废水的生化处理：好氧与厌氧处理工艺及目的

废水的生化处理：好氧与厌氧处理工艺及目的

废水生化处理是通过微生物的代谢作用来处理废水中的污染物，一般可分为两大类，即好氧处理和厌氧处理。好氧处理是在曝气作用下，利用好氧微生物的代谢活动去除废水中的污染物。常见的好氧处理工艺有活性污泥法、CASS、CAST、SBR、MBR、接触氧化、氧化沟等；厌氧处理是在缺氧的条件下，利用厌氧微生物的代谢活动去除废水中的污染物。常见的厌氧工艺有水解酸化、UASB、ABF、IC等。

生物废水处理的目的和重要性

1.生物废水处理的目的

生物废水处理的主要目的如下：

① 絮凝去除废水中不能自然沉淀的胶体固体；

②稳定化、去除废水中的有机物；

③去除其中的营养元素氮、磷。

2. 生物废水处理的重要性

①城市污水中60%以上的有机物只有采用生物方法才能经济地去除；

②废水中氮的去除一般依靠生物方法；

③目前世界上已建成的城市污水处理厂90%以上采用生物处理方法；

④大部分工业废水处理厂也主要采用生物方法。

微生物在废水生物处理中的作用

微生物在废水生物处理中主要起三个作用：

①去除溶解性有机物（以COD或BOD5表示）（将其转化为CO2和H2O），去除其他溶解性无机营养物如N（最终转化为N2气）、P（转化为与水分离的富含磷的剩余污泥）等；

②絮凝沉淀降解胶体固体（一些难降解的颗粒或胶体有机物，可被微生物产生的胞外聚合物和其他有絮凝作用的物质沉淀下来，并与剩余污泥一起排出系统外；或通过吸附作用在系统中停留较长时间，缓慢降解）；

③稳定化有机物（一些有毒、有害和难降解的有机物，可被微生物初步分解或部分降解，从而减轻毒性作用或获得部分稳定化，或最终完全转化为无机物而获得稳定化）。

微生物代谢简介

1、废水生物处理中微生物代谢示意图

2. 微生物代谢的基本要素

①能量：化学能，或光能——化能营养型、光能营养型；

②碳源：有机碳，或无机碳——异养、自养；

③无机营养物——分为大量元素，如：N、P、S、K、Ca、Mg等。在处理工业废水时，N、P元素与所要去除的有机污染物之间的营养平衡有时很关键，必要时需在过程中补充一定量的N和P；以及微量元素，如Fe、Co、Ni、Mo等。微量元素对某些特殊细菌如产甲烷菌的生长十分重要，因此在设计和操作厌氧生物反应器时，应给予足够的重视，否则就会出现所谓的“微量元素缺乏症”；

