廢水的生物處理

　　目前普遍使用生物法或生物法與其它方法結合。在廢水的生物處理中，雖然用於廢水處理的生物反應器類型及工藝流程很多（如厭氧－好氧工藝、硫化床工藝、接觸氧化法、上流式厭氧汙泥床（UASB）工藝、連續批式反應器（SBR）工藝等），視廢水類型及汙染程度而采取不同的處理策略，但其基本原理都是利用處理係統中的各種微生物群落的代謝作用，以去除汙水中的汙染物。根據處理係統中微生物所處的狀況，則可以分為：懸浮細胞法、活性汙泥法、生物膜法等。下圖演示了采用厭氧－好氧工藝處理廢水的全過程。

 

 

 

目前最普遍使用的是活性汙泥法，特別是在城市汙水處理中。而效率較好的是生物膜法，特別是在特殊行業廢水的處理中應用最為常見。

 

北京高碑店汙水處理廠的好氧池即采用此方法。在這樣的處理係統中，微生物細胞懸浮在所需處理的汙水中，而不是形成“生物膜”那樣的被固定起來。例如，氧化塘即是經典的懸浮細胞汙水處理係統。氧化塘的效率較低，並需要較大的空間位置，氧化有機物所需的氧氣來自於藻類的光合作用，主要通過擴散而被其它微生物吸收利用。這種係統中氧化作用通常不完全，因而常常產生較大的臭味。由於它是一個開放係統，所以它的處理效率受季節溫度波動的影響很大，這種處理係統隻能在溫暖的地方使用。

 

活性汙泥（activated sludge）可分為好氧活性汙泥和厭氧顆粒活性汙泥，不論是哪一種，活性汙泥都是由各種微生物、有機物和無機物膠體、懸浮物構成的結構複雜的肉眼可見的絨絮狀微生物共生體。這樣的共生體有很強的吸附能力和降解能力，可以吸附和降解很多的汙染物，可以達到處理和淨化汙水的目的。活性汙泥法是最常見的汙水生物處理方法，汙水在經過初步沉澱去除各種大塊顆粒之後送到好氧反應池，在池中通過曝氣或攪拌供給氧氣。在活性汙泥法中，經處理後排出的水中的大部分活性汙泥被沉澱下來返回反應池，這樣可以維持很高的微生物密度和活性。當汙水停留在好氧反應池期間，一部分有機物被處理成無機物，即礦化；另一部分轉化為微生物細胞物質。在活性汙泥法中，嚴重影響處理效果的是汙泥的沉降性能。如果活性汙泥沉降性能差，由於絲狀細菌和真菌的過分繁殖將導致活性汙泥膨脹。雖然活性汙泥的膨脹機理尚不完全清楚，但通常在碳氮比（C：N）和碳磷比（C：P）的比值較高，水中溶解的氧氣濃度較低的條件下容易產生。為維持良好的處理效果，應當避免發生汙泥膨脹，因此在活性汙泥法中要嚴格控製進入係統廢水的C：N和C：P的比值，並維持較高的溶解氧水平，這樣才能維持良好運行狀態。產生的活性汙泥除一部分回流利用外，其它多餘的則需要另外處理。處理的方法是厭氧消化、填埋或幹燥。幹燥後的處理物可以用作農業肥料。

 

上圖是活性汙泥法流程示意圖：1、原汙水；2、初次沉澱池；3，曝氣池；4、二次沉澱池；5、處理後汙水；6、回流汙泥；7、再生池；8、生汙泥；9、剩餘汙泥；10、汙泥濃縮池；11、脫水設備或汙泥消化池等。

　　活性汙泥法是一個連續的處理過程，因而易於采用計算機控製而實現監控自動化。此外，活性汙泥法處理廢水的效率可以根據具體條件而作較大的調整，因而可用於處理流速及濃度發生較大變化的汙水。活性汙泥法被廣泛用於處理城市生活汙水和各種工業廢水。

 

活性汙泥法的主要問題是產生大量剩餘的汙泥，需要用其它辦法處理。現在世界各國，包括我國都發展了各種處理係統以減少剩餘汙泥的產量，顆粒活性汙泥法就是一種行之有效的方法。這種方法是把活性汙泥培養成顆粒狀，用顆粒活性汙泥完全礦化廢水中的有機物，而不形成新的微生物細胞，或者隻在顆粒活性汙泥內部維持微生物細胞的新老更替。北京市高碑店汙水處理廠使用的就是活性汙泥法。

 

生物膜（Biofilm）是通過附著而固定於特定載體上的結構複雜的微生物共生體。相對於活性汙泥來說，在單位體積生物膜中所含的微生物數量更高、比表麵積更大。生物膜比活性汙泥具有更強的吸附能力和降解能力，可以吸附和降解汙水中的各種汙染物，具有速度快、效率高的特點。在使用生物膜法處理汙水時，要求在處理係統的構築物中裝填一定數量的填料，這些填料一方麵可以擴大處理係統的比表麵積，另一方麵為微生物提供附著固定的載體。生物膜處理係統的性能、效率取決於其中微生物活性的高低和所裝填料的多少及其比表麵積。一般來說，生物膜法較多應用於特殊行業的廢水處理中，如印染廢水等。

　　根據生物膜法處理係統中所用的填料的不同，生物膜法又可以分為以下幾種類型：

　　滴濾係統（Trickling filter system）

　　該係統是一種簡單且相對便宜的膜式好氧處理裝置。在該處理係統中，通過轉動的柵欄噴淋裝置將汙水均勻分布於多孔處理床（例如由石子等鋪成）上。在多孔處理床上可生長多種微生物群落和原生動物。當汙水緩慢地流過處理床時，微生物就吸收並降解了其中的有機成分，使得汙水得到處理。在這樣的處理係統中，天然形成了食物鏈，微生物利用有機物生長繁殖，原生動物等以微生物為食，從而維持在一個動態平衡中。如果汙水中的營養（BOD）過高，就會導致微生物的過量生長繁殖從而引起多孔處理床的堵塞，這樣便會降低處理效果。

　　旋轉生物接觸氧化係統（Rotating Biological Contactor，RBC）或生物轉盤

　　在這樣的處理係統中，一係列圓盤結構裝置部分浸沒於汙水中，部分在空氣中並不斷地旋轉，這樣便保持了良好的通氣效果及與汙水的接觸，從而在圓盤上形成了“生物膜”。這樣的“生物膜”是由各種微生物、原生動物等構成的微生物群落。在掃描電鏡下，典型的生物轉盤的“生物膜”有兩層結構，外層主要由絲狀菌等好氧微生物組成，內層由包括脫硫弧菌在內的厭氧微生物構成。因此這樣的“生物膜”具有去除BOD及無機物（主要是硫酸鹽）的功能。生物轉盤處理係統與滴濾係統相比，具有占地少、效率高、運行穩定等優點，但其前期投資較大。這種係統已經成功地用於處理城市汙水和各種工業廢水。

　　流化床反應器（Fluidized Bed Reactor，FBR）

　　由於汙水的泵入或曝氣（空氣或氧氣）作用，流化床反應器中的載體物質（浮石、砂子、塑料等）會在反應器中不斷流動，因而得名。在這種係統中，由下向上進入的廢水的流速或曝氣的程度被控製在足以使載體流動不互相接觸，但又不能破壞“生物膜”結構的程度。該係統的最大優點是載體的比表麵積被充分利用，但能耗較高，運行成本也相對較高。該係統可用於BOD的去除，也可以用於廢水中硝酸鹽的處理。