乾貨！廢水生化處理原理，處理過程中常見的25個問題及解析

廢水的生化處理是通過微生物的新陳代謝作用來處理廢水中的汙染物質，一般可以分為兩大類，即

廢水生物處理的目的和重要性

1.廢水生物處理的目的

廢水生物處理的主要目的有以下3點：

①絮凝和去除廢水中不可自然沉澱的膠體狀固體物；

②穩定和去除廢水中的有機物；

③去除營養元素氮和磷。

2.廢水生物處理的重要性

①城市汙水中約有60%以上的有機物只有用生物法去除才最經濟；

②廢水中氮的去除一般來說只有依靠生物法；

③目前世界上已建成的城市汙水處理廠有90%以上是生物處理法；

④大多數工業廢水處理廠也是以生物法為主體的。

微生物在廢水生物處理中的作用

微生物在廢水生物處理中主要有三個作用：

①去除溶解性有機物（以COD或BOD5表示）（將其轉化成CO2和H2O），去除其它溶解性無機營養元素如N（最終轉化為N2氣）、P（轉化為富含磷的剩餘汙泥從水中分離出來）等；

②絮凝沉澱和降解膠體狀固體物（某些難降解顆粒或膠體狀有機物，可以通過微生物產生的胞外多聚物等具有絮凝效果的物質發生沉澱，與剩餘汙泥一同被排出系統；或通過吸附較長期地滯留在系統內而被緩慢降解）；

③穩定有機物（某些有毒有害難降解有機物可以被微生物初步分解或部分降解，而減輕毒性作用或得到部分穩定，或最終被完全轉化為無機物而得到穩定）。

微生物代謝過程簡介

1、廢水生物處理過程中微生物代謝過程示意圖

2、微生物代謝的基本要素

①能源：化學能，或光能——化能營養型、光能營養型；

②碳源：有機碳，或無機碳——異養型、自養型；

③無機營養元素——又分為宏量元素，如：N、P、S、K、Ca、Mg等，在處理工業廢水時，N、P元素與所需要去除的有機汙染物之間的營養平衡問題有時會很關鍵，必要時就需要在進行中投加一定量的N、P；以及微量元素，如Fe、Co、Ni、Mo等，微量元素對於某些特殊的細菌如產甲烷細菌等的生長十分重要，因此在設計和運行厭氧生物反應器時，應給予足夠的重視，否則會出現所謂的“微量元素缺乏症”；

④特殊有機營養物（也稱生長因子，如維生素、生物素等）：對於某些特殊細菌，某些特殊的維生素對其生長的影響會很大，因此，在必要時應考慮補充。

3、廢水生物處理中涉及的微生物代謝過程主要有：

①化能異養型代謝：在廢水生物處理中最主要的代謝形式，主要用於對廢水中有機物的去除，包括主要的好氧細菌和厭氧細菌；

②化能自養型代謝：也是廢水生物處理中常見的一種代謝形式，主要包括硝化細菌（將氨氮氧化為亞硝酸鹽，或進一步氧化為硝酸鹽）、氫細菌（對其的應用還處在研究階段）、鐵細菌等；

