废水生化处理知识详解

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1、废水的生物化学处理是废水处理系统中最重要的过程之一，简称生 化处理。生化处理是利用微生物的生命活动过程将废水中的可溶性的有机 物及部分不溶性的有机物有效地去除，使水得到净化。事实上，我们对生 化处理并不是很陌生的， 天然的水体中存在着一条食物链， 即大鱼吃小鱼 小鱼吃虾米，虾米吃小虫，小虫吃微生物，微生物吃污水，如果没有这条 食物链，自然界就要乱套了。在天然的河流中，有着大量的、依靠有机物 生活的微生物， 它们日日夜夜地将人们排入河流中的有机物 （如工业废水 农药化肥、粪便等等有机物质）氧化或还原，最终转化为无机物质，如果 没有微生物的存在，我们周围的河流，少则几个月，多则一、二年，就会 成为

2、臭河了， 只是由于微生物太微小太分散， 以致人们的肉眼看不见罢了。 而废水的生化处理工程则是在人工条件下对这一过程的强化。人们将无以 计数的微生物全部集中在一个池子内，创造一个非常适合微生物繁殖、生 长的环境（如温度、 pH 值、氧气、氮磷等营养物质），使微生物大量增 殖，以提高其分解有机物的速度和效率。然后再往池内泵入废水，使废水 中的有机物质在微生物的生命活动过程中得到氧化降解，使废水得到净化由于废水中存在碳水化合物、脂肪、蛋白质等有机物，这些无生命的有 机物是微生物的食料，一部分降解、合成为细胞物质（组合代谢产物）， 另一部分降解氧化为水份，二氧化碳等（分解代谢产物），在此过程中废 水中

3、的有机污染物被微生物降解去除。微生物除了需要营养，还需要合适的环境因素，如温度、pH值、溶解氧、渗透压等才能生存。如果环境条件不正常，会影响微生物的生命活 动，甚至发生变异或死亡。在废水生物处理中，微生物最适宜的温度范围一般为16-30 C,最高温度在37-43 C,当温度低于10C时，微生物将不再生长。在适宜的温 度范围内，温度每提高 1 0 C ，微生物的代谢速率会相应提高，COD 的去除率也会提高 10%左右；相反，温度每降低 10C， COD 的去除率会降低 10%，因此在冬季时， COD 的生化去除率会明显低于其它季节。微生物的生命活动、物质代谢与 pH 值有密切关系。大多数微生物

4、对pH的适应范围在4.5-9，而最适宜的pH值的范围在6.5-7.5。当pH低 于 6.5 时，真菌开始与细菌竞争， pH 到 4.5 时，真菌在生化池内将占完全 的优势，其结果是严重影响污泥的沉降结果；当 pH 超过 9 时，微生物的 代谢速度将受到阻碍。不同的微生物对pH值的适应范围要求是不一样的。 在好氧生物处理中，pH可在6.5-8.5之间变化；厌氧生物处理中，微生物 以 pH 的要求比较严格， pH 应在 6.7-7.4 之间。溶解在水体中的氧被称溶解氧。水体中的生物与好氧微生物，它们 所赖以生存的氧气就是溶解氧。不同的微生物对溶解氧的要求是不一样的。 好氧微生物需要供给充足的溶解氧

5、，一般来说，溶解氧应维持在 3mg/L 为 宜，最低不应低于2mg/L ；兼氧微生物要求溶解氧的范围在 0.2-2.0mg/L 之间；而厌氧微生物要求溶解氧的范围在 0.2mg/L 以下。我们先来描述一个渗透压的实验：用一张半渗透薄膜将两种不同浓度的盐溶液隔开，低浓度盐溶液的水分子就会透过半渗透薄膜进入高浓度 盐溶液，而高浓度盐溶液的水分子也会透过半渗透薄膜进入低浓度盐溶液， 但其数量要少，故高浓度盐溶液一侧的液面会升高，当两侧液面的高差产 生了足够阻止水再流动的压力时渗透就会停止，这时两侧液面的高差产生 的压力就是渗透压。一般来说，盐分浓度越高，渗透压越大。微生物在盐 水溶液中的情况与渗透压

