第三章水的生物化学处理方法
第一节污水处理的微生物
第二节好氧悬浮生长系统处理技术
第三节生物膜法
第四节厌氧生物处理技术
第五节氧化塘
自然界中，存在大量微生物，它们具有氧化分解有机
物并将其分解为无机物的巨大能力。水的生物化学处理方
法就是在人工创造的有利微生物活动的环境中，使微生物
大量繁殖，提高微生物氧化分解效率的一种水处理方法。
主要去除：有机物, 胶体, N、P 生物化学处理方法：好氧（利用好氧微生物）
厌氧（利用厌氧微生物）
生物化学处理系统：
悬浮生长系统：微生物群体在处理设备中呈悬浮
状态。
附着生长系统：微生物附着在某种惰性介质上呈
膜状。
特点：投资少，运转费低，处理效果好，操作简单。
第一节废水处理中的微生物及分类一、废水处理中的微生物
净化污水的微生物主要：细菌、真菌、藻类，原生动物和一些小型的后生动物。
微生物（按用C分）：
为碳源）
自养型（由CO
2
异养型（由有机碳进行细胞合成，该微生物是
废水处理主要类型）
微生物（按用氧分）：
好氧(只能在于分子氧供给的条件）
厌氧（只能在无氧或缺氧条件下在）
兼氧（存在既可有氧也可无氧条件）
细菌（单细胞微生物），按形态分：
杆菌：长1.5～3.0微米、宽0.5～1.0微米
球菌：直径0.5～1.0微米
螺旋菌：长1.5宽0.5～1.5微米
对水体净化有作用的主要有：
无色杆菌属
产碱杆菌属
芽孢杆菌属
黄杆菌属
微球菌属
假单胞菌属（是污水处理中有代表性菌属，地
球上存在的天然有机物都可由之分解）
霉菌:真菌种类多，对污水处理有重要作用的主要是霉菌。
霉菌是腐生或寄生丝状真菌。可分解碳水化合物，脂肪、蛋白质及其它含氧化合物。大多真菌为好氧、低温繁殖、pH为２～9。真菌需N为细菌需N的一半左右。
藻类：属单细胞或多细胞有光合作用的自养微生物。
常见有：绿球藻、水网球藻、栅藻和联球藻科。
原生动物：极小可运动的微生物通常为单细胞，大多好氧（属异养型），少数为厌氧。
常见的有：肉足纲、鞭毛纲、纤毛纲和吸管纲。
原生动物不仅可吞食有机物，游离细菌，降低污水浊度，还可分泌粘液，促进絮凝。
后生动物：废水处理中一般不出现，但它消耗细菌和有机物的能力很强。
综上所述，污水净化主要是细菌，其次是原生动物(细菌首次捕食者），第三是后生动物（细菌的二次捕食者）。二、微生物酶可分六大类
氧化还原酶
转移酶
合成酶（前三种属胞内酶在细胞内进行新物质合成及产能反应）
水解酶（是胞外酶，在微生物的周围介质中分泌的酶，可将细胞外大分子养分物质转化为一种能迁移
到细胞内的形态）
异构酶
裂解酶
第二节好氧悬浮生长系统处理技术含义：悬浮生长系统是微生物群体在处理设备内呈悬浮状生长，并和污水接触使之净化的生物处理工艺。
该工艺可分：
活性污泥法
曝气氧化塘
好氧消化法
高负荷氧化塘
一、活性污泥法
将空气鼓入溶解有机物的废水中，经一定的时间，就会成一种絮体。这种絮体是由大量繁殖的微生物构成，可使污水澄清，这就是所谓的活性污泥。
活性污泥法：就是将悬浮在水中的活性污泥，在通气和适宜微生物生长条件下，与水接触，使水净化的一种废水处理工艺。
（一）活性污泥净化污水的基本流程：
（二）活性污泥处理的基本条件：
1、废水中有足够可溶、可降解的有机物作为微生物的养分；
2、混合液有足够的溶解氧；
3、活性污泥在池内应呈悬浮状能充分与废水接触；
4、活性污泥应连续回流，及时排放；
5、对微生物无毒害。
（三）影响活性污泥增长的因素：
1、溶解氧：供养不足会防碍微生物代谢，会造成丝状菌等耐低溶解氧微生物的生长，使污泥不宜沉淀，这种现象称为污泥膨胀一般情况溶解氧应保持2㎎/L为宜；
2、营养物：微生物繁殖必需一定的营养物。除C外，还有N、P、K、Mg、Ca、Fe等。一般C：N：P=BOD
：N：P=100：
5
5：1。pH=6.5～9.0。温度应在20～30℃。
（四）活性污泥的净化过程与机理
活性污泥系统对有机物的降解是通过三个阶段完成的。
1、吸附:活性污泥中的生物聚集体，与有机物染污接触时，能使后者失稳、聚沉并吸附在活性污泥表面。
2、氧化:活性污泥中的微生物将有机物摄入体内。一部分有机物被微生物利用，合成新的细胞物质；另一部分发生
分解，使有机物质被分解成CO
2和H
2
O，并产生能量用于合成
代谢；同时，微生物也进行自身氧化分解（即内源代谢或内源呼吸）。
废水中有机物充足时，合成占优势，内源代谢不明显；废水中的有机物缺乏时，微生物内源呼吸（即微生物提供能量）成为主要方面，图示如下：
3、絮凝体形成与凝聚沉降阶段
?氧化阶段合成的菌体有机体絮凝形成絮凝体，通过重力沉降从水中分离出来，使水得到净化。?活性污泥的吸附凝聚性能、有机物的去除速率及活性污泥增长速率和活性污泥中微生物的生长期有关。在对数增长期，微生物活动能力强，有机物氧化和转换成新细胞的速率最大，但不易形成良好的活性污泥絮凝体；在减速增长期，有机物去除速率与残存有机物呈一级反应，速率有所降低，但污泥絮凝体易于形成；内源呼吸期，有机物迅速耗尽，污泥量减少，絮凝体形成速率快，吸附有机物的能力强。
