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导入废水的生物处理：

5 废水的好氧生物处理

5.1.1 有机物的好氧分解
自然界存在大量各种各样的微生物，这些微生物存在氧化分解有机物的巨大能力。利用微生物来处理废水的方法称为生物处理法。根据微生物的代谢特性，相应的可分为好氧生物处理、厌氧生物处理和自然条件下的生物处理。
废水的好氧处理是在提供游离氧的前提下，以好氧微生物为主，使有机物降解的方法。其过程可以图5－1来说明。

图5－1 有机物的好氧分解
有机物被微生物摄取后，通过代谢活动，有机物部分被分解转化为无机物且提供微生物生命活动所需的能量；另一部分被转化成新的细胞物质。
目前对中、低浓度的有机废水，BOD5浓度在600mg/L以内的有机废水基本上采用好氧生物处理。通常采用的有活性污泥法和生物膜法两大类。
5.1.2 好氧分解对废水水质的要求
为了得到良好的处理效果，必须保证废水中的微生物有较好的生长条件，以维持分解污染物的正常过程。好氧微生物对水质的要求主要有：
1、溶解氧
在好氧生物处理时，废水中必须有足够的溶解氧以保证微生物的正常生长。正常状态下，废水中的溶解氧应在0.3～2mg/L之间，此时好氧菌和兼性菌都能进行好氧呼吸。
2、pH值
对好氧的处理，pH值应在6～9之间。
3、温度
采用好氧处理废水时，水温低于10℃或高于50℃仍有想当好的处理效果，水温在20℃～40℃之间最为合适。
4、微生物生长必须的营养
由生物的组成可知所需的营养包括碳、氮、磷、硫以及微量的钾、钙、镁、铁等和维生素。生活污水具有以上所列的全部成分，而有些工业废水则可能缺少某几种营养，特别是氮和磷。对于这些废水进行生物处理时，需投加生活污水或氮、磷的化合物如硫酸铵。磷酸氢二钠等。一般对好氧处理宜维持下面的比例：BOD5∶N∶P＝100∶5∶1。
5、毒性物质
多数重金属，如锌、铜、铅、铬等均含毒性，不利于微生物的成活。另有一些物质，如酸、氰化物硫化物等也具有毒性，能抑止生物氧化作用。而且由于含重金属的污泥作为肥料不合适，一般应尽量在预处理中加以去除。
6、进水有机物的浓度
进水BOD5浓度一般在100～600mg/L。过高时会出现供氧不足，以致造成缺氧现象，影响处理效果。
7、废水的可生化性
废水的可生化性一般用BOD5/COD值表示。当BOD5/COD＞0.5，采用生物处理效果明显；BOD5/COD＜0.4，则不宜采用生物法处理。
5.2.1 活性污泥法的原理
5.2.2 活性污泥法的基本流程
1、曝气池 活性污泥与氧和有机污染物充分接触，并吸附和氧化分解有机污染物。
2、曝气设备 供氧，混合搅拌使混合液呈悬浮状态
3、二沉池 使污泥和水澄清分离
4、污泥回流 保证曝气池进行生化分解的微生物。
5、剩余污泥排放 排出增殖污泥
5.2.3 曝气设备