6、的实验是相似的。微生物的单位结构是细胞，细 胞壁相当于半渗透膜，在氯离子浓度小于等于 2000mg/L 时，细胞壁可承 受的渗透压为 0.5-1.0 大气压，即使加上细胞壁和细胞质膜有一定的坚韧性 和弹性，细胞壁可承受的渗透压也不会大于 5-6 大气压。但当水溶液中的 氯离子浓度在 5000mg/L 以上时，渗透压大约将增大至 10-30 大气压，在 这样大的渗透压下，微生物体内的水分子会大量渗透到体外溶液中，造成 细胞失水而发生质壁分离，严重者微生物死亡。在日常生活中，人们用食 盐（氯化钠）腌渍蔬菜和鱼肉， 灭菌防腐保存食物， 就是运用了这个道理。 工程经验数据表明：当废水中的氯离子浓度大于

7、 2000mg/L 时，微生物的 活性将受到抑止， COD 去除率会明显下降；当废水中的氯离子浓度大于 8000mg/L 时，会造成污泥体积膨胀，水面泛出大量泡沫，微生物会相继死 亡。不过，经过长期驯化，微生物会逐渐适应在高浓度的盐水中生长繁殖。 目前已经有人驯化出能够适应 10000mg/L 以上氯离子或硫酸根浓度的微生 物。但是，渗透压的原理告诉我们，已经适应在高浓度的盐水中生长繁殖 的微生物，细胞液的含盐浓度是很高的，一旦当废水中的盐分浓度较低或 很低时，废水中的水分子会大量渗入微生物体内， 使微生物细胞发生膨胀， 严重者破裂死亡。因此，经过长期驯化并能逐渐适应在高浓度的盐水中生 长繁殖

8、的微生物，对生化进水中的盐分浓度要求始终保持在相当高的水平， 不能忽高忽低，否则微生物将会大量死亡。生化处理根据微生物生长对氧环境的要求的不同，可分为好氧生化 处理与缺氧生化处理两大类，缺氧生化处理又可分为兼氧生化处理和厌氧 生化处理。在好氧生化处理过程中，好氧微生物必须在大量氧的存在下生 长繁殖，并降低废水中的有机物质；而兼氧生化处理过程中，兼氧微生物 只需要少量氧即可生长繁殖并对废水中的有机物质进行降解处理，如果水 中氧太多，兼氧微生物反而生长不好从而影响它对有机物质的处理效率。 兼氧微生物可适应 COD 浓度较高的废水，进水 COD 浓度可提高到 2000mg/L 以上， COD 去除率

9、一般在 50-80% ；而好氧微生物只能适应于 COD 浓度较低的废水，进水 COD 浓度一般控制在 1000-1500mg/L 以下， COD 去除率一般在 50-80% ，兼氧生化处理和好氧生化处理的时间都不太 长，一般都在 12-24 小时。人们利用兼氧生化和好氧生化之间的差别和相 同之长，将兼氧生化处理和好氧生化处理组合起来，让 COD 浓度较高的 废水先进行兼氧生化处理，再让兼氧池的处理出水作为好氧池的进水，这 样的组合处理可以减少生化池的容积，既节省了环保投资又减少了日常的 运行费用。厌氧生化处理与兼氧生化处理的原理和作用是一样的。厌氧生 化处理与兼氧生化处理的不同之处是：厌氧微生

10、物繁殖生长及其对有机物 质降解处理的过程中不需要任何氧，而且厌氧微生物可适应更高 COD 浓 度的废水(4000-10000mg/L )。厌氧生化处理的缺点是生化处理时间很长， 废水在厌氧生化池内的停留时间一般需要 40 小时以上。生物处理在废水处理工程上应用得最广泛最实用的技术有二大类： 一类叫做活性污泥法，另一类叫做生物膜法。活性污泥法是以悬浮状生物 群体的生化代谢作用进行好氧的废水处理形式。微生物在生长繁殖过程中 可以形成表面积较大的菌胶团，它可以大量絮凝和吸附废水的悬浮的胶体 状或溶解的污染物，并将这些物质吸收入细胞体内，在氧的参与下，将这 些物质完全氧化放出能量、C02和H20。活性

11、污泥法的污泥浓度一般在 4g/L。而在生物膜法中，微生物附着在填料的表面，形成胶质相连的生物 膜。生物膜一般呈蓬松的絮状结构，微孔较多，表面积很大，具有很强的 吸附作用，有利于微生物进一步对这些被吸附的有机物分解和利用。在处 理过程中，水的流动和空气的搅动使生物膜表面和水不断接触，废水中的 有机污染物和溶解氧为生物膜所吸附，生物膜上的微生物不断分解这些有 机物质，在氧化分解有机物质的同时，生物膜本身也不断新陈代谢，衰老 的生物膜脱落下来被处理出水从生物处理设施中带出并在沉淀池中与水 分离。生物膜法的污泥浓度一般在 6-8g/L 。 为了提高污泥浓度，进而提 高处理效率，可以将活性污泥法与生物膜

