pp电子微生物可简单分为好氧微生物、厌氧微生物和兼性微生物。 •好氧微生物指必须在有分子态氧气（O2）的存在下，才能进行正常的生 理生化反应，包括大部分微生物，其主要作用有合成代谢、分解代谢和 内源呼吸。影响好氧微生物处理效果的因素主要有溶解氧、温度、pH值 等； •厌氧微生物是指能在无分子态氧存在的条件下，能进行正常的生理生化 反应的生物，如厌氧细菌、酵母菌等，主要代谢作用有水解、发酵、产 氢产乙酸、产甲烷等阶段，目前其代谢理论无统一认识，主要影响因素 有温度、pH值、氧化还原电位、营养物质、F/M比、有毒物质等 ； •兼性微生物既可在有氧环境中生活，也可在无氧环境中生长，当水中溶 解氧高于0.2～0.3mg／L时，兼性菌利用氧气进行新陈代谢；而当溶解氧 低于上述数字时，它们同厌氧菌一样，生活时不需要氧气，在自然界中 大部分细菌属于这一类。
原理：废水中的有机物、氮、磷等物质对人类来说是污染物，但对微生物来说 是营养物质，生物处理就是借助于微生物的新陈代谢活动，使有机污染物转化成为 稳定的无害物质，氮、磷得到释放或富集，从而从废水中去除的过程。 定义： 利用微生物的代谢作用除去废水中有机污染物的一种方法叫做废水生物 处理方法，分好氧生物处理法和厌氧生物处理法两种。 特点：1、用生物方法去除水中有机物最经济； 2、90%废水处理工艺属于生物处理工艺； 3、水中氨氮用生物处理方法去除最有效； 4、绝大多数工业废水也是以生物处理方法为主。
可生化判断：BOD/COD≤0.3难生化，0.3和0.5可生化，大于0.5易生化。
微生物分解水中的有机化合物时需要消耗氧，这个指标代表消耗掉的氧。 BOD5 ：（20℃ 5天BOD） 微生物完全分解水中的有机化合物总共约需100天，为缩短检测时间，一般20℃五 天内的耗氧量为代表，简称BOD5，对生活污水来说，约占BOD70%。 来源：生活污水和制糖、食品、造纸、纤维等工业废水中。
COD：化学需氧量（Chemical【化学】 oxygen Demand） 利用化学氧化剂将废水中可氧化物质（如有机物、亚硝酸盐、亚铁盐、硫化物等） 氧化分解，然后根据残留的氮化剂的量计算出氧的消耗量。 CODCr：（重铬酸钾作为氧化剂测出的COD结果） CODMn：（高锰酸钾作为氧化剂测出的COD结果）一般CODCrBOD5 CODMn 来源：包括BOD来源，还有工业废水如化工、制药、纺织等。
NH3-N：氨氮 主要来源于人和动物的排泄物、农用化肥的流失，自化工、冶金、石油化 工、油漆颜料、煤气、炼焦、鞣革、化肥等工业废水。 危害：黑臭、毒性，富营养化。 （H2PO4-、HPO42-、PO43-)：磷 在废水中，磷通常以无机磷酸盐、聚合磷酸盐和有机磷等多种形式存在， 来源农药、医药、饲料、洗涤剂、肥料、食品添加剂等 。 危害：黑臭、富营养化。 AAO（Anaerobic【没有空气】Anoxic【缺少空气】Oxide【氧】） AO脱氮（Anaerobic【缺少空气】Oxide【氧】） AO除磷（Anaerobic【没有空气】Oxide【氧】） 好氧：曝气---普通污水处理 厌氧：只进水，不搅动，不曝气—高浓度有机废水处理，除磷工艺 缺氧：搅动或回流硝化液或微曝气，脱氮工艺
生物处理—好氧原理 好氧微生物将废水中的有机污染物分解成为最终的无机产物如二氧 化碳和水等，或被同化合成为好氧微生物的细胞物质并以剩余污泥的形 式通过沉淀等方式与出水分离，从而使废水得到净化。
