Lastupdatedat10:00amon25thDecember2020Lastupdatedat10:00amon25thDecember2020廢水的生化處理方法廢水的生化處理方法廢水生物處理是19世紀末出現的治理污水的技術，發展至今已成為世界各國處理城市生活污水和工業廢水的主要手段。目前，國內己有近萬座污水生物處理廠(站)投入運行。生物化學處理法簡稱生化法，是利用自然環境中的微生物，并通過微生物體內的生物化學作用來分解廢水中的有機物和某些無機毒物(如氰化物、硫化物)，使之轉化為穩定、無害物質的一種水處理方法。1916年在英國出現了第一座人工處理的曝氣池，利用人工培養的微生物來處理城市生活污水，開始了生化處理的新時代。由于生化法處理廢水效率高、成本低、投資省、操作簡單，因此在城市污水和工業廢水的處理中都得到廣泛的應用。生化法的缺點是有時會產生污泥膨脹和上浮，影響處理效果；該法對要處理水的水質也有一定要求，如廢水成份、pH值、水溫等，因而限制了它的使用范圍，另外，生化法占地面積也較大。屬于生化處理法的有活性污泥法、生物過濾法、生物膜法、生物塘法和厭氧生物法等。一、微生物及其生化特性迄今為止，已知的環境污染物達數十萬種之多，其中大量的是有機物。所有的有機污染物，可根據微生物對它們的降解性，分成可生物降解、難生物降解和不可生物降解三大類。廢水的生物處理就是利用微生物的新陳代謝作用處理廢水的一種方法。微生物與其它生物一樣，為了進行自身的生理活動，必須從周圍環境中攝取營養物質并加以利用。這些營養物質在微生物體內，通過一系列的生物化學反應，使微生物獲得需要的能量，同時微生物本身也得到繁殖、數量得到增加。在廢水中存在著各種有機物和無機物。這些物質大部分都可以被微生物作為營養物質而加以利用。廢水的生物處理實質就是將廢水中含有的污染物質作為微生物生長的營養物質被微生物代謝、利用、轉化，將原有的高分子有機物轉化為簡單有機物或無機物，使得廢水得到凈化。作為一個整體，微生物分解有機物的能力是驚人的。可以說，凡自然界存在的有機物，幾乎都能被微生物所分解。有些種類，如蔥頭假單胞菌甚至能降解90種以上的有機物，它能利用其中任何一種作為唯一的碳源和能源進行代謝。有毒的氰(腈)化物、酚類化合物等，也能被不少微生物作為營養物質利用、分解。半個多世紀以來，人工合成的有機物大量問世，如殺蟲劑、除草劑、洗滌劑、增塑劑等，它們都是地球化學物質家族中的新成員。尤其是不少合成有機物的研制開發時的目的之一，就是要求它們具有化學穩定性。因此，微生物一接觸這些陌生的物質，開始時難以降解也是不足為怪的。但由于微生物具有極其多樣的代謝類型和很強的變異性，近年來的研究，已發現許多微生物能降解人工合成的有機物，甚至原以為不可生物降解的合成有機物，也找到了能降解它們的微生物。因此，通過研究，有可能使不可降解的或難降解的污染物轉變為能降解的，甚至能使它們迅速、高效地去除。化學結構與生物降解的相關性歸納起來主要有以下幾點：（1）烴類化合物一般是鏈烴比環烴易分解，直鏈烴比支鏈烴易分解，不飽和烴比飽和烴易分解。（2）主要分子鏈主要分子鏈上的C被其他元素取代時，對生物氧化的阻抗就會增強，也就是說，主鏈上的其他原子常比碳原子的生物利用度低，其中氧的影響最顯著(如醚類化合物較難生物降解)，其次是s和N。（3）碳氫鍵每個C原子上至少保持一個氫碳鍵的有機化合物，對生物氧化的阻抗較小，而當C原子上的H都被烷基或芳基所取代時，就會形成生物氧化的阻抗物質。（4）官能團的性質及數量官能團的性質及數量對有機物的可生化性影響很大。例如，苯環上的氫被羥基或氨基取代，形成苯酚或苯胺時，它們的生物降解性將比原來的苯提高。鹵代作用則使生物降解性降低，尤其是間位取代的苯環，其抗生物降解更明顯。（5）分子量大小對生物降解性的影響很大高分子化合物，由于微生物及其酶難以擴散到化合物內部，襲擊其中最敏感的反應鍵，因此使生物可降解性降低。由于廢水中污染物的種類繁多，相互間的影響錯綜復雜，所以一般應通過實驗來評價廢水的可生化性，判斷采用生化處理的可能性和合理性。二、有機污染物生物降解性的評定方法1．BOD5/COD值法BOD5和COD是廢水生物處理過程中常用的兩個水質指標，用BOD5/COD值評價廢水的可生化性是廣泛采用的一種最為簡易的方法。在一股情況下，BOD5/COD值愈大，說明廢水可生物處理性愈好。綜合國內外的研究結果，可參照表8-4中所列數據評價廢水的可生化性。表8-4廢水可生化性評價參考數據BOD5/COD>~~<可生化好較好較難不宜在使用此法時，應注意以下幾個問題。①某些廢水中含有的懸浮性有機固體容易在COD的測定中被重鉻酸鉀氧化，并以COD的形式表現出來。但在BOD反應瓶中受物理形態限制，BOD數值較低，致使BOD5/COD值減小。而實際上懸浮有機固體可通過生物絮凝作用去除，繼之可經胞外酶水解后進入細胞內被氧化，其BOD5/COD值雖小，可生物處理性卻不差。②COD測定值中包含了廢水中某些無機還原性物質(如硫化物、亞硫酸鹽、亞硝酸鹽、亞鐵離子等)所消耗的氧量，BOD5測定值中也包括硫化物、亞硫酸鹽、亞鐵離子所消耗的氧量。但由于COD與BOD5測定方法不同，這些無機還原性物質在測定時的終態濃度及狀態都不盡相同，亦即在兩種測定方法中所消耗的氧量不同，從而直接影響BOD5和COD的測定值及其比值。重鉻酸鉀在酸性條件下的氧化能力很強，在大多數情況下，COD值可近似代表廢水中全部有機物的含量。但有些化合物如吡啶不被重鉻酸鉀氧化，不能以COD的形式表現出需氧量，但卻可能在微生物作用下被氧化，以BOD5的形式表現出需氧量，因此對BOD5/COD值產生很大影響。綜上所述，廢水BOD5/COD值不可能直接等于可生物降解的有機物占全部有機物的百分數，所以，用BOD5/COD值來評價廢水的生物處理可行性盡管方便，但比較粗糙，欲做出準確的結論，還應輔以生物處理的模型實驗。2．BOD5/TOD值法對于同一廢水或同種化合物，COD值一般總是小于或等于TOD值，不同化合物的COD/TOD值變化很大，如吡啶為2％，甲苯為45％，甲醇為100％，因此，以TOD代表廢水中的總有機物含量要比COD準確，即用BOD5/TOD值來評價廢水的可生化性能得到更好的相關性。通常，廢水的TOD由兩部分組成，其一是可生物降解的TOD(以TODB表示)，其二是不可生物降解的TOD(以TODNB表示)，即：TOD＝TODB+TODNB(12-19)在微生物的代謝作用下，TODB中的一部分氧化分解為CO2和H2O，一部分合成為新的細胞物質。合成的細胞物質將在內源呼吸過程中被分解，并有一些細胞殘骸最終要剩下來。采用BOD5/TOD值評價廢水可生化性時，有些研究者推薦采用表8-5所列標準。