有机废水的微生物处理方法

废水微生物处理的方法很多，根据不同的原则，可作不同的划分。若根据起主要作用的微生物的呼吸类型，分为好氧处理、厌氧处理和兼氧处理。如果根据微生物存在的状态，可分为悬浮生长系统和固定膜系统。稳定塘是一种藻类-细菌互生系统。对于废水微生物处理方法综合归纳如下：

一、活性污泥法

活性污泥法是利用某些微生物在生长繁殖过程中形成表面积较大的菌胶团来大量絮凝和吸附废水中悬浮的胶体或溶解的污染物，并将这些物质摄入细胞体内，在氧的作用下，将这些物质同化为菌体本身的组分，或将这些物质完全氧化为二氧化碳、水等物质。这种具有活性的微生物菌胶团或絮状泥粒状的微生物群体即称为活性污泥。以活性污泥为主体的废水处理法就叫活性污泥法。

1．活性污泥中的微生物 活性污泥的微生物有细菌、霉菌和原生动物等组成。

细菌是活性污泥中Zui重要的成员，除一般的球菌、杆菌、螺旋菌外，还有许多比较的丝状细菌。细菌的种类随活性污泥的来源不同而有所变化，比较多的有产碱杆菌、微杆菌（microbacterium）、丛毛单胞菌（comamonas）、芽孢杆菌、假单胞菌、柄杆菌（caulobac-ter）、球衣菌（sphaerotilus）、动胶菌（zoogloea）和黄杆菌等。

在活性污泥中，细菌以菌胶团的形式存在，它是一个相当复杂的微生物群落。虽然一种活性污泥中也许只有一种或几种菌占优势，但是，要有效地降低废水中的bod和cod，还需要菌胶团中多种微生物的相互配合。

在活性污泥中常含有酵母和霉菌，它们能在酸性条件下生长繁殖，且需氧量比细菌少，所以在处理某些特种工业废水及有机固体废渣中起到重要作用。但总的来讲，在废水处理中真菌种类并不多，数量也较少。常见的为酵母、假丝酵母、青霉菌和镰刀霉菌。

在活性污泥处理系统中，有大量的原生动物和微型后生动物，它们以游离的细菌和有机微粒作为食物，因此可以起到提高出水水质的作用。原生动物和微型后生动物还可作为指示生物来推测废水处理的效果和系统运行是否正常。如果活性污泥系统运转不正常，出水水质差，则原生动物以游泳型的纤毛类为主，如草履虫（paramecium）。如果运转正常，出水良好，原生动物则以固着的纤毛类为主，例如钟虫、累枝虫（epistylis）等，并有后生动物出现，如轮虫、甲壳虫和线虫。

2．活性污泥的工作参数 评价活性污泥的工作状态，除了根据其中微生物种类、数量来判断外，还主要根据以下参数来分析控制活性污泥的处理过程。

（1）混合液悬浮固体（mlss） mlss为1l曝气池混合液中所含悬浮固体的干重，单位为g/l或mg/l，一般活性污泥的mlss控制在2g/l～4g/l。

（2）混合液挥发性悬浮固体（mlvss）为1l混合液中所含挥发性悬浮固体（指能被完全燃烧的物质）的重量，单位用g/l表示，一般城市污水的mlvss与mlss之比在0.75左右。

（3）污泥沉降比（sv） sv是指一定量的混合液静置30min以后，沉降的污泥体积与原混合液体积之比，以百分数表示。在正常情况下，sv反映了曝气池正常运行的污泥量，可用来控制剩余污泥的排放量。同时其值的大小也能及时反映污泥膨胀等异常现象，以便及早采取措施加于控制。

（4）污泥容积系数（svi） 又称污泥指数。svi指曝气池中混合液经30min静置沉降后的体积与污泥干重之比，它反映活性污泥的凝聚性和沉降性，一般svi控制在50～150之间为好。＞200表明污泥已发生膨胀。

（5）污泥负荷（ls） ls指单位时间内，单位重量的活性污泥能处理的有机物数量，用kg（bod）/kg（mlss）·d表示。污泥负荷有时也可称为食物与微生物比值，用f/m表示。ls在活性污泥处理法的设计中是一个重要指标，ls过高会引起污泥膨胀，一般ls取值在0.3d-1～0.6d-1之间。

