辽宁省交通高等专科学校

毕 业 设 计 文 件

设计论文题目

系部 建筑工程系 专业 给水排水工程技术

姓名 班级 1117216

完成期限： 2013 年 11 月 18 日至 2013 12 2 日

指导教师职称

目录

摘要····························································1

1.绪言··························································1

1.1水体污染面临的问题··········································1

1.2水处理生物学的兴起··········································2

2.常见微生物的特点··············································3

3.微生物对污染物的分解与转化····································3

3.1.1微生物对有机物的分解作用··································3

3.1.2微生物对不含氮有机物的分解作用····························4

3.2.1微生物对含氮有机物的转化作用······························6

3.2.2微生物对无机物的转化作用··································7

3.2.3微生物对重金属的转化作用··································8

4.污水的微生物处理·············································9

4.1.1好氧生物处理的原理········································9

4.1.2厌氧生物处理的原理·······································9

4.2好氧生物处理···············································9

4.2.1活性污泥法···············································10

4.2.2生物膜法·················································21

4.2.3自然生物处理法···········································33

4.3厌氧生物处理···············································34

4.3.1厌氧生物处理工艺·········································34

4.3.2.1普通消化池·············································35

4.3.2.2厌氧接触法·············································36

4.3.2.3升流式厌氧污泥床·······································37

4.3.2.4厌氧生物滤池···········································38

4.3.2.5厌氧流化床·············································39

4.3.2.6厌氧生物转盘···········································40

4.3.2.7挡板式厌氧生物反应器···································41

4.3.2.8两相厌氧消化工艺·······································43

5.水体的富营养化和生物脱氮除磷技术····························43

5.1水体的富营养化·············································43

5.2生物脱氮···················································45

5.2.1生物脱氮基本原理·········································45

5.2.2生物脱氮工艺············································46

5.3生物除磷··················································46

5.3.1生物除磷基本原理········································46

5.3.2生物除磷工艺············································46

5.4同步生物脱氮除磷工艺······································47

6.其它无机污染物废水的生物处理································47

6.1含硫废水的生物处理········································47

6.2金属废水的生物处理········································48

7.结束语······················································48 谢辞··························································49 参考文献······················································49

摘要

从人类的诞生开始就存在着人与环境的对立统一关系。从古至今，随着人类社会的发展，环境问题也在发生着变化。当今社会的环境污染问题严峻地摆在人类面前，已经成为关系着人类生死存亡的关键因素之一。水是生命之源，所以，治理水污染已经迫在眉睫。本文主要阐释了微生物污水处理法在现今社会污水处理中的应用，主要包括：微生物的种类、处理工艺、作用对象、作用机理等内容。

关键词： 微生物、水处理

Abstract

From the beginning, the birth of human there is unity of opposites between people and the environment. Since ancient times, with the development of human society, the environment is changing. Environmental pollution problems in today's society placed in the human face of severe, life and death of human relations has become a key factor.Water is the source of life, so the water pollution around the corner。The passage is mainly explaining the application of the sewage managing method by the microbe, including categories of the microbe、management technology、the function object、action mechanism and so on. Key words: microorganisms、waste treatment

1.绪言

我国20世纪70年代起，对水体污染和防治进行了深入研究，开发出多种水处理技术和方法。水处理生物学是环境科学中水处理技术和水污染控制技术的分支，生物处理法的基本原理就是利用各种生物的分解作用，对水体中的污染物进行降解和转化，由于生物处理法具有高效、经济等优点，被普遍采用，尤其是 页 第 1

近几年我国微生物研究技术的突飞猛进，让水处理生物学得到更好的应用与发展。

2.水中常见微生物特点

(1)种类多。(2)分布广。(3)繁殖快。(4)易变异。

3.微生物对污染物的分解与转化

3.1.1微生物对有机物的分解作用

工业废水的成分随工业性质的不同而有很大差异，其中可能存在的有机物有碳水化合物、蛋白质、有机酸、油脂、醇类、醛类、酮类、酚类、胺类、腈、异腈等化合物。生活污水中的有机物则主要是碳水化合物、蛋白质和脂肪。这些有机物主要是由碳、氢、氧、氮、磷、硫等几种元素构成的。他们好氧分解的最终产物是稳定、无臭的物质，包括二氧化碳、水、硝酸盐、磷酸盐等，其分解反应概括如下：

? C → CO2 + 碳酸盐和重碳酸盐

? H → H2O

? N → NH3 → HNO2 → HNO3

? S → H2SO4

? P → H3PO4

有机物厌氧分解的最终产物主要是CH4、CO2 、NH3 、H2S等。由于散发了H2S等物质，所以废水会产生臭气，又由于硫化氢与铁容易发生反应形成硫化铁，所以通过厌氧分解的水呈现黑色。其反应概括如下：

? C → RCOOH（有机酸）→CH4 + CO2

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? N → RCHNH2COOH → NH3（臭味） + 有机酸（臭味）

? S → H2S（臭味）

? P → PO43-

3.1.2微生物对不含氮有机物的分解与转化

（1）·纤维素的转化：参与分解纤维素的微生物主要有细菌、放线菌和真菌等，其中以细菌为主。黏性菌和弧细菌皆能同化无机氮，对氨基酸、蛋白质和其他无机氮利用能力较低，有的还能还原硝酸盐为亚硝酸盐。能分解纤维素的微生物还有青霉、曲霉、镰刀霉、木霉和毛霉等。

·半纤维素的转化：半纤维素主要存在于土壤、造纸工业废水、人造纤维工业废水中，能分解纤维素的微生物大多数能分解半纤维素。

·木质素的转化：木质素主要存在于造纸和人造纤维废水中，分解木质素的微生物主要是担子菌纲中的干朽菌、多孔菌、伞菌等的一些种，有厚孢毛霉与松栓菌。微生物分解木质素的速率比较慢，在好氧条件下分解木质素比在厌氧条件下快，真菌分解木质素比细菌快。

（2）淀粉的转化：自然界中的细菌、放线菌、真菌等多种微生物都可以降解淀粉，真菌中的根霉和曲霉等对淀粉的分解能力很强。具体过程：淀粉→糊精→麦芽糖→葡萄糖，然后葡萄糖的分解。

（3）脂类的转化：脂类主要存在于洗毛、肉类加工等工业废水和生活污水中。不论是在有氧或缺氧条件下，脂类分解的第一阶段都是在酯酶的作用下水解为甘油和脂肪酸。甘油和脂肪酸在有氧的环境中最后被分解为CO2和H2O或合成微生物

的体细胞；在缺氧的条件下，发酵细菌和产甲烷菌可以将复杂的脂肪酸分解为简单的酸，所形成的醋酸则通过直接代谢作用被转化成CO2和CH4。

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（4）微生物对不含氮有机物的分解与转化还包括:烃类物质的转化烷烃化合物的降解、烯烃类化合物的降解、芳香族化合物的转化、合成洗涤剂的分解等。 3.2.1微生物对含氮有机物的转化作用

（1)蛋白质的转化：蛋白质经过酶的水解作用形成氨基酸后，被微生物吸收和利用。能够水解蛋白质的酶有胃蛋白酶、胰蛋白酶、弹性蛋白酶。 ·氨化作用：在有氧条件下：RCHNH2COOH＋O2→RCOOH＋NH3＋CO2

在缺氧条件下：RCHNH2COOH＋H2→RCH2COOH＋NH3

·硝化作用：2NH3＋3O2→2HNO2＋2H2O＋619.6kJ 2HNO2＋O2→2HNO3＋20kJ

·反硝化作用：异养型或兼性：C6H12O6＋4NO-3→6CO2＋6H2O＋2N2＋能量

自养型：6KNO3＋2CaCO3＋5S→2CaSO4＋3K2SO4＋2CO2＋3N2＋能量 ·固氮作用：N2＋6e-＋nATP＋6H→2NH3＋nADP＋nPi ·尿素的转化：CO(NH2)2＋2H2O→(NH4)4CO3

