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

　　生物膜法具有以下特點：一是對水量、水質、水溫變動適應性強；二是處理效果好并具良好硝化功能；三是污泥量小（約為活性污泥法的3/4）且易于固液分離；四是動力費用省。用廢水生物處理新技術生物膜法處理廢水的構筑物有生物濾池、生物轉盤和生物接觸氧化池等。

厭氧—缺氧—好氧工藝(簡稱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工藝基礎上增加了一級預處理段—厭氧段(A1),目的在于通過水解(酸化)的預處理,改變廢水中難降解物質的分子結構,提高其可生化性,強化脫氮效果。

近幾十年來,盡管生物脫氮技術有了很大的發展,但是,硝化和反硝化兩個過程仍然需要在兩個隔離的反應器中進行,或者在時間或空間上造成交替缺氧和好氧環境的同一個反應器中進行。并且傳統的生物脫氮工藝,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物作碳源,雖然可節約反硝化階段外加碳源的費用,但是,前置反硝化工藝對氮的去除不*,廢水和污泥循環比也較高,若想獲得較高的氮去除率,則必須加大循環比,能耗相應也增加。而后置反硝化則有賴于外加快速易降解有機碳源的投加,同時還會產生大量污泥,并且出水中的COD和低水平的DO也影響出水水質。傳統生物脫氮工藝存在不少問題:(1)工藝流程較長,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,造成系統的HRT較長,需要較大的曝氣池,增加了投資和運行費用;(3)系統為維持較高的生物濃度及獲得良好的脫氮效果,必須同時進行污泥和硝化液回流,增加了動力消耗和運行費用;(4)系統抗沖擊能力較弱,高濃度NH3-N和NO2-廢水會抑制硝化菌生長;(5)硝化過程中產生的酸度需要投加堿中和,不僅增加了處理費用,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，兼性細菌與厭氧細菌降解和穩定有機物的生物處理方法。在厭氧生物處理過程中，復雜的有機化合物被降解、轉化為簡單的化合物，同時釋放能量。在這個過程中，有機物的轉化分為三部分進行：部分轉化為CH4，這是一種可燃氣體，可回收利用；還有部分被分解為 CO2、H20、NH3、H2S等無機物，并為細胞合成提供能量；少量有機物被轉化、合成為新的原生質的組成部分。由于僅少量有機物用于合成，故相對于好氧生物處理法，其污泥增長率小得多。 

廢水厭氧生物處理 

廢水厭氧生物處理過程不需另加氧源，故運行費用低。此外，它還具有剩余污泥量少，可回收能量(CH4)等優點。其主要缺點是反應速度較慢，反應時間較長，處理構筑物容積大等。但通過對新型構筑物的研究開發，其容積可縮小。此外，為維持較高的反應速度，需維持較高的反應溫度，就要消耗能源。

A/O系統

A/O脫氮除磷系統，即缺氧、好氧脫氮除磷系統。它是70年代主要由美國、南非等國開發的具有去除廢水中氮污染物的工藝，同時對脫磷亦有一定的效果。其工藝流程是讓廢水依次經歷缺氧、好氧兩個階段，故人們通稱為缺氧、好氧脫氮除磷系統，簡稱A/O系統。A/O系統流程簡單、運行管理方便，且很容易利用原廠改建，從而提高了出水水質。近年來已得到了越來越廣泛的應用。

4.缺氧/好氧工藝(簡稱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,通過反硝化反應將NO2-—N和NO3-—N還原成N2,達到脫氮的目的。A2/O是目前普遍采用的工藝，它是在法A/O法的基礎上增加一個厭氧段和一個缺氧段。

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物，使其穩定、無害化的處理方法。微生物利用廢水中存在的有機污染物(以溶解狀與膠體狀的為主)，作為營養源進行好氧代謝。 

過程:有機物被微生物攝取后，通過代謝活動，約有三分之一被分解、穩定，并提供其活動所需的能量；約有三分之二被轉化，合成為新的原生質(細胞質)，即進行微生物自身生長繁殖。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，生物污泥經固—液分離后，需進行進一步處理和處置。 

優點:好氧生物處理的反應速度較快，所需的反應時間較短，故處理構筑物容積較小。且處理過程中散發的臭氣較少。所以，目前對中、低濃度的有機廢水，或者說BOD濃度小于500mg／L的有機廢水，基本上采用好氧生物處理法。 

