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廢水生物處理新技術(shù)之生物膜法，是與活性污泥法并列的一類廢水好氧生物處理技術(shù)，是一種固定膜法，廢水中微生物沿固體（可稱載體）表面生長(zhǎng)的生物處理方法的統(tǒng)稱，主要用于去除廢水中溶解性的和膠體狀的有機(jī)污染物，因微生物群體沿固體表面生長(zhǎng)成粘膜狀，故名。生物膜是由高度密集的好氧菌、厭氧菌、兼性菌、真菌、原生動(dòng)物以及藻類等組成的生態(tài)系統(tǒng)，其附著的固體介質(zhì)稱為濾料或載體。生物膜自濾料向外可分為厭氣層、好氣層、附著水層、運(yùn)動(dòng)水層。生物膜法的原理是，生物膜首先吸附附著水層有機(jī)物，由好氣層的好氣菌將其分解，再進(jìn)入?yún)挌鈱舆M(jìn)行厭氣分解，流動(dòng)水層則將老化的生物膜沖掉以生長(zhǎng)新的生物膜，如此往復(fù)以達(dá)到凈化廢水的目的。

　　生物膜法具有以下特點(diǎn)：一是對(duì)水量、水質(zhì)、水溫變動(dòng)適應(yīng)性強(qiáng)；二是處理效果好并具良好硝化功能；三是污泥量?。s為活性污泥法的3/4）且易于固液分離；四是動(dòng)力費(fèi)用省。用廢水生物處理新技術(shù)生物膜法處理廢水的構(gòu)筑物有生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤和生物接觸氧化池等。

厭氧—缺氧—好氧工藝(簡(jiǎn)稱A1-A2/O工藝)

A1—A2/O工藝和A2/O工藝同屬于硝化—反硝化為基本流程的生物脫氨工藝,所不同的是A1—A2/O工藝是在A1/O工藝基礎(chǔ)上增加了一級(jí)預(yù)處理段—厭氧段(A1),目的在于通過水解(酸化)的預(yù)處理,改變廢水中難降解物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu),提高其可生化性,強(qiáng)化脫氮效果。

近幾十年來(lái),盡管生物脫氮技術(shù)有了很大的發(fā)展,但是,硝化和反硝化兩個(gè)過程仍然需要在兩個(gè)隔離的反應(yīng)器中進(jìn)行,或者在時(shí)間或空間上造成交替缺氧和好氧環(huán)境的同一個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行。并且傳統(tǒng)的生物脫氮工藝,主要有前置反硝化和后置反硝化兩種。前置反硝化能夠利用廢水中部分快速易降解有機(jī)物作碳源,雖然可節(jié)約反硝化階段外加碳源的費(fèi)用,但是,前置反硝化工藝對(duì)氮的去除不*,廢水和污泥循環(huán)比也較高,若想獲得較高的氮去除率,則必須加大循環(huán)比,能耗相應(yīng)也增加。而后置反硝化則有賴于外加快速易降解有機(jī)碳源的投加,同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生大量污泥,并且出水中的COD和低水平的DO也影響出水水質(zhì)。傳統(tǒng)生物脫氮工藝存在不少問題:(1)工藝流程較長(zhǎng),占地面積大,基建投資高;(2)由于硝化菌群增殖速度慢且難以維持較高的生物濃度,特別是在低溫冬季,造成系統(tǒng)的HRT較長(zhǎng),需要較大的曝氣池,增加了投資和運(yùn)行費(fèi)用;(3)系統(tǒng)為維持較高的生物濃度及獲得良好的脫氮效果,必須同時(shí)進(jìn)行污泥和硝化液回流,增加了動(dòng)力消耗和運(yùn)行費(fèi)用;(4)系統(tǒng)抗沖擊能力較弱,高濃度NH3-N和NO2-廢水會(huì)抑制硝化菌生長(zhǎng);(5)硝化過程中產(chǎn)生的酸度需要投加堿中和,不僅增加了處理費(fèi)用,而且還有可能造成二次污染等等。

在廢水處理工程中，好氧生物處理法有活性污泥法和生物膜法兩大類。 

厭氧生物處理是在沒有游離氧存在的條件下，兼性細(xì)菌與厭氧細(xì)菌降解和穩(wěn)定有機(jī)物的生物處理方法。在厭氧生物處理過程中，復(fù)雜的有機(jī)化合物被降解、轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的化合物，同時(shí)釋放能量。在這個(gè)過程中，有機(jī)物的轉(zhuǎn)化分為三部分進(jìn)行：部分轉(zhuǎn)化為CH4，這是一種可燃?xì)怏w，可回收利用；還有部分被分解為 CO2、H20、NH3、H2S等無(wú)機(jī)物，并為細(xì)胞合成提供能量；少量有機(jī)物被轉(zhuǎn)化、合成為新的原生質(zhì)的組成部分。由于僅少量有機(jī)物用于合成，故相對(duì)于好氧生物處理法，其污泥增長(zhǎng)率小得多。 