④特殊有机营养物质（也称生长因子，如维生素、生物素等）：对于一些特殊的菌种，某些特殊的维生素对其生长影响很大，因此，必要时应考虑补​​充。

3、废水生物处理中涉及的微生物代谢过程主要有：

①化能异养代谢：是废水生物处理中最主要的代谢形式，主要用于废水中有机物的去除，主要包括需氧菌和厌氧菌；

②化能自养代谢：也是废水生物处理中常见的代谢形式，主要有硝化细菌（将氨氮氧化成亚硝酸盐，或进一步氧化成硝酸盐）、氢细菌（其应用尚处于研究阶段）、铁细菌等；

③光合异养代谢：利用光合细菌以高浓度有机废水为基质，生产细菌蛋白质；

④光合自养代谢：在废水生物处理中很少采用。

生物废水处理中的微生物

1.细菌：

主要包括真细菌（）和古细菌（）；它们是废水生物处理工程中最重要的微生物；

真细菌

古菌

根据对氧的需求不同：需氧菌、兼氧菌和厌氧菌；

根据对能量和碳源利用方式的不同：光合细菌——光能自养细菌、光能异养细菌；非光合细菌——化能自养细菌、化能异养细菌；

根据生长温度不同：低温细菌（10℃~15℃）、中温细菌（15℃~45℃）、嗜热细菌（>45℃）。

2.真菌：

真菌有三个主要特征：

①能在低温、低pH条件下生长；

②生长过程中对氮的需求低（是一般细菌的1/2）；

③能降解纤维素。

真菌在废水处理中的应用：

①某些特殊工业废水的处理；

②固体废弃物堆肥

3.原生动物和后生动物：

原生动物主要以细菌为食，其种类和数量随处理水的水质而变化，可作为指示生物。

后生动物以原生动物为食；它们也可以作为指示生物。

废水处理中的 25 个为什么？（生化）

1、什么是废水生化处理？

废水生化处理是废水处理系统中最重要的工序之一，简称生化处理。生化处理就是利用微生物的生命活动，有效地去除废水中的可溶性有机物和部分不溶性有机物，使水体得到净化。其实，生化处理大家并不陌生。自然界的水体中存在着食物链，即大鱼吃小鱼，小鱼吃虾，虾吃小昆虫，小昆虫吃微生物，微生物吃污水。如果没有食物链，自然界就会一片混乱。在自然界的河流中，存在着大量依靠有机物生存的微生物，它们昼夜不停地将人们排入河流的有机物（如工业废水、农药化肥、粪便等有机物）氧化或还原，最终转化成无机物。如果没有微生物，我们身边的河流几个月或一两年后就会变成臭气熏天的河流。正是由于微生物太过微小、太过分散，人们无法用肉眼看到它们。废水生化处理工程就是在人工条件下强化这一过程。人们把无数的微生物聚集在一个池子里，创造一个非常适合微生物繁殖生长的环境（如温度、pH值、氧、氮、磷等营养物质），使微生物大量增殖，以提高分解有机物的速度和效率。然后将废水泵入池子，使废水中的有机物在微生物的生命活动过程中被氧化降解，从而使废水得到净化处理。生化法与其他处理方法相比，具有能耗低、不需投加药物、处理效果好、处理成本低的特点。

2、微生物如何分解去除废水中的有机污染物？

由于废水中含有碳水化合物、脂肪、蛋白质等有机物，这些无生命的有机物是微生物的食物，一部分被分解合成细胞物质（结合代谢物），另一部分被分解氧化成水、二氧化碳等（分解代谢物），在此过程中，废水中的有机污染物被微生物降解去除。

3. 哪些因素与微生物有关？

微生物除了营养外，还需要适宜的温度、pH值、溶解氧、渗透压等环境因素才能生存，环境条件若异常，微生物的生命活动就会受到影响，甚至发生变异、死亡。

4、微生物生长繁殖最适宜的温度范围是多少？

在废水生物处理中，微生物最适宜的温度范围一般为16-30℃，最高温度为37-43℃，当温度低于10℃时，微生物将不再生长。

在适宜的温度范围内，温度每升高10℃，微生物的代谢速率相应加快，COD去除率提高10%左右；反之，温度每降低10℃，COD去除率则下降10%。因此，冬季COD的生化去除率会明显低于其他季节。

5.微生物最适宜的pH值范围是多少？

微生物的生命活动和物质代谢与pH值密切相关，大多数微生物适应pH值4.5～9之间，最适宜的pH值在6.5～7.5之间。当pH低于6.5时，真菌开始与细菌竞争，当pH达到4.5时，真菌在生化池中将占据完全优势，会严重影响污泥的沉淀；当pH超过9时，微生物的代谢速率就会受到阻碍。

不同的微生物对pH值范围的要求不同，在好氧生物处理中，pH值可在6.5-8.5之间变化；在厌氧生物处理中，微生物对pH值的要求更为严格，应在6.7-7.4之间。

6、什么是溶解氧？溶解氧和微生物有什么关系？

溶解在水中的氧气称为溶解氧。水中生物和好氧微生物赖以生存的氧气就是溶解氧。不同的微生物对溶解氧的要求不同，好氧微生物需要充足的溶解氧供给。一般来说，溶解氧要维持在3mg/L，最低不能低于2mg/L；兼性厌氧微生物要求溶解氧范围在0.2-2.0mg/L之间；厌氧微生物要求溶解氧范围在0.2mg/L以下。

7、为什么高浓度盐废水对微生物的影响特别大？

我们先来叙述一个渗透压实验：用半透膜分离两种不同浓度的盐溶液。低浓度盐溶液的水分子会透过半透膜进入高浓度盐溶液中，高浓度盐溶液的水分子也会透过半透膜进入低浓度盐溶液中，但数量较少，所以高浓度盐溶液一侧的液面会上升。当两边液面的高度差产生的压力足以阻止水再次流动时，渗透就会停止。这时，两边液面的高度差产生的压力就是渗透压。一般来说，盐浓度越高，渗透压越大。