表8-5廢水可生化性評價參考數據BOD5/TOD>~<可生化性易生化可生化難生化三、生化處理方法概述生物處理法在城市污水的處理中使用得比較廣泛。城市污水的處理分為三個級別，分別稱為污水一級處理、污水二級處理和污水三級處理。污水一級處理就是使用物理處理方法，如格柵、沉淀池等去除水中不溶解的污染物。二級處理應用生物處理法，通過微生物的代謝作用進行物質的轉化，將廢水中的復雜有機構氧化降解為簡單的物質。三級處理是用生物法、離子交換法等去除水中的氮和磷，并用臭氧氧化、活性炭吸附等去除難降解有機物，用反滲透法去除鹽類物質，用氯化法對水進行消毒。我國目前正在努力普及二級處理，而二級處理中生物處理是最常采用的方法。不同的細菌對氧的反應變化很大，一些細菌只能在有氧存在的環境中生長，稱需氧細菌(或稱好氧細菌)，利用此類微生物的作用來處理廢水稱為好氧生物處理法。另一些細菌只能在無氧的環境中生長，叫厭氧細菌，相應的處理方法叫厭氧生物處理。介于兩者之間的還有兼性微生物(在有氧或無氧的環境中均可生長)，但它們在廢水處理中不起主要作用。按微生物的代謝形式，生化法可分為好氧法和厭氧法兩大類；按微生物的生長方式可分為懸浮生物法和生物膜法，現歸納如下：圖8-16生物處理方法分類（一）廢水的好氧生物處理在充分供氧的條件下，利用好氧微生物的生命活動過程，將有機污染物氧化分解成較穩定的無機物的處理方法，在工程上稱為廢水的好氧生物處理。微生物對有機污染物進行好氧分解的過程如下：溶解態的有機物可以直接透過細菌的細胞壁進入細胞內。固體或膠體的有機物先被細菌吸附，靠細菌所分泌的外酶作用，分解成溶解性的物質，然后，再滲入細菌細胞內，通過細菌自身的生命活動，在內酶的作用下，進行氧化、還原和合成過程。一部分被吸收的有機物氧化分解成簡單的無機物，如有機物中的碳被氧化成二氧化碳，氫與氧化合成水，氮被氧化成氨、亞硝酸鹽和硝酸鹽，磷被氧化成磷酸鹽，硫被氧化成硫酸鹽等。與此同時釋放出能量，作為細菌自身生命活動的能源，并將另一部分有機物作為其生長繁殖所需要的構造物質，合成新的原生質。好氧生物處理時，有機物的轉化過程如圖8-17所示。圖8-17有機物的好氧分解圖示在廢水好氧處理過程中，必須不間斷地供給溶解氧。因為氧是有機物的最后氫受體，正是由于這種氫的轉移，才使能量釋放出來，成為細菌生命活動和合成新細胞物質的能源。有機物的好氧合成過程，也可以用下列生化反應式表示：（1）有機物的氧化分解(有氧呼吸)：（8-7）（2）原生質的同化合成(以氨為氮源)：（8-8）（3）原生質的氧化分解(內源呼吸)：（8-9）由此可以看出，當廢水中營養物質充足，即微生物既能獲得足夠的能量，又能大量地合成新的原生質肘，微生物就不斷增長。當廢水中營養物質缺乏時，微生物只得依靠細胞內貯藏的物質，甚至把原生質也作為營養物質利用，以獲得生命活動所需的最低限度得能源，這種情況下，微生物無論重量還是數量都是不斷減少的。可見，要保證廢水處理得效果，首先必須有足夠數量的微生物，同肘，還必須有足夠數量的營養物質。在好氧生物處理過程中，有機物用于氧化與合成的比例，隨廢水中有機物性質而異。對于生活污水或與之相類似的工業廢水，所產生的新細胞物質，約占全部有機物干重的50～60％。（二）廢水的厭氧生物處理在斷絕供氧的條件下，利用厭氧微生物的生命活動過程，使廢水中的有機物轉化成較簡單的有機物和無機物的處理過程，在工程上稱為廢水的厭氧生物處理。有機物的厭氧分解過程分為兩個階段。在第一階段中，產酸細菌把存在于廢水中的復雜有機物轉化成較簡單的有機物(如有機酸、醇類等)和CO2、NH3、H2S等無機物。在第二階段中，甲烷細菌接著將簡單的有機物分解成甲烷和二氧化碳等。厭氧分解過程可用圖8-18的簡單圖式來說明。圖8-18有機物厭氧分解圖示厭氧分解過程中，由于缺乏氧作為氫受體，所以，對有機物的分解不徹底，貯于有機物中的化學能未全部釋放出來。一般說來，微生物的厭氧生長條件比較嚴格。（三）好氧生物處理與厭氧生物處理的區別1．起作用的微生物群不同好氧生物處理是由一大群好氧菌和兼性厭氧菌起作用的；而厭氧生物處理是兩大類群的微生物起作用，先是厭氧菌和兼性厭氧菌，后是另一類厭氧菌。2．產物不同好氧生物處理中，有機物被轉化成CO2、H2O、NH3、-、等，且基本無害。厭氧生物處理中，有機物先被轉化成為數眾多的中間有機物(如有機酸、醇、醛等)，以及CO2、H2O等；其中有機酸、醇、醛等有機物又被另一群被稱為甲烷菌的厭氧菌繼續分解。由于能量的限制，其終產物受到較少的氧化作用，如有機碳常形成CH4，而不是CO2；有機氮形成氨、胺化物或氮氣，而不是亞硝酸鹽或硝酸鹽；硫形成H2S，而不是SO2或等。產物復雜，有異臭，一些產物可作燃料。3．反應速率不同好氧生物處理由于有氧作為氫受體，有機物轉化速率快，需要時間短。可用較小的設備處理較多的廢水；厭氧生物處理反應速率慢，需要時間長，在有限的設備內，僅能處理較少量廢水或污泥。4．對環境要求條件不同好氧生物處理要求充分供氧，對環境條件要求不太嚴格；厭氧生物處理要求絕對厭氧的環境，對環境條件(如PH值、溫度)要求甚嚴。好氧生物處理與厭氧生物處理都能完成有機污染物的穩定化，但在實際中究竟采用哪種方法，要視具體情況而定。采用厭氧法處理廢水，除需要時間長外，處理水發黑，有臭味，且BOD濃度仍然很高；如果廢水的BOD5濃度較低，所需的處理設備將很龐大。所以，一般廢水中有機物濃度若超過1%(約l0000毫克/升)，才用厭氧生物處理。目前的厭氧生物處理多用于處理沉淀池的有機污泥和高濃度有機廢水(象屠宰、釀造工業、食品工業等生產廢水)。而好氧生物處理則多用于處理有機污染物濃度較低或適中的廢水。四、活性污泥法活性污泥法是當前應用最為廣泛的一種生物處理技術，活性污泥就是生物絮凝體，上面棲息、生活著大量的好氧微生物，這種微生物在氧分充足的環境下，以溶解型有機物為食料獲得能量、不斷生長，從而使廢水得到凈化。該方法主要用來處理低濃度的有機廢水。本方法的主要設備為反應裝置和提供氧氣的曝氣設備。1．活性污泥法基本原理(1)活性污泥法的基本流程傳統的活性污泥法由初次沉淀池、曝氣池、二次沉淀池、供氧裝置以及回流設備等組成，基本流程如圖8-19所示。由初沉池流出的廢水與從二沉池底部流出的回流污泥混合后進入曝氣池，并在曝氣池充分曝氣產生兩個效果：①活性污泥處于懸浮狀態，使廢水和活性污泥充分接觸；②保持曝氣池好氧條件，保證好氧微生物的正常生長和繁殖。廢水中的可溶性有機物在曝氣池內被活性污泥吸附、吸收和氧化分解，使廢水得到凈化。二次沉淀的作用有兩個：①將活性污泥與已被凈化的水分離；②濃縮活性污泥，使其以較高的濃度回流到曝氣池。二沉池的污泥也可以部分回流至初沉池，以提高初沉效果。