是目前城市污水处理的主要方法。 作用原理：普通活性污泥法是依据废水的自净作用原理 发展而来的。
活性污泥法的特点： 曝气池中污泥浓度一般控制在2—3g/L，废水浓 度高时采用较高数值。 废水在曝气池中的停留时间(HRT)常采用4—8h， 视废水中有机物浓度而定。 回流污泥量约为进水流量的25％—50％左右 BOD和悬浮物去除率都很高，达到90％—95％左 右
不足之处： ① 对水质变化的适应能力不强； ② 所供的氧不能充分利用，因为在曝气池前端废水 水质浓度高、污泥负荷高、需氧量大，而后端则相反 ，但空气往往沿池长均匀分布，这就造成前端供氧量 不足、后端供氧量过剩的情况。因此，在处理同样水 量时，同其他类型的活性污泥法相比，曝气池相对庞 大、占地多、能耗费用高。
国内外近年来新开发的一种活性污泥法，其工艺特点是将曝气 池和沉淀池合而为一，生化反应虽分批进行，基本工作周期可 由进水、反应、沉淀、排水和闲置五个阶段组成
SBR具有下述特点： 1．构造简单、节省投资 省去了二沉池、回流装置和调节池等设施，因此基建投资较低。 2．控制灵活，可满足各种处理要求 一个周期中各个阶段的运行时间、总停留时间、供气量等都可按照进 水水质和出水要求而加以调节。 3．活性污泥性状好、污泥产率低 污泥结构紧密，沉降性能良好。此外在沉降期几乎是在静止状态下沉 淀，因此污泥沉降时间短、效率高。 SBR的运行周期中有一闲量期、污泥处于内源呼吸阶段，因此污泥 产率比较低。 4．脱氮效果好
优点： ① 供氧充分，传质条件好； ② 采用轻质塑料填料后构筑物轻巧，填料比表面积大； ⑤ 设备处理能力大，处理效果好， ④ 不生长滤池蝇，气味小，卫生条件好。 生物膜法与活性污泥法的主要区别在于生物膜固定生长或附 着生长于固体填料(或称载体)的表面，而活性污泥则以絮体 (floc)方式悬浮生长于处理构筑物中。
生物膜法是依靠固着于固体介质表面的微生物来净化有机物 的，因而这种方法亦称为生物过滤法。 生物膜法的缺点：由于固着于固体表面的微生物量较难控 制，因而在运转操作上伸缩性差；滤料表面积小，BOD容积 负荷有限，因而空间效果差；采用自然通风供养，在生物膜 内层往往形成厌氧层，从而缩小了具有净化功能的有效容积。 然而由于新工艺新滤料的研制成功，生物膜法作为良好的好 氧生物处理技术仍被广泛的应用着。
生物膜法的类型： （1）润壁型生物膜法 废水和空气沿固定的或转动的接触介质表面的 生物膜流过，如生物滤池和生物转盘等； （2）浸没型生物膜法 生物膜载体完全浸没在水中，通过鼓风曝气供 氧。如载体固定，称为接触氧化法；如载体流化则称为生物流化床
生物膜法 润壁型生物膜法 生物滤池 生物转盘 浸没型生物膜法 接触氧化法 生物流化床
优点是处理效果好，BOD5去除率可达90%以上，出水BOD5可下降到25mg/L 以下，硝酸盐含量在10mg/L左右，出水水质稳定。缺点是占地面积大，易于堵塞 （滤率在1～2m／d左右 ），影响环境卫生。
理，耐负荷、水温变动的冲击力 强；剩余污泥量少；比较容易去 除难分解和分解速度怪的物质。
水流缓慢，接触时间长，水力冲 刷力小，生物膜只能自行脱落； 剩余污泥往往恶化处理水质；动 力费高。