廢水厭氧生物處理 

廢水厭氧生物處理過程不需另加氧源，故運(yùn)行費(fèi)用低。此外，它還具有剩余污泥量少，可回收能量(CH4)等優(yōu)點(diǎn)。其主要缺點(diǎn)是反應(yīng)速度較慢，反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，處理構(gòu)筑物容積大等。但通過對(duì)新型構(gòu)筑物的研究開發(fā)，其容積可縮小。此外，為維持較高的反應(yīng)速度，需維持較高的反應(yīng)溫度，就要消耗能源。

A/O系統(tǒng)

A/O脫氮除磷系統(tǒng)，即缺氧、好氧脫氮除磷系統(tǒng)。它是70年代主要由美國(guó)、南非等國(guó)開發(fā)的具有去除廢水中氮污染物的工藝，同時(shí)對(duì)脫磷亦有一定的效果。其工藝流程是讓廢水依次經(jīng)歷缺氧、好氧兩個(gè)階段，故人們通稱為缺氧、好氧脫氮除磷系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱A/O系統(tǒng)。A/O系統(tǒng)流程簡(jiǎn)單、運(yùn)行管理方便，且很容易利用原廠改建，從而提高了出水水質(zhì)。近年來(lái)已得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

4.缺氧/好氧工藝(簡(jiǎn)稱A2/O法)

A2-O法處理工藝是在好氧條件下,污水中NH3和銨鹽在硝化菌的作用下被氧化成NO2-—N和NO3-—N,然后在缺氧條件下,通過反硝化反應(yīng)將NO2-—N和NO3-—N還原成N2,達(dá)到脫氮的目的。A2/O是目前普遍采用的工藝，它是在法A/O法的基礎(chǔ)上增加一個(gè)厭氧段和一個(gè)缺氧段。

好氧生物處理 

好氧生物處理是在有游離氧(分子氧)存在的條件下，好氧微生物降解有機(jī)物，使其穩(wěn)定、無(wú)害化的處理方法。微生物利用廢水中存在的有機(jī)污染物(以溶解狀與膠體狀的為主)，作為營(yíng)養(yǎng)源進(jìn)行好氧代謝。 

過程:有機(jī)物被微生物攝取后，通過代謝活動(dòng)，約有三分之一被分解、穩(wěn)定，并提供其活動(dòng)所需的能量；約有三分之二被轉(zhuǎn)化，合成為新的原生質(zhì)(細(xì)胞質(zhì))，即進(jìn)行微生物自身生長(zhǎng)繁殖。后者就是廢水生物處理中的活性污泥或生物膜的增長(zhǎng)部分，通常稱其剩余活性污泥或生物膜，又稱生物污泥。在廢水生物處理過程中，生物污泥經(jīng)固—液分離后，需進(jìn)行進(jìn)一步處理和處置。 

優(yōu)點(diǎn):好氧生物處理的反應(yīng)速度較快，所需的反應(yīng)時(shí)間較短，故處理構(gòu)筑物容積較小。且處理過程中散發(fā)的臭氣較少。所以，目前對(duì)中、低濃度的有機(jī)廢水，或者說(shuō)BOD濃度小于500mg／L的有機(jī)廢水，基本上采用好氧生物處理法。 

傳統(tǒng)生物法

目前,國(guó)內(nèi)外對(duì)氨氮污水實(shí)際處理中應(yīng)用較成熟的生物處理方法是傳統(tǒng)的前置反硝化生物脫氮,如A/O、A2/O工藝等,都能在一定程度上去除污水中的氨氮。傳統(tǒng)生物脫氮途徑一般包括硝化和反硝化兩個(gè)階段,硝化和反硝化反應(yīng)分別由硝化菌和反硝化菌作用完成,由于對(duì)環(huán)境條件的要求不同,這兩個(gè)過程不能同時(shí)發(fā)生,而只能序列式進(jìn)行,即硝化反應(yīng)發(fā)生在好氧條件下,反硝化反應(yīng)發(fā)生在缺氧或厭氧條件下。由此而發(fā)展起來(lái)的生物脫氮工藝大多將缺氧區(qū)與好氧區(qū)分開,形成分級(jí)硝化反硝化工藝,以便硝化與反硝化能夠獨(dú)立地進(jìn)行。1932年,Wuhrmann利用內(nèi)源反硝化建立了后置反硝化工藝(post-denitrification),Ludzack和Ettinger于1962年提出了前置反硝化工藝(pre-denitrification),1973年Barnard結(jié)合前面兩種工藝又提出了A/O工藝,以及后又出現(xiàn)了各種改進(jìn)工藝如Bardenpho、Phoredox(A2/O)UCT、JBH、AAA工藝等,這些都是典型的傳統(tǒng)硝化反硝化工藝。