圖8-19活性污泥法基本流程活性污泥系統有效運行的基本條件是：①廢水中含有足夠的可溶性易降解有機物，作為微生物生理活動必需的營養物質；②混合液含有足夠的溶解氧；③活性污泥在池內呈懸浮狀態，能夠充分與廢水相接觸；④活性污泥連續回流、及時地排除剩余污泥，使混合液保持一定濃度的活性污泥；⑤沒有對微生物有毒害作用的物質進入。(2)活性污泥的性能及其評價指標1)活性污泥的組成活性污泥由四部分物質組成：①具有活性的微生物群體(Ma)；②微生物自身氧化的殘留物質(Me)；③原污水挾入的不能為微生物降解的惰性有機物質(Mi)；④原污水挾入的無機物質(Mii)。2)活性污泥評價指標性能良好的活性污泥應松散(有利吸附和氧化有機物)并具有良好的凝聚沉淀性能(利于處理后的清水分離)，通常用下列幾個指標來評價活性污泥的優劣，以便控制系統的正常運行。①污泥濃度(MLSS)又稱混合液懸浮固體濃度，是指曝氣區內1升混合液所含懸浮物量，以mg/L表示。它表示混合液中活性污泥的濃度，在單位體積混合液內所含有的活性污泥固體物的總重量，即MLSS＝Ma＋Me＋Mi＋Mii（8-10）MLSS反映出活性污泥所含微生物多少和處理有機物能力的強弱。包括具有活性的微生物群體、自身氧化殘留物、微生物不能降解的有機物和無機物等四部分。適宜的濃度應根據具體情況確定，一般廢水處理可取2×103~4×103mg/L。②混合液揮發性懸浮固體濃度(MLVSS)表示活性污泥中有機性固體物質的濃度，即MLVSS＝Ma+Me+Mi(8-11)在一定條件下，MLVSS/MLSS值較穩定，城市污水的活性污泥介于~之間。活性污泥的性能主要表現為沉淀性和絮凝性，活性污泥的沉降經歷絮凝沉淀、成層沉淀，并進入壓縮過程。性能良好具有一定濃度的活性污泥在30min內即可完成絮凝沉淀和成層沉淀過程，為此建立了以活性污泥靜置30min為基礎的指標表示其沉降－濃縮性能。污泥沉降比(SV%)1L混合液靜置沉降30min后，沉淀污泥占混合液的體積百分比。它反映出污泥的凝聚-沉淀性能和污泥量的多少，以便控制污泥排除時間和排除數，一般取15％～40％。④污泥體積指數(污泥指數)(SVI)污泥指數也稱污泥容積指數，是指混合液經30min沉降后，1g干污泥在濕的時候所占體積，以mL/g計。（mL/g）(8-12)它反映出污泥的松散程度和凝聚、沉降性能。該值越低，則說明污泥顆粒小而緊密易沉降，但活性和吸附力低，含無機物多；過高則太松散，難以沉淀，將要或已經發生污泥膨脹現象。對于城市污水的活性污泥SVI值為50～150之間。…污泥齡活性污泥在曝氣池內的平均停留時間，即曝氣池內活性污泥的總量與每日排放污泥量之比，污泥齡是活性污泥系統設計與運行管理的重要參數，它能夠直接影響曝氣池內活性污泥的性能和功能。通過調節廢棄污泥量就可以改變污泥齡的值，把它控制在適宜于細菌增殖的時間范圍內，一般為3～14天。2．活性污泥法的運行方式活性污泥法已應用了80余年，為了適應不同處理要求，降低費用,經過不斷發展，已形成了多種運行方式，下面做簡單介紹。（1）普通活性污泥法普通活性污泥法也稱傳統活性污泥法，是在廢水的自凈作用原理下發展而來的。廢水在經過沉砂、初沉等工序進行一級處理，去除了大部分懸浮物和部分BOD后即進人一個人工建造的池子，池子猶如河道的一段，池內有無數能氧化分解廢水中有機污染物的微生物。同天然河道相比，這一人工的凈化系統效率極高，大氣的天然復氧根本不能滿足這些微生物氧化分解有機物的耗氧需要，因此在池中需設置鼓風曝氣或機械翼輪曝氣的人工供氧系統，池子也因此而被稱為曝氣池。廢水在曝氣池停留一段時間后，廢水中的有機物絕大多數被曝氣池申的微生物吸附、氧化分解成無機物，隨后即進入另一個池子－沉淀池。在沉淀池中，成絮狀的微生物絮體-活性污泥下沉，處理后的出水－上清液即可溢流而被排放。為了使曝氣池保持高的反應速率，必須使曝氣池內維持足夠高的活性污泥微生物濃度。為此，沉淀后的活性污泥又回流至曝氣池前端，使之與進入曝氣池的廢水接觸，以重復吸附、氧化分解廢水中的有機物。在連續生產(連續進水)條件下，活性污泥中微生物不斷利用廢水中的有機物進行新陳代謝，由于合成作用的結果，活性污泥數量不斷增長，因此曝氣池中活性污泥的量愈積愈多，當超過一定的濃度時，應適當排放一部分，這部分被排去的活性污泥常稱作剩余污泥。普通活性污泥法工藝流程見圖8-20。圖8-20普通活性污泥法的工藝流程曝氣池中污泥濃度一般控制在2～3g/L，廢水濃度高時采用較高數值。廢水在曝氣池中的停留時間常采用4～8h，視廢水中有機物濃度而定。回流污泥量約為進水流量的25%～50%，視活性污泥含水率而定。曝氣池中水流是縱向混合的推流式。在曝氣池前端，活性污泥同剛進入的廢水相接觸，有機物濃度相對較高，即供給活性污泥微生物的食料較多，所以微生物生長一般處于生長曲線的對數生長期后期或穩定期。由于普通活性污泥法曝氣時間比較長，當活性污泥繼續向前推進到曝氣池末端時，廢水中有機物已幾乎被耗盡，污泥微生物進入內源代謝期，它的活動能力也相應減弱，因此，在沉淀池中容易沉淀，出水中殘剩的有機物數量較少。處于饑餓狀態的污泥回流入曝氣池后又能夠強烈吸附和氧化有機物，所以普通活性污泥法的BOD和懸浮物去除率都很高，可達到90~95%。普通活性污泥法也有它的不足之處，主要是:對水質變化的適應能力不強;所供的氧不能充分利用，因為在曝氣池前端廢水水質濃度高、污泥負荷高、需氧量大，而后端則相反，但空氣往往沿池長均勻分布，這就造成前端供氧量不足、后端供氧量過剩的情況(見圖8-21)。因此，在處理同樣水量時，同其他類型的活性污泥法相比，曝氣池相對龐大，占地多，能耗費用高。圖8-21曝氣池中供水量和需氧量之間的關系（2）階段曝氣法階段曝氣法也稱為多點進水活性污泥法，它是普通活性污泥法的一個簡單的改進，可克服普通活性污泥法供氧同需氧不平衡的矛盾。圖8-21圖示了普通活性污泥法與階段曝氣法的曝氣池中供氧量和需氧量之間的關系。階段曝氣法的工藝流程如圖8-22所示。從圖中可見，階段曝氣法中廢水沿池長多點進入，這樣使有機物在曝氣池中的分配較為均勻，從而避免了前端缺氧、后端氧過剩的弊病，從而提高了空氣的利用效率和曝氣池的工作能力;并且由于容易改變各個進水口的水量，在運行上也有較大的靈活性。經實踐證明，曝氣池容積同普通活性污泥法比較可以縮小30%左右。圖8-22階段曝氣法的工藝流程（3）漸減曝氣法（a）工藝流程（（a）工藝流程（b）曝氣池中供氧量和需氧量之間的關系圖8-23漸減曝氣法圖8-24吸附再生活性污泥的工藝流程（圖8-24吸附再生活性污泥的工藝流程吸附再生活性污泥法系根據廢水凈化的機理、污泥對有機污染物的初期高速吸附作用，將普通活性污泥法作相應改迸發展而來。圖8-24所示為這一工藝的基本流程。曝氣池被一隔為二，廢水在曝氣池的一部分－吸附池內停留數十分鐘，活性污泥同廢水充分接觸，廢水中有機物被污泥所吸附，隨后進入二沉池，此時，出水已達很高的凈化程度。