图5－5 竖式表面曝气机（伞型叶轮）
竖式曝气机的转轴与水面垂直，装有叶轮，常用的有平板型、伞型和泵型三种。但运行时噪声较大，易使污泥破碎。

图5－6 TNO型曝气转刷
卧式的表面曝气设备包括转刷曝气机和转盘曝气机，常用于氧化沟活性污泥法中。
5.2.4 运行参数
活性污泥法运行的控制，是根据该条件下的微生物特性进行的。一般控制下列参数来保证系统的正常运行。
1、污泥沉降比（SV）
污泥沉降比是指一定量的曝气池混合液，静止30min后，沉降污泥体积与原混合液体积之比，以百分数表示，是控制运行的重要指标之一。一般在15％～30％。
2、污泥浓度（MLSS）
指曝气池单位混合液中所含悬浮固体的质量（g/L或mg/L），反映微生物的量。一般MLSS值控制在2～4g/L。
3、污泥指数（污泥容积指数SVI）
是指曝气池混合液静止30min后，1g干污泥湿时所占有的体积（mL/g）。即
SVI（mL/g）＝
表示污泥指数时，单位常省略。污泥指数能反映出活性污泥的疏散程度和沉降性能。
如SVI过低，说明污泥颗粒细小紧密，无机物含量多，缺乏活性和吸附能力；SVI过高，说明污泥难于凝聚沉降，已经发生或即将发生污泥膨胀。

5.2.5 5.2.6▲06年朝鲜国家科学院微生物学研究所最近利用微生物菌体吸附的方法处理工业废水获得了成功。报道说，这一方法可以回收工业废水中９９．９２％的重金属，使重金属的含量降低到水质允许的标准以下。新方法可以运用于所有产生重金属废水的工厂企业。采用这种方法不仅可以完全不使用昂贵的沉淀剂和化学药剂，而且还能够减少沉淀水量，提高净化效果。这种方法在一些企业的试用结果表明，重金属的含量、酸度和浊度等指标均降低到了现有标准以下。报道说，新方法成本低，既能防止江河湖泊的污染，又能回收金属离子，经济效益很大。
5.3 氧化沟活性污泥法
5.3.1 氧化沟技术的发展
氧化沟又名氧化渠，因其构筑物呈封闭的沟渠而得名。它是一种新型活性污泥法。因为废水和活性污泥的混合液在环状的曝气渠道中不断循环流动，因此被称为“氧化沟”，又称“循环曝气池”。20世纪60年代以来，氧化沟技术在欧洲、北美、南非、澳大利亚等地得到了迅速推广应用。这些氧化沟已与原始的氧化沟大不相同，都是连续运行的，用于处理生活污水与工业废水。我国近年来在氧化沟技术的研究及推广应用方面有了迅速的发展。有规模较小处理工业废水的，也有规模较大处理城市废水的氧化沟。
5.3.2 氧化沟的技术特征
氧化沟污水处理技术能在近30年来取得迅速的发展，主要由于该工艺出水水质好，运动稳定，管理方便，并有区别于传统活性污泥法的一系列技术特征，概括如下：
1、采用的技术参数
有机物容积负荷： 0.2～O.4 kgBOD5/ (m3.d)
有机物污泥负荷： 0.05～0.15kgBOD5/ (kgMLSS·d)
水力停留时间： 10～24h
污泥龄： 10～30d
活性污泥浓度： 2000～6000mg/L
出水水质BOD5 ： 10～15mg/L
SS： 10～20mg/L
NH3－N： 1～3mg/L
2、氧化沟系统
以氧化沟处理城市污水时，可不设初次沉淀池，悬浮状有机物可在氧化沟中得到好氧稳定。由于氧化沟采用的污泥龄比较长，其剩余污泥量少于一般活性 污泥法，而且已经得到好氧稳定，因此不需再经污泥消化处理。为防止无机沉渣在氧化沟中积累，原污水需先经格栅及沉砂池预处理。
根据构造特征和运行方式，可以有不同类型的氧化沟，下面以Carrousel氧化沟为例介绍如下：
Carrousel氧化沟（见图5-7） 其特点是在沟渠的一端设置垂直轴的表面曝气机，沟渠一般为廊道式，由于表面曝气机有较大的提升作用，使得氧化沟的水深一般可达4.5m，需设沉淀池和回流装置。

图5-7 Carrousel氧化沟
3、氧化沟技术特点
（1）工艺流程简单，运行管理方便
（2）处理效果稳定，出水水质好
（3）污泥产量高，污泥性质稳定
（4）能承受水量、水质冲击负荷
（5）曝气时间长，能耗高
（6）自动化程度高，基建费用大

