詳解廢水生化處理

1、什么叫廢水的生化處理？

　　◆廢水的生物化學(xué)處理是廢水處理系統中最重要的過(guò)程之一，簡(jiǎn)稱(chēng)生化處理。生化處理是利用微生物的生命活動(dòng)過(guò)程將廢水中的可溶性的有機物及部分不溶性的有機物有效地去除，使水得到凈化。事實(shí)上，我們對生化處理并不是很陌生的，天然的水體中存在著(zhù)一條食物鏈，即大魚(yú)吃小魚(yú)，小魚(yú)吃蝦米，蝦米吃小蟲(chóng)，小蟲(chóng)吃微生物，微生物吃污水，如果沒(méi)有這條食物鏈，自然界就要亂套了。在天然的河流中，有著(zhù)大量的、依靠有機物生活的微生物，它們日日夜夜地將人們排入河流中的有機物（如工業(yè)廢水、農藥化肥、糞便等等有機物質(zhì)）氧化或還原，最終轉化為無(wú)機物質(zhì)，如果沒(méi)有微生物的存在，我們周?chē)�的河流，少則幾個(gè)月，多則一、二年，就會(huì )成為臭河了，只是由于微生物太微小太分散，以致人們的肉眼看不見(jiàn)罷了。而廢水的生化處理工程則是在人工條件下對這一過(guò)程的強化。人們將無(wú)以計數的微生物全部集中在一個(gè)池子內，創(chuàng )造一個(gè)非常適合微生物繁殖、生長(cháng)的環(huán)境（如溫度、pH值、氧氣、氮磷等營(yíng)養物質(zhì)），使微生物大量增殖，以提高其分解有機物的速度和效率。然后再往池內泵入廢水，使廢水中的有機物質(zhì)在微生物的生命活動(dòng)過(guò)程中得到氧化降解，使廢水得到凈化和處理。與其他處理方法相比，生化法具有能耗低、不加藥、處理效果好、處理費用低等特點(diǎn)。

2、微生物是通過(guò)何種方式將廢水中的有機污染物分解去除掉的？

◆由于廢水中存在碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)等有機物，這些無(wú)生命的有機物是微生物的食料，一部分降解、合成為細胞物質(zhì)（組合代謝產(chǎn)物），另一部分降解氧化為水份，二氧化碳等（分解代謝產(chǎn)物），在此過(guò)程中廢水中的有機污染物被微生物降解去除。

3、微生物與哪些因素有關(guān)？

　　◆微生物除了需要營(yíng)養，還需要合適的環(huán)境因素，如溫度、pH值、溶解氧、滲透壓等才能生存。如果環(huán)境條件不正常，會(huì )影響微生物的生命活動(dòng)，甚至發(fā)生變異或死亡。

4、微生物最適宜在什么溫度范圍內生長(cháng)繁殖？

　　◆在廢水生物處理中，微生物最適宜的溫度范圍一般為16-30℃，最高溫度在37-43℃，當溫度低于10℃時(shí)，微生物將不再生長(cháng)。在適宜的溫度范圍內，溫度每提高10℃，微生物的代謝速率會(huì )相應提高，COD的去除率也會(huì )提高10%左右；相反，溫度每降低10℃，COD的去除率會(huì )降低10%，因此在冬季時(shí)，COD的生化去除率會(huì )明顯低于其它季節。

5、微生物最適宜的pH條件應在什么范圍？

　　◆微生物的生命活動(dòng)、物質(zhì)代謝與pH值有密切關(guān)系。大多數微生物對pH的適應范圍在4.5-9，而最適宜的pH值的范圍在6.5-7.5。當pH低于6.5時(shí)，真菌開(kāi)始與細菌競爭，pH到4.5時(shí)，真菌在生化池內將占完全的優(yōu)勢，其結果是嚴重影響污泥的沉降結果；當pH超過(guò)9時(shí)，微生物的代謝速度將受到阻礙。不同的微生物對pH值的適應范圍要求是不一樣的。在好氧生物處理中，pH可在6.5-8.5之間變化；厭氧生物處理中，微生物以pH的要求比較嚴格，pH應在6.7-7.4之間。

6、什么叫溶解氧？溶解氧與微生物的關(guān)系如何?