泥水分離后的回流污泥再迸入曝氣池的另一部分－再生池，池中曝氣但不進廢水，使污泥中吸附的有機物進一步氧化分解。恢復了活性的污泥隨后再次迸入吸附池同新進入的廢水接觸，并重復以上過程。為了更好地吸附廢水中的污染物質，吸附再生活性污泥法所用的回流污泥量比普通活性污泥法多，回流比一般為50%～10%。此外，吸附池和再生池的總容積比普通活性污泥法的曝氣池小得多，空氣用量并不增加，因此，減少了占地和降低了造價。由于其回流污泥量較多，又使之具有較強的調濟平衡能力，以適應進水負荷的變化。它的缺點是去除率較普通活性污泥法低，尤其是對溶解性有機物較多的工業廢水(活性污泥對溶解性有機物的初期吸附作用效果較差)，處理效果不理想。（5）完全混合活性污泥法完全混合活性污泥法的流程和普通活性污泥法相同，但廢水和回流污泥進入曝氣池時，立即與池內原先存在的混合液充分混合。依構筑物的曝氣池和沉淀池合建或分建的不同可分成兩種類型。其流程見圖8-25。圖8-25圖8-25完全混合活性污泥法（6）批式活性污泥法批式活性污泥法(又稱序批式反應器,SequencingBatchReactor，簡稱SBR)是國內外近年來新開發的一種活性污泥法，其工藝特點是將曝氣池和沉淀池合而為一，生化反應呈分批進行，基本工作周期可由進水、反應、沉降、排水和閑置五個階段組成(圖8-26)。圖8-26圖8-26批式活性污泥法運行周期進水期是指反應器從開始進水到達到反應器最大體積的一段時間，這時已同時進行著生物降解反應。在反應期中，反應器不再進水，廢水處理逐漸達到預期的效果。進人沉降期時，活性污泥沉降，固、液分離，上清液即為處理后的水，并于排放期外排。這以后的一段時期直至下一批廢水進入之前即為閑置期，活性污泥在此階段進行內源呼吸，反硝化細菌亦可利用內源碳進行反硝化脫氮。與其他活性污泥工藝相比較，SBR具有下述特點:1）構造簡單，投資節省SBR的曝氣、沉淀在同一池內，省去了二沉池、回流裝置和調蓄池等設施，因此，基建投資較低，是特別適合于鄉村地區或僅設常日班的工廠的廢水處理系統。2）控制靈活，可滿足各種處理要求在SBR的運行過程中，一個周期中各個階段的運行時間，總停留時間、供氣量等都可按照進水水質和出水要求而加以調節。3）活性污泥性狀好、污泥產率低由于SBR在進水初期有機物濃度高，污泥絮體內部的菌膠團細菌也能獲得充足的營養，因此，有利于菌膠團細菌的生長，污泥結構緊密，沉降性能良好。此外，在沉降期，幾乎是在靜止狀態下沉降，因此污泥沉降時間短，效率高。SBR的運行周期中有一閑置期，污泥處于內源呼吸階段，因此，污泥產率比較低。4）脫氮效果好SBR系統可通過控制合適的充氣、停氣為硝化細菌和反硝化細菌創造適宜的好氧、缺氧反硝化脫氮條件，此外，反硝化細菌在閑置期還能進行內源反硝化，因此去氮效果好。五、生物膜法生物膜法和活件污泥法一樣，同屬好氧生物處理方法。但活性污泥法是依靠曝氣池中懸浮流動著的活件污泥來分解有機物的，而生物膜法則主要依靠固著于載體表面的微生物膜來凈化有機物。與活性污泥法相比，生物膜法具有以下特點：a)生物膜對污水水質、水量的變化有較強的適應性，管理方便，不會發生污泥膨脹；b)微生物固著在載體表面、世代時間較長的高級微生物也能增殖，生物相更為豐富、穩定，產生的剩余污泥少；c)能夠處理低濃度的污水；d)生物膜法也存在有不足之處：生物膜載體增加了系統的投資；載體材料的比表面積小，反應裝置容積負荷有限、空間效率低，在處理城市污水時處理效率比活性污泥法低，因此，生物膜法主要適用于中小水量污水的處理。生物膜法設備類型很多，按生物膜與廢水的接觸方式不同，可分為填充式和浸漬式兩類。在填充式生物膜法中，廢水和空氣沿固定的填料或轉動的盤片表面流過，與其上生長的生物膜接觸，典型設備有生物濾池和生物轉盤。在浸漬式生物膜法中，生物膜載體完全浸沒在水小，通過鼓風曝氣供氧。如載體固定，稱為接觸氧化法；如載體流化則稱為生物流化床。目前所采用的生物膜法多數是好氧裝置，少數是厭氧形式，如厭氧濾池和厭氧流化床等。本章主要討論好氧生物膜法。根據裝置的不同，可分為生物濾池，生物轉盤和生物接觸氧化法等三種。（一）生物膜法處理廢水的機理生物膜法處理廢水就是使廢水與生物膜接觸，進行固、液相的物質交換，利用膜內微生物將有機物氧化，使廢水獲得凈化，同時，生物膜內微生物不斷生長與繁殖。生物膜在載體上的生長過程是這樣的：當有機廢水或由活性污泥懸浮液培養而成的接種液流過載體時，水中的懸浮物及微生物被吸附于固相表面上，其中的微生物利用有機底物而生長繁殖，逐漸在載體表面形成一層粘液狀的生物膜。這層生物膜具有生物化學活性，又進一步吸附、分解廢水中呈懸浮、膠體和溶解狀態的污染物。為了保持好氧性生物膜的活性，除了提供廢水營養物外，還應創造—個良好的好氧條件，亦即向生物膜供氧。在填充式生物膜法設備中常采用自然通風或強制自然通風供氧。氧透入生物膜的深度取決于它在膜中的擴散系數，固－液界面處氧的濃度和膜內微生物的氧利用率。對給定的廢水流量和濃度，好氧層的厚度是—定的。增大廢水濃度將減小好氧層的厚度，而增大廢水流量則將增大好氧層的厚度。圖8-27生物膜中的物質傳遞生物膜中物質傳遞過程加圖8-27所示。由于生物膜的吸附作用，在膜的表面存在—個很薄的水層(附著水層圖8-27生物膜中的物質傳遞隨著廢水處理過程的發展，微生物不斷生長繁殖，生物膜厚度不斷增大，廢水底物及氧的傳遞阻力逐漸加大，在膜表層仍能保持足夠的營養以及處于好氧狀態，而在膜深處將會出現營養物或氧的不足，造成微生物內源代謝或出現厭氧層，此處的生物膜因與載體的附著力減小及水力沖刷作用而脫落。老化的生物膜脫落后，載體表面又可重新吸附、生長、增厚生物膜直至重新脫落，從吸附到脫落，完成一個生長周期。在正常運行情況下，整個反應器的生物膜各個部分總是交替脫落的，系統內活性生物膜數量相對穩定，膜厚2～3mm，凈化效果良好。過厚的生物膜并不能增大底物利用速度、卻可能造成堵塞，影響正常通風。因此，當廢水濃度較大時，生物膜增長過快，水流的沖刷力也應加大，如依靠原廢水不能保證其沖刷能力時，可以采用處理出水回流，以稀釋進水和加大水力負荷，從而維持良好的生物膜活性和合適的膜厚度。生物膜中的微生物主要有細菌(包括好氧、厭氧及兼性細菌)、真菌、放線面、原生動物(主要是纖毛蟲)和較高等的動物，其中藻類、較高等生物比活性污泥法多見。微生物沿水流方向在種屬和數目上具有一定的分布。在塔式生物濾池中，這種分層現象更為明顯。在填料上層以異養細菌和營養水平較低的鞭毛蟲或肉足蟲為主，在填料下層則可能出現世代期長的硝化菌和營養水平較高的固著型纖毛蟲。真菌在生物膜中普遍存在，在條件合適時，可能成為優勢種。在填充式生物膜法裝置中，當氣溫較高和負荷較低時，還容易孽生灰蠅，它的幼蟲色白透明，頭粗尾細，常分布在生物膜表面，成蟲后在生物膜周圍翔棲。