5.4 序批式活性污泥法（SBR）
SBR工艺即序批式活性污泥法（Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process，简写为SBR），又称为间歇式活性污泥法，由于在运行中采用间接操作的形式，每一个反应池是一批批地处理废水，因此而得名。
5.4.1 间歇式活性污泥法工艺流程
SBR工艺的一个完整操作周期有五个阶段（见图5-8）：进水期(fill)、反应期(react)、沉淀期(settle)、排水期(draw) 和闲置期(idle)

进水 反应 沉淀 排水 闲置
图5-8 SBR运行工序图
1、进水期
进水期是反应器接受废水的过程，这个过程不仅仅是废水的流入与反应器水位的升高的过程，而且伴随一定的生化反应（磷的释放和脱氮等）。
2、反应期
当进水达到设定的液位后，开始曝气和搅拌，以达到反应目的（去除BOD、硝化、脱氮除磷）。
3、沉淀期
沉淀期主要是一个固液分离的过程，即经过曝气和搅拌作用后，混合液中的污泥颗粒和絮体在重力的作用下沉降，实现污泥和废水的分离过程。
4、排水期
排水期是排除反应器中的上清液的过程，上清液由反应器上部的溢流堰和滗水器排出。该期间的水位是处理周期内的最低水位。反应器底部沉降的活性污泥大部分作为下一周期使用，而过剩的剩余污泥则从排泥管引出排放。
5、闲置期
闲置期是在一个处理周期内从排水结束时刻起到下一个周期开始进水的时刻的中间的一段时间。同时伴随少量的厌氧反应和脱氮过程。在此期间活性污泥中的微生物得到充分的休息，恢复活性。
5.4.2 SBR工艺的特点
1、流程简单，运行费用低；
2、固液分离效果好，出水水质好；
3、运行操作灵活，效果稳定；
4、脱氮除磷效果好；
5、有效防止污泥膨胀；
6、耐冲击负荷。
5.4.3间歇式活性污泥法的影响因素
1、进水时缓慢搅拌的影响
SBR工艺进水过程在缓慢搅拌时，可使聚磷菌释磷量加大，从而使聚磷菌在好氧状态下摄取磷量越大。
2、NOx－—N对脱氮、除磷的影响
当进水处于厌氧状态时，进水带来了极少量NOx－—N，尽量降低曝气池内进水前留于池内的NOx－—N浓度，主要靠好氧曝气停止后沉淀、排水段的缺氧运行。
3、运行时间和DO的影响
进水工序的厌氧状态，DO为0.3～0.5mg/L，当释磷速度为9～10mg/(gMLSS·h)，水力停留时间大于1h；
好氧曝气工序DO在2.5mg/L以上，曝气时间4.0h为宜；
排放、沉淀工序，DO≦0.7mg/L，时间为2h左右。

5.5 生物膜法
5.5.1 基本概念
生物膜是依靠附着于固体表面滤料的介质上而生长繁殖的微生物净化有机物的好氧处理方法。
具有以下优点：
1、附着于固体介质表面上的微生物对水量，水质的变化有较强的适应。
2、固体介质有利于微生物形成稳定的生态体系，栖息微生物的种类较多，处理效率高。
3、降解产物污泥量少。
4、管理方便。
 缺点：
1、滤料表面积小，BOD容积负荷小。
2、附着于固体表面的微生物量较难控制，操作伸缩性差。
3、靠自然通风供氧，不如活性污泥供氧充足，容易产生厌氧。
主要的生物膜法有：生物滤池：其中又可分为普通生物滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池等；生物转盘；生物接触氧化法；好氧生物流化床等。
5.5.2 基本原理
1、生物膜的形成：
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而增殖和生长，形成一层薄的生物膜。
2、生物膜的成熟：
在生物膜上由细菌及其它各种微生物组成的生态系统以及生物膜对有机物的降解功能都达到了平衡和稳定。
生物膜从开始形成到成熟，一般需要30天左右(城市污水，20°C)， 成熟的生物膜一般厚度为2mm。生物膜的基本结构如图5-9所示。
3、生物膜的更新与脱落
生物膜厚度不断增加，氧气不能透入的内部深处将转变为厌氧状态；厌氧的代谢产物增多，气态产物的不断逸出，减弱了生物膜在填料上的附着能力易于脱落。老化膜脱落，新生生物膜又会生长起来