微生物在盐水溶液中的情况与渗透压实验类似。微生物的单位结构是细胞，细胞壁相当于一层半透膜。当氯离子浓度小于或等于1/L时，细胞壁所能承受的渗透压为0.5-1.0个大气压，即使细胞壁和胞质膜有一定的韧性和弹性，细胞壁所能承受的渗透压也不会大于5-6个大气压。但当水溶液中氯离子浓度在1/L以上时，渗透压就会升高到10-30个大气压左右。在如此大的渗透压下，微生物体内大量的水分子会渗透到体外溶液中，导致细胞失水，发生质壁分离，严重时微生物就会死亡。日常生活中人们用食盐（氯化钠）腌制蔬菜、鱼类，对食品进行杀菌、保鲜，就是应用这一原理。工程经验数据表明，当废水中氯离子浓度大于/L时，微生物的活动就会受到抑制，COD去除率会大幅度下降；当废水中氯离子浓度大于/L时，会引起污泥体积膨胀，水面出现大量泡沫，微生物会相继死亡。

但经过长期的驯化，微生物会逐渐适应在高浓度盐水中生长繁殖，目前有人已驯化出能适应100μL以上氯离子或硫酸根离子浓度的微生物。但渗透压的原理告诉我们，已经适应在高浓度盐水中生长繁殖的微生物，其细胞液的盐浓度是很高的，一旦废水中的盐浓度较低或很低，废水中的水分子就会大量渗透到微生物体内，使微生物细胞肿胀，严重时则破裂死亡。因此，经过长期驯化，能逐渐适应在高浓度盐水中生长繁殖的微生物，要求生化进水中的盐浓度始终保持在相当高的水平，不能有大的波动，否则微生物就会大量死亡。

8、什么是好氧生化处理？什么是兼性厌氧生化处理？二者有何区别？

根据微生物生长对氧环境要求的不同，生化处理可分为好氧生化处理和缺氧生化处理两大类。缺氧生化处理又可分为兼性厌氧生化处理和厌氧生化处理。在好氧生化处理过程中，好氧微生物必须在大量氧气存在下才能生长繁殖，还原废水中的有机物；而在兼性厌氧生化处理过程中，兼性厌氧微生物只需要少量的氧气就能生长繁殖，降解废水中的有机物。如果水中氧气过多，兼性厌氧微生物就不能很好地生长，影响其处理有机物的效率。

兼性厌氧微生物能适应COD浓度较高的废水，进水COD浓度可提高到1000-1500/L以上，COD去除率一般为50-80%；而好氧微生物只能适应COD浓度较低的废水，进水COD浓度一般控制在1000-1500/L以下，COD去除率一般为50-80%。兼性厌氧生化处理和好氧生化处理的时间都不会太长，一般为12-24小时。人们利用兼性厌氧生化和好氧生化的区别和相同之处，把兼性厌氧生化处理和好氧生化处理结合起来，这样先用兼性厌氧生化处理高COD浓度的废水，再用兼性厌氧池的处理水作为好氧池的进水。此种联合处理可减少生化池的容积，既节省环保投资，又节省日常运行费用。

厌氧生化处理的原理和作用与缺氧生化处理相同。厌氧生化处理与缺氧生化处理的区别在于厌氧微生物在生长和降解有机物过程中不需要任何氧气，厌氧微生物可以适应COD浓度（mg/L）较高的废水。厌氧生化处理的缺点是生化处理时间很长，废水一般需要在厌氧生化池中停留40小时以上。

9、生物处理在污水处理工程中有哪些应用？

在污水处理工程中应用最广泛、最实用的生物处理技术主要有两大类：一类叫活性污泥法，另一类叫生物膜法。

活性污泥法是基于悬浮生物群落生化代谢的一种好氧废水处理方法。微生物在生长繁殖过程中能形成大表面的絮凝体，能絮凝吸附废水中大量悬浮的胶体或溶解的污染物，将这些物质吸收到细胞体内，并在氧的参与下将这些物质彻底氧化，释放出能量、CO2和H2O。活性污泥法的污泥浓度一般为4g/L。

生物膜法中，微生物附着在填料表面，形成胶体连接的生物膜。生物膜一般呈蓬松絮状结构，微孔多，表面积大，有很强的吸附作用，有利于微生物进一步分解利用这些吸附的有机物。在处理过程中，水的流动和空气的搅动使生物膜表面与水不断接触，废水中的有机污染物和溶解氧被生物膜吸附，生物膜上的微生物不断分解这些有机物质。在氧化分解有机物质的同时，生物膜本身也在不断进行新陈代谢。老化的生物膜脱落，被处理水带出生物处理设施，在沉淀池中与水分离。生物膜法污泥浓度一般为6-8g/L。