③光合異養型代謝：利用光合細菌以高濃度有機廢水為基質生產菌體蛋白；

④光合自養型代謝：在廢水生物處理中少有應用。

廢水生物處理中的微生物

1、細菌：

主要包括真細菌(eubacteria)和古細菌(archaebacteria)；是廢水生物處理工程中最主要的微生物；

真細菌

古細菌

根據需氧情況不同：好氧細菌、兼性細菌和厭氧細菌；

根據能源碳源利用情況的不同：光合細菌——光能自養菌、光能異養菌；非光合細菌——化能自養菌、化能異養菌；

根據生長溫度的不同：低溫菌（10ºC~15ºC)、中溫菌(15ºC~45ºC)和高溫菌(>45ºC)。

2、真菌：

真菌的三個主要特點：

①能在低溫和低pH值的條件生長；

②在生長過程中對氮的要求較低（是一般細菌的1/2）；

③能降解纖維素。

真菌在廢水處理中的應用：

①處理某些特殊工業廢水；

②固體廢棄物的堆肥處理

3、原生動物、後生動物：

原生動物主要以細菌為食；其種屬和數量隨處理出水的水質而變化，可作為指示生物。

後生動物以原生動物為食；也可作為指示生物。

關於廢水處理中25個為什麼？（生化篇）

1、什麼叫廢水的生化處理？

廢水的生物化學處理是廢水處理系統中最重要的過程之一，簡稱生化處理。生化處理是利用微生物的生命活動過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，使水得到淨化。事實上，我們對生化處理並不是很陌生的，天然的水體中存在著一條食物鏈，即大魚吃小魚，小魚吃蝦米，蝦米吃小蟲，小蟲吃微生物，微生物吃汙水，如果沒有這條食物鏈，自然界就要亂套了。在天然的河流中，有著大量的、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（如工業廢水、農藥化肥、糞便等等有機物質）氧化或還原，最終轉化為無機物質，如果沒有微生物的存在，我們周圍的河流，少則幾個月，多則一、二年，就會成為臭河了，只是由於微生物太微小太分散，以致人們的肉眼看不見罷了。而廢水的生化處理工程則是在人工條件下對這一過程的強化。人們將無以計數的微生物全部集中在一個池子內，創造一個非常適合微生物繁殖、生長的環境（如溫度、pH值、氧氣、氮磷等營養物質），使微生物大量增殖，以提高其分解有機物的速度和效率。然後再往池內泵入廢水，使廢水中的有機物質在微生物的生命活動過程中得到氧化降解，使廢水得到淨化和處理。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。

2、微生物是通過何種方式將廢水中的有機汙染物分解去除掉的？

由於廢水中存在碳水化合物、脂肪、蛋白質等有機物，這些無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（組合代謝產物），另一部分降解氧化為水份，二氧化碳等（分解代謝產物），在此過程中廢水中的有機汙染物被微生物降解去除。

3、微生物與哪些因素有關？

微生物除了需要營養，還需要合適的環境因素，如溫度、pH值、溶解氧、滲透壓等才能生存。如果環境條件不正常，會影響微生物的生命活動，甚至發生變異或死亡。

4、微生物最適宜在什麼溫度範圍內生長繁殖？

在廢水生物處理中，微生物最適宜的溫度範圍一般為16-30℃，最高溫度在37-43℃，當溫度低於10℃時，微生物將不再生長。

在適宜的溫度範圍內，溫度每提高10℃，微生物的代謝速率會相應提高，COD的去除率也會提高10%左右；相反，溫度每降低10℃，COD的去除率會降低10%，因此在冬季時，COD的生化去除率會明顯低於其它季節。

5、微生物最適宜的pH條件應在什麼範圍？

微生物的生命活動、物質代謝與pH值有密切關係。大多數微生物對pH的適應範圍在4.5-9，而最適宜的pH值的範圍在6.5-7.5。當pH低於6.5時，真菌開始與細菌競爭，pH到4.5時，真菌在生化池內將佔完全的優勢，其結果是嚴重影響汙泥的沉降結果；當pH超過9時，微生物的代謝速度將受到阻礙。

不同的微生物對pH值的適應範圍要求是不一樣的。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、什麼叫溶解氧？溶解氧與微生物的關係如何？

溶解在水體中的氧被稱溶解氧。水體中的生物與好氧微生物，它們所賴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，一般來說，溶解氧應維持在3mg/L為宜，最低不應低於2mg/L；兼氧微生物要求溶解氧的範圍在0.2-2.0mg/L之間；而厭氧微生物要求溶解氧的範圍在0.2mg/L以下。

我們先來描述一個滲透壓的實驗：用一張半滲透薄膜將兩種不同濃度的鹽溶液隔開，低濃度鹽溶液的水分子就會透過半滲透薄膜進入高濃度鹽溶液，而高濃度鹽溶液的水分子也會透過半滲透薄膜進入低濃度鹽溶液，但其數量要少，故高濃度鹽溶液一側的液麵會升高，當兩側液麵的高差產生了足夠阻止水再流動的壓力時滲透就會停止，這時兩側液麵的高差產生的壓力就是滲透壓。一般來說，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驗是相似的。微生物的單位結構是細胞，細胞壁相當於半滲透膜，在氯離子濃度小於等於2000mg/L時，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膜有一定的堅韌性和彈性，細胞壁可承受的滲透壓也不會大於5-6大氣壓。但當水溶液中的氯離子濃度在5000mg/L以上時，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大量滲透到體外溶液中，造成細胞失水而發生質壁分離，嚴重者微生物死亡。在日常生活中，人們用食鹽（氯化鈉）醃漬蔬菜和魚肉，滅菌防腐保存食物，就是運用了這個道理。工程經驗數據表明：當廢水中的氯離子濃度大於2000mg/L時，微生物的活性將受到抑止，COD去除率會明顯下降；當廢水中的氯離子濃度大於8000mg/L時，會造成汙泥體積膨脹，水面泛出大量泡沫，微生物會相繼死亡。