厭氧生物處理：在沒有分子氧和化合態(tài)氧的條件下，兼性細(xì)菌與厭氧細(xì)菌降解和穩(wěn)定有機(jī)物的生物處理方法。有機(jī)物轉(zhuǎn)化分為三個(gè)部分：1、甲烷，2、二氧化碳、水、氨、硫化氫等無(wú)機(jī)物，3、合成新的細(xì)胞質(zhì)。厭氧段污泥增長(zhǎng)率較少。優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)行費(fèi)用低，剩余污泥量少，可回收能量（甲烷）。缺點(diǎn)：反應(yīng)速率較慢，時(shí)間長(zhǎng)，處理構(gòu)筑物容積大。有機(jī)污泥和高濃度有機(jī)廢水（一般BOD5大于2000mg/l）均可采用厭氧生物處理法。

生物脫氮

1、氨化反應(yīng)：

微生物分解有機(jī)氮化合物產(chǎn)生氨的過程。（好氧、厭氧條件均可）

2、硝化反應(yīng)：

在亞硝化菌和硝化菌的作用下，將氨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽和硝酸鹽的過程。

3、反硝化反應(yīng)：

在缺氧條件下，硝酸根離子和亞硝酸根離子在反硝化作用下被還原為氮?dú)獾倪^程。

生物除磷

利用聚磷微生物有厭氧釋磷，好氧（缺氧）超量吸磷的特性，使好氧或缺氧段中混合液磷的濃度大大降低，終通過排放含有大量富磷污泥而達(dá)到從污水中除磷的目的。

微生物的生長(zhǎng)環(huán)境：

1、微生物的營(yíng)養(yǎng)：碳、氮、磷比例為BOD5：N：P=100：5：1（好氧），BOD5：N：P=250-300：5：1（厭氧）。

2、溫度

3、PH：當(dāng)污水PH變化較大時(shí)應(yīng)設(shè)置調(diào)節(jié)池。

4、DO：好氧生物處理的DO一般為2-3mg/l，缺氧反硝化為0.5mg/l以下，厭氧磷釋放要求低于0.3mg/l。

5、有毒物質(zhì)：重金屬、PH、鹽度、油類和脂類、溫度等。

注：污泥中毒癥狀：在進(jìn)水后很短的時(shí)間內(nèi)，在缺氧區(qū)、厭氧區(qū)，有大量污泥連續(xù)上浮污泥顏色和正常一樣，好氧區(qū)泡沫上也會(huì)粘附上黃褐色的污泥，同樣的風(fēng)量，但是好氧池的DO上升很高，出水各項(xiàng)指標(biāo)出現(xiàn)異常，中毒以后二沉池會(huì)有漂泥現(xiàn)象，污泥沉降性變差。解決方法：盡可能加大污泥回流量，如進(jìn)水沒有問題，可加大進(jìn)水量。

生物法

1.生物法機(jī)理——生物硝化和反硝化機(jī)理

在污水的生物脫氮處理過程中，首先在好氧條件下,通過好氧硝化菌的作用,將污水中的氨氮氧化為亞硝酸鹽或硝酸鹽;然后在缺氧條件下,利用反硝化菌(脫氮菌)將亞硝酸鹽和硝酸鹽還原為氮?dú)舛鴱奈鬯幸莩觥Ｒ蚨?污水的生物脫氮包括硝化和反硝化兩個(gè)階段。生物脫

硝化反應(yīng)是將氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽的過程,包括兩個(gè)基本反應(yīng)步驟:由亞硝酸菌參與的將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽的反應(yīng);由硝酸菌參與的將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為硝酸鹽的反應(yīng)。

在缺氧條件下,由于兼性脫氮菌(反硝化菌)的作用,將硝化過程中產(chǎn)生的硝酸鹽或亞硝酸鹽還原成N2的過程,稱為反硝化。反硝化過程中的電子供體是各種各樣的有機(jī)底物(碳源)。

生物脫氮法可去除多種含氮化合物,總氮去除率可達(dá)70%—95%,二次污染小且比較經(jīng)濟(jì),因此在國(guó)內(nèi)外運(yùn)用多。但缺點(diǎn)是占地面積大,低溫時(shí)效率低。