在断绝与空气接触的条件下，依赖兼性厌氧菌和专性厌氧菌的生物 化学作用，对有机物进行生化降解的过程，称为厌氧生物处理法或厌氧 消化法。 若有机物的降解产物主要是有机酸，则此过程称为不完全的厌氧消 化，简称为酸发酵或酸化。若进一步将有机酸转化为以甲烷为主的生物 气，此全过程称为完全的厌氧消化，简称为甲烷发酵或沼气发酵。 厌氧生物处理法的处理对象是：高浓度有机工业废水、城镇污水的 污泥、动植物残体等。厌氧生物处理的方法和基本功能有二： （1）酸发酵的目的是为进一步进行生物处理提供生物降解的基质； （2）甲烷发酵的目的是进一步降解有机物和生产气体燃料。完全的 厌氧生物处理工艺因兼有降解有机物和生产气体燃料的双重功能，因而 得到了广泛的发展和应用。
一般认为，实测值应7.2～7.4之间为好。低于7.0时，pH值并不稳定， 有继续下降的趋势。低于6.5时，将使正常的处理系统遭到破坏。 如果有机物负荷太大，水解和产酸过程的生化速率大大超过气化速率， 将导致挥发性脂肪酸的积累和pH值的下降，抑制甲烷细菌的生理机能。 最终使气化速率锐减，甚止停止。 一般原液的pH值为6～8。系统中挥发性脂肪酸浓度（以乙酸记）以不 超过3000mg/L为佳。 重碳酸盐及氨氮等物质是形成厌氧处理系统碱度的主要物质。一般要 求系统中碱度在2000mg/L以上，氨氮浓度以介于50～200mg/L为佳。
厌氧环境是厌氧消化过程赖以正常进行的最重要的条件。厌氧环境主要以 体系中的氧化还原电位反映。
引起发酵系统的氧化还原电位升高的原因：氧和其它一些氧化剂或氧化态 物质的存在(如某些工业废水中含有的Fe3、Cr2O72-、NO3-、SO42-以及酸性 废水中的H等) 高温厌氧消化系统适宜的氧化还原电位为-500～-600mV；中温厌氧消化 系统及浮动温度厌氧消化系统要求的氧化还原电位应低于-300～-380mV。 产酸细菌对氧化还原电位的要求不甚严格，甚至可在100～-100mV的兼 性条件下生长繁殖；而甲烷细菌最适宜的氧化还原电位为-350mV或更低。 就大多数生活污水的污泥及性质相近的高浓度有机废水而言，只要严密隔 断于空气的接触，即可保证必要的ORP值。
容积负荷率：反应器单位有效容积在单位时间内接纳的有机物量，单位为kg/m3· d或
g/L· d。有机物量可用COD.BOD.S和VSS表示。 污泥负荷率：反应器内单位重量的污泥在单位时间内接纳的有机物量，单位为kg/kg· d 或g/g· d。 投配率：每天向单位有效容积投加的新料的体积，单位为m3/m3· d。投配率的倒数为 平均停留时间或消化时间，单位为d。投配率有时也可用百分数表示，例如， 0.07m3/m3· d的投配率也可表示为7%。 确定厌氧消化装置的负荷率的原则是：在两个转化（酸化和气化）速率保持稳定平衡 的条件下，求得最大的处理目标（最大处理量或最大产气量）。
当有机物负荷率很高时，消化液显酸性（pH7），称为酸性发酵状态，它是一种低 效而又不稳定的发酵状态，应尽量避免。 当有机物负荷率适中时，产酸细菌代谢产物中的有机酸基本上能被甲烷细菌及时地吸 收利用，并转化为沼气，溶液中残存的有机酸量一般为每升数百毫克。此时消化液中pH值 维持在7～7.5之间，称为弱碱性发酵状态，它是一种高效而由稳定的发酵状态，最佳负荷 率应达此状态。 当有机物负荷率偏小时，消化液中的有机酸残存量很少，pH 值偏高（大于7.5）称为 废水处理设备 碱性发酵状态。由于负荷偏低，是一种虽稳定但低效的厌氧消化状态。
各种反应器要求的污泥浓 度不尽相同，一般介于10～ 30gVSS/L之间。 为了保持反应器的生物量 不致因流失而减少，可采用 多种措施，如安装三相分离 器、设置挂膜介质、降低水 流速度和回流污泥量等。