除了上述的一些指标外，为了更好地设计或运行，有时还需掌握活性污泥的另一些参数，如污泥龄（ts）、溶氧量、污泥回流比，剩余污泥量和处理程度等等。

3．活性污泥法的工艺 活性污泥法一般工艺见图7-3。废水先通过初沉淀池，预先将一些悬浮固体去除掉，然后进入一个有曝气装置的容器或构筑物，活性污泥就在这种装置中将废水中bod降解了，并产生新的活性污泥。当bod降到一定程度时，混合液一齐流入二次沉淀池，进行固液分离，上清液排放，沉淀下来的污泥一部分回流到曝气池中，一部分作为剩余污泥而排放。

活性污泥法根据废水在系统中流动状况分为推流式和完全混合式二种。

推流式活性污泥法的曝气池一般为一个长条的矩形池，废水从一端进入，另一端流出，池中曝气装置多数为鼓风式。普通曝气法是在池内均匀地通入空气。这种系统中的污泥负荷约为0.2kg（bod）/kg（mlss）·d～0.5kg（bod）/kg（mlss）·d，混合液悬浮固体浓度为1500mg/l～3000mg/l，活性污泥回流比约为10％～30％，去除每公斤bod需空气44m3～62m3。普通曝气法优点为出水水质高，bod去除率高，缺点是氧利用率低，曝气时间长，适应水质变化的能力差。为了克服上述缺点，在普通曝气法的基础上进行了曝气量控制和进水水量控制，出现了改进后的推流式曝气池，如渐减曝气系统、逐步曝气法、吸附再生法等，目的都是为了提高氧的利用率，增加bod的去除量，缩短处理时间，提高出水水质。供气设备为鼓风机，充氧设备有穿孔管、微孔曝气器、散流式曝气器和曝气软管等（图7-4）。

完全混合式活性污泥法是指废水一进入曝气池就迅速与池中已有的混合液充分混匀，曝气池中各处的水质基本相同（见图10-9）。完全混合式的特点是微生物处于同一个生长期内，便于控制，另外，整个池中耗氧速率均匀。它适用于进水水质bod较高和水质不稳定的废水处理。完全混合式曝气设备过去大多采用机械曝气，将叶轮装在废水表面，进行表面曝气，常用的叶轮型式有平叶板型、伞型和泵型（图7-4），现在大多也用鼓风曝气。

为了进一步提高活性污泥法的处理能力，又出现了以下几种类型：深水曝气活性污泥法是利用水柱压头，提高氧分压，延长气泡停留时间，从而增加空气的利用率。纯氧曝气法是以纯氧代替空气，提高氧分压，因此氧利用率高，处理效果好。粉末活性炭活性污泥法是在曝气池中投加粉末活性炭，强化处理过程。凝聚剂活性污泥法是在活性污泥中投加凝聚剂，提高二沉池沉淀性能来提高出水水质。射流曝气法是曝气的一种形式，它利用高压水流产生的负压，使大量空气吸入废水中，气液相充分接触，它具有氧利用率高的特点，也在不少工程中（尤其是湖泊污染净化工程）得到运用。

二、生物膜法

生物膜法是利用微生物群体附着在固体填料表面而形成的生物膜来处理废水的一种方法。生物膜一般呈蓬松的絮状结构，微孔较多，表面积很大，因此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的分解。当生物膜增厚到一定程度时，由于受到水力冲刷而发生剥落，适当的剥落可使生物膜得到更新。生物膜的外表层的微生物一般为好氧菌，因而称为好氧层。内层因氧的扩散受到影响而供氧不足，厌氧菌大量繁殖称为厌氧层。

1．生物膜中常见的微生物 生物膜中微生物群体包括好氧菌、厌氧菌和兼氧菌，还有真菌、藻类、原生动物以及蚊蝇的幼虫等生物，在生物滤池中兼氧菌常占优势。无色杆菌属、假单胞菌属、黄杆菌属以及产碱杆菌属等是生物膜中常见的细菌。在生物膜内，常有丝状的浮游球衣菌（s．natans）和贝日阿托氏菌属（beggiata）。在滤池较低部位还存在着硝化菌如亚硝化单胞菌属（nitrosomanas）和硝化杆菌属（nitrobacter）。

生物滤池中若ph值较低则真菌起重要作用。在滤池顶部有阳光照射处常有藻类生长，如席藻属、小球藻属。藻类一般不直接参与废物降解，而只是通过它的光合作用向生物膜供氧，藻生长过多会堵塞滤池，影响操作。

在生物膜滤池中原生动物和一些较高等的动物均以生物膜为食，它们起着控制细菌群体量的作用，它们能促使细菌群体以较高速率产生新细胞，有利于废水处理。

2．生物膜法的类型 生物膜法根据其所用设备不同可分为生物滤池、塔式滤池、生物转盘、生物接触氧化法和生物流化床等（图7-5）。

（1）生物滤池 生物滤池一般由滤池、布水装置、滤料和排水系统组成。滤池一般用砖或混凝土构筑而成。滤池深度一般在1.8m～3m之间。池底有一定坡度，处理好的水能自动流入集水沟，再汇入总排水管，其水流速应小于0.6m/s。