　　◆溶解在水體中的氧被稱(chēng)溶解氧。水體中的生物與好氧微生物，它們所賴(lài)以生存的氧氣就是溶解氧。不同的微生物對溶解氧的要求是不一樣的。好氧微生物需要供給充足的溶解氧，一般來(lái)說(shuō)，溶解氧應維持在3mg/L為宜，最低不應低于2mg/L；兼氧微生物要求溶解氧的范圍在0.2-2.0mg/L之間；而厭氧微生物要求溶解氧的范圍在0.2mg/L以下。

7、為什么高濃度的含鹽廢水對微生物的影響特別大？

　　◆我們先來(lái)描述一個(gè)滲透壓的實(shí)驗：用一張半滲透薄膜將兩種不同濃度的鹽溶液隔開(kāi)，低濃度鹽溶液的水分子就會(huì )透過(guò)半滲透薄膜進(jìn)入高濃度鹽溶液，而高濃度鹽溶液的水分子也會(huì )透過(guò)半滲透薄膜進(jìn)入低濃度鹽溶液，但其數量要少，故高濃度鹽溶液一側的液面會(huì )升高，當兩側液面的高差產(chǎn)生了足夠阻止水再流動(dòng)的壓力時(shí)滲透就會(huì )停止，這時(shí)兩側液面的高差產(chǎn)生的壓力就是滲透壓。一般來(lái)說(shuō)，鹽分濃度越高，滲透壓越大。微生物在鹽水溶液中的情況與滲透壓的實(shí)驗是相似的。微生物的單位結構是細胞，細胞壁相當于半滲透膜，在氯離子濃度小于等于2000mg/L時(shí)，細胞壁可承受的滲透壓為0.5-1.0大氣壓，即使加上細胞壁和細胞質(zhì)膜有一定的堅韌性和彈性，細胞壁可承受的滲透壓也不會(huì )大于5-6大氣壓。但當水溶液中的氯離子濃度在5000mg/L以上時(shí)，滲透壓大約將增大至10-30大氣壓，在這樣大的滲透壓下，微生物體內的水分子會(huì )大量滲透到體外溶液中，造成細胞失水而發(fā)生質(zhì)壁分離，嚴重者微生物死亡。在日常生活中，人們用食鹽（氯化鈉）腌漬蔬菜和魚(yú)肉，滅菌防腐保存食物，就是運用了這個(gè)道理。工程經(jīng)驗數據表明：當廢水中的氯離子濃度大于2000mg/L時(shí)，微生物的活性將受到抑止，COD去除率會(huì )明顯下降；當廢水中的氯離子濃度大于8000mg/L時(shí)，會(huì )造成污泥體積膨脹，水面泛出大量泡沫，微生物會(huì )相繼死亡。不過(guò)，經(jīng)過(guò)長(cháng)期馴化，微生物會(huì )逐漸適應在高濃度的鹽水中生長(cháng)繁殖。目前已經(jīng)有人馴化出能夠適應10000mg/L以上氯離子或硫酸根濃度的微生物。但是，滲透壓的原理告訴我們，已經(jīng)適應在高濃度的鹽水中生長(cháng)繁殖的微生物，細胞液的含鹽濃度是很高的，一旦當廢水中的鹽分濃度較低或很低時(shí)，廢水中的水分子會(huì )大量滲入微生物體內，使微生物細胞發(fā)生膨脹，嚴重者破裂死亡。因此，經(jīng)過(guò)長(cháng)期馴化并能逐漸適應在高濃度的鹽水中生長(cháng)繁殖的微生物，對生化進(jìn)水中的鹽分濃度要求始終保持在相當高的水平，不能忽高忽低，否則微生物將會(huì )大量死亡。

