污水的生物处理

在自然界中，存在着大量依靠有机物生活生活的微生物，它们不但能分解、氧化一般的有机物，并将其转化为稳定的化合物，而且还能转化部分有毒有机物。实际上，在工业废水的无害化处理过程中，不但可利用微生物处理有机毒物，还可用于处理由微生物营养元素构成的无机毒物。这些物质本身对微生物可能有一定的毒害作用，但组成这些物质的元素，有些是微生物自身生长所需，因此它们对微生物具有两重性，通过对其浓度的控制，毒物可以成为微生物的养料。
生物处理就是利用微生物分解氧化有机物的这一功能，并采取一定的人工指施，创造有利于微生物生长，繁殖的环境，使微生物大量增殖，以提高其分解氧化有机物效率的一种污水处理方法。很据微生物生存的环境是否需要氧的存在。污水的生物处理法分为好氧和厌氧两大类。好氧生物处理的前提是必须在有氧的情况下进行，而厌氧生物处理是必须保证无氧环境，由于好氧生物处理效率高，使用比较广泛。所以多用于处理中等浓度以下的城市污水和工业废水。厌级处理对象主要是中、高浓度有机物废水和污水处理中所产生的污泥，污水在厌氧处理中所需停留时间比好氧处理要长。
污水好氧生物处理的主要去除对象是污水中溶解的和胶体状态的有机污染物，通过微生物的代谢作用予以转化和稳定，达到无害化。按照污水好氧生物处理反应器中微生物的生长状态，好氧生物处理还可划分为悬浮生长工艺和附着生长工艺。前者以活性污泥法为代表，包括氧化沟、SBR等变形工艺，微生物在曝气池内以呈悬浮状态的活性污泥的形式存在；而后者则以生物膜法为代表，包括生物滤池、接触氧化池、生物转盘等，微生物以膜状固着在某种载体的表面上。

一、活性污泥法

活性污泥法是依据污水的自净作用原理发展而来。污水在经过沉砂、初沉等反处理工艺后，去除了其中大部分悬浮物和其他无机物质(如砂粒等)后进入曝气池。池内生存有无数能氧化分解污水中有机污染物的微生物，采用人工强制供氧措施，以提供微生物所需的氧分，污水中的有机物被微生物吸附、氧化分解成无机物，随后进入后续的沉淀池，使呈絮状的微生物絮体--活性污泥下沉，与净化后的出水分离，上清液即可达标排放。
为了使曝气池保持高的反应速率，必须使曝气池内维持足够高的微生物浓度，为此沉淀后的微生物一部分又被回流到曝气池前端，使之与进入曝气池的污水接触，以重复吸附、氧化分解污水中的有机物。在这一正常连续生产(连续进水)条件下，活性污泥中微生物不断吸收污水中的有机物进行新陈代谢。由于合成作用的结果，微生物不断增殖，活性污泥数量不断增长，因此曝气池中活性污泥的量越积越多，当超过一定浓度时。应排掉部分剩余的活性污泥。
.曝气池中水流是纵向混合的推流式。在曝气池前端，活性污泥同刚进入的污水相接触，有机物浓度相对较高，即供给活性污泥中微生物的食料较多，所以微生物的生长一般处于生长曲线的对数生长期后期或稳定期。由于活性污泥法曝气时间较长，当活性污泥继续向前推进到曝气池末端时，污水中的有机物基本被耗尽，活性污泥中的微生物进入内源代谢期，其活动能力也相应减弱，因此较容易在沉淀池中沉淀分离，其一部分沉淀污泥被回流至曝气池前端，另一部分污泥刚被排出系统外。处于饥饿状态的污泥回流入曝气池后又能强烈吸附和氧化有机物，所以活性污泥法工艺对有机物的去除率较高。
活性污泥法是当今世界范圈内应用最为广泛的一种生物处理工艺，自从它于1914年在英国建成试脸厂以来，已有近90年的历史。随着该工艺在生产实践中的应用和不断改进，特别是近几十年来在对其生物反应、净化机理、运行管理等进行广泛深入研究的基础上，活性污泥法得到了很大的发展，其工艺流程也不断有所改进和创新，并派生出许多变形工艺。如氧化沟、AB法、SBR法、A/O法、A2/O法等派生工艺，这些工艺都具有处理效率高、出水水质好等优点，但同时也存在工程投资高、占地面积大、能耗大及运行费用高、管理较复杂等缺点，而且在运行中易出现污泥形胀和污泥上浮等问题。因而近20年来研究者们在对活性污泥法本身改进的同时，又致力于寻找活性污泥法的替代工艺或革新与代用处理技术。

二、生物膜法

19世纪末，在研究土壤净化污水的过滤田基础上，创造了生物过滤法，并将此应用于生产。与20世纪才出现的活性污泥法相比，生物过滤法体积负荷和BOD去除率都较低，运行时的环境卫生条件也较差，会滋生大量滤池蝇和蚊虫等。特别是由于当时滤池均以碎石为填料，没有更合适的填料载体，所以处理构筑物非常易堵塞，导致滤池不能正常运行，于是在20世纪40-60年代有逐渐被活性污泥法取代的趋势。但到了60年代后，由于新型合成材料的不断产生，使得合适滤料的选择有了可能，生物膜法又获得了新的发展。
生物膜法是与活性污泥法平行发展起来的生物处理工艺，是一大类生物处理法的统称。在生物膜法中，微生物附着在载体表面生长而形成膜状，污水流经载体表面和生物膜接触过程中，污水中的有机污染物即被微生物吸附、稳定和氧化，最终转化为H2O、CO2、NH3和微生物细胞物质，污水得到净化。在许多倩况下，生物膜法不仅能代替活性污泥法用于城市污水的二级生物处理，而且还具有一些独特的优点，如运行雄定、抗冲击负荷、更为经济节能、无污泥膨胀问题、具有一定的硝化与反硝化功能、可实现封闭运转防止臭味等。正是因为如此，自20世纪70年代以来，生物膜法引起了广大研究者和工程师们的极大兴趣，于是属于生物膜法的塔式生物滤池(好氧或厌氧滤池)、生物转盘、生物接触氧化法等得到了较多的研究和工程应用。
在生物膜法处理工艺中，生物滤池是最具有代表性的结构形式，根据生物滤池在运行中是否需要供氧，生物滤池又可分为厌氧生物滤池和好氧生物滤池。而在好氧生物滤池中，根据滤池池型结构和供氧方式以及是否具有反冲洗系统，好氧生物滤池又可分为普通生物滤池和新近才兴起的曝气生物滤池。

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