủy lực, cường độ tuần hoàn, sự phân phối nước thải.
Ưu điểm của lọc sinh học:
o Khởi động nhanh: 2 tuần;
o Khả năng loại bỏ những cơ chất phân hủy chậm;
o Khả năng chịu biến động về nhiệt độ và tải lượng ô nhiễm;
o Sự đa dạng khả năng xử lý;
o Hiệu quả cao đối với nước thải có nồng độ ơ nhiễm thấp. Nhược điểm của lọc sinh học:
o Khơng có khả năng điều khiển sinh khối.
o Tốc độ làm sạch bị hạn chế bởi quá trình khuếch tán: vật liệu làm giá thể phải có diện tích bề mặt riêng lớn. Thêm vào đó, vận tốc nước chảy trên bề mặt màng phải đủ lớn.
2.4.3. Lọc sinh học nhỏ giọt
Lọc sinh học nhỏ giọt là loại bể lọc sinh học với vật liệu tiếp xúc không ngập chìm trong nước. Để đến được lớp vật liệu lọc, nước thải được chia thành các dòng nhỏ chảy thành lớp mỏng qua khe hở của vật liệu đồng thời tiếp xúc với màng sinh học trên bề mặt vật liệu lọc, nhờ sự có mặt của các vi sinh vật trên lớp màng vật liệu mà các chất hữu cơ và chất dinh dưỡng trong nước thải được làm sạch.
Bể lọc sinh học nhỏ giọt rất đa dạng gồm các loại (hình 2.4): lọc sinh học nhỏ giọt quay, biophin nhỏ giọt gồm các nửa ống hình trụ được bố trí ngang thành hàng song song với nhau và có bề mặt lõm quay lên trên; bể lọc sinh học thô; xử lý nước thải triệt để, thường có hình trụ hoặc hình chữ nhật.