8、什么叫好氧生化處理？什么叫兼氧生化處理？二者有何區別？

　　◆生化處理根據微生物生長(cháng)對氧環(huán)境的要求的不同，可分為好氧生化處理與缺氧生化處理兩大類(lèi)，缺氧生化處理又可分為兼氧生化處理和厭氧生化處理。在好氧生化處理過(guò)程中，好氧微生物必須在大量氧的存在下生長(cháng)繁殖，并降低廢水中的有機物質(zhì)；而兼氧生化處理過(guò)程中，兼氧微生物只需要少量氧即可生長(cháng)繁殖并對廢水中的有機物質(zhì)進(jìn)行降解處理，如果水中氧太多，兼氧微生物反而生長(cháng)不好從而影響它對有機物質(zhì)的處理效率。兼氧微生物可適應COD濃度較高的廢水，進(jìn)水COD濃度可提高到2000mg/L以上，COD去除率一般在50-80%；而好氧微生物只能適應于COD濃度較低的廢水，進(jìn)水COD濃度一般控制在1000-1500mg/L以下，COD去除率一般在50-80%，兼氧生化處理和好氧生化處理的時(shí)間都不太長(cháng)，一般都在12-24小時(shí)。人們利用兼氧生化和好氧生化之間的差別和相同之長(cháng)，將兼氧生化處理和好氧生化處理組合起來(lái)，讓COD濃度較高的廢水先進(jìn)行兼氧生化處理，再讓兼氧池的處理出水作為好氧池的進(jìn)水，這樣的組合處理可以減少生化池的容積，既節省了環(huán)保投資又減少了日常的運行費用。厭氧生化處理與兼氧生化處理的原理和作用是一樣的。厭氧生化處理與兼氧生化處理的不同之處是：厭氧微生物繁殖生長(cháng)及其對有機物質(zhì)降解處理的過(guò)程中不需要任何氧，而且厭氧微生物可適應更高COD濃度的廢水（4000-10000mg/L）。厭氧生化處理的缺點(diǎn)是生化處理時(shí)間很長(cháng)，廢水在厭氧生化池內的停留時(shí)間一般需要40小時(shí)以上。

9、生物處理在廢水處理工程上有哪些應用？

　　◆生物處理在廢水處理工程上應用得最廣泛最實(shí)用的技術(shù)有二大類(lèi)：一類(lèi)叫做活性污泥法，另一類(lèi)叫做生物膜法。活性污泥法是以懸浮狀生物群體的生化代謝作用進(jìn)行好氧的廢水處理形式。微生物在生長(cháng)繁殖過(guò)程中可以形成表面積較大的菌膠團，它可以大量絮凝和吸附廢水的懸浮的膠體狀或溶解的污染物，并將這些物質(zhì)吸收入細胞體內，在氧的參與下，將這些物質(zhì)完全氧化放出能量、CO2和H2O。活性污泥法的污泥濃度一般在4g/L。而在生物膜法中，微生物附著(zhù)在填料的表面，形成膠質(zhì)相連的生物膜。生物膜一般呈蓬松的絮狀結構，微孔較多，表面積很大，具有很強的吸附作用，有利于微生物進(jìn)一步對這些被吸附的有機物分解和利用。在處理過(guò)程中，水的流動(dòng)和空氣的攪動(dòng)使生物膜表面和水不斷接觸，廢水中的有機污染物和溶解氧為生物膜所吸附，生物膜上的微生物不斷分解這些有機物質(zhì)，在氧化分解有機物質(zhì)的同時(shí)，生物膜本身也不斷新陳代謝，衰老的生物膜脫落下來(lái)被處理出水從生物處理設施中帶出并在沉淀池中與水分離。生物膜法的污泥濃度一般在6-8g/L。 為了提高污泥濃度，進(jìn)而提高處理效率，可以將活性污泥法與生物膜法結合起來(lái)，即在活性污泥池中添加填料，這種既有掛膜的微生物又有懸浮微生物的生物反應器稱(chēng)為復合式生物反應器，它具有很高的污泥濃度，一般在14g/L左右。

10、生物膜法和活性污泥法有哪些異同之處？

　　◆生物膜法和活性污泥法是以生化處理的不同反應器形式，從外觀(guān)上看主要區別在于前者的微生物不需要填料載體，生物污泥是懸浮的，而后者的微生物是固定在填料上的，然而它們處理廢水、凈化水質(zhì)的機理是一樣的。另外，二者的生物污泥都是好氧活性污泥，而且污泥的組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，可以形成比較穩定的生態(tài)系統，其生活能量和消耗能量不象活性污泥法中的微生物那樣大，因此生物膜法的剩余污泥比活性污泥法要少。上海信誼百路達藥業(yè)有限公司的接觸氧化池采用生物膜法，而SBR生化池采用活性污泥法。

11、什么叫活性污泥?