生物相的組成隨有機負荷、水力負荷、廢水成分、pH值、溫度、通風情況及其他影響因素的變化而變化。（二）生物濾池生物濾池是以土壤自凈原理為依據，在污水灌溉的實踐基礎上發展起來的人工生物處理技術，是對上述過程的強化。生物濾池的基本工藝如圖8-28所示。進入生物濾池的污水需經過預處理去除懸浮物等可能堵塞濾料的污染物，并使水質均化，在生物濾池后設二沉池，以截留污水中脫落的生物膜、保證出水水質。圖8-28生物膜法基本工藝流程表8-6普通生物濾池、高負荷生物濾池和塔式生物濾池的性能比較生物濾池的主要特征是池內濾料是固定的，廢水自上而下流過濾料層。由于和不同層面微生物接觸的廢水水質不同，因而微生物組成也不同，使得微生物的食物鏈長，產生污泥量少。當負荷低時，出水水質可高度硝化。生物濾池運行簡易，且依靠自然通風供氧，運行費用低，生物濾池在發展過程中，經歷了幾個階段，從低負荷發展為高負荷，突破了傳統采用濾料層高度；擴大了應用范圍。目前使用較多的生物濾池有普通生物濾池、高負荷生物濾池和塔式生物濾池(超速濾池)三種，表表8-6普通生物濾池、高負荷生物濾池和塔式生物濾池的性能比較1.普通生物濾池普通生物濾池又叫滴濾池，是生物濾池早期的類型，即第一代生物濾池。(1)構造由池體、濾床、布水裝置和排水系統組成，其構造如圖8-29所示。①池體普通生物濾池池體的平面形狀圖8-29普通生物濾池構造示意圖多為方形、矩形和圓形。池壁一般采用磚砌或混凝土建造，有的池壁上帶有小孔，用以促進濾層的內部通風，為防止風吹而影響廢水的均勻分布，池壁頂應高出濾層表面~，濾池壁下部通風孔總面積不應小于濾池表面積的圖8-29普通生物濾池構造示意圖②濾床濾床由濾料組成，濾料對生物濾池工作有很大的影響，對污水起凈化作用的微生物就是生長在濾料表面上。濾料應采用強度高、耐腐蝕、質輕、顆粒均勻、比表面積大、空隙率高的材料。過去常用球狀濾料，如碎石、爐渣、焦炭等。一般分成工作層和承托層兩層：工作層粒徑為25～40mm，厚度為~；承托層粒徑為60~100mm，厚度為。近年來，常采用塑料濾料，其表面積可達100~200m2/m3，孔隙率高達80%~90%；濾料粒徑的選擇對濾池工作影響較大，濾料粒徑小，比表面積大，但孔隙率小，增加了通風阻力，相反粒徑大，比表面積小，影響污水和生物膜的接觸面積。粒徑的選擇還應綜合考慮有機負荷和水力負荷的影響，當負荷較高時采用較大的粒徑。③布水裝置布水裝置的作用是將污水均勻分配到整個濾池表面，并應具有適應水量變化、不易堵塞和易于清通等特點。根據結構可分成固定式和活動式兩種。④排水系統排水系統設于池體的底部，包括滲水裝置、集水渠和總排水渠等。普通生物濾他的特點普通生物濾池的優點有：(a)處理效果好，BOD5的去除率可達95％以上；(b)運行穩定、易于管理、節省能源。其主要缺點是負荷低、占地面積大、處理水量小、濾池易堵塞、易產生池媽蠅散發臭味、衛生條件差。一般適用于處理每日污水量不高于1000m3的小城鎮污水和工業有機污水。2.高負荷生物濾池高負荷生物濾池是為解決普通生物濾池在凈化功能和運行中存在的實際負荷低、易堵塞等問題而開發出來的。高負荷生物濾池是通過限制進水BOD5值和在運行上采取處理水回流等技術來提高有機負荷率和水力負荷率，分別為普通生物濾池的6～8倍和10倍。(1)高負荷生物濾池的工藝流程高負荷生物濾池的工藝流程設計主要采用處理水回流技術來保證進入的BOD5值低于200mg/L，處理水回流后具有下列作用：(a)均化與穩定進水水質；(b)加大水力負荷，及時沖刷過厚和老化的生物膜，加速生物膜的更新，抑制厭氧層發育，使生物膜保持較高的活性；(c)抑制池蠅的滋長；(d)減輕臭味的散發。采取處理水回流措施，使高負荷生物濾池具有多種多樣的流程，圖8-30為單池系統的幾種有代表性的流程。流程(1)將生物濾池出水直接回流，二沉池的生物污泥回流到初沉池有助于生物膜接種、促進生物膜更新；同時對初沉池的沉淀效果將有所提高。但回流的生物膜易堵塞濾料。流程(2)和流程(1)相比可避免加大初沉池的容積，流程(3)能提高初沉池效果，但提高了初沉池的負荷。流程(4)的特點是不設二沉池，濾池出水(含生物污泥)直接回流到初沉池，這樣能提高初沉池效果，并使其兼行二沉他的功能，本工藝適用于含懸浮固體量較高而溶解性有機物濃度較低的廢水。當原污水濃度較高或對處理水質要求較高時，可以考慮二段濾池處理系統，其主要工藝流程如圖8-31所示。二段生物濾池的有機物去除率可達90％以上，但負荷不均是其主要缺點：一段負荷高，生物膜生長快，脫落的生物膜易于沉積并產生堵塞現象，二段負荷低，生物膜生長不佳，沒有充分發揮凈化功能。為此可采用交替式二段生物濾池，兩種流程定期交替運行。圖8-30單池高負荷生物濾池流程圖8-30單池高負荷生物濾池流程圖8-31二段法高負荷生物濾池系統生物轉盤是在生物濾池基礎上發展起來的一種高效、經濟的污水生物處理設備。它具有結構簡單、運轉安全、電耗低、抗沖擊負荷能力強，不發生堵塞的優點。目前已廣泛運用到我國的生活污水以及許多行業的工業廢水處理中、并取得良好效果。1．生物轉盤的結構及凈化作用原理(1)生物轉盤構造生物轉盤污水處理裝置由生物轉盤、氧化槽和驅動裝置組成，構造如圖8-32所示。生物轉盤由固定在一根軸上的許多間距很小的圓盤或多角形盤片組成，盤片是生物轉盤的主體，作為生物膜的載體要求具有質輕、強度高、耐腐蝕、防老化、比表面積大等特點，氧化槽位于轉盤的正下方，一般采用鋼板或鋼筋混凝土制成與盤片外形基本吻合的半圓形，在氧化槽的兩端設有進出水設備，槽底有放空管。(2)凈化原理生物轉盤在旋轉過程中，當盤面某部分浸沒在污水中時，盤上的生物膜便對污水中的有機物圖8-32圖8-32生物轉盤構造2．生物轉盤的組合形式及工藝流程根據生物轉盤的轉軸和盤片的布置形式，生物轉盤可以是單軸單級形式(圖8-32)以組合成單軸多級(圖8-33)或多軸多級(圖8-34)形式。圖圖8-33單軸多級生物轉盤示意圖圖8-34多軸多級生物轉盤示意圖圖8-36生物轉盤二級污水處理工藝流程城市污水生物轉盤系統的基本工藝流程如圖8-35所示。對于高濃度有機廢水可采用圖8-36所示的工藝加油流程，該流程能夠將BOD值由數千mg/L降至圖8-36生物轉盤二級污水處理工藝流程圖圖8-35生物轉盤污水處理系統基本工藝流程根據上述的工藝流程，生物轉盤污水處理系統具有如下特征：①微生物濃度高，特別是最初幾級生物轉盤，這是生物轉盤效率高的主要原因；②反應槽不需要曝氣，污泥勿需回流，因此動力消耗低，這是本法最突出的特征，耗電量為kgBOD5，運行費用低；③生物膜上微生物的食物鏈長，產生污泥量少，在水溫為5－20℃的范圍內，BOD的去除率為90％時，去除1kgBOD的污泥產量為。六厭氧生物處理法厭氧生物處理是在無氧的情況下，利用兼性菌和厭氧菌的代謝作用，分解有機物的一種生物處理法。