为了提高污泥浓度，进而提高处理效率，可以将活性污泥法与生物膜法结合起来，即在活性污泥池中添加填料。这种既有生物膜微生物又有悬浮微生物的生物反应器称为复合生物反应器，这种反应器的污泥浓度很高，一般在14g/L左右。

10、生物膜法与活性污泥法有何相同与不同之处？

生物膜法与活性污泥法是生化处理的不同反应器形式，外观上的主要区别在于前者的微生物不需要填料载体，生物污泥呈悬浮状态，而后者的微生物则固定在填料上。但它们处理废水、净化水质的机理是相同的。另外，两者的生物污泥均为好氧活性污泥，污泥的成分也具有一定的相似性。另外，生物膜法中的微生物由于固定在填料上，能形成相对稳定的生态系统，其生活能和消耗能没有活性污泥法中的微生物大，因此生物膜法的剩余污泥量比活性污泥法少。接触氧化池采用的是生物膜法，而SBR生化池采用的是活性污泥法。

11.什么是活性污泥？

从微生物的角度看，生化池中的污泥是由各种具有生物活性的微生物组成的生物群落。如果在显微镜下观察污泥颗粒，可见其中存在着多种微生物——细菌、霉菌、原生动物和后生动物（如轮虫、昆虫幼虫和蠕虫等），它们之间形成食物链。细菌和霉菌能分解复杂的有机物，获得自身活动所必需的能量，并自行建造。原生动物以细菌和霉菌为食，后生动物则以细菌为食。后生动物也可直接以细菌为食。这种充满微生物、能降解有机物的絮状泥粒称为活性污泥。

活性污泥除由微生物组成外，还含有一些吸附在活性污泥上的不能再生物降解的无机物质和有机物（即微生物的代谢残余物）。活性污泥的含水率一般为98-99%。

活性污泥与明矾絮体一样，具有很大的表面积，因而对有机物有很强的吸附和氧化分解能力。

12、如何评价活性污泥法和生物膜法中的活性污泥？

活性污泥法与生物膜法对活性污泥生长情况的判断和评价有所不同。

在生物膜法中，活性污泥的生长情况主要通过在显微镜下直接观察生物相来评价。

在活性污泥法中，除在显微镜下直接观察生物相外，评价活性污泥生长情况的常用评价指标有：混合液悬浮固体（MLSS）、混合液挥发性悬浮固体（MLVSS）、污泥沉降比（SV）、污泥沉降指数（SVI）等。

13. 在显微镜下观察生物相时，哪种微生物可直接表明生化处理有效？

微型后生动物（如轮虫、线虫等）的出现，表明微生物群落生长良好，活性污泥的生态系统比较稳定，此时生化处理效果最好。这就好比在经常捕捞大鱼的河流中，小鱼小虾生长得很好。

14. 什么是混合液悬浮固体（MLSS）？

混合液悬浮物（MLSS）又称污泥浓度，是指生化池中单位体积混合液所含干污泥的重量，单位为mg/L，用来表征活性污泥的浓度，包括有机物和无机物，一般来说SBR生化池的MLSS值应控制在2000-/L左右。

15. 什么是混合液挥发性悬浮固体（MLVSS）？

混合液挥发性悬浮固体（MLVSS）是指生化池混合液单位体积内所含干污泥中挥发性物质的重量，单位也是mg/L。由于它不包括活性污泥中的无机物，因此可以更准确的表示活性污泥中的微生物数量。

16.污泥沉降比（SV）？

污泥沉降比（SV）是指100毫升量筒中的混合液静置30分钟后，沉淀出的污泥占曝气池中混合液的体积比（％）。因此，有时也以SV30来表示。一般来说，生化池的SV在20-40％之间。污泥沉降比测量比较简单，是评价活性污泥的重要指标之一，常用来控制剩余污泥的排放，及时扭转污泥膨胀等异常现象。显然，SV也与污泥浓度有关。

17. 污泥量指数（SVI）？

污泥指数（SVI）全称是污泥体积指数，是1克干污泥在湿态下所占的体积（以毫升为单位），计算公式如下：

SVI＝SV*10/MLSS

SVI消除了污泥浓度因素的影响，能更好地反映活性污泥的混凝沉淀情况。一般认为：

60＜SVI＜100时，污泥沉降性能良好

100＜SVI＜200时，污泥沉降性能一般

200＜SVI＜300时，污泥有膨胀趋势

当SVI＞300时，污泥已经膨胀

18.溶解氧（DO）是什么意思？

溶解氧（DO）表示水中溶解氧的量，单位为mg/L。不同的生化处理方式对溶解氧的要求不同。在缺氧生化工艺中，水中溶解氧一般在0.2-2.0mg/L之间，而在SBR好氧生化工艺中，水中溶解氧一般在2.0-8.0mg/L之间。因此，运行缺氧池时，曝气量要小，曝气时间要短；运行SBR好氧池时，曝气量和曝气时间要大得多，而且要长得多，而且我们采用接触氧化，溶解氧控制在2.0-4.0mg/L。