(NH4)4CO3→2NH3＋CO2＋H2O

3.2.2微生物对无机物的转化作用 (1)磷酸盐的转化

? 洗涤剂中的磷酸盐为可溶性的磷酸钠 ? 土壤中的磷酸盐则主要是难溶的磷酸钙

微生物产酸 同化作用合成自身土壤中的难溶磷酸盐—————→可溶性磷酸盐————→卵磷脂、核酸、ATP

? 洗涤剂中的可溶性磷酸盐————→ 卵磷脂、核酸、

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ATP

? 厌氧条件下，磷酸盐还可以被梭状芽孢杆菌、大肠杆菌等还原为PH3。（自燃

—鬼火）

(2)氨氮及硝酸盐的转化

·同化作用

? 被大多数微生物作为无机氮源营养物，产物为蛋白质、核酸等

·异化作用

? 硝化细菌及反硝化细菌

? 硝化作用＋反硝化作用 → N2↑

3.2.3微生物对重金属的转化作用（主要重金属）

(1）汞的生物转化：

·汞的甲基化：汞的甲基化既可在厌氧条件下发生，也可以在好氧条件下发生。在好氧条件下，主要转化为一甲基汞；在厌氧条件下，主要转化为二甲基汞。二甲基汞难溶于水，有挥发性，但易被光解为甲烷、乙烷和汞。

·反甲基化作用：CH3Hg+＋2H→Hg＋CH4＋H+

HgCl2＋2H→Hg＋2HCl

（2)砷的生物转化：

·砷的氧化还原作用：2NaAsO2＋O2＋2H2O→2NaH2AsO4

·砷的甲基化作用：亚砷酸盐在一些细菌的作用下，可进一步转变为甲基砷酸和二甲基砷酸。而且分离到一些真菌，如：土生假丝酵母、粉红黏帚霉和青霉的一些种。

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（3）铅的生物转化：铅可以被细菌甲基化，如纯培养的假单胞菌、产碱杆菌、黄杆菌和气单胞菌，能将三甲基醋酸铅转化为四甲基铅。

（4）镉的生物转化：在有Cd2+的环境中，大肠埃希氏菌、蜡样芽孢杆菌、黑曲霉等能生长繁殖，体内能浓缩大量的镉，一些生物也能使镉甲基化。

4.污水的微生物处理

污水的生物处理是利用微生物的代谢过程使污（废）水得到净化。在污水生物处理装置中微生物主要以活性污泥和生物膜的形式存在.

4.1.1好氧生物处理的原理

氧存在条件下，许多好氧微生物通过分解代谢、合成代谢和物质矿物化，在把有机物氧化分解成CO2和H2O等过程中，获寻C源、N源、P源、S和能量。污水的微生物好氧净化就是模拟上述原理，把微生物置于一定的构筑物内通气培养，高效率净化污水的方法。

4.1.2厌氧生物处理的原理

微生物在严格厌氧条件下，有机物发酵或消化过程中，大部分有机物被解生成H2、CO2、H2S和CH4等气体。污水的生物厌氧净化就是根据污水经厌氧发酵后既到净化，又获得了生物能源CH4的原理。

4.2好氧生物处理

4.2.1活性污泥法

·基本工艺流程

（1）活性污泥法的基本组成

① 曝气池：反应主体

② 二沉池： 1）进行泥水分离，保证出水水质；2）保证回流污泥，维持曝气池内的污泥浓度。

③ 回流系统： 1）维持曝气池的污泥浓度；2）改变回流比，改变曝气池的运行工况。

④ 剩余污泥排放系统： 1）是去除有机物的途径之一；2）维持系统的稳定运行。

⑤ 供氧系统： 提供足够的溶解氧

（2）活性污泥系统有效运行的基本条件是：

① 废水中含有足够的可容性易降解有机物；

② 混合液含有足够的溶解氧；

③ 活性污泥在池内呈悬浮状态；

④ 活性污泥连续回流、及时排除剩余污泥，使混合液保持一定浓度的活性污泥；

⑤ 无有毒有害的物质流入。

·活性污泥的性质与性能指标

（1）活性污泥的基本性质

① 物理性能：“菌胶团”、“生物絮凝体”：

颜色：褐色、（土）黄色、铁红色；

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气味：泥土味（城市污水）；

比重：略大于1，（1.002?1.006）；

粒径：0.02?0.2 mm；

比表面积：20?100cm2/ml。

② 生化性能：1) 活性污泥的含水率：99.2?99.8%；

2）固体物质的组成：活细胞（Ma）、微生物内源代谢的残留物（Me）、

吸附的原废水中难于生物降解的有机物（Mi）、无机物质（Mii）。

（2）活性污泥中的微生物：

① 细菌：是活性污泥净化功能最活跃的成分，

主要菌种有：动胶杆菌属、假单胞菌属、微球菌属、黄杆菌属、芽胞杆菌属、产碱杆菌属、无色杆菌属等；

② 其它微生物------原生动物、后生动物----在活性污泥中大约为103个/ml

（3）活性污泥的性能指标：

① 混合液悬浮固体浓度（MLSS）（Mixed Liquor Suspended Solids）：

MLSS = Ma + Me + Mi + Mii 单位： mg/l g/m3

② 混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS）（Mixed Volatile Liquor Suspended Solids）：

MLVSS = Ma + Me + Mi；

在条件一定时，MLVSS/MLSS是较稳定的，对城市污水，一般是0.75~0.85

③ 污泥沉降比（SV）（Sludge Volume）：

是指将曝气池中的混合液在量筒中静置30分钟，其沉淀污泥与原混合液的体积比，一般以%表示；

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能相对地反映污泥数量以及污泥的凝聚、沉降性能，可用以控制排泥量和及时发现早期的污泥膨胀；正常数值为20?30%。

④ 污泥体积指数（SVI）（Sludge Volume Index）：

曝气池出口处混合液经30分钟静沉后，1g干污泥所形成的污泥体积， 单位是 ml/g。

SVI?SV(ml/l)SV(%)?10(ml/l) ?MLSS(g/l)MLSS(g/l)

能更准确地评价污泥的凝聚性能和沉降性能，其值过低，说明泥粒小，密实，无机成分多；其值过高，说明其沉降性能不好，将要或已经发生膨胀现象；城市污水的SVI一般为50?150 ml/g；

·活性污泥的增殖规律及其应用

（1

注意：1)间歇静态培养；2)底物是一次投加；3)图中同时还表示了有机底物降解和氧的消耗曲线。

① 适应期：是活性污泥微生物对于新的环境条件、污水中有机物污染物的种类 页 第 9

等的一个短暂的适应过程；经过适应期后，微生物从数量上可能没有增殖，但发生了一些质的变化：a.菌体体积有所增大；b.酶系统也已做了相应调整；c.产生了一些适应新环境的变异；等等。BOD5、COD等各项污染指标可能并无较大变化。

② 对数增长期：F/M值高(?2.2kgBOD/kgVSS?d)，所以有机底物非常丰富，营5

养物质不是微生物增殖的控制因素；微生物的增长速率与基质浓度无关，呈零级反应，它仅由微生物本身所特有的最小世代时间所控制，即只受微生物自身的生理机能的限制；微生物以最高速率对有机物进行摄取，也以最高速率增殖，而合成新细胞；此时的活性污泥具有很高的能量水平，其中的微生物活动能力很强，导致污泥质地松散，不能形成较好的絮凝体，污泥的沉淀性能不佳；活性污泥的代谢速率极高，需氧量大；一般不采用此阶段作为运行工况，但也有采用的，如高负荷活性污泥法。

③ 减速增长期：F/M值下降到一定水平后，有机底物的浓度成为微生物增殖的控制因素；微生物的增殖速率与残存的有机底物呈正比，为一级反应；有机底物的降解速率也开始下降；微生物的增殖速率在逐渐下降，直至在本期的最后阶段下降为零，但微生物的量还在增长；活性污泥的能量水平已下降，絮凝体开始形成，活性污泥的凝聚、吸附以及沉淀性能均较好；由于残存的有机物浓度较低，出水水质有较大改善，并且整个系统运行稳定；一般来说，大多数活性污泥处理厂是将曝气池的运行工况控制在这一范围内的。