布水装置一般由进水竖管和可旋转的布水横管组成。在布水管的下面一侧开有直径为10mm～15mm的小孔。滤料一般要求有一定强度，表面积大，空隙率大，而成本低，常用的有碎石块、煤渣、矿渣或蜂窝型、波纹型的塑料管等。排水系统包括渗水装置、集水沟和排水泵。它除了有排水作用外，还有支撑填料和保证滤池通风的作用。

生物滤池根据承受负荷的能力分为普通生物滤池（其处理能力为175g（bod）/m3·d）和高负荷滤池（其处理能力为875g（bod）/m3．d）。生物滤池的优点是结构简单，基建费用低，缺点是占地面积大，处理量小，而且卫生条件差。

（2）塔式滤池 塔式滤池比普通生物滤池高得多，一般可达20多米，故延长了污水、生物膜和空气接触的时间，处理能力相对较高，有机负荷可达2kg（bod）/m3·d～3kg（bod）/m3·d。塔式滤池的通风大部分采用自然通风，高温季节时采用人工通风。滤料一般采用轻质的塑料或玻璃钢。为了使塔式滤池更好地发挥作用，有的采用分层进水、分层进风的措施来提高处理能力，防止堵塞是塔式滤池设计和运行中需要注意的问题。

塔式滤池的主要优点为占地面积小，耐冲击负荷的能力强，适用于大城市处理负荷高的废水，其缺点为塔身高，运行管理不方便，且能耗大。

（3）生物转盘（rbc） 生物转盘以圆盘作为生物膜的附着基质，各圆盘之间有一定间隙，圆盘在电机的带动下，缓慢转动，一半浸没于废水中，一半暴露在空气中，在废水中时生物膜吸附废水中的有机物，在空气中时生物膜吸收氧气，进行分解反应，如此反复，达到净化废水的目的。转盘上的生物膜到一定厚度会自行脱落，随出水一同进入二次沉淀池。

生物转盘的圆盘直径可为1m～4m之间，厚度2mm～10mm，数目根据废水量和水质决定。相邻圆盘间距一般在15mm～25mm，转盘转速在0.013r/s～0.05r/s之间。生物转盘适用于较高浓度的工业废水，但废水处理量不宜过大。

（4）生物接触氧化法 生物接触氧化法是在曝气池中安装固定填料，废水在压缩空气的带动下，同填料上的生物膜不断接触，同时压缩空气提供氧气。在液、固、气三相接触中，废水中的有机物被吸附和分解。与其他生物膜法一样，其生物膜也包括挂膜、生长、增厚和脱落的过程。脱落的老生物膜在固—液分离系统中得到去除。

目前，我国广泛采用的填料有玻璃钢或塑料蜂窝填料，软性纤维填料，半软性填料，立体波纹塑料填料等。其中又以软性纤维填料和半软性填料相结合而成的组合填料Zui为普遍。曝气一般采用鼓风式，充氧设备以穿孔管、散流式曝气器、微孔曝气器和曝气软管居多。

生物接触氧化法对bod的去除率高，负荷变化适应性强，不会发生污泥膨胀现象，便于操作管理，且占地面积小，因此被广泛采用。

（5）好氧生物流化床法（abfb） 好氧生物流化床是在曝气池中投加小颗粒的载体作为生物膜的附着基质，因此流化床中既有生物膜又有活性污泥。流化床的载体可用砂粒（直径约0.5mm～0.6mm）、颗粒炭（30目～40目）、浮石、石英砂、微粒硅胶、树脂、塑料微球等。

生物流化床的特点是比表面积大，可达1000m2/m3～2000m2/m3，处理能力强，bod5负荷可达16.6kg（bod5）/m3·d，为一般生物膜法负荷量的五倍以上。由于生物膜颗粒的剧烈运动，使系统的传质效果好，生物膜不断更新，生物活性强，因此废水处理效率高。流化床所用的设备小而简单，耐负荷变化的能力强，其不足之处是管理较其他生物膜法复杂。

三、稳定塘处理法

稳定塘是一种大面积、敞开式的污水处理系统。废水在稳定塘中停留一段时间，由藻类的光合作用产生氧，以及从空气溶解的氧来调节氧的状态，以微生物为主的生物对废水中的有机物进行生物降解。