消化和固液分离在一个池内。微生物量 特高。负荷率高(10~20kgCOD/m3•d)。 总容积小。能耗低，不需搅拌。污泥浓度可 达40~80g/L。
氮素循环 氮在自然界中的存在形式包括分子态氮、无机氮化物和有机态 氮，其中分子态氮以游离的氮气形式存在于大气中，占大气含 量的79％、但分子氮不能被绝大多数的生物直接利用，大气氮 进入生物有机体主要有四条途径。 (1) 生物固氮：豆科植物能通过共生的根瘤菌固定大气中的 氮，供植物吸收。某些固氮蓝细菌和固氮细菌也可以固定大气 中的氮。 (2) 工业固氮。氮肥化工，如合成氨等。 (3) 岩浆固氮。火山爆发时，喷射出的岩浆可以固定一部分 氮。 (4) 闪电固氮。雷雨时的闪电现象，可通过电离作用使氮氧 化成氮氧化物。
好氧特性会使水体的溶解氧降低，此外，某些含氮化合物对人 和其他生物有毒害作用。因此，国内外对氮磷的排放标准越来
20年发展起来的，一般来说比化学法和物理化学法去除氮磷经 济，尤其是能有效地利用常规的二级生物处理工艺流程进行改
污水中氨主要以有机氮和氨氮形式存在。在生物处理过程 中，有机氮很容易通过微生物的分解和水解转化成氨氮，即氨 化作用。传统的硝化—反硝化生物脱氮的基本原理就在于通过 硝化反应先将氨氮转化为亚硝态氮、硝态氮，再通过反硝化反 应将硝态氮、亚硝态氮还原成气态氮从水中逸出，从而达到脱 氮的目的。
（1）好氧状态：DO≥2mg/L；1gNH3-N完全硝化需氧4.57g， 即硝化需氧量。 （2）消耗废水中的碱度：1gNH3-N完全硝化需碱度7.1g（以 CaCO3计），废水中应有足够碱度，以维持pH值不变。
当缺乏有机物时，则无机物如氢、Na2S等也可作为反 硝化反应的电子供体 （1）反硝化菌属于异养型兼性厌氧菌，在缺氧条件下， 进行厌氧呼吸，以NO3-—O为电子受体，以有机物的氢为电子 供体。 （2）反硝化过程中，硝酸态氮有二种转化途径—同化反 硝化（合成细胞）和异化反硝化（还原为N2↑），但以异化 反硝化为主。 （3）反硝化反应的条件
化菌利用氧进行呼吸，氧成为电子受体，阻碍NO3--O成为电子受体而使N难 还原成N2↑。但是反硝化菌体内的某些酶系统组分只有在有氧条件下，才
能合成。反硝硝化菌以在缺氧-好氧交替的环境中生活为宜。 BOD5/TN≥3～5，否则需另投加碳源，现多采用CH3OH，其分解产物为
CO2H2O，不留任何难降解的中间产物，且反硝化速率高。 目前反硝化投加有机碳源一般利用原污水中的有机物。
要消耗7.14g碱度，在缺氧-好氧中，反硝化产生的碱度可补偿硝化消耗碱 度的一半左右。
由两类独立的细菌催化完成的两个不同反应，应该可以分开；而对于 反硝化菌，亚硝酸根或硝酸根均可以作为最终受氢体。该方法就是将 硝化过程控制在亚硝化阶段而终止，随后进行反硝化，在反硝化过程 将亚硝酸根作为最终受氢体，故称为短程(或简捷)硝化-硝化。 控制硝化反应停止在亚硝化阶段是实现短程硝化-反硝化生物脱 氮技术的关键，其主要影响因素有温度、污泥龄、溶解氧、pH值和游 离氨等。控制较高温度、较低溶解氧和较高pH值和极短的污泥龄条件 等，可以抑制硝酸菌生成，使亚硝酸菌占绝对优势，从而使硝化过程 控制在亚硝化阶段。