是一種低成本的廢水處理技術，它能在處理廢水過程中回收能源。厭氧生化法不僅可用于處理有機污泥和高濃度有機廢水，也用于處理中、低濃度有機廢水，包括城市污水。厭氧生化法與好氧生化法相比具有下列優點。(1)應用范圍廣好氧法因供氧限制一般只適用于中、低濃度有機廢水的處理，而厭氧法既適用于高濃度有機廢水，又適用于中、低濃度有機廢水。有些有機物對好氧生物處理法來說是難降解的，但對厭氧生物處理是可降解的、如固體有機物、著色劑蒽釀和某些偶氮染料等。(2)能耗低好氧法需要消耗大量能量供氧，曝氣費用隨著有機物濃度的增加而增大，而厭氧法不需要允氧，而且產生的沼氣可作為能源。廢水有機物達一定濃度后，沼氣能量可以抵償消耗能量。當原水BOD5達到1500mg/L時，采用厭氧處理即有能量剩余。有機物濃度愈高，剩余能量愈多。—般厭氧法的動力消耗約為活性污泥法的1/10。(3)負荷高通常好氧法的有機容積負荷為2~4kgBOD/，而厭氧法為2～10kgCOD/，高的可達50kgCOD／。(4)剩余污泥量少，且其濃縮性、脫水性良好好氧法每去除1kgCOD將產生~0.6kg生物量，而厭氧法去除1kgCOD只產生~0.1kg生物量，其剩余污泥量只有好氧法的5％~20％。同時，消化污泥在衛生學上和化學上都是穩定的。因此，剩余污泥處理和處置簡單、運行費用低，甚至可作為肥料、飼料或餌料利用。(5)氮、磷營養需要量較少好氧法一般要求BOD：N：P為100：5：1，而厭氧法的BOD：N：P為100：：，對氮、磷缺乏的工業廢水所需投加的營養鹽量較少。(6)厭氧處理過程有一定的殺菌作用，可以殺死廢水和污泥中的寄生蟲卵、病毒等。(7)厭氧活性污泥可以長期貯存，厭氧反應器可以季節性或間歇性運轉。與好氧反應器相比，在停止運行一段時間后，能較迅速啟動。但是，厭氧生物處理法也存在下列缺點：(1)厭氧微生物增殖緩慢，因而厭氧設備啟動和處理時間比好氧設備長。(2)處理后的出水水質差，往往需進一步處理才能達標排放。1.厭氧消化原理復雜有機物的厭氧消化過程要經歷數個階段，由不同的細菌群接替完成。根據復雜有機物在此過程中的物態及物性變化，可分為以下三個階段。第一階段為水解階段。廢水中的不溶性大分子有機物(如蛋白質、多糖類、脂類等)經發酵細菌水解后，分別轉化為氨基酸、葡萄糖和甘油等水溶性的小分子有機物。水解過程通常較緩慢，因此被認為是含高分子有機物或懸浮物廢液厭氧降解的限速階段。由于簡單碳水化合物的分解產酸作用，要比含氮有機物的分解產氨作用迅速，故蛋白質的分解在碳水化合物分解后產生。含氮有機物分解產生的NH3除了提供合成細胞物質的氮源外，在水中部分電離，形成NH4HCO3，具有緩沖消化液pH值的作用，故有時也把繼碳水化合物分解后的蛋白質分解產氨過程稱為酸性減退期，反應為：第二階段為產氫產乙酸階段。在產氫產乙酸細菌的作用下，第一階段產生的各種有機酸被分解轉化成乙酸和H2，在降解奇數碳素有機酸時還形成CO2，如：第三階段為產甲烷階段。產甲烷細菌將乙酸、乙酸鹽、CO2和H2等轉化為甲烷。此過程由兩組生理上不同的產甲烷菌完成，一組把氫和二氧化碳轉化成甲院，另一組從乙酸或乙酸鹽脫羧產生甲烷，前者約占總量的1／3，后者約占2／3，反應為：上述三個階段的反應速度依廢水性質而異，在含纖維素、半纖維素、果膠和脂類等污染物為主的廢水中，水解易成為速度限制步驟；簡單的糖類、淀粉、氨基酸和一般的蛋白質均能被微生物迅速分解，對含這類有機物為主的廢水，產甲烷易成為限速階段。雖然厭氧消化過程可分為以上三個階段，但是在厭氧反應器中，三個階段是同時進行的，并保持某種程度的動態平衡，這種動態平衡一旦被pH值、溫度、有機負荷等外加因素所破壞，則首先將使產甲烷階段受到抑制，其結果會導致低級脂肪酸的積存和厭氧進程的異常變化，其至會導致整個厭氧消化過程停滯。2.影響厭氧處理的因素（1）溫度溫度是影響微生物生命活動最重要的因素之一，其對厭氧微生物及厭氧消化的影響尤為顯著。各種微生物都在一定的溫度范圍內生長，根據微生物生長的溫度范圍，習慣上將微生物分為三類：(a)嗜冷微生物，生長溫度為5～20℃；(b)嗜溫微生物，生長溫度20～42℃；(c)嗜熱微生物，生長溫度42～75℃。相應地厭氧廢水處理也分為低溫、中溫和高溫三類。這三類微生物在相應的適應溫度范圍內還存在最佳溫度范圍，當溫度高于或低于最佳溫度范圍時其厭氧消化速率將明顯降低。在工程運用中，中溫工藝中以30～40℃最為常見，其最佳處理溫度在35～40℃；高溫工藝以50～60℃最為常見，最佳溫度為55℃。在上述范圍里，溫度的微小波動(例如1～3℃)對厭氧工藝不會有明顯的影響，但如果溫度下降幅度過大，則由于微生物活力下降，反應器的負荷也將降低。（2）pH值產甲烷菌對pH值變化適應性很差，其最佳范圍為～，超出該范圍厭氧消化細菌會受到抑制。（3）氧化還原電位絕對的厭氧環境是產甲烷菌進行正常活動的基本條件，產甲烷菌的最適氧化還原電位為－150～－400mV，培養甲烷菌的初期，氧化還原電位不能高于－330mV。（4）營養厭氧微生物對碳、氮等營養物質的要求略低于好氧微生物，需要補充專門的營養物質有鉀、鈉、鈣等金屬鹽類，它們是形成細胞或非細胞的金屬絡合物所需要的物質，同時也應加入鎳、鋁、鈷、鉬等微量金屬，以提高若干酶的活性。（5）有機負荷在厭氧法中，有機負荷通常指容積有機負荷，簡稱容積負荷，即消化器單位有效容積每天接受的有機物量(kgCOD/。對懸浮生長工藝，也有用污泥負荷表達的，即kgCOD/(Kg污泥.d)；在污泥消化中，有促負荷習慣上以投配率或進料率表達，即每天所投加的濕污泥體積占消化器有效容積的百分數。由于各種濕污泥的含水率、揮發組分不盡一致，投配率不能反映實際的有機負荷，為此，又引入反應器單位有效容積每天接受的揮發性固體重量這一參數，即kgMLVSS/。有機負荷是影響厭氧消化效率的一個重要因素，直接影響產氣量和處理效率。在一定范圍內，隨著有機負荷的提高，產氣率即單位重量物料的產氣量趨向下降，而消化器的容積產氣量則增多，反之亦然。對于具體應用場合，進料的有機物濃度是一定的，有機負荷或投配率的提高意味著停留時間縮短，則有機物分解率將下降，勢必使單位重量物料的產氣量減少。但因反應器相對的處理量增多了，單位容積的產氣量將提高。有機負荷值因工藝類型、運行條件以及廢水廢物的種類及其濃度而異。在通常的情況下，采用常規厭氧消化工藝，中溫處理高濃度工業廢水的有機負荷為2～3kgCOD/，在高溫下為4~6kgCOD/。上流式厭氧污泥床反應器、厭氧濾池、厭氧流化床等新型厭氧工藝的有機負荷在中溫下為5～15kgCOD/，可高達30kgCOD/。（6）有毒物質有毒物質會對厭氧微生物產生不同程度的抑制，使厭氧消化過程受到影響甚至破壞，常見抑制性物質為硫化物、氨氮、重金屬、氰化物及某些人工合成的有機物。