④ 内源呼吸期：内源呼吸的速率在本期之初首次超过了合成速率，因此从整体上来说，活性污泥的量在减少，最终所有的活细胞将消亡，而仅残留下内源呼吸的残留物，而这些物质多是难于降解的细胞壁等；污泥的无机化程度较高，沉降性能良好，但凝聚性较差；有机物基本消耗殆尽，处理水质良好；一般不用 页 第 10

这一阶段作为运行工况，但也有采用，如延时曝气法。

(2)、活性污泥增殖规律的应用：

① 活性污泥的增殖状况，主要是由F/M值所控制；

② 处于不同增值期的活性污泥，其性能不同，出水水质也不同；

③ 通过调整F/M值，可以调控曝气池的运行工况，达到不同的出水水质和不同性质的活性污泥；

④ 活性污泥法的运行方式不同，其在增值曲线上所处位置也不同。

(3)、有机物降解与微生物增殖：

活性污泥微生物增殖是微生物增殖和自身氧化(内源呼吸)两项作用的综合结果，

活性污泥微生物在曝气池内每日的净增长量为:

?x?aQSr?bVXv;

式中: ?x? 每日污泥增长量(VSS),kg/d；?Qw?Xr ；

Q——每日处理废水量(m3/d)；

Sr?Si?Se；

Si ——进水BOD5浓度(kgBOD5/m3或mgBOD5/l)；

Se——出水BOD5浓度(kgBOD5/m3或mgBOD5/l)。

a, b ——经验值：对于生活污水活与之性质相近的工业废水，

a?0.5~0.65，b?0.05~0.1；

——或试验值：通过试验获得。

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(4)、有机物降解与需氧量：

活性污泥中的微生物在进行代谢活动时需要氧的供应，氧的主要作用有：① 将一部分有机物氧化分解；② 对自身细胞的一部分物质进行自身氧化。

因此，活性污泥法中的需氧量:

O2?a'Q?Sr?b'V?Xv

式中： O2——曝气池混合液的需氧量，kgO2/d；

a'——代谢每kgBOD5所需的氧量，kgO2/kgBOD5?d；

b'——每kgVSS每天进行自身氧化所需的氧量，

kgO2/kgVSS?d。

二者的取值同样可以根据经验或试验来获得。

(5)、活性污泥净化废水的实际过程：

在活性污泥处理系统中，有机污染物物从废水中被去除的实质就是有机底物作为营养物质被活性污泥微生物摄取、代谢与利用的过程，这一过程的结果是污

BOD

吸附 降解 曝气过程

水得到了净化，微生物获得了能量而合成新的细胞，活性污泥得到了增长。一般将这整个净化反应过程分为三个阶段：① 初期吸附；② 微生物代谢；③ 活 性污泥的凝聚、沉淀与浓缩。

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所谓“初期吸附”是指:在活性污泥系统内，在污水开始与活性污泥接触后的较短时间(10?30min)内，由于活性污泥具有很大的表面积因而具有很强的吸附能力，因此在这很短的时间内，就能够去除废水中大量的呈悬浮和胶体状态的有机污染物，使废水的BOD5值(或COD值)大幅度下降。但这并不是真正的降解，

随着时间的推移，混合液的BOD5值会回升，再之后，BOD5值才会逐渐下降。

活性污泥吸附能力的大小与很多因素有关：

① 废水的性质、特性：对于含有较高浓度呈悬浮或胶体状有机污染物的废水，具有较好的效果；

② 活性污泥的状态：在吸附饱和后应给以充分的再生曝气，使其吸附功能得到恢复和增强，一般应使活性污泥微生物进入内源代谢期。

·活性污泥法的基本工艺参数

（1）容积负荷（Volumetric Organic Loading Rate）：

LvCOD?Q?Ci (m3?d); LvBOD?Q?Bi 5(kgBOD5m3?d)

（2）污泥负荷（Sludge Organic Loading Rate）：

LsCOD?LsBOD5?

Q?CiQ?Bi?V?V kgMLSS?d; kgBOD5kgMLSS?d

（3）水力停留时间（Hydraulic Retention Time）： HRT?VQ （h） 页 第 13

（4）污泥龄或污泥停留时间（Sludge Retention Time）：SRT?

或 d）

（5）回流比：R?Q QrV?X（h Qw?Xr

·活性污泥法的各种演变及应用

（1）传统活性污泥法：其特点是，有机物在曝气池内的降解，经历了吸附和代谢的完整过程，活性污泥也经历了一个从池首端的增长速率较快到池末端的增长速率很慢或达到内源呼吸期的过程。

（2）渐减活性污泥曝气法：是针对传统活性污泥法中由于曝气池池长均匀供养，造成供氧量与需氧量之间的差距较大，而提出的一种能使供氧量和混合液需氧量相适应的运行方式，即供氧量沿池长逐步递减，使其接近需氧量，以避免能源浪费。

（3）分段进水活性污泥法：其特点是，①污水沿池长度分段注入曝气池，有机负荷及需氧量得到均衡，一定程度上缩小了需氧量与供氧量之间的差距，有助于降低能耗，又能够比较充分的发挥活性污泥微生物的降解功能；② 污水分散均衡注入，提高了曝气池对水质、水量冲击负荷的适应能力。

（4）吸附——再生活性污泥法： 主要特点是将活性污泥法对有机污染物降解的两个过程——吸附、代谢稳定，分别在各自的反应器内进行。

①主要优点：a.废水与活性污泥在吸附池的接触时间较短，吸附池容积 页 第 14

较小，再生池接纳的仅是浓度较高的回流污泥，因此，再生池的容积也较小。吸附池与再生池容积之和低于传统法曝气池的容积，基建费用较低； b.具有一定的承受冲击负荷的能力，当吸附池的活性污泥遭到破坏时，可由再生池的污泥予以补充。

②主要缺点：处理效果低于传统法，特别是对于溶解性有机物含量较高的废水，处理效果更差。

（5）、延时曝气活性污泥法——完全氧化活性污泥法

①主要特点：a.有机负荷率非常低，污泥持续处于内源代谢状态，剩余污泥少且稳定，勿需再进行处理；

b.处理出水出水水质稳定性较好，对废水冲击负荷有较强的适应性；

c.在某些情况下，可以不设初次沉淀池。

②主要缺点：池容大、曝气时间长，建设费用和运行费用都较高，而且占地大；一般适用于处理水质要求高的小型城镇污水和工业污水，水量一般在1000m3/d以下。

（6）、高负荷活性污泥法——又称短时曝气法或不完全曝气活性污泥法

主要特点：有机负荷率高，曝气时间短，处理效果较差；而在工艺流程和曝气池的构造等方面与传统法基本相同。

（7）、纯氧曝气活性污泥法

主要特点：a.纯氧中氧的分压比空气约高5倍，纯氧曝气可大大提高氧的转移效率；

b.氧的转移率可提高到80~90%，而一般的鼓风曝气仅为10%左右；

c.可使曝气池内活性污泥浓度高达4000~7000mg/l，能够大大提高曝气池的容积 页 第 15

负荷；

d.剩余污泥产量少，SVI值也低，一般无污泥膨胀之虑。

(8)、浅层低压曝气法

①理论基础：只有在气泡形成和破碎的瞬间，氧的转移率最高，因此，没有必要延长气泡在水中的上升距离；

②其曝气装置一般安装在水下0.8~0.9米处，因此可以采用风压在1米以下的低压风机，动力效率较高，可达1.80~2.60kgO2/kw.h；

③其氧转移率较低，一般只有2.5%；

④池中设有导流板，可使混合液呈循环流动状态。

(9)、深水曝气活性污泥法

①主要特点：a.曝气池水深在7~8m以上，

b.由于水压较大，洋的转移率可以提高，相应也能加快有机物的降解速率； c.占地面积较小。

②一般有两种形式：a.深水中层曝气法 b.深水深层曝气法

(10)、深井曝气活性污泥法——又称超深水曝气法

①工艺流程：一般平面呈圆形，直径约介于16m，深度一般为50~150m。 ②主要特点：a.氧转移率高，约为常规法的10倍以上；

b.动力效率高，占地少，易于维护运行；

c.耐冲击负荷，产泥量少；

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d.一般可以不建初次沉淀池；

e.但受地质条件的限制。

·曝气池的型式与构造

(1)、曝气池的类型

①根据混合液在曝气池内的流态，可分为推流式、完全混合式和循环混合式三种； ②根据曝气方式，可分为鼓风曝气池、机械曝气池以及二者联合使用的机械 鼓风曝气池；

③根据曝气池的形状，可分为长方廊道形、圆形、方形以及环状跑道形等四种； ④根据曝气池与二沉池之间的关系，可分为合建式（即曝气沉淀池）和分建式两种。

(2)、曝气池的流态

①推流式曝气池

②完全混合式曝气池

③循环混合式曝气池：氧化沟

(3)、曝气池的构造

曝气池在构造上应满足曝气充氧、混合的要求，因此，曝气池的构造首先取决于曝气方式和所采用的曝气装置.