傳統生物法

目前,國內外對氨氮污水實際處理中應用較成熟的生物處理方法是傳統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。傳統生物脫氮途徑一般包括硝化和反硝化兩個階段,硝化和反硝化反應分別由硝化菌和反硝化菌作用完成,由于對環境條件的要求不同,這兩個過程不能同時發生,而只能序列式進行,即硝化反應發生在好氧條件下,反硝化反應發生在缺氧或厭氧條件下。由此而發展起來的生物脫氮工藝大多將缺氧區與好氧區分開,形成分級硝化反硝化工藝,以便硝化與反硝化能夠獨立地進行。1932年,Wuhrmann利用內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結合前面兩種工藝又提出了A/O工藝,以及后又出現了各種改進工藝如Bardenpho、Phoredox(A2/O)UCT、JBH、AAA工藝等,這些都是典型的傳統硝化反硝化工藝。

厭氧生物處理：在沒有分子氧和化合態氧的條件下，兼性細菌與厭氧細菌降解和穩定有機物的生物處理方法。有機物轉化分為三個部分：1、甲烷，2、二氧化碳、水、氨、硫化氫等無機物，3、合成新的細胞質。厭氧段污泥增長率較少。優點：運行費用低，剩余污泥量少，可回收能量（甲烷）。缺點：反應速率較慢，時間長，處理構筑物容積大。有機污泥和高濃度有機廢水（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：

微生物分解有機氮化合物產生氨的過程。（好氧、厭氧條件均可）

2、硝化反應：

在亞硝化菌和硝化菌的作用下，將氨態氮轉化為亞硝酸鹽和硝酸鹽的過程。

3、反硝化反應：

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氣的過程。

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到從污水中除磷的目的。

微生物的生長環境：

1、微生物的營養：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：當污水PH變化較大時應設置調節池。

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：重金屬、PH、鹽度、油類和脂類、溫度等。

注：污泥中毒癥狀：在進水后很短的時間內，在缺氧區、厭氧區，有大量污泥連續上浮污泥顏色和正常一樣，好氧區泡沫上也會粘附上黃褐色的污泥，同樣的風量，但是好氧池的DO上升很高，出水各項指標出現異常，中毒以后二沉池會有漂泥現象，污泥沉降性變差。解決方法：盡可能加大污泥回流量，如進水沒有問題，可加大進水量。

生物法

1.生物法機理——生物硝化和反硝化機理

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氣而從污水中逸出。因而,污水的生物脫氮包括硝化和反硝化兩個階段。生物脫

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

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70%—95%,二次污染小且比較經濟,因此在國內外運用多。但缺點是占地面積大,低溫時效率低。

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，對污水中的污染物質進行分解和轉化。

發酵：微生物將有機物氧化釋放的電子直接交給底物本身未*氧化某種中間產物，同時釋放能量并產生不同的代謝產物。

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等電子載體再經電子傳遞系統傳給外源電子受體，從而生成水或其他還原型產物并釋放能量的過程。

1、好氧呼吸：

有機物終被分解為CO2，氨和水等無機物，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）降解有機物，使其穩定、無害化的處理方法。主要有活性污泥法和生物膜法兩種。通過代謝活動約有1/3被分解、穩定，并提供所需能量，2/3被轉化合成新的細胞物質即污水生物處理中的活性污泥或生物膜的增長部分，通常稱為剩余活性污泥或生物膜，又稱為生物污泥。優點：反應速率較快，所需反應時間較短，處理構筑物容積較小且處理過程中散發的臭氣較少。

A/O法脫氮工藝的特點：

（a）流程簡單，勿需外加碳源與后曝氣池，以原污水為碳源，建設和運行費用較低；

（b）反硝化在前，硝化在后，設內循環，以原污水中的有機底物作為碳源，效果好，反硝化反應充分；

（c）曝氣池在后，使反硝化殘留物得以進一步去除，提高了處理水水質；

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

生物膜法的優缺點

生物膜法具有以下優點：

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

2)優勢菌群分段運行，有利于提高微生物對有機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)對水質、水量變動有較強的適應性，耐沖擊負荷力增強；

4)污泥沉降性能好，易于固液分離，剩余污泥產量少，降低了污泥處理費用，進而降低投資費用。

5)適合低濃度污水的處理；

6)易于維護，運行管理方便，耗能低。

但是與活性污泥法相比，生物膜法對環境溫度的要求較高，氣溫過高或過低都會影響生物膜的活性，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對污水起到凈化作用，因此載體的比表而積對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不到要求，想要達到預期的處理效果就需要增加處理池的而積，使投資費用增大。生物膜法中使用的濾料屬于消耗品，需要對其進行周性的更新，增大了運行期間的管理費用同時，生物膜法對_L

藝設計和運行條件的要求較為嚴格，一旦發生問題，便會引起濾料的破損和堵塞，降低出水的水質。

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氮，大量硝態氮回流至A段，在缺氧條件下，通過兼性厭氧反硝化菌作用，以污水中有機物作為電子供體，硝態氮作為電子受體，使硝態氮波還原為無污染的氮氣，逸入大氣從而達到終脫氮的自的。