不過，經過長期馴化，微生物會逐漸適應在高濃度的鹽水中生長繁殖。目前已經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，已經適應在高濃度的鹽水中生長繁殖的微生物，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，廢水中的水分子會大量滲入微生物體內，使微生物細胞發生膨脹，嚴重者破裂死亡。因此，經過長期馴化並能逐漸適應在高濃度的鹽水中生長繁殖的微生物，對生化進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，否則微生物將會大量死亡。

8、什麼叫好氧生化處理？什麼叫兼氧生化處理？二者有何區別？

生化處理根據微生物生長對氧環境的要求的不同，可分為好氧生化處理與缺氧生化處理兩大類，缺氧生化處理又可分為兼氧生化處理和厭氧生化處理。在好氧生化處理過程中，好氧微生物必須在大量氧的存在下生長繁殖，並降低廢水中的有機物質；而兼氧生化處理過程中，兼氧微生物只需要少量氧即可生長繁殖並對廢水中的有機物質進行降解處理，如果水中氧太多，兼氧微生物反而生長不好從而影響它對有機物質的處理效率。

兼氧微生物可適應COD濃度較高的廢水，進水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於COD濃度較低的廢水，進水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間都不太長，一般都在12-24小時。人們利用兼氧生化和好氧生化之間的差別和相同之長，將兼氧生化處理和好氧生化處理組合起來，讓COD濃度較高的廢水先進行兼氧生化處理，再讓兼氧池的處理出水作為好氧池的進水，這樣的組合處理可以減少生化池的容積，既節省了環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及其對有機物質降解處理的過程中不需要任何氧，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是生化處理時間很長，廢水在厭氧生化池內的停留時間一般需要40小時以上。

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用的技術有二大類：

活性汙泥法是以懸浮狀生物群體的生化代謝作用進行好氧的廢水處理形式。微生物在生長繁殖過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汙染物，並將這些物質吸收入細胞體內，在氧的參與下，將這些物質完全氧化放出能量、CO2和H2O。活性汙泥法的汙泥濃度一般在4g/L。

而在生物膜法中，微生物附著在填料的表面，形成膠質相連的生物膜。生物膜一般呈蓬鬆的絮狀結構，微孔較多，表面積很大，具有很強的吸附作用，有利於微生物進一步對這些被吸附的有機物分解和利用。在處理過程中，水的流動和空氣的攪動使生物膜表面和水不斷接觸，廢水中的有機汙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，在氧化分解有機物質的同時，生物膜本身也不斷新陳代謝，衰老的生物膜脫落下來被處理出水從生物處理設施中帶出並在沉澱池中與水分離。生物膜法的汙泥濃度一般在6-8g/L。

為了提高汙泥濃度，進而提高處理效率，可以將活性汙泥法與生物膜法結合起來，即在活性汙泥池中添加填料，這種既有掛膜的微生物又有懸浮微生物的生物反應器稱為複合式生物反應器，它具有很高的汙泥濃度，一般在14g/L左右。

10、生物膜法和活性汙泥法有哪些異同之處？

生物膜法和活性汙泥法是以生化處理的不同反應器形式，從外觀上看主要區別在於前者的微生物不需要填料載體，生物汙泥是懸浮的，而後者的微生物是固定在填料上的，然而它們處理廢水、淨化水質的機理是一樣的。另外，二者的生物汙泥都是好氧活性汙泥，而且汙泥的組成也具有一定的相似性。此外，生物膜法中的微生物，由於是固定在填料上的，可以形成比較穩定的生態系統，其生活能量和消耗能量不象活性汙泥法中的微生物那樣大，因此生物膜法的剩餘汙泥比活性汙泥法要少。上海信誼百路達藥業有限公司的接觸氧化池採用生物膜法，而SBR生化池採用活性汙泥法。

11、什麼叫活性汙泥?