4.2.2生物膜法

·生物膜的结构

(1) 生物膜的形成：含有营养物质和接种微生

物的污水在填料的表面流动，一定时间后，

微生物会附着在填料表面而增殖和生长，形

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成一层薄的生物膜。

(2) 生物膜的成熟：在生物膜上由细菌及其它 各种微生物组成的生态系统以及生物膜对有机 物的降解功能都达到了平衡和稳定。

生物膜从开始形成到成熟，一般需要30天左右.

(3)生物膜法的运行原则：

① 减缓生物膜的老化进程；② 控制厌氧膜的 厚度；③ 加快好氧膜的更新；④ 尽量控制使 生物膜不集中脱落。

·生物膜法的应用

(1)生物滤池

a.基本结构

b.工艺流程

出水回流

c.生物滤池的工作原理：含有污染物的废水从上而下从长有丰富生物膜的滤料的空隙间流过，与生物膜中的微生物充分接触，其中的有机污染物被微生物吸附并进一步降解，使得废水得以净化；主要的净化功能是依靠滤料表面的生物膜对废水中有机物的吸附氧化作用。

d.主要形式：普通生物滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池、活性生物滤池等。 e.生物滤池的构造与组成:生物滤池一般主要由滤床(池体与滤料)、布水装置和排水系统等三部分组成，下面将分别予以说明。

1、池体

在20世纪30、40年代以前，生物滤池的池体多为方形或矩形；在出现了旋转布水器之后，则大多数的生物滤池均采用圆形池体，主要是便于运行；高负荷生物滤池通常是圆形；池壁可有孔洞或不带孔洞的两种：有孔洞的池壁有利于滤料的内部通风，但在冬季易受低气温的影响；一般要求池壁高于滤料0.5m；在寒冷地区，有时需要考虑防冻、采暖、或防蝇等措施。

2、滤料

生物滤池中的滤料是生物膜赖以生长的载体，其主要特性有：① 大的表面积，有利于微生物的附着；② 能使废水以液膜状均匀分布于其表面；③ 有足够大的孔隙率，使脱落的生物膜能随水流到池底，同时保证良好的通风；④ 适合 页 第 19

于生物膜的形成与粘附，且应该既不被微生物分解，又不抑制微生物的生长；⑤ 有较好的机械强度，不易变形和破碎。

(1) 普通生物滤池的滤料：

① 一般为实心拳状滤料，如碎石、卵石、炉渣等；② 工作层的滤料的粒径为25?40mm，承托层滤料的粒径为70?100mm；③ 同一层滤料要尽量均匀，以提高孔隙率；④ 滤料的粒径愈小，比表面积 就愈大，处理能力可以提高；但粒径过小，孔隙率降低，则滤料层易被生物膜堵塞；⑤ 一般当滤料的孔隙率在45%左右时，滤料的比表面积约为65?100m2/m3。

(2) 高负荷生物滤池的滤料：

① 滤料粒径较大，一般为40?100mm，其中工作层滤料的粒径为40?70mm，承托层则为70?100mm，孔隙率较高，可以防止堵塞和提高通风能力；② 滤料常采用卵石、石英砂、花岗岩等，一般以表面光滑的卵石为好；③ 目前常采用塑料滤料：多用聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯等制成；形状有波纹板式、斜管式和蜂窝式等，其特点有：质量轻、强度高、耐腐蚀、比表面积和孔隙率都较大。主要缺点：造价较高，初期投资较大。

(3) 塔式生物滤池的滤料：

① 多采用质轻、比表面积大和孔隙率高的人工合成滤料；② 比表面积为100?220 m2/m3，孔隙率一般大于94%。

3、布水装置

布水装置的目的是将废水均匀地喷洒在滤料上；主要有两种：固定式布水装 页 第 20

置、旋转式布水装置；普通生物滤池多采用固定式布水装置；高负荷生物滤池和塔式生物滤池则常用旋转布水装置

4、排水系统

排水系统处于滤床的底部，其作用是收集、排出处理后的废水和保证良好的通风；一般由渗水顶板、集水沟和排水渠所组成；渗水顶板用于支撑滤料，其排水孔的总面积应不小于滤池表面积的20%；渗水顶板的下底与池底之间的净空高度一般应在0.6m以上，以利通风，一般在出水区的四周池壁均匀布置进风孔。 f.影响生物滤池功能的主要因素:滤床的比表面积和孔隙率、滤床的高度、有机负荷与水力负荷、回流、供氧

g.生物滤池的设计计算

生物滤池的设计内容主要包括滤床容积、布水系统、排水系统等三个部分。

1、普通生物滤池

(1) 主要设计参数

① 工作层填料的粒径为25?40mm，厚度为1.3?1.8m；承托层填料的粒径为70?100mm，厚度为0.2m。

② 在正常气温条件下，处理城市废水时，表面水力负荷为1?3 m3/m2.d，BOD5容积负荷为0.15?0.30kgBOD5/m3.d，BOD5的去除率一般为85?95%；

③ 池壁四周通风口的面积不应小于滤池表面积的1%；

④ 滤池数不应小于2座。

2) 计算公式

生物滤池计算公式

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2、高负荷生物滤池 (1) 主要设计参数

① 以碎石为滤料时，工作层滤料的粒径应为40?70mm，厚度不大于1.8m，承托层的粒径为70?100mm，厚度为0.2m；当以塑料为滤料时，滤床高度可达4m； ② 正常气温下，处理城市废水时，表面水力负荷为10?30 m3/m2.d，BOD5容积负荷不大于1.2kgBOD5/m3.d，单级滤池的BOD5的去除率一般为75?85%；两级串联时，BOD5的去除率一般为90?95%；

③ 进水BOD5大于200mg/l时，应采取回流措施； ④ 池壁四周通风口的面积不应小于滤池表面积的2%；

页

第 22

⑤ 滤池数不应小于2座。

(2) 计算公式：

高负荷生物滤池的计算公式

3、塔式生物滤池

(1) 主要设计参数：

① 一般常用塑料滤料，滤池总高度为8?12m，也可更高；每层滤料的厚度不应大于2.5m，径高比为1：6?8；

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② 容积负荷为1.0?3.0kgBOD5/m3.d，表面水力负荷为80?200 m3/m2.d，BOD5的去除率一般为65?85%；

③ 自然通风时，塔滤四周通风口的面积不应小于滤池横截面积的7.5?10%；机械通风时，风机容量一般按气水比为100?150：1来设计；

④ 塔滤数不应小于2座。

(2) 主要计算公式：

塔式生物滤池的计算公式

（2）生物转盘

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a.生物转盘的组成：生物转盘的主要组成单元有：盘片、接触反应槽、转轴与驱动装置等。

b.生物转盘为主体的工艺流程

① 以去除BOD为主要目的的工艺流程

水废

出水

② 以深度处理（去除BOD、硝化、除磷、脱氮）为目的的工艺流程

c.生物转盘与其它工艺的组合流程

页 第 25 (2) 废水

（3

a.基本流程

b.生物接触氧化池的构造

由池体、填料、布水系统和曝气系统等组成；填料高度一般为3.0m左右，填料层上部水层高约为0.5m，填料层下部布水区的高度一般为0.5~1.5m之间； c.填料

填料是微生物的载体，其特性对接触氧化池中生物量、氧的利用率、水流条件和废水与生物膜的接触反应情况等有较大影响；分为硬性填料、软性填料、半软性填料、及球状悬浮型填料等：

d.生物接触氧化池的计算与设计

1、一般原则

一般采用有机负荷法进行设计；有机负荷最好通过试验确定，一般处理城市废水时可采用1.0~1.8kgBOD5/m3.d；废水在池中的水力停留时间不应小于1.0h（按填料体积计算）；进水BOD5浓度过高时，应考虑出水回流；