3.厭氧法的工藝和設備（1）厭氧接觸法1)工藝流程圖8-37厭氧接觸法工藝流程厭氧接觸法是對普通污泥消化池的改進，工藝流程如圖8-37所示，主要特點是在厭氧反應器后設沉淀池，使污泥回流，保證厭氧反應器內能夠維持較高的污泥濃度，可達5～10gMLVSS/L，大大降低反應器的水力停留時間，并使其具有一定的耐沖擊負荷能力。該工藝存在的問題有：(a)厭氧反應器排出的混合液中的污泥由于附著大量的氣泡在沉淀池中易于上浮到水面而被出水帶走；(b)進入沉淀池的污泥仍有產甲烷菌在活動，并產生沼氣，使已沉下的污泥上翻，影響出水水質、降低回流污泥的濃度。對此采取措施有：(a)在反應器和沉淀池之間設脫氣器，盡可能脫除沼氣；(b)在反應器與沉淀池之間設冷卻器，抑制產甲烷菌的活動；(c)在沉淀池投加混凝劑；(d)用超濾代替沉淀池。采取上述措施后，可使該工藝具有如下特點：(a)污泥負荷高，耐沖擊能力強；(b)有機容積負荷較高，中溫消化時容積負荷為~2.5kgBOD5/，去除率為80%～90%；(c)出水水質好。本工藝適合處理懸浮物、有機物濃度均較高的廢水，廢水COD一般不低于3000mg/L，懸浮物濃度可達圖8-37厭氧接觸法工藝流程2)厭氧接觸法的應用厭氧接觸法主要用于處理高濃度有機廢水，不同的廢水其工藝參數也不相同，在具體進行工藝設計時應通過相應的試驗來確定。如用厭氧接觸法處理酒精廢水，原廢水COD濃度為50000～54000mg/L，BOD5濃度為26000~34000mg/L，反應溫度采用53~55℃，反應器內污泥濃度為20％～30％，COD容積負荷為~COD/,水力停留時間為4~，COD的去除率為87％；用該工藝處理屠宰廢水，反應器容積負荷取BOD5/，水力停留時間12~13h，反應溫度為27～31℃，污泥濃度為7000～12000mg/L，沉淀池水力停留時間1~2h，表面負荷，回流比3：1，當原水BOD5濃度為1381mg/L時，接觸厭氧反應池的去除率為%，運行結果表明，當BOD5容積負荷從BOD5/上升到BOD5/時，去除率由%下降到83%，產氣量由kgBOD5下降到kgBOD5。（2)厭氧生物濾池厭氧濾池構造圖8-38厭氧生物濾池厭氧生物濾池是裝有填料的厭氧反應器，厭氧微生物以生物膜的形態生長在濾料的表面，廢水通過淹沒濾料，在生物膜的吸附和微生物的代謝以及濾料的截留三種作用下，廢水中的有機污染物被去除。厭氧濾池有升流式、降流式和升流混合式三種，具體結構見圖8-38。在升流式厭氧生物濾池中，廢水由反應器底部進入，向上流動通過濾料層，微生物大部分以生物膜的形式附著在濾料表面，少部分以厭氧活性污泥的形式存在于濾料的間隙中，它的生物總量比降流式厭氧生物濾池高，因此效率高。但普通升流式生物濾池的主要缺點有：(a)底部易于堵塞；(b)污泥沿深度分布不均勻。通過出水回流的方法可降低進水濃度，提高水流上升速度。升流式厭氧濾池平面形狀一般為圓形，直徑為6～26m，高度為3～圖8-38厭氧生物濾池降流式厭氧生物濾池其布水裝置在濾料層上部，發生堵塞可能性比升流式小。升流混合型厭氧生物濾池在池底的布水系統與濾料層之間留有一定空間以便懸浮狀的顆粒污泥能在其中生長、累積。它的優點有：(a)與升流厭氧生物濾池相比，減小了濾料層厚度，與升流式厭氧污泥床相比省去了三相分離器；(b)可增加反應器中總的生物固體量，并減少濾池被堵塞的可能性。厭氧生物濾池的容積負荷率可通過試驗確定或參考類同的工廠運行數據，影響容積負荷率的因素有：廢水水質、濾料性質、溫度、pH值、營養物質、有害物質等。根據有關資料，當反應溫度為30~35℃時，塊狀濾料負荷率可采用3～6kgCOD/，而塑料濾料為5~8kgCOD/。濾料是厭氧生物濾池的主體部分，應具備下列特性：比表面積大、孔隙率高、表面粗糙、化學及生物學的穩定性較強以及機械強度高等。常用的濾料有碎石、卵石、焦炭以及各種形式的塑料濾料，其中碎石、卵石濾料的比表面積較小(40～50m2/m3)、孔隙率低(50％～60％)，產生的生物膜較少，生物固體的濃度不高，有機負荷較低[3～6kgCOD/]，運行中易發生堵塞現象。塑料濾科的比表面積和孔隙率都大，如波紋板濾料的比表面積為100~200m2/m3，孔隙率達80％~90％，在中溫條件下，有機負荷可達5~15kgCOD/，且不容易發生堵塞現象。（3）升流式厭氧污泥床(UASB)1)升流式厭氧污泥床的構造升流式厭氧污泥床結構如圖8-39所示，集生物反應器與沉淀池于一體，是一種結構緊湊的厭氧反應器，反應器主要由以下幾部分組成：①進水配水系統該系統的形式有樹枝管、穿孔管以及多點多管三種形式，其功能是保證配水均勻和水力攪拌。圖8-39UASB構造圖②反應區包括顆粒污泥區和懸浮污泥區，是圖8-39UASB構造圖③三相分離器由沉淀區、回流縫和氣封組成，其功能是將氣體(沼氣)、固體(污泥)和液體(廢水)分開，它的分離效果將直接影響反應器的處理效果。④出水系統把沉淀區處理過的水均勻地加以收集，排出反應器，常用出水堰結構。⑤氣室也稱集氣罩，作用是收集氣體。2)UASB的機理和特點在UASB反應區內存留大量的厭氧污泥，具有良好的凝聚和沉淀性能的污泥在反應器底部形成顆粒污泥，廢水從反應器底部進入與顆粒污泥進行充分混合接觸后被污泥中的微生物分解。UASB具有如下優點：(a)污泥床內生物量多，折合濃度計算可達20～30g/L；(b)容積負荷率高，在中溫發酵條件下，一般可達10kgCOD/，甚至能夠高達15～40kgCOD/，廢水在反應器的水力停留時間短，可大大縮小反應器容積；(c)設備簡單，不需要填料和機械攪拌裝置，便于管理，不會發生堵塞問題。3)UASB的運用為了使UASB能高效運行，形成顆粒污泥是關鍵問題，因此在系統建成后就應培養顆粒污泥，影響顆粒污泥形成的因素主要有：(a)溫度；(b)接種污泥的質量與數量，如有條件采用已培養好的顆粒污泥，可大大縮短培養時間；(c)堿度，進水堿度應保持在750~1000mg/L之間；(d)廢水性質；(e)水力負荷和有機負荷，啟動時有機負荷不宜過高，一般以~COD/(kg為宜，隨著顆粒污泥的形成，有機負荷可以逐步提高。七、自然條件下的生物處理自然條件下的生物處理方法主要有兩種：水體凈化法和土壤凈化法。氧化塘和養殖塘等屬于水體凈化法；過濾田和灌溉田等屬于土壤凈化法。水田灌溉則介于兩者之間。水體凈化法的凈化過程和機理與人工條件下的活性污泥法相類似；土壤凈化法的凈化過程和機理則與人工條件下的生物膜法相類似。（一）生物塘1.生物塘的種類在天然或人工整修的池塘里，利用塘水中生長的微生物處理有機廢水的設施，叫做生物塘。按照生物塘中微生物活動的特征，可將其分為三類：好氧塘--池子淺，陽光透射，負荷小，全部廢水都能進行好氣生物轉化；兼性塘--池子較深，陽光半透射，負荷較大，池的上層進行好氣生物轉化，底層和污泥層進行厭氣生物轉化；厭氧塘--池子深，負荷大，廢水進行厭氣生物轉化。