　　◆從微生物角度來(lái)看，生化池中的污泥是由各種各樣有生物活性的微生物組成的一個(gè)生物群體。如果把污泥的泥粒放在顯微鏡下觀(guān)察，可以看到里面有多種微生物---細菌、霉菌、原生動(dòng)物和后生動(dòng)物（如輪蟲(chóng)、昆蟲(chóng)的幼蟲(chóng)和蠕蟲(chóng)等），它們構成一條食物鏈，細菌和霉菌能分解復雜的有機化合物，獲得自身活動(dòng)必需的能量并構造自身。原生動(dòng)物以細菌和霉菌為食，又被后生動(dòng)物所消耗，后生動(dòng)物也可以直接依靠細菌生活。這種充滿(mǎn)微生物、具有降解有機物能力的絮狀泥粒就叫做活性污泥。活性污泥除了由微生物組成之外，還含有一些無(wú)機物質(zhì)和吸附在活性污泥上不能再被生物降解的有機物（即微生物的代謝殘余物）。活性污泥的含水率一般在98-99%。活性污泥象礬花一樣，具有很大的表面積，因此具有很強的吸附力和氧化分解有機物的能力。

12、怎樣評價(jià)活性污泥法與生物膜法中的活性污泥？

　　◆活性污泥法與生物膜法的活性污泥生長(cháng)情況的判別和評價(jià)是不一樣的。在生物膜法中，活性污泥生長(cháng)情況的評價(jià)主要采用顯微鏡直接觀(guān)察生物相。在活性污泥法中，評價(jià)活性污泥生長(cháng)情況的評價(jià)除了直接用顯微鏡觀(guān)察生物相外，常用的評價(jià)指標還有：混合液懸浮固體（MLSS），混合液揮發(fā)性懸浮固體（MLVSS），污泥沉降比（SV），污泥沉降指數（SVI）等。

13、在用顯微鏡進(jìn)行生物相觀(guān)察時(shí)，那一類(lèi)微生物直接表明生化處理效果良好？

　　◆微型后生動(dòng)物（如輪蟲(chóng)、線(xiàn)蟲(chóng)等）的出現則表明微生物群落生長(cháng)良好，活性污泥的生態(tài)系統比較穩定，這時(shí)候的生化處理效果最佳，這就好比能經(jīng)常捕獲到大魚(yú)的河流里，小魚(yú)小蝦生長(cháng)良好的情況一樣。

14、什么叫混合液懸浮固體（MLSS）？

　　◆混合液懸浮固體（MLSS）亦要稱(chēng)為污泥濃度，它是指單位體積生化池混合液所含干污泥的重量，單位為毫克/升，用來(lái)表征活性污泥濃度。它包括有機物和無(wú)機物兩部分。一般來(lái)說(shuō)SBR生化池內MLSS值控制在2000-4000mg/L左右為宜。

15、什么叫混合液揮發(fā)性懸浮固體（MLVSS）？

　　◆混合液揮發(fā)性懸浮固體（MLVSS）是指單位體積生化池混合液所含干污泥中可揮發(fā)性物質(zhì)的重量，單位也是毫克/升，由于它不包括活性污泥中的無(wú)機物，因此能較確切地代表活性污泥中微生物的數量。

16、污泥沉降比（SV）？

　　◆污泥沉降比（SV）是指曝氣池內混合液在100毫升量筒中，靜止沉淀30分鐘后，沉淀污泥與混合液之體積比（%），因此有時(shí)也用SV30來(lái)表示。一般來(lái)說(shuō)生化池內的SV在20-40%之間。污泥沉降比測定比較簡(jiǎn)單，是評定活性污泥的重要指標之一，它常被用于控制剩余污泥的排放和及時(shí)反時(shí)污泥膨脹等異常現象。顯然，SV與污泥濃度也有關(guān)系。

17、污泥指數（SVI）？

　　◆污泥指數（SVI）全稱(chēng)污泥容積指數，1克干污泥在濕態(tài)時(shí)所占體積的毫升數，其計算公式如下為：SVI＝SV*10/MLSSSVI剔除了污泥濃度因素的影響，更能反映活性污泥凝聚性和沉降性，一般認為：當60＜SVI＜100時(shí)， 污泥沉降性能好當100＜SVI＜200時(shí)， 污泥沉降性能一般當200＜SVI＜300時(shí)， 污泥由膨脹的趨勢當SVI＞300時(shí)， 污泥已膨脹。

18、溶解氧（DO）表示什么?