2、设计计算方法

① 生物接触氧化池的有效容积(即填料体积)V：

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V?Q?(Si?Se) LvBOD5

式中Q——均日流量，m3/d；

Si——进水BOD5浓度，mg/l；

Se——出水浓度，mg/l；

LvBOD——有机容积负荷，kgBOD5/m3.d

② 有效接触时间(t)

t?V Q

③ 池深(H0)

H0 = H + h1 + h2 + h3

式中：H——填料高度，m；

h1——超高，一般取0.5m；

h2——填料层上部水深，一般为0.4~0.5m；

h3——填料至池底的高度，在0.5~1.5m之间。

（4）生物流化床

a.根据供氧方式、脱膜方式及床体结构等的不同，可分为两相生物流化床和三相生物流化床。两相生物流化床是在生物流化床外设充氧设备和脱膜设备，在床体内只有液、固两相，进入反应器之前，废水中的DO可达8~9mg/l(以纯氧为气源时，可达30~40mg/l)；三相生物流化床是直接向反应器内充氧，床体内有气、固、液三相共存；气体搅动剧烈，载体颗粒之间摩擦剧烈，可使表层的生物膜自行脱落，因此一般无需体外脱膜装置。

b.生物流化床的构造

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主要包括反应器、载体、布水装置、充氧装置和脱膜装置等。

1、反应器：

一般呈圆柱状；高径比一般采用3~4:1；若采用内循环三相生物流化床时，升流区截面积与降流区面积之比应在1左右。

2、载体

主要性能：① 比重略大于1；② 表面比较粗糙；③ 对微生物无毒性；④ 不与 废水物质反应；⑤ 价廉易得。

常用载体有：砂粒、无烟煤、焦炭、活性炭、陶粒及聚苯乙烯颗粒；

生物固体浓度与载体投加量有直接关系。

2、布水设备

对两相生物流化床，布水均匀十分关键；对三相生物流化床，由于有气体的搅拌，布水设备不十分重要。

4、充氧装置

5、脱膜装置

一般三相生物流化床不需设置专门的脱膜装置；在两相生物流化床系统中常设的脱膜装置有：① 振动筛 ② 叶轮脱膜装置 ③ 刷式脱膜装置

4.2.3自然生物处理法

·稳定塘

(1)稳定塘是经过人工适当的修砌、设围堤和防渗层的池塘，主要依靠自然生物净化功能使污水得到净化的一种污水生物处理技术。在稳定塘中存活并对污水起净化作用的生物主要有：细菌、藻类‘微型动物、水生植物、水生动物等。稳定塘中常见细菌有：好氧菌和兼性菌、产酸菌、厌氧菌、硝化菌等。

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(2)稳定塘的类型

a.好氧塘：好氧塘深度一般在0.5m左右，主要由藻类供养，塘表面也由于风力的搅动进行自然复氧，由好氧微生物对有机物进行降解。

b.兼性塘：兼性塘主要用于原污水及工业废水的处理，塘深一般在1.0~2.5m。与好氧塘相同，由好氧异养微生物对有机污染物进行分解。由沉淀的污泥和衰死的藻类在塘的底部形成厌氧层，由厌氧微生物起主导作用进行厌氧发酵。好氧层与厌氧层之间为兼性层，其溶解氧时有时无，一般在白昼有溶解氧存在，而在夜间又处于厌氧状态，在这层里存活的是兼性微生物，它既能够利用水中有力的分子氧，也能够在厌氧状态下，从NO-

3或CO2-3中摄取氧.

c.厌氧塘：厌氧塘深度一般在2.0m以上，有机负荷率高整个塘水基本上都呈厌氧状态。厌氧塘是依靠厌氧菌的代谢功能使有机污染物得到降解，包括水解、产酸及甲烷发酵等厌氧反应全过程。净化速度低，污水停留时间长。

d.曝气塘：曝气塘是经过人工强化的稳定塘。塘深在2.0m以上，塘内设曝气设备向塘内污水充氧，并使塘水搅动。

·污水的土地处理系统

（1）慢速渗滤系统:本系统适用于渗水性能良好的土壤如砂质土壤和蒸发量小、气候湿润的地区。污水经布水后垂直向下慢速渗滤，借土壤中微生物和农作物对污水进行净化。慢速渗滤系统对BOD5的去除率一般可达95%以上，COD去除率达

90%，氮的去除率则在80%~90%之间。

（2）快速渗滤系统：快速渗滤系统是周期性的向具有良好渗透性能的渗滤田灌水和休灌，使表层土壤处于淹水/干燥，即厌氧、好氧交替运行状态，在污水向下渗滤的过程中，通过过滤，沉淀、氧化还原以及生物氧化、硝化、反硝化等一 页 第 29

系列物理、化学及生物作用，使污水得到净化。

（3）地表漫流系统：地表漫流系统是将污水有控制的投配到多年生牧草、坡度和缓、土壤渗透性差的土地上，污水以薄层方式沿土地缓慢流动，在流动的过程中得到净化，然后收集排放或利用。

（4）湿地处理系统：湿地处理系统是将污水投放到土壤经常处于水饱和状态而且生长有芦苇、香蒲等耐水植物的沼泽上，污水沿一定的方向流动，在流动过程中，在耐水植物和土壤联合作用下，污水得到净化的一种土地处理系统。

（5）污水地下渗滤处理系统：将经过化粪池或酸化水解池预处理后的污水有控制地通入设于地下距地面约0.5m深处的渗滤田，在土壤的渗滤作用和毛细作用下，污水向四周扩散，通过过滤、沉淀、吸附和在微生物的作用下的降解作用，使污水得到净化。

4.3厌氧生物处理

4.3.1厌氧生物处理工艺

工艺条件

⑴ 水力停留时间。厌氧反应器的水力停留时间可以通过料液的过流速度来反映。加大料液流速，增加了反应器进水区的扰动，生物污泥与进水有机物之间相互接触随之增加，有利于提高去除率；但料液升流速度过高，会造成污泥流失。因而，为使系统需维持足量的生物污泥，过流速度需有一定的限度。

⑵ 有机容积负荷。有机容积负荷在某种程度上反映了微生物与有机物之间的供需关系，它是影响污泥生长、污泥活性程度和生物降解过程的重要因素。有机负荷过高时，可能导致甲烷反应和酸化反应的不平衡。对特定的废水而言，容积负荷与温度、废水性质及浓度有关，它不仅是厌氧反应器设计重要参数，同时 页 第 30

也是重要控制参数，一般其值通过试验确定。

⑶ 污泥负荷。反应器单位重量的污泥在单位时间内接纳的有机物量，称为污泥负荷，kgBOD5/（kgVLSS·d），采用污泥负荷比容积负荷更能从本质上反映

微生物代谢同有机物的关系。在典型的工业废水中，厌氧处理采用的污泥负荷率在0.5～1.0 kgBOD5/（kgVLSS·d）之间，为一般好氧处理的2倍。另外，厌氧

容积负荷为5～10kg/（m·d），为好氧处理（0.5～1.0 kg/（m·d））的5～10倍。

4.3.2.1普通消化池

普通消化池的工艺流程是：借助消化池内的厌氧活性污泥对待处理的有机污泥（在工艺中称之为生污泥）进行降解。生污泥从池顶部进入池内，通过搅拌与池中原有的厌氧活性污泥混合接触，进行厌氧消化，使污泥中的有机污染物转化、分解。从消化池池顶收集厌氧消化产生的气体（沼气），消化后的污泥从池底排出。