按照生物塘的利用情況，可特其分為單純處理型和兼作利用型。單純處理型僅用以處理廢水，兼作利用型可以在塘中養殖青綠飼料、藻類、海帶、藕及魚等，因而叫做養殖塘。生物塘一般都采用藻類生化復氧和水面自然復氧方法以取得微生物需要的氧氣，但也有通過人工機械曝氣方式進行補充供氧的，后者叫做曝氣生物塘。表8-7生物塘的種類及特征幾種生物塘的特征見表表8-7生物塘的種類及特征圖圖8-40普通氧化塘中的物質演變及微生物的共生關系生物塘還可分為單級和多級兩種。多級(4～5級)的后幾級常用作養殖塘。(1)生物氧化塘生物氧化塘多指好氧生物塘及深度較淺的兼性塘。池塘中氧可通過水面自然復氧和藻類的生化作用復氧來補給。生物氧化塘中活動的植物性浮游生物是很多的，代表性的種屬有：綠藻類的小球藻、柵列藻；鞭毛蟲類的衣滴蟲屬、眼蟲屬等。由于微生物在生化過程中不斷消耗溶解氧，致使水體表層的溶解氧來不及及時擴散到深層，造成了溶解氧沿深度的分布不均勻。水體表層溶解氧濃度大，是好氧微生物活動的好場所，稱為好氣帶。在深層溶解氧的濃度低，約為毫克/d，屬于兼性厭氧微生物活動的場所，稱為兼氣帶。如果池子很深，則最下層及污泥層是厭氧微生物活動的場所，稱為厭氣帶。一般廢水池塘中陽光能夠射進的深度不超過~米。在此深度內有大量的藻類生長，溶解氧濃度高，異養微生物代謝旺盛，有機物分解快。所以把深度不大于米的淺水池塘，比叫高速氧化塘。深度在l～米范圍內者，既有好氧分解過程，又有厭氧分解過程。這種池塘的生化反應速度較慢，叫做普通氧化塘或兼氣氧化塘。普通氧化塘中微生物的共生關系及其分解有機物的過程，示于圖8-40。氧化塘受自然條件影響很大，因而對氧化塘的BOD負荷和停留時間不宜作統一規定，應因地制宜。國外，BOD負荷常在9～19克/米2·日范圍內；在我國，經過機械處理的廢水為200~250米3/公頃·日；經過生物處理的廢水為4000～5000米3/公頃·日。(2)曝氣塘為了加強復氧強度，可在生物塘上設置機械曝氣器。曝氣塘內水流紊動激烈，各處充氧比較均勻，水較渾濁，藻類無法生活，其生物學特性更接近于活性污泥法。有機物的去除率和溫度、停留時間及廢水特性有關。曝氣塘的深度一般為3米，停留時間介于3～8日，BOD負荷多為～公斤/米3(塘)·日，去除率可達90%。(3)厭氧塘在厭氧塘中，BOD負荷很高，溶解氧被消耗殆盡，因而只有厭氧菌和兼性厭氧菌對有機物進行厭氧分解，這個過程和污泥的厭氧消化相同。厭氧分解的效率與溫度有關，—般建造的池型為了能夠保溫，要求表面積和體積的比值應盡量小些，池子的深度要大些~4米)(二)污水灌溉1．污水灌溉的作用（1）凈化廢水，保護環境進行旱田灌溉時，廢水的凈化原理基本上和生物膜法相同。懸浮物被截留于上土壤表層；膠體和部分溶解物被吸附于土壤顆粒表面；離子態污染物通過離子交換作用，而被土壤顆粒截留下來。在污水灌溉過程中，被截留及吸附的污染物和土壤微生物一起，形成很薄的生物膜，進行著有機物的生物轉化。在土壤表層，通風條件好，有機污染物濃度高，生物氧化作用強烈，因而去除率高，屬于好氣生物處理帶。該帶大體在土壤表層～米范圍內；當土壤孔隙大負荷低時，可能更深些。其下部供氧條件差，逐漸進入兼性生物處理帶。再往深層，便是厭氣生物處理帶。進行水田灌溉時，污水的凈化機理和生物塘類似。水中的懸浮物沉于水底，膠體和溶解物分散于水中，前者靠土壤微生物進行凈化，后者靠水體微生物來凈化。由于農田作物的覆蓋，光合作用不充分，所以藻類的作用已不象氧化塘那樣重要；而且主要依靠水層淺及風力擾動等有利條件進行大氣復氧。水田灌溉中，微生物十分活躍，加之農作物的吸收作用，致使有機氮代謝產物的NH3下降得十分迅速。（2）給土壤提供了水分和肥分農作物需要充分的水分以維持其生理過程，一般由根系吸收，通過莖葉，最后向大氣蒸發。土壤也需要水分以溶解各種肥料營養物質，供給農作物吸收。土壤微生物也需要濕潤的環境，以進行生命活動。可見土壤中的水分是何等的重要。凡是以補給水分為主要目標的灌溉，稱為浸潤灌溉。廢水中含有農作物需要的各種肥分。據我國一些城市的分折，污水中含總氮30～90毫克/升，氨氮5～50毫克/升，磷4～40毫克/升，鉀5～40毫克/升。凡是以施肥為主要目標的灌溉，稱為施肥灌溉。此外，污水灌溉還能改良土壤，使貧瘠板結的土壤形成團粒結構，有利于農作物的生長；污水灌溉還能提高土壤溫度，延長作物的生長期等。污水灌溉也存在一些問題：城市污水中工業廢水的組分逐日增多，毒物也隨之增加，不但影響農作物的產量和質量，而且有的毒物還能在土壤中積累；其次，污水常年不斷，而農田需要則是有季節性的；再其次是灌溉水量與廢水量不協調，并不是有多少污水都能包下來的，灌溉過量還會對環境造成新的危害。2．污水灌溉對水質的要求(1)不含有害農作物的有毒及有害成分；嚴格控制重金屬和某些有毒化學物質的含量；酸堿度應適中(pH值＝6～8)；溫度不高于40℃；懸浮固體濃度不大于200～300毫克/(2)不淤積和堵塞土壤孔隙，不使土壤鹽漬化。(3)不傳染疾病。(4)不污染地下及地面水源。(5)不含有能在農作物中積累的化學物質。利用工業廢水灌溉時，必須持積極而又慎重的態度。一般應在小型實驗的基礎上，確定合理的水質標準。要做好調查研究，充分掌握各種原始資料，如：氣象資料，地形資料，土壤資料，水文及水文地質資料，污水資料等，以便做好進行污水灌區的規劃和設計工作。從環境保護的角度出發，廢水只有經過適當的處理(機械處理或生物處理)之后，才能用于灌溉農田。所以，灌區位置的選擇應與廢水處理廠的廠址選擇結合起來考慮。通常應把灌區選于處理廠的附近，最好把灌溉干渠與污水處理廠出水渠結合起來，使排灌兩便，又節約投資。如果處理廠附近有豐富的地下水源或地面水源，灌區應選于較遠較高的缺水地區，以防污染水源，并解決農田需要問題。選擇灌區還必須考慮終年利用的可能性，最好能做到全年均衡用水。對于地下水位高，土壤滲透好，低洼易澇有給水水源的地區，一般不應選作灌區。八、生物污泥的處理生物化學法是目前世界上最經濟、有效的水處理方法，因而得到廣泛使用。但是，在生化法處理過程中，常會產生大量的污泥和沉渣。據理論計算，每處理1tBOD將生成細胞體。一般污水廠產生的污泥量約是處理水量的％~％(體積)。污泥的成份相當復雜，不僅含有氮、磷、鉀有機物等植物營養成份，以及各類微生物和無機物，還含有重金屬離子，病原微生物、寄生蟲卵等有毒有害物質，必須加以妥善處理。目前世界上所采用的污泥處理處置方法大體如圖8-41所示，其中應用較多的是厭氧消化法和焚燒法。圖8-41污泥處理處置流程焚燒法要消耗大量燃料，如日本1984年焚燒處理污泥量占總量的72％，消耗重油×105圖8-41污泥處理處置流程二十世紀80年代初