12、法结合起来，即在活性污泥池中 添加填料，这种既有挂膜的微生物又有悬浮微生物的生物反应器称为复合 式生物反应器，它具有很高的污泥浓度，一般在 14g/L 左右。10生物膜法和活性污泥法是以生化处理的不同反应器形式，从外观上看主要区别在于前者的微生物不需要填料载体，生物污泥是悬浮的，而后 者的微生物是固定在填料上的，然而它们处理废水、净化水质的机理是一 样的。另外，二者的生物污泥都是好氧活性污泥，而且污泥的组成也具有 一定的相似性。此外，生物膜法中的微生物，由于是固定在填料上的，可 以形成比较稳定的生态系统，其生活能量和消耗能量不象活性污泥法中的 微生物那样大，因此生物膜法的剩余污泥比活性污泥法要

13、少。上海信谊百 路达药业有限公司的接触氧化池采用生物膜法， 而 SBR 生化池采用活性污 泥法。11从微生物角度来看，生化池中的污泥是由各种各样有生物活性的微 生物组成的一个生物群体。如果把污泥的泥粒放在显微镜下观察，可以看 到里面有多种微生物 -细菌、霉菌、原生动物和后生动物（如轮虫、昆虫 的幼虫和蠕虫等），它们构成一条食物链，细菌和霉菌能分解复杂的有机 化合物，获得自身活动必需的能量并构造自身。原生动物以细菌和霉菌为 食，又被后生动物所消耗，后生动物也可以直接依靠细菌生活。这种充满 微生物、具有降解有机物能力的絮状泥粒就叫做活性污泥。活性污泥除了 由微生物组成之外，还含有一些无机物质和吸附

14、在活性污泥上不能再被生 物降解的有机物（即微生物的代谢残余物）。活性污泥的含水率一般在 98-99% 。活性污泥象矾花一样，具有很大的表面积，因此具有很强的吸附 力和氧化分解有机物的能力。活性污泥法与生物膜法的活性污泥生长情况的判别和评价是不一 样的。在生物膜法中，活性污泥生长情况的评价主要采用显微镜直接观察 生物相。在活性污泥法中，评价活性污泥生长情况的评价除了直接用显微 镜观察生物相外，常用的评价指标还有：混合液悬浮固体（ MLSS ），混 合液挥发性悬浮固体（MLVSS），污泥沉降比（SV），污泥沉降指数（SVI）微型后生动物（如轮虫、线虫等）的出现则表明微生物群落生长良 好，活性污泥的

15、生态系统比较稳定，这时候的生化处理效果最佳，这就好 比能经常捕获到大鱼的河流里，小鱼小虾生长良好的情况一样。混合液悬浮固体（MLSS ）亦要称为污泥浓度，它是指单位体积生 化池混合液所含干污泥的重量，单位为毫克/升，用来表征活性污泥浓度。它包括有机物和无机物两部分。一般来说 SBR 生化池内 MLSS 值控制在 2000-4000mg/L 左右为宜。混合液挥发性悬浮固体（MLVSS ）是指单位体积生化池混合液所含干污泥中可挥发性物质的重量，单位也是毫克 /升，由于它不包括活性污泥中的无机物，因此能较确切地代表活性污泥中微生物的数量。16污泥沉降比（SV）是指曝气池内混合液在100毫升量筒中，静

16、止沉 淀 30 分钟后，沉淀污泥与混合液之体积比（ %） ，因此有时也用 SV30 来 表示。一般来说生化池内的 SV 在 20-40% 之间。污泥沉降比测定比较简单， 是评定活性污泥的重要指标之一，它常被用于控制剩余污泥的排放和及时 反时污泥膨胀等异常现象。显然， SV 与污泥浓度也有关系。17污泥指数（ SVI ）全称污泥容积指数， 1 克干污泥在湿态时所占体积 的毫升数，其计算公式如下为：SVI = SV*10/MLSSSVI剔除了污泥浓度因 素的影响，更能反映活性污泥凝聚性和沉降性，一般认为：当60 V SVI V100时，污泥沉降性能好当100 V SVI V200时，污泥沉降性能一般当200 VSVIV300时， 污泥由膨胀的趋势当SVI300时， 污泥已膨胀。溶解氧（DO）表示水中氧的溶解量，单位用 mg/L表