如图7-6所示，稳定塘是利用细菌与藻类的互生关系，来分解有机污染物的废水处理系统。细菌主要利用藻类产生的氧，分解流入塘内的有机物，分解产物中的二氧化碳、氮、磷等无机物，以及一部分低分子有机物又成为藻类的营养源。增殖的菌体与藻类又可以被微型动物所捕食。

由藻类光合作用产生的氧量，比来自水表面的溶解氧量要大得多。在一定光照下，1mg藻类可放出1.62mg氧。因此，稳定塘内若要维持好氧状态，主要靠藻类的充分生长，而不必另外消耗动力。

废水中的可沉淀固体和塘中生物的残体沉积于塘底，构成了污泥，它们在产酸细菌的作用下分解成低分子有机酸、醇、氨等，其中一部分可进入上层好氧层被继续氧化分解，另一部分由污泥中产甲烷菌生成甲烷。

由于藻类的作用使稳定塘在去除bod的同时，也能有效地去除营养盐类。效果良好的稳定塘不仅能使污水中80％～95％的bod被去除，而且能去除氮90％以上、磷80％以上。伴随着营养盐的去除，藻类进行着二氧化碳的固定，合成有机物。大量增殖的藻类会随处理出水而流出，如果能采用一定的方法回收藻类或在出水端设置养鱼池，可以使处理出水水质大大提高。

稳定塘与自然界中富营养湖有些类同，其中出现的生物可从细菌到大型生物，包括的种类很多。与其他生物处理法不同的是，稳定塘藻类非常多，而且浮游动物（甲壳类）也大量出现。

1．藻类 稳定塘的表层主要为藻类，常见的有小球藻属（chlorella）、栅列藻属（scenedesmus）、衣藻属（chlamydomonas）和裸藻属（euglena），以及蓝细菌的颤藻（os-cillatoria）、席藻（phormidium）等约56个属138个种。

在有机物含量较丰富的塘内，可见眼虫、小球藻、衣藻等大量生长，它们都是自养性的，但这些种类还能直接摄取废水中的低分子有机物，表现出异养的性质。夏季每毫升水体藻类数量Zui高可达100万～500万个，冬天大约是夏季的1/2～1/5。以干燥重量计，每年每平方米水面的藻类产量可达10kg左右。

2．细菌 稳定塘中细菌大量存在于下层。在bod负荷较低，维持好氧状态的稳定塘内，常有的优势菌群为假单胞菌（pseudomonas）、黄杆菌（flavobacterium）、产碱杆菌（alcaligenes）、芽孢杆菌（bacillus）和光合细菌等。在塘的底部厌氧层，有硫酸盐还原菌和产甲烷菌存在。

3．微型动物 稳定塘中纤毛虫类的种类、个体数都比其他好氧处理装置中少，一般见到的有钟虫（vorticella）、膜袋虫（cyclidium）等种类，Zui高可达每毫升1000个。轮虫类中臂尾轮虫（brachionus）、狭甲轮虫（colurella）、腔轮虫（lecane）、椎轮虫（notomma-ta）等出现频率较高。水体中还有甲壳类，底泥中存在摇蚊幼虫。

根据稳定塘水深及生态因子的不同分为兼氧塘、曝气塘、好氧塘、厌氧塘和水生植物塘五类。稳定塘设计参数有水力负荷（即每天每平方米塘面接纳的污水量），有机负荷（即每天每平方米塘面接纳的cod、bod的数量）、停留时间、塘深等。不同类型的稳定塘其设计参数各不相同。

稳定塘的特点是构筑物简单，能耗低，管理方便。起初，稳定塘仅用于生活污水的处理，现在已逐渐推广到食品、制革、造纸、石化、农药等行业的废水处理。目前，我国已有几十座稳定塘在运行。

在武汉鸭儿湖建成了我国较早的氧化塘（见图7-7），它主要处理含有有机磷为主的多种农药废水。该稳定塘采用串联形式，将厌氧-兼氧-好氧塘串联起来，末级塘起着Zui终好氧的稳定塘作用，总面积186.5×104m2，水深3m，总容积为559.4×104m3。每天处理水量7×104t，停留时间80d，Zui后再连一个面积为213.3×104m2、水深2m的鱼种塘。经多年运转证明，鱼种塘出水的主要指标均接近或达到地面水标准。cod去除率为77.3％，对硫磷去除率98.7％，马拉硫磷去除率98.4％，乐果去除率92.9％，对硝基酚、六六六和有机磷的去除率分别为99.3％、86.2％和82.9％。