（2）厌氧氨氧化 厌氧氨氧化是荷兰Delft大学1990年提出的一种 新型脱氮工艺。基本原理是在厌氧条件下以硝酸盐或亚硝酸盐作为 电子受体，将氨氮氧化氮气，或者说利用氨作为电子供体．将亚硝 酸盐或硝酸盐还原成氮气。参与厌氧氨氧化的细菌是自养菌。厌氧 氨氧化过程无需有机碳源在。 （3）亚硝酸型完全自养脱氮 基本原理是先将氨氮部分氧化成亚 硝酸氮，控制氨根离子与亚硝酸根离子比例为1：1，然后通过厌氧 氨氧化作为反硝化实现脱氮的目的。全过程为自养的好氧亚硝化反 应结合自养的厌氧氨氧化反应．无需有机碳源，对氧的消耗比传统 硝化/反硝化减少62.5%，同时减少碱消耗量和污泥生成量。
1．温度 硝化反应的适宜温度范围是30～35℃，温度不但影响硝化茵的比增 长速率，而且影响硝化菌的活性，在5～35℃的范围内，硝化反应速率随 温度的升高而加快，仅超过30℃时增加幅度减少，当温度低于5℃时，硝 化细菌的生命活动几乎停止。对于同时去除有机物和进行硝化反应的系 统，温度低于15℃即发现硝化速率迅速降低，低温对硝酸菌的抑制作用 更为强烈，因此在低温12～14℃时常出现亚硝酸盐的积累。在30～35℃ 较高温度下，亚硝酸菌的最小倍增时间要小于硝酸菌，因此，通过控制 温度和污泥龄，也可控制反应器中亚硝酸菌的绝对优势。 反硝化反应的最佳温度范围为35～45℃，温度对硝化菌的影响比反 硝化菌大。
2．溶解氧 硝化反应必须在好氧条件下进行，一般应维持混合液的溶解氧浓度为 2～3mg/L，溶解氧浓度0.5～0.7 mg/L，是硝化菌可以忍受的极限。硝化 可在高溶解氧状态下进行，高达60mg/L的溶解氧浓度也不会抑制硝化的进 行，为了维持较高的硝化速率，污泥龄降低时要相应地提高溶解氧浓度。 溶解氧对反硝化反应有很大影响，主要由于氧会同硝酸盐竞争电子供体。 同时分子态氧也会抑制硝酸盐还原酶的合成及其活性， 3．pH值 硝化反应的最佳pH值范围为7.5～8.5,硝化菌对pH值变化十分敏感， 当pH值低于7时，硝化速率明显降低．低于6和高于9.6时，硝化反应将停 止进行。反硝化过程的最佳pH值范围为6.5～7.5，不适宜的PH值会影响反 硝化菌的生长速率和反硝化酶的活性。当pH值低于6.0或高于8.0时，反硝 化反应将受到强烈抑制。
4．C/N比 C/N比值是影响硝化速率和过程的重要因素。硝化菌是自养菌，硝化 菌产率或比增长速率比活性污泥异养菌低得多，若废水中BOD5值太高， 将有助于异养菌迅速增殖，从而使微生物中的硝化菌的比例下降，一般 认为，只有BOD5低于20mg/L时，硝化反应才能完成。反硝化过程需要充 足的碳源，理论上lgNO2还原为N2需要碳源有机物2.86g。一般认为，当废 水的BOD5/TKN值大于4～6时，可认为碳源充足，不需另外投加碳源，反 之则要投加甲醇或其他易降解的有机物作碳源。 5、污泥龄 为使硝化菌能在连续流的反应系统中存活并维持一定数量，微生物 在反应器的停留时间即污泥龄应大于硝化菌的最小世代期。一般应取系 统的污泥龄为硝化最小世代期的两倍以上。较长的污泥龄可增强硝化反 应的能力，并可减轻有毒物质的抑制作用。
6．抑制物质 对硝化反应有抑制作用的物质有：过高浓度氨氮、重金属、有毒物 质以及有机物。一般来说，同样毒物对亚硝酸菌的影响比对硝酸菌大。 反硝化菌对有毒物质的敏感性比硝化菌低很多，与一般好氧异养菌相同。 在应用一般好氧异养菌文献数据时，应该考虑驯化的影响。 生物脱氮工艺包括含碳有机物的氧化、氨氮的硝化、硝态氮的反硝 化等生物过程，即碳化-硝化-反硝化过程。从完成这些过程的反应器来 分，脱氮工艺可分为活性污泥脱氮系统和生物膜脱氮系统，其分别采用 活性污泥法反应器与生物膜反应器作为好氧/缺氧反应器，实现硝化/反 硝化以达到脱氮的目的。从完成这些过程的时段和空间不同，活性计泥 脱氮系统的碳化、硝化、反硝化可在多池中进行，也可在单池中进行。