4.3.2.2厌氧接触法

在普通厌氧消化池的基础上，为提高处理效率，采取连续搅拌使废水中的有机物与厌氧污泥充分接触，并将间断进排水改为连续进排水；为解决由此所产生的厌氧污泥流失问题，在原有消化池后增设一个沉淀池，将沉淀下来的污泥回流到消化池；为消除消化池出流污泥所携带的气泡，在沉淀池前增设一个脱气装置，保障沉淀池的沉淀效率，由此形成的新的厌氧消化处理工艺称作厌氧接触法，。

废水进入消化池后与回流污泥相混合，从消化池排出的混合液，在沉淀池进行固、液分离，废水由沉淀池上部排出，下沉污泥由下部回流至消化池。 页 第 31 33

由于采取了回流措施，在厌氧消化池内保持了大量的厌氧活性污泥，提高了有机负荷，缩短了水力停留时间。

从研究和实践表明[7]，厌氧接触法适宜处理废水中含有悬浮固体在10000～20000mg/L，入流COD在2000～100000 mg/L。

与处理有机废水的传统消化方法相比，具有负荷高、耐冲击负荷、运行稳定等特点，因此得到了广泛应用。与其他高速厌氧反应器（如UASB、AAFEB、AFB）比较，它的负荷率较低，其负荷率通常只相当于UASB反应器的1/3～1/5。厌氧接触工艺的负荷率受其中污泥浓度低的制约。在高的污泥负荷下，厌氧接触工艺也会产生类似好氧活性污泥的污泥膨胀问题。一般认为反应器中污泥的体积指数（SVI）应在70～150mL/g.当反应器的污泥负荷超过0.25kgCOD/（kgVSS·d）时，污泥的沉淀即可能发生恶化。反应器内厌氧污泥的浓度也是有限度的，当反应器内污泥浓度超过18VSS/L时，污泥的固液分离会更加困难。这是厌氧接触工艺负荷率不能提高的重要原因之一。在一般情况下，完全混合厌氧反应器的污泥活性要低于升流反应器的厌氧颗粒污泥活性，这也是厌氧接触工艺负荷率不高的原因。

4.3.2.3升流式厌氧污泥床

升流式厌氧污泥床（UASB）工艺是由Lettinga等人在20世纪70年代开发的。他们在研究升流式厌氧滤池处理马铃薯加工和甲醇废水时取消了池内的全部填料，并在池子的上部设置了气、液、固三相分离器，于是一种结构简单、处理效能很高的新型厌氧反应器便诞生了。

UASB反应器在处理各种有机废水时，反应器内一般情况下均能形成厌氧颗粒污泥，而厌氧颗粒污泥不仅具有良好的沉降性能，而且有较高的比产甲烷活性。 页 第 32

由于UASB反应器设有三相分离器，使得反应器内的污泥不易流失，所以反应器内能维持很高的容积的生物量，平均浓度可达80gSS/L左右。同时，反应器的SRT很大，HRT很小，这使反应器有很高的容积负荷率和处理效率以及运行稳定性。

升流式厌氧污泥床的主体结构

UASB反应器主要由下列几部分构成：

⑴ 进水配水系统。进水配水系统主要是将废水尽可能均匀地分配到整个反应器，并具有一定的水力搅拌功能。它是反应器高效运行的关键之一。

⑵ 反应区。其中包括污泥床区和污泥悬浮层区，有机物主要在这里被厌氧菌所分解，是反应器的主要部位。

污泥床区：位于反应器的底部，为一层由颗粒污泥组成的沉淀性良好的污泥，其浓度在40000～80000mg/L，容积约占整个UASB反应器的30%，它对反应器的有机物降解量占整个反应器全部降解量的70%～90%。因此，在污泥床层内产生大量的沼气，并通过上升作用使得整个污泥床层得到良好的混合。颗粒污泥的形成主要与有机负荷、水力负荷及温度、pH值等有关。

污泥悬浮区：位于反应器的中上部，其容积约占整个UASB反应器床体的70%。悬浮层的污泥浓度低于污泥床，通常为15000～30000mg/L或更小，由絮体污泥组成，为非颗粒污泥，靠来自污泥床中的上升气泡使该层污泥得到良好的混合。它对反应器的有机物降解占整个反应器全部降解量的10%～30%。

⑶ 三相分离器。由沉淀区、回流缝和气封组成，其功能是把沼气、污泥和液体分开。污泥经沉淀区后由回流缝回流到反应区，沼气分离后进入气室。三相分离器的分离效果将直接影响反应器的处理效果。

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⑷ 出水系统。其作用是把沉淀区表层处理过的水均匀地加以收集，排出反应器。

⑸ 气室。也称集气罩，其作用是收集沼气。

⑹ 浮渣清除系统。其功能是清除沉淀区液面和气室表面的浮渣。如浮渣不多可省略。

⑺ 排泥系统。其功能是均匀地排除反应区的剩余污泥。

UASB反应器的断面一般为圆形或矩形。反应器常为钢结构或钢筋混凝土结构。当采用钢结构时，常采用圆形断面；当采用钢筋混凝土结构时，则常用矩形断面。由于三相分离器的构造要求，采用矩形断面便于设计和施工。

4.3.2.4厌氧生物滤池

厌氧滤池（AF）是一种内部填充有微生物载体的厌氧生物反应器。厌氧微生物部分附着生长在填料上，形成厌氧生物膜，另一部分在填料空隙处于悬浮状态。一般认为，厌氧滤池是在McMcarty和Couler等人工作的基础上，由Young和McCarty于19xx年开发的厌氧工艺。厌氧滤池是在反应器内充填各种类型的固体填料，如炉渣、瓷环、塑料等来处理有机废水。污水在流动过程中保持与水力停留下取得较长的污泥龄，平均细胞停留时间可以长达100d以上[10]。

厌氧滤池的优点如下：

⑴ 生物固体浓度高，因此可以获得较高的有机负荷。

⑵ 微生物固体停留时间长，因此可以缩短水力停留时间，耐冲击负荷能力也较强。

⑶ 启动时间短，停止运行后再启动比较容易。

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⑷ 不需污泥回流，运行管理方便。

厌氧滤池的缺点是载体相当昂贵，据估计载体的价格与构筑物价格相当。另一个缺点是如采用的填料不当，在污水的悬浮物较多的情况下容易发生短路和堵塞，这是厌氧滤池工艺不能迅速推广的主要原因。

按水流方向厌氧生物滤池可分为两种主要形式。废水向上流动通过反应器的厌氧滤池称为升流式厌氧滤池，当有机物浓度和性质适宜时采用的有机负荷可高达10～20kg/（m3·d）.另外还有下流式厌氧滤池，也下流式厌氧固定膜反应器（DSFF）。不管是什么形式，系统中的填料都是固定的，废水进入反应器内，逐渐被细菌水解酸化，转变为乙酸，最终被产甲烷菌矿化为CH4，废水组成随不同

高度而变化。因此微生物种群分布也相应的发生规律性变化。在废水入口处，产酸菌和发酵细菌占较大比例；随着水流方向，产乙酸菌和产甲烷菌逐渐增多并占据主导地位。

4.3.2.5厌氧流化床

厌氧流化床内填充细小的固体颗粒作为载体，常用的载体有石英砂、无烟煤、活性炭、陶粒和沸石等，粒径为0.2～1mm.废水从床底部流入。为使填料层膨胀或流化，常用循环泵将部分出水回流，以提供床内水流的上升速度。

在流化床系统中，依靠在惰性的填料微粒表面形成的生物膜来截留厌氧污泥。废液与污泥的混合、物质传递依靠这些带有生物膜的颗粒形成流态化来实现。实现流态化要依靠一部分出水回流使载体颗粒在反应器内处于流化状态。

流化床反应器的主要特性如下：

⑴ 流态化能保证厌氧微生物与被处理的废水充分接触。

⑵ 由于颗粒与流体相对运动速度高、液膜扩散阻力小、形成生物量大、生 页 第 35

物膜较薄、传质作用强，因此，生物化学反应过程快，反应器的水力停留时间短。

⑶ 细颗粒的载体为微生物附着生长提供较大表面积，使反应器内具有很高的微生物浓度（一般为30 gVSS/L左右），因此有机物容积负荷较大，一般为10～40kg/（m3·d），具有良好的耐冲击负荷能力。