從微生物角度來看，生化池中的汙泥是由各種各樣有生物活性的微生物組成的一個生物群體。如果把汙泥的泥粒放在顯微鏡下觀察，可以看到裡面有多種微生物---細菌、黴菌、原生動物和後生動物（如輪蟲、昆蟲的幼蟲和蠕蟲等），它們構成一條食物鏈，細菌和黴菌能分解複雜的有機化合物，獲得自身活動必需的能量並構造自身。原生動物以細菌和黴菌為食，又被後生動物所消耗，後生動物也可以直接依靠細菌生活。這種充滿微生物、具有降解有機物能力的絮狀泥粒就叫做活性汙泥。

活性汙泥除了由微生物組成之外，還含有一些無機物質和吸附在活性汙泥上不能再被生物降解的有機物（即微生物的代謝殘餘物）。活性汙泥的含水率一般在98-99%。

活性汙泥象礬花一樣，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、怎樣評價活性汙泥法與生物膜法中的活性汙泥？

活性汙泥法與生物膜法的活性汙泥生長情況的判別和評價是不一樣的。

在生物膜法中，活性汙泥生長情況的評價主要採用顯微鏡直接觀察生物相。

在活性汙泥法中，評價活性汙泥生長情況的評價除了直接用顯微鏡觀察生物相外，常用的評價指標還有：混合液懸浮固體（MLSS），混合液揮發性懸浮固體（MLVSS），汙泥沉降比（SV），汙泥沉降指數（SVI）等。

13、在用顯微鏡進行生物相觀察時，那一類微生物直接表明生化處理效果良好？

微型後生動物（如輪蟲、線蟲等）的出現則表明微生物群落生長良好，活性汙泥的生態系統比較穩定，這時候的生化處理效果最佳，這就好比能經常捕獲到大魚的河流裡，小魚小蝦生長良好的情況一樣。

14、什麼叫混合液懸浮固體（MLSS）？

混合液懸浮固體（MLSS）亦要稱為汙泥濃度，它是指單位體積生化池混合液所含幹汙泥的重量，單位為毫克/升，用來表徵活性汙泥濃度。它包括有機物和無機物兩部分。一般來說SBR生化池內MLSS值控制在2000-4000mg/L左右為宜。

15、什麼叫混合液揮發性懸浮固體（MLVSS）？

混合液揮發性懸浮固體（MLVSS）是指單位體積生化池混合液所含幹汙泥中可揮發性物質的重量，單位也是毫克/升，由於它不包括活性汙泥中的無機物，因此能較確切地代表活性汙泥中微生物的數量。

16、汙泥沉降比（SV）？

汙泥沉降比（SV）是指曝氣池內混合液在100毫升量筒中，靜止沉澱30分鐘後，沉澱汙泥與混合液之體積比（%），因此有時也用SV30來表示。一般來說生化池內的SV在20-40%之間。汙泥沉降比測定比較簡單，是評定活性汙泥的重要指標之一，它常被用於控制剩餘汙泥的排放和及時反時汙泥膨脹等異常現象。顯然，SV與汙泥濃度也有關係。

17、汙泥指數（SVI）？

汙泥指數（SVI）全稱汙泥容積指數，1克幹汙泥在溼態時所佔體積的毫升數，其計算公式如下為：

SVI＝SV*10/MLSS　　

SVI剔除了汙泥濃度因素的影響，更能反映活性汙泥凝聚性和沉降性，一般認為：

當60＜SVI＜100時， 汙泥沉降性能好

當100＜SVI＜200時， 汙泥沉降性能一般

當200＜SVI＜300時， 汙泥由膨脹的趨勢

當SVI＞300時， 汙泥已膨脹

18、溶解氧（DO）表示什麼?

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，兼氧池操作時曝氣量要小，曝氣時間要短；而在SBR好氧池操作時，曝氣量和曝氣時間要大得多和長得多，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？

水中溶解氧的濃度可以用Henry定律來表示：當達到溶解平衡時：

C=KH*P

其中：C為溶解平衡時水中氧的溶解度；

P為氣相中氧的分壓；

KH為Henry係數，與溫度有關；增加曝氣努力使氧的溶解接近平衡，而同時活性汙泥還會消耗水中的氧。因此廢水中實際溶解氧量與水溫、有效水深（影響壓力）、曝氣量、汙泥濃度、鹽度等因素有關。