图5-9 生物膜结构示意图
5.5.3 生物滤池
1. 基本结构

图5-10 生物滤池示意图
2. 工艺流程
初沉池
生物
滤池 池
二沉池
出水回流
出水
进水
剩余污泥

图5-10 生物滤池的基本流程
3. 生物滤池构造及组成
生物滤池由滤料、池壁、池底排水系统、上部布水系统组成。
（1）滤料的要求：
①比表面要大；②孔率高；③质材强度高；④稳定；⑤价廉
一般为实心拳状滤料，如碎石、卵石、炉渣等；工作层的滤料的粒径为25~40mm，承托层滤料的粒径为70~100mm。
（2）池壁的功能
构筑物主体，起支撑作用。
（3）池底排水系统
排水系统处于滤床的底部，其作用是收集、排出处理后的废水和保证良好的通风；一般由渗水顶板、集水沟和排水渠所组成；渗水顶板用于支撑滤料，其排水孔的总面积应不小于滤池表面积的20%；渗水顶板的下底与池底之间的净空高度一般应在0.6m以上，以利通风，一般在出水区的四周池壁均匀布置进风孔。
（4）布水系统
布水装置的目的是将废水均匀地喷洒在滤料上，常用旋转布水装置。

图5-11 旋转布水器
5.5.4 生物接触氧化法
生物接触氧化法是一种介于活性污泥法与生物滤池之间的生物膜法处理工艺；又称为淹没式生物滤池。
1、主要特点：
（1）生物接触氧化池内的生物固体浓度（10～20g/l）高于活性污泥法和生物滤池，具有较高的容积负荷（可达3.0～6.0kgBOD5/m3.d）；
（2）不需要污泥回流，无污泥膨胀问题，运行管理简单；
（3）对水量水质的波动有较强的适应能力；
（4）污泥产量略低于活性污泥法。
2、生物接触氧化池的构造
由池体、填料、布水系统和曝气系统等组成；填料高度一般为3.0m左右，填料层上部水层高约为0.5m，填料层下部布水区的高度一般为0.5～1.5m之间；
根据曝气装置与填料的相对位置，可以分为两大类：
（1）曝气装置与填料分设
填料区水流较稳定，有利于生物膜的生长，但冲刷力不够，生物膜不易脱落；可采用鼓风曝气或表面曝气装置；较适用于深度处理。

（2）曝气装置直接安设在填料底部
曝气装置多为鼓风曝气系统；可充分利用池容；填料间紊流激烈，生物膜更新快，活性高，不易堵塞；检修较困难。
3.、填料
填料是微生物的载体，其特性对接触氧化池中生物量、氧的利用率、水流条件和废水与生物膜的接触反应情况等有较大影响；分为硬性填料、软性填料、半软性填料、及球状悬浮型填料等：
4、生物接触氧化池的运行与管理
（1）启动调试：
启动调试时须培养生物膜，其方式类似活性污泥的培养，可间歇或连续进水；注意营养平衡(C、N、P)、pH值、抑制物浓度等；应对生物膜的生长情况经常观察，并及时调整运行条件。
（2）日常运行管理
一般应控制溶解氧浓度为2.5～3.5mg/l；避免过大的冲击负荷；防止填料堵塞：①加强前处理，降低进水中的悬浮固体浓度；②增大曝气强度，以增强接触氧化池内的紊流；③ 采取出水回流，以增加水流上升流速，以便冲刷生物膜。