19、废水中溶解氧含量与哪些因素有关？

水中溶解氧的浓度可用亨利定律表示：当达到溶解平衡时：

碳原子数=KH*P

式中：C为溶解平衡时氧在水中的溶解度；

P为气相中氧的分压；

KH为亨利系数，与温度有关；增加曝气力求使溶解氧接近平衡，而活性污泥也会消耗水中的氧气。因此，废水中实际溶解氧含量与水温、有效水深（影响压力）、曝气量、污泥浓度、盐度等因素有关。

20、微生物在生化过程中所需的氧气由谁提供？

生化过程中微生物所需的氧气主要由罗茨风机提供。

21、废水生化过程中为什么要定期补充营养物？

采用生化工艺去除污染物的方法主要是利用微生物的新陈代谢，而微生物的细胞合成等生命过程需要足够数量和种类的营养物质（包括微量元素）。对于化工废水，由于生产产品的单一性，废水水质的组成也比较简单，缺乏微生物所必需的营养物质。例如***公司生产废水中只含碳、氮，不含磷，这种废水不能满足微生物代谢的需要，所以必须在废水中投加磷，以提高微生物的新陈代谢，促进微生物细胞的合成。这就好比一个人在吃米面的同时，还要摄入足量的维生素。

22、废水中微生物所需各种营养元素的比例是多少？

微生物与动物、植物一样，也需要必要的营养物质才能生长繁殖。微生物所需的营养物质主要指碳（C）、氮（N）、磷（P）。废水中主要营养物质的组成比例有一定的要求，对于好氧生化来说，一般为C：N：P=100：5：1（重量比）。

23、为什么会有残留污泥？

在生化处理过程中，活性污泥中的微生物不断消耗废水中的有机物。被消耗的有机物中，一部分被氧化，提供微生物生命活动所需的能量，另一部分被微生物利用，合成新的细胞质，使微生物得以繁殖。在微生物进行新陈代谢的同时，部分老龄微生物死亡，于是产生剩余污泥。

24.如何估算产生的剩余污泥量？

在微生物代谢过程中，部分有机物（BOD）被微生物利用，合成新的胞质，替代死亡的微生物，因此剩余污泥的产生量与分解产生的BOD量有关，二者存在相关性。

在工程设计时，一般考虑每处理1公斤BOD5，将产生0.6-0.8公斤剩余污泥（100%），相当于产生3-4公斤含水率为80%的干污泥。

25. 什么是生物炭法（PACT法）？

对于某些难以生物降解的药物，生物化学处理中的COD很难达到国家初级排放标准（100 mg/L）或以下，因此，必须使用颗粒状的碳吸收治疗技术，以确保较弱的治疗方法，而既然是均一的，则是一种弱点。高的原因是，颗粒状的碳吸附能力的动态吸附能力约为10％（重量百分比），即只能在废水中吸附和治疗100 kg的碳质量，因此，碳的临床均可促进，并促进了cod。开发一种新技术可以大大提高活性碳的动态吸附能力并有效降低废水处理的成本？

将活性碳添加到生物化学的进水罐中（或在曝气罐中），并与含碳的污泥中的污泥中的污泥中排出。污泥的能力得到改善，尤其是溶解的氧气和激活的污泥之间的降解矩阵浓度和粉末状的激活碳界面已得到很大改进，从而提高了COD的降解和降解率，从而提高了pact cod的cod量。 ORB并去除1.0-3.5千克的COD。

根据我们的工程调试经验，直接在SBR有氧生物化学池中定期添加粉末的活性碳（每15-30天）可以实现良好的治疗结果。

节省投资成本；

灵活且方便的操作；

活性碳的高利用率；

它可以避免颗粒活化碳的缺点，即容易生长生物膜并引起阻塞，从而影响水的速率：

在激活的碳激活污泥系统中，由于粉末状的碳的巨大表面积及其强大的吸附能力，粉末状的污泥均附在粉末状的活性碳表面上。去除COD（取决于废水的类型）可以增加10-40％；

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