在活性污泥或曝气湖系统中往往残留较多的难分解有机物，可以采用串联的活性污泥与稳定塘系统来去除。

四、厌氧处理法

当废水中有机物浓度较高时，一般bod5超过1500mg/l时，就不宜用好氧处理，而应该采用厌氧处理的方法。同好氧处理相比，厌氧处理的主要特点为：厌氧处理废水时，去除1kgcod能产生0.35m3的甲烷；厌氧反应器不受氧传递的限制；反应器中固体停留时间（srt）比水力停留时间（hrt）高出10倍～100倍。单位容积负荷远高于好氧系统，产生的污泥量少，运行费用低。因此废水厌氧处理在食品、酿造和制糖等工业中得到广泛运用。

厌氧处理基本工艺流程如图7-8所示。厌氧处理的核心是厌氧反应器，目前已经开发出多种厌氧反应器，用来提高厌氧处理的能力（见图7-9）。

1．普通厌氧反应器（ap） 或称普通消化池。当无辅助搅拌装置时，固体停留时间为30d～60d，有机负荷为1.6kgvs（挥发性固体）/m3·d；当有辅助搅拌装置时，水力停留时间一般为6d～30d，有机负荷为8kgvs/m3·d。对温度不到30℃的低浓度有机废水、水量变化很大或间歇排出或毒物负荷波动的废水，需要较大的反应器容积。

2．厌氧接触反应器（acp） 厌氧接触反应器排出的混合液在沉淀池中分离后再回流到反应器中。与普通消化池相比，它不需要很长的水力停留时间或很大的反应器容积。有效处理的关键在于污泥沉淀性能和污泥分离效率。该法适用于处理bod5大于1500mg/l的废水，出水的bod5在200mg/l～1000mg/l之间。运行温度大多数是在中温范围，稳定处理的效率在65％～90％之间，有机负荷为2.1kg（bod）/m3·d～5.gkg（bod）/m3·d或12.5kg（cod）/m3·d～30.0kg（cod）/m3·d。

3．厌氧污泥床反应器（asb） 污泥床反应器内没有载体，絮状污泥在上升水流和气泡的作用下处于悬浮状态。絮状污泥是直径为1mm～5mm的颗粒，反应器中水流均匀分布，避免进水短流。

上流式厌氧污泥床反应器（uasb）是厌氧污泥床反应器中有代表性的一种形式，已在许多废水处理厂中得到应用。在这种反应器中，废水从底部均匀进入，向上运动。反应器下部是浓度较高的污泥床，上部是浓度较低的悬浮污泥床。有机物在污泥床中转化为甲烷和二氧化碳等。反应器上部设置一个专门的气-液-固三相分离器，使污泥回到下面的反应区内，上清液从上部排出，气体则在三相分离器下面进入气室而排出。

上流式厌氧污泥床反应器的有机负荷在15kg（cod）/m3·d以上，cod的去除率大于90％，当反应器中形成良好的颗粒污泥之后，在cod去除率为90％左右时，其污泥负荷可高达30kg（cod）/m3·d～50kg（cod）/m3·d以上。

我国在20世纪80年代后期研究开发的垂直折流厌氧污泥床（vbasb），被广泛用来处理酿酒、柠檬酸、味精、淀粉、乳品、制糖、豆制品、屠宰等十几种农牧产品加工业废水，甚至人畜粪尿、污水污泥等高cod、高ss有机废水。

4．厌氧固定膜反应器（sff） 也称厌氧过滤器（af）是一种装有固定填料的反应器。在填料表面附着的与填料截留的大量厌氧微生物的作用下，进水中的有机物转化为甲烷和二氧化碳等。根据进水的方向将厌氧固定膜反应器分为上流式（usff）、下流式（dsff）和平流式（lsff）三种；根据填料填充的程度分为全充填型和部分充填型。

厌氧固定膜反应器依靠填料使反应器持有大量的附着生物膜，其微生物的停留时间长，可超过100d，不易流失，因此运行管理方便。冲击负荷对其影响小。反应器内各种不同类群的微生物自然分层固定，易使各类微生物得到的环境，保持其高的活性。在水温25℃～35℃时，有机负荷在3kg（cod）/m3·d～10kg（cod）/m3·d以上，一般cod去除率可达80％以上。厌氧固定床反应器的缺点是容易发生堵塞，特别是底部，因此进水悬浮物含量一般不应超过200mg/l。厌氧固定膜反应器特别适用于处理低浓度的溶解性有机废水。

5．厌氧流化床反应器（afb） 厌氧流化床是一种填有比表面积很大的惰性载体颗粒的反应器，它的一部分出水回流，与进水混合后，进入池内向上流动，使载体颗粒在整个反应器内均匀分布。根据