⑷ 既可用于高浓度有机废水厌氧处理，又可用于低浓度城市污水处理。 ⑸ 由于反应器负荷大，高度与直径比例大，因此占地面积可减少。

⑹ 克服厌氧生物滤池的堵塞与沟流问题。

但是，厌氧流化床反应器存在着几个尚未解决的问题。主要是为了实现良好的流态化并使污泥和填料不致从反应器流失，必须使生物颗粒保持形状、大小和密度的均匀，但这一点难以做到，因此稳定的流态化也难以保证。为取得高的升流速度以保证流态化，流化床反应器需要大量的回流水，这样导致能耗加大，成本上升。由于上述原因，流化床反应器至今没有大规模的生产设施运行。

4.3.2.6厌氧生物转盘

厌氧生物转盘在构造上类似于好氧生物转盘，即主要由盘片、传动轴与驱动装置、反应槽等部分组成。在结构上它利用一根水平轴装上一系列圆盘，若干圆盘为一组，称为一级。厌氧微生物附着在转盘表面，并在其上生长。附着在盘板表面的厌氧生物膜，代谢污水中的有机物，并保持较长的污泥停留时间。对于好氧生物转盘来说，已经较普遍应用在生活污水、工业污水，例如化纤、石油化工、印染、皮革、煤气站等污水处理，而厌氧生物转盘还大多数处于试验研究方面。

生物转盘中的厌氧微生物主要以生物膜的附着方式，适合于繁殖速度很慢的甲烷菌的生长。由于厌氧微生物代谢有机物的条件是在无分子氧条件下进行，所以在构造上有如下特点：

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⑴ 由于厌氧生物转盘是在无氧条件下代谢有机物质，因此不考虑利用空气中的氧，圆盘在反应槽的废水中浸没深度一般都大于好氧生物转盘，通常采用40%～100%，轴带动圆盘连续旋转，使各级内达到混合。

⑵ 为在厌氧条件下工作，同时有助于使所产生的沼气进入集气空间并为了收集沼气，一般将转盘加盖密封，在转盘上形成气室，以利于沼气收集和输送。

⑶ 相邻的级用隔板分开，以防止废水短流，并通过板孔使污水从一级流到另一级。

4.3.2.7挡板式厌氧生物反应器

厌氧折流板反应器（Amaerobic Baffed Reactor，简称ABR）是P.L.McCarry等19xx年研制的新型厌氧生物处理装置，是一种厌氧污泥层工艺，可以处理各种有机废水。它具有很高处理稳定性和容积利用率，不会发生堵塞和污泥床膨胀而引起的污泥流失，可省去气固液三相分离器。该反应器能保持很高的生物量，同时能承受很高的有机负荷。小试的结果表明，当反应器进水容积负荷率达到36kgCOD/（m3·d）时，COD的去除负荷率可达24以上，产甲烷速率超过6m3（甲烷）/（m3·d）[12]。

ABR内由若干个垂直折流板把长条形整个反应器分隔成若干个级串连的反应室。迫使废水水流以上下折流的形式通过反应器。反应器内各室积累着较多厌氧污泥。当废水通过ABR时，要自下而上流动与大量的活性生物量发生多次接触，大大提高了反应器的容积利用率。就一个反应室而言，因沼气的搅拌作用，水流流态基本上是完全混合的，但各个反应室之间是串联的具有塞流流态。整个ABR是由若干个完全混合反应器串联在一起的反应器，所以理论上比单一的完全混合状态的反应器处理效能高。

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ABR中的每个反应室都有一个厌氧污泥层，其功能与UASB反应区是相似的，所不同的是上部没有专设的三相分离器。沼气上升至液面进入反应器上部的集气室，并一起由导管排出反应器外。ABR的升流条件使厌氧污泥可形成颗粒污泥。

由于有机物厌氧生化反应过程存在产酸和产甲烷两个阶段，所以在ABR的第一室往往是厌氧过程的产酸阶段，pH易于下降。采用出水回流，可缓解pH的下降程度，回流的结果使得塞流系统作用将向一个完全混合系统过度。

综上所述，ABR具有以下特点：

⑴ 上下多次折流，使废水中有机物与厌氧微生物充分接触，有利于有机物的分解。

⑵ 不需要设三相分离器，没有填料，不设搅拌设备，反应器构造较为简单。 ⑶ 由于进水污泥负荷逐段减小，不会发生因厌氧污泥床膨胀而大量流失污泥的现象。出水SS往往较低。

⑷ 反应器内可形成沉淀性能良好，活性高厌氧颗粒污泥，可维持较多的生物量。

⑸ 因反应器内没有填料，不会发生堵塞。

4.3.2.8两相厌氧消化工艺

Czako、Reise等人和Mizuno等人的试验证明两相厌氧工艺的酸化单元中微生物的产酸作用和硫酸盐还原作用可以同时进行，并指出在酸性发酵阶段利用SRB去除硫酸盐具有以下特点：

⑴ 硫酸盐还原菌可以代谢酸性发酵阶段的中间产物如乳酸、丙酮酸、丙酸等，故在一定程度上可以促进有机物的产酸分解过程。

⑵ 发酵性细菌比MPB所能承受的硫化物浓度高，所以硫化物对发酵性细菌 页 第 38

的毒性小，不致影响产酸过程。

⑶ 由于硫酸盐还原作用主要是在产酸反应器中进行，避免了SRB和MPB之间的基质竞争问题，可以保证产甲烷相有较高的甲烷产率，而且在形成的沼气中H2S的含量较小，便于利用。

⑷ 由于产酸相反应器处于弱酸状态，硫酸盐的还原产物硫化物大部分以H2S的形成存在，便于吹脱去除。

5.水体的富营养化和生物脱氮除磷技术

5.1水体的富营养化

·水体富营养化的主要成因

水体富营养化的根本成因是营养物质的增加，使得藻类和有机物增加所致。营养物质主要是磷，其次是氮、还有碳、微量元素或维生素等。藻类生长遵循李比希最小定律，即其生产量或生物量取决于外界供给它的

所需养分中数量最少的那一种。由于磷在水体中不完全循环，使得世界上很多地区的水域都严重缺磷，以致磷成为其初级生产力的重要限制因素，一旦大量磷进人水体往往引起浮游植物的迅猛生长，而使水体呈现富营养化。

·营养物的主要来源：土壤大量施肥，农田流失的氮、磷进人水体；人和家畜排泄产生的氮、磷；渔业规

模集约化养殖带来的大量营养物质。生活污水也是主要的营养物来源。生活污水中磷的主要来源是合成洗涤剂、工业废水，排污量较多的是食品、化工、毛皮工业和轻工业。大气污染使得降水中氮、磷含量提高。

·水体富营养化的危害

1.供水：富营养化水体，使藻类特别是增殖能力强的藻类大量生长，这就使水厂 页 第 39

在过滤时效率降低，增加制水成本，同时还影响水质。

2.休闲渔业：水体一旦富营养化，水味腥臭，透明度下降，水体浑浊，使水体在现代城市生态系统中的重要位置大打折扣，丧失其应有的美学价值，不利于人们生活娱乐、旅游、观赏。

3.水产养殖：水体富营养化，有效氮磷含量增加，使得藻类大量繁殖和高度集群而

引起生物污染，淡水中称“湖靛”，海水中称“赤潮”。

·水体富营养化的防治措施：

1.控制氮、磷等营养物的流入：通过工艺改革、产品改进，减少废水中磷的含量。农业生产上应合理控制施肥量。实施污水分流、截流和污水净化处理，减少污水排放量。在水体投饵养殖时，要做好养殖规划，兼顾经济效益和生态效益，且把生态效益放在首位。

2.物理方法治理：池塘、水库加强水的交换，当有合适水源时可引入，起稀释作用，带出氮、磷物质以及藻类；深水湖泊或水库中，设法将深层水排出，降低富营养化程度；湖泊中采用机械方法进行曝气和促进水的流动，可起到防止底泥释放磷，改善溶氧状况，加强矿化作用，降低浮游植物光合作用等效果；