为了减少处理设备，根据去除BOD和硝化反应都要在好氧条件下进行，可 以将第一级曝气池和第二级曝气池合并，形成两级生物脱氮工艺
内循环（硝化液回流） 回流污泥 BOD去除、硝 化反应反应器 (好氧) 回流污泥
有一类特殊的细菌，在厌氧状态释放磷，在好氧状态可以过量地、 超出其生理需要地从污水中摄取磷酸盐。生物除磷主要由一类统称为聚 磷菌的微生物完成。该类微生物均属异养型细菌。在厌氧区内，聚磷菌 在既没有溶解氧也没有原子态氧的厌氧条件下，吸收乙酸等低分子脂肪 酸(来自兼性细菌水解产物或来自原污水)，并合成聚β-羟基丁酸盐(PHB) 贮于细胞内，所需的能量来源于菌体内聚磷的分解，并导致磷酸盐的释 放。在好氧区内，聚磷菌以游离氧为电子受体，将积贮在胞内的PHB好氧 分解，并利用该反应产生的能量，过量摄取水体中的磷玻盐，在胞内转 化为聚磷，这就是好氧吸磷，好氧吸磷量大于厌氧放磷量，通过剩余污 泥排放可实现生物除磷的目的。
在厌氧状态下放磷愈多，合成的PHB愈多，则在好氧状态下合 成的聚磷量也愈多，除磷的效果也就愈好。
1．溶解氧和氧化态氮 溶解氧分别对摄磷和放磷过程影响不同。在厌氧区中必须控制严 格的厌氧条件，既没有分子态氧，也没有化合态氧。溶解氧的存在， 将抑制厌氧菌的发酵产酸作用和消耗乙酸等低分子脂肪酸物质；硝态 氮的存在，影响聚磷菌的代谢，也会消耗部分乙酸等低分子脂肪酸物 质而发生反硝化作用，都影响磷的释放，从而影响在好氧条件下对磷 的吸收。在好氧区中要供给足够的溶解氧，以满足聚磷菌对PHB的分 解和摄磷所需。一般厌氧段的溶解氧应严格控制在0.2mg／L以下，而 好氧段的溶解氧控制在2.0mg／L左右。
2．污泥龄 由于生物脱磷系统主要是通过排除剩余污泥去除磷的，因此剩余 污泥量的多少将决定系统的脱磷效果。一般污泥龄较短的系统产生 较多的剩余污泥，可以取得较高的脱磷效果。短的泥龄还有利于好 氧段控制硝化作用的发生而利于厌氧段的充分释磷，因此，仅以除 磷为目的的污水处理系统中，一般宜采用较短的泥龄。研究表明， 当污泥龄为30天时，除磷率为40％，污泥龄为17天时，除磷率为50%， 污泥龄降至5天时，除磷率可提高到87%。 3．BOD负荷和有机物性质 一般认为，较高的BOD负荷可取得较好的除磷效果，有人提出 BOD/TP＝20是正常进行生物除磷的低限。不同有机物为基质对磷的 厌氧释放及好氧摄取也有差别。一般低分子易降解的有机物易被聚 磷菌吸收、诱导磷释放的能力较强，而高分子难降解的有机物诱导 磷释放的能力较弱。
4．温度 温度对除磷效果的影响不如对生物脱氮过程的影响明显，因为在 高温、中温、低温条件下，不同的菌群都具有生物除磷的能力，在5～ 30℃的范围内，都可以得到很好的除磷效果，但低温运行时厌氧区的 停留时间要低一些。 5．pH值 pH值在6～8的范围内时，磷的厌氧释放比较稳定。pH值低于6时生 物除磷的效果会大大下降。 废水生物除磷的工艺流程一般由厌氧池和好氧池组成。A/O（厌 氧—好氧生物除磷）工艺和Phostrip（旁流除磷）工艺是两种基本的生 物除磷工艺。