（五）活性污泥的絮凝、沉淀与浓缩
活性污泥在二次沉淀池中沉降，经历絮凝沉淀，成层沉淀与压缩等过程，最后在池的污泥层形成浓度较高的作为回流污泥的浓缩污泥层。
活性污泥的絮凝与沉淀性能，与废水性质、温度、pH、溶解氧浓度等有关。
（六）活性污泥性能及数学理论指标
良好活性污泥外观呈黄褐色的絮绒颗粒状。粒径0.02～0.2mm，表面积20～100cm2/ml，含水率99﹪以上。
在活性污泥中，主要是以菌胶团存在的细菌和固着型纤毛虫。
评价活性污泥性能除进行生物相观察外，还要使用以下指标：
1、混合液悬浮固体（Mixed Liquid Suspended Solids）由以下四部分组成（单位㎎/L或g/m3）：MLSS=Ma （活细胞）+Me（内源代谢残余物）+Mi（难降解有机物）+Mii（难降解无机物）；
2、混合液挥发性悬浮固体（Mixed Liquid Suspended Volatile Solids）简称MLVSS（单位㎎/L或g/m3）：MLVSS=Ma+Me+Mi(混合液悬浮固体中有机物的量）
一定条件下，MLVSS/MLSS比值较稳定，一般为0.75～0.85。
)
/()/(l g MLSS l mg SV SVL =3、污泥沉降比（SV）
污泥沉降比指将曝气池取出的混合液在量筒中静置30min，其沉淀污泥与原混合液的体积比（以﹪表示）。处理城市污水的污泥体积比为20﹪～30﹪之间。
4、污泥容积指数（Sludge Volume Index）
污泥容积指数是指曝气池出口处混合液经30min静置，1g干污泥所形成的污泥容积（ml）：
5、污泥龄：是指曝气池中工作的活性污泥总量与每日排放的剩余污泥量的比值，单位是天（d）。它表示新增长的污泥在曝气池中的平均停留时间。污泥龄和细菌的增长处于什么阶段直接相关，以它作为生物处理过程的主要参数是很有价值的。
三、BOD负荷与污泥平均停留时间
(一)BOD负荷
BOD负荷有污泥负荷和容
积负荷两种不同的表示方
法：（1）污泥负荷Ls指重
量活性污泥在单位时间内
所承受的有机污染量，单
位是kg（BOD
5）/kg
（MLSS）·d；（2）容积负荷Lv指单位曝气池有效容积在单位时间内所承受的有机污染物量，单位是kg
（BOD
5）/m3·d；Ls和Lv及
其相互关系如下：
s
v s
v
QS L
VX L L X
QS L
V
q
q
=
=
=
式中：S
θ——曝气池流入废水的BOD
5
浓度（kg/m3）；
V——曝气区容积（m3）；
X——曝气池MLSS浓度（kg/m3）；
Q——废水流量（m3/d）。
污泥负荷也叫F/M比，F为营养料，M为微生物量。实际证明，它是影响活性污泥增长速率、有机物去除速率、氧的利用速率以及污泥吸附凝聚性能的重要因素。在
F/M≥2.2时，活性污泥微生物处于对数增长期，有机物能以最大的速率被去除，但污泥呈分散状而不易凝聚沉降。通常希望曝气池活性污泥处于减速增长期，以营养控制污泥增长，这时，细菌会因活力小而结合成絮状物。当曝气池中营养物质几乎耗尽，F/M值很小，并维持一常数值时，即进入内源呼吸期。此时微生物明显代谢自身细胞物质，会在维持生命过程中逐渐死亡；同样由于活力甚低，形成絮凝体的速率剧增，加之溶解氧水平高。原生动物大量吞食细菌。故可得到澄清的处理水。
可见，欲得良好的处理结果，就应很好地控制BOD 负荷。在完全混合曝气池中，L s 与去除率η及处理水浓度S θ的关系为：
式中t——曝气时间。
在t 和η一定时，可根据要求的S θ和适宜的X 求得BOD 负荷。根据统计资料。在处理生活污水的推流式曝气池内。L s 与S θ之间存在以下关系：式中K=0.01295，n=1.1918，但当采用活性污泥法处理特殊有机污水时，应首先进行试验，以确定L s 与S θ之间的关系。
BOD—SS 负荷在0.2～0.5kg/kg·d 范围内时，SVI 控制在100左右比较合适。在曝气系统运行中，有时会出现污泥指数增高和污泥膨胀的现象，其原因虽然很多，但主要与污泥负荷有关，在处理工业废水时，还与水质特性有关。奥福特（Orford ）认为，当BOD—SS 负荷在0.17～3.07kg/kg·d 范围时，L s 与SVI 的关系为：
11111s S S Q L V X t X
q q h h =′′=′′--n s L KS q
=0.983
353s
SVI L =
（二）污泥平均停留时间（t s ）
污泥平均停留时间可用下式表示：
式中：Q w ——剩余污泥排出量（m 3/d ）；
X θ——净化水的污泥浓度（mg/L ）；
X r ——回流污泥浓度（mg/L ）。由于X θ很小，所以：由上式知，1/t s =μ（μ为活性污泥微生物比增值速度），说明污泥平均停留时间和增值的关系密切，用t s 控制剩余污泥量，已是一种重要方法，它有助于说明污泥微生物的组成。s W r
VX t Q X =
()s W W r
VX t Q Q X Q X q =-+