20、生化過程中微生物所需的氧氣由誰提供？

生化過程中微生物所需的氧氣主要由羅茨風機提供。

21、在生化過程中為什麼需要經常補充廢水中的營養物？

利用生化過程去除汙染物的方法，主要是利用微生物的新陳代謝過程，而微生物的細胞合成等生命過程均需要有足夠量和種類營養物質（包括微量元素）。對於化工類廢水來說，由於生產產品的單一性，因此廢水水質的組成的成分也較為單一，缺乏微生物必要的營養物質。比如講，***公司的生產廢水中只有碳和氮而沒有磷，這種廢水無法滿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程，促進微生物細胞的合成。這就像人在吃米飯、麵粉的同時，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養元素之間的比例為多少？

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

23、為什麼會有剩餘汙泥產生？

在生化處理過程中，活性汙泥中的微生物不斷地消耗著廢水中的有機物質。被消耗的有機物質中，一部分有機物質被氧化以提供微生物生命活動所需的能量，另一部分有機物質則被微生物利用以合成新的細胞質，從而使微生物繁衍生殖，微生物在新陳代謝的同時，又有一部分老的微生物死亡，故產生了剩餘汙泥。

24、怎樣估算剩餘汙泥的產生量？

在微生物的新陳代謝過程中，部分有機物質（BOD）被微生物利用合成了新的細胞質以替代死亡了的微生物。因此，剩餘汙泥的產生量配被分解了的BOD數量有關，兩者之間是有關聯的。

工程設計時，一般都考慮每處理一公斤BOD5，產生0.6-0.8公斤的剩餘汙泥（100%），折算成含水率為80%的幹汙泥則為3-4公斤。

25、什麼叫生物炭法（PACT法）？

有些難以生物降解的製藥廢水，其生化處理出水中的COD要達到國家一級排放標準（100mg/L）以下是比較困難的，因此生化處理出水應再採用顆粒活性炭吸附處理技術以保證出水達標是不可缺少的。但是，顆粒活性炭吸附處理法有一個致命的弱點即處理成本太高，其根本原因是顆粒活性炭吸附處理COD的動態吸附容量在10%左右（重量百分比），即一噸活性炭只能吸附處理廢水中的COD在100公斤左右。由於顆粒活性炭再生困難，處理成本高，因此顆粒活性炭處理技術的應用推廣在國內還並不普遍。那麼是不是可以開發一種新的技術，這種技術可以大幅度地提高活性炭的動態吸附容量，有效地降低廢水的處理成本呢？

在生化進水中（或在曝氣池內）投加粉末活性炭與迴流的含炭汙泥一起在曝氣池內混合，從汙泥濃縮池中排出的剩餘汙泥進汙泥脫水裝置。在曝氣池內，活性汙泥附著於粉末活性炭的表面，由於粉末活性炭巨大的比表面積及其很強的吸附能力，提高了汙泥的吸附能力，特別在活性汙泥與粉末活性炭界面之間的溶解氧和降解基質濃度有了很大幅度的提高，從而也提高了COD的降解去除率。一般來說在PACT系統內，活性炭吸附處理COD的動態吸附容量在100-350%（重量百分比），即一公斤粉末活性炭可吸附去除1.0-3.5公斤COD。而且，PACT法能處理生物難以降解的有毒有害的有機汙染物質。

根據我們的工程調試經驗，直接在SBR好氧生化池內定期（每15-30天）定量投加粉末活性炭可以獲得很好的處理效果。其實粉末活性炭和顆粒活性炭的吸附處理機理是一樣的，不過在SBR生化池內投加粉末活性炭更具有以下幾個優點：

節約投資成本；

操作靈活方便；

活性炭利用率高；

可避免顆粒活性炭易長生物膜導致堵塞，影響出水速率的缺點：

在粉末活性炭--活性汙泥系統中，活性汙泥附著於粉末活性炭的表面，由於粉末活性炭巨大的比表面積及其較強的吸附能力，在活性汙泥與粉末活性炭界面間的溶解氧和降解基質濃度有了很大幅度的提高，從而也提高了COD的降解去除率。一般來說，COD的去除（視廢水的種類）可以提高10-40%；

由於廢水中的有毒有害有機物質被粉末活性炭所吸附，因此廢水中有毒有害物質的濃度可以穩定在一個較低的水平，從而保證了生化處理系統的正常運行；對於防止氨氮指標反彈，保證出水氨氮指標達標具有很好的效果。

閱讀更多 環保愛好者 的文章

關鍵字: 太陽能 原生動物 美好，一直在身邊