原理：微生物在酶的催化作用下，利用微生物的新陳代謝功能，對(duì)污水中的污染物質(zhì)進(jìn)行分解和轉(zhuǎn)化。

發(fā)酵：微生物將有機(jī)物氧化釋放的電子直接交給底物本身未*氧化某種中間產(chǎn)物，同時(shí)釋放能量并產(chǎn)生不同的代謝產(chǎn)物。

呼吸：微生物在降解底物的過程中，將釋放的電子交給輔酶Ⅱ、FAD或FMN等電子載體再經(jīng)電子傳遞系統(tǒng)傳給外源電子受體，從而生成水或其他還原型產(chǎn)物并釋放能量的過程。

1、好氧呼吸：

有機(jī)物終被分解為CO2，氨和水等無(wú)機(jī)物，并釋放出能量。

2、缺氧呼吸。

好氧生物處理：污水中有分子氧存在的情況下，利用好氧微生物（包括兼性微生物、主要是好氧微生物）降解有機(jī)物，使其穩(wěn)定、無(wú)害化的處理方法。主要有活性污泥法和生物膜法兩種。通過代謝活動(dòng)約有1/3被分解、穩(wěn)定，并提供所需能量，2/3被轉(zhuǎn)化合成新的細(xì)胞物質(zhì)即污水生物處理中的活性污泥或生物膜的增長(zhǎng)部分，通常稱為剩余活性污泥或生物膜，又稱為生物污泥。優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)速率較快，所需反應(yīng)時(shí)間較短，處理構(gòu)筑物容積較小且處理過程中散發(fā)的臭氣較少。

A/O法脫氮工藝的特點(diǎn)：

（a）流程簡(jiǎn)單，勿需外加碳源與后曝氣池，以原污水為碳源，建設(shè)和運(yùn)行費(fèi)用較低；

（b）反硝化在前，硝化在后，設(shè)內(nèi)循環(huán)，以原污水中的有機(jī)底物作為碳源，效果好，反硝化反應(yīng)充分；

（c）曝氣池在后，使反硝化殘留物得以進(jìn)一步去除，提高了處理水水質(zhì)；

（d）A段攪拌，只起使污泥懸浮，而避免DO的增加。O段的前段采用強(qiáng)曝氣，后段減少氣量，使內(nèi)循環(huán)液的DO含量降低，以保證A段的缺氧狀態(tài)。

生物膜法的優(yōu)缺點(diǎn)

生物膜法具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)微生物多樣化，生物的食物鏈長(zhǎng)，有利于提高污水處理效果和單位面積的處理負(fù)荷；

2)優(yōu)勢(shì)菌群分段運(yùn)行，有利于提高微生物對(duì)有機(jī)污染物的降解效率和增加難降解污染物的去除率，提高脫氮除磷效果；

3)對(duì)水質(zhì)、水量變動(dòng)有較強(qiáng)的適應(yīng)性，耐沖擊負(fù)荷力增強(qiáng)；

4)污泥沉降性能好，易于固液分離，剩余污泥產(chǎn)量少，降低了污泥處理費(fèi)用，進(jìn)而降低投資費(fèi)用。

5)適合低濃度污水的處理；

6)易于維護(hù)，運(yùn)行管理方便，耗能低。

但是與活性污泥法相比，生物膜法對(duì)環(huán)境溫度的要求較高，氣溫過高或過低都會(huì)影響生物膜的活性，引起生物膜的壞死和脫落。另外，由于生物膜需要附著在濾料上才能夠?qū)ξ鬯鸬絻艋饔茫虼溯d體的比表而積對(duì)生物膜處理的效果有著很大的影響，如果選用的濾料比表面積達(dá)不到要求，想要達(dá)到預(yù)期的處理效果就需要增加處理池的而積，使投資費(fèi)用增大。生物膜法中使用的濾料屬于消耗品，需要對(duì)其進(jìn)行周性的更新，增大了運(yùn)行期間的管理費(fèi)用同時(shí)，生物膜法對(duì)_L

藝設(shè)計(jì)和運(yùn)行條件的要求較為嚴(yán)格，一旦發(fā)生問題，便會(huì)引起濾料的破損和堵塞，降低出水的水質(zhì)。

A/O法生物去除氨氮原理：污水中的氨氮，在充氧的條件下（O段），被硝化菌硝化為硝態(tài)氮，大量硝態(tài)氮回流至A段，在缺氧條件下，通過兼性厭氧反硝化菌作用，以污水中有機(jī)物作為電子供體，硝態(tài)氮作為電子受體，使硝態(tài)氮波還原為無(wú)污染的氮?dú)?，逸入大氣從而達(dá)到終脫氮的自的。