3.化学方法防治：常用的除藻剂有硫酸铜、二氧化氯等。二氧化氯除藻效果较好，但成本较

高，控制藻类生长的硫酸铜浓度一般须大于1.0 mg/L，因而须谨慎使用。

4.生物防治：生物处理是利用微生物的作用改善水质。微生物是降解废物、废水的主力军，利用经过遗传改造的微生物将成为治理环境污染、保持生态平衡的最有效的方法。

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5.2生物脱氮

5.2.1生物脱氮基本原理

污水生物脱氮的基本原理就是在将有机氮转化为氨态氮的基础上，先利用好氧段经硝化作用，由硝化细菌和亚硝化细菌的协同作用，将氨氮通过反硝化作用转化为亚硝态氮、硝态氮，即，将NH3转化为NO-2-N和NO-3-N。在缺氧条件下通

过反硝化作用将硝氮转化为氮气，即，将NO2-N（经反亚硝化）和NO3-N（经反

硝化）还原为氮气，溢出水面释放到大气，参与自然界氮的循环。水中含氮物质大量减少，降低出水的潜在危险性，达到从废水中脱氮的目的。

废水中氮的去除还包括靠微生物的同化作用将氮转化为细胞原生质成分。主要过程如下：氨化作用是有机氮在氨化菌的作用下转化为氨氮。硝化作用是在硝化菌的作用下进一步转化为硝酸盐氮。其中亚硝酸菌和硝酸菌为好氧自养菌，以无机碳化合物为碳源，从NH+

4

或NO-

2的氧化反应中获取能量。其中硝化的最佳温度在纯培养中为25-35 ℃，

在土壤中为30-40 ℃，最佳pH 值偏碱性。反硝化作用是反硝化菌（大多数是异养型兼性厌氧菌，DO<0.5 mg/L）在缺氧的条件下，以硝酸盐氮为电子受体，以有机物为电子供体进行厌氧呼吸，将硝酸盐氮还原为N2或NO-2同时降解有机物.

5.2.2生物脱氮工艺

·活性污泥法系统：利用活性污泥降解废水中的有机碳和转化氨态氮为硝酸盐氮，再将硝酸盐氮还原为分子态氮。

·生物膜法系统：生物膜法系统是利用介质上生长的生物膜来去碳、硝化和反硝化。可采用生物膜法有生物滤池、生物接触氧化、生物转盘和生物流化床等。 ·前置反硝化脱氮工艺：简称A/O工艺。其流程为进水首先通过缺氧池，并在缺 页 第 41 --

氧池内与回流硝化液和回流污泥完全混合。经过一段时间的反硝化作用，去除BOD，并将回流的硝化液中的NO-

3-N转化为N2。缺氧池的出水引入好氧池进行有

机物的彻底氧化，并进行硝化作用。

5.3生物除磷

5.3.1生物除磷基本原理

磷在自然界以2 种状态存在：可溶态或颗粒态。所谓的除磷就是把水中溶解性磷转化为颗粒性磷，达到磷水分离。废水在生物处理中,在厌氧条件下,聚磷菌的生长受到抑制,为了自身的生长便释放出其细胞中的聚磷酸盐,同时产生利用废水中简单的溶解性有机基质所需的能量,称该过程为磷的释放。进入好氧环境后,活力得到充分恢复,在充分利用基质的同时,从废水中摄取大量溶解态的正磷酸盐,从而完成聚磷的过程。将这些摄取大量磷的微生物从废水中去除,即可达到除磷的目的.

5.3.2生物除磷工艺

·An/O法。即厌氧-好氧除磷工艺。该工艺主要通过排出富含磷的剩余污泥达到除磷的目的。

·Phostrip除磷工艺。该工艺不但可以通过排出含磷的剩余污泥量达到除磷的目的，还可利用活性污泥厌氧池中将磷释放于上清液中，通过去除上清液中的磷而达到除磷的目的。

5.4同步生物脱氮除磷工艺

·Bardenpho同步脱氮除磷技术：原废水进入第一厌氧池，进行脱氮和污泥释放磷；该池出水混合液进入第一曝气池，达到去除BOD、硝化、聚磷菌初步吸磷的目的；其出流混合液进入第二厌氧池，进行脱氮、释放磷；然后，出流混合液进 页 第 42

入第二曝气池，其首要功能是吸收磷，第二功能是进一步硝化，再次功能是去除BOD;最后，混合液进入沉淀池进行泥水分离。上清液作为处理水排放，含磷污泥一部分作为回流污泥，回流到第一厌氧池，另一部分作为剩余污泥排出系统。 ·A-A-O同步脱氮除磷技术：原废水与含磷回流污泥一起进入厌氧池，除磷菌在这里完成释放磷和摄取有机物。混合液从厌氧池进入缺氧池，本段的首要功能是脱氮，硝态氮是通过内循环由好氧池送来的，循环量一般为进水量的两倍以上。然后混合液从缺氧池进入好氧池-曝气池，在这里进行去除BOD、硝化和吸收磷反应。最后混合液进入沉淀池，进行泥水分离，上清液作为处理水排放，含磷污泥一部分回流至厌氧池，另一部分作为剩余污泥排放。

6.其它无机污染物废水的生物处理

6.1含硫废水的生物处理

·有氧生物氧化：无色硫细菌在有氧的条件下氧化硫化物，最终可将硫化物氧化为单质硫，以及少量硫酸盐。

·缺氧生物处理：采用光合细菌进行厌氧氧化，将硫化物氧化为单质硫去除。

6.2金属废水的生物处理

·金属的生物沉淀处理：金属的生物沉淀处理是利用硫酸盐还原菌在厌氧条件下把SO2-

4还原成硫化氢，废水中的金属离子与硫化氢生成金属硫化物沉淀而被除

去。金属硫化物的溶解度一般都很低，该方法的金属去除率很高，但由于金属对微生物有毒害作用，不适用于处理高浓度金属废水。另外，若废水中不含有一定浓度的有机物和硫酸盐，则需另加。

·金属的生物还原处理：金属的生物还原处理主要针对于电镀、皮革等工业废水中的Cr,其原理是利Cr还原菌，在厌氧条件下把Cr还原成无毒性的Cr，Cr 页 第 43 6+6+6+3+3+

在碱性条件下生成Cr（OH)3沉淀而被去除.

·金属的氧化处理：铁细菌在酸性条件下可以将Fe2+氧化成Fe3+，该性质已经成功的应用与矿山废水的生物氧化处理。矿山废水中常含有较高浓度的Fe2+和硫酸根，而且pH值很低。利用铁细菌首先将不易沉淀的Fe2+氧化为易形成沉淀的Fe3+，加入碳酸钙调节pH，使Fe3+形成Fe（OH)3沉淀而被去除，同时硫酸根与钙形成

硫酸钙被去除。

·金属的生物吸附处理：为生物细胞的表面通常含有氯硫基、羧基、羟基等能与金属络合、配位的基因，这些基团可以与水中的金属离子结合而使其吸附到细胞表面,这种现象称为生物吸附。

7.结束语

现代生物技术在水污染控制领域已显示出独特的魅力和应用前景。但笔者认为，今后应从四个方面进行深入研究：①分离、筛选和培养高效降解菌，利用微生物共代谢作用、多菌种协同作用降解难降解污染物；②构建高效反应器，优化运行条件，探索新技术新方法；③开发高效、无毒、廉价、可大批量生产的微生物水处理剂；④着力实践和推广生物修复示范工程，为生态环境建设提供有力的技术支持。

谢辞

在这次毕业设计中，十分感谢韩老师对我的指导，她利用自己的休息时间为我指正设计中出现的问题，不断改善我的设计，使它相对来说较为妥善，并且提供了多种相关资料供我参考。

最后，感谢各位领导和老师在百忙之中即将对本设计所做的精心评阅和指 页 第 44

正，同时，由于专业水平的限制和实践经验的不足，我的毕业设计还有很多不合理和不完善的地方，还要请各位老师指正。

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