　　◆溶解氧（DO）表示水中氧的溶解量，單位用mg/L表示。不同的生化處理方式對溶解氧的要求也不同，在兼氧生化過(guò)程中，水中的溶解氧一般在0.2-2.0mg/L之間，而在SBR好氧生化過(guò)程中，水中的溶解氧一般在2.0-8.0mg/L之間。因此，兼氧池操作時(shí)曝氣量要小，曝氣時(shí)間要短；而在SBR好氧池操作時(shí)，曝氣量和曝氣時(shí)間要大得多和長(cháng)得多，而我們用的是接觸氧化，溶解氧控制在2.0-4.0mg/L。

19、廢水中溶解氧的含量與哪些因素有關(guān)？

　　◆水中溶解氧的濃度可以用Henry定律來(lái)表示：當達到溶解平衡時(shí)：C=KH*P其中：C為溶解平衡時(shí)水中氧的溶解度；P為氣相中氧的分壓；KH為Henry系數，與溫度有關(guān)；增加曝氣努力使氧的溶解接近平衡，而同時(shí)活性污泥還會(huì )消耗水中的氧。因此廢水中實(shí)際溶解氧量與水溫、有效水深（影響壓力）、曝氣量、污泥濃度、鹽度等因素有關(guān)。

20、生化過(guò)程中微生物所需的氧氣由誰(shuí)提供？

　　◆生化過(guò)程中微生物所需的氧氣主要由羅茨風(fēng)機提供。

21、在生化過(guò)程中為什么需要經(jīng)常補充廢水中的營(yíng)養物？

　　◆利用生化過(guò)程去除污染物的方法，主要是利用微生物的新陳代謝過(guò)程，而微生物的細胞合成等生命過(guò)程均需要有足夠量和種類(lèi)營(yíng)養物質(zhì)（包括微量元素）。對于化工類(lèi)廢水來(lái)說(shuō)，由于生產(chǎn)產(chǎn)品的單一性，因此廢水水質(zhì)的組成的成分也較為單一，缺乏微生物必要的營(yíng)養物質(zhì)。比如講，***公司的生產(chǎn)廢水中只有碳和氮而沒(méi)有磷，這種廢水無(wú)法滿(mǎn)足微生物新陳代謝需要，因此必須添加廢水中磷完善微生物新陳代謝的過(guò)程，促進(jìn)微生物細胞的合成。這就像人在吃米飯、面粉的同時(shí)，還要攝入足夠量的維生素一樣。

22、廢水中微生物所需的各營(yíng)養元素之間的比例為多少？

　　◆微生物像動(dòng)物植物一樣也需要必要的營(yíng)養物質(zhì)才能夠生長(cháng)繁殖，微生物所需要的營(yíng)養物質(zhì)主要是指碳（C）、氮（N）、和磷（P），廢水中主要營(yíng)養元素的組成比例有一定的要求，對于好氧生化一般為C:N:P＝100:5:1（重量比）。

23、為什么會(huì )有剩余污泥產(chǎn)生？

　　◆在生化處理過(guò)程中，活性污泥中的微生物不斷地消耗著(zhù)廢水中的有機物質(zhì)。被消耗的有機物質(zhì)中，一部分有機物質(zhì)被氧化以提供微生物生命活動(dòng)所需的能量，另一部分有機物質(zhì)則被微生物利用以合成新的細胞質(zhì)，從而使微生物繁衍生殖，微生物在新陳代謝的同時(shí)，又有一部分老的微生物死亡，故產(chǎn)生了剩余污泥。

24、怎樣估算剩余污泥的產(chǎn)生量？

　　◆在微生物的新陳代謝過(guò)程中，部分有機物質(zhì)（BOD）被微生物利用合成了新的細胞質(zhì)以替代死亡了的微生物。因此，剩余污泥的產(chǎn)生量配被分解了的BOD數量有關(guān)，兩者之間是有關(guān)聯(lián)的。工程設計時(shí)，一般都考慮每處理一公斤BOD5，產(chǎn)生0.6-0.8公斤的剩余污泥（100%），折算成含水率為80%的干污泥則為3-4公斤。