废水生物处理技术
**节 概论
生物处理的目的是去除有机物植物性营养物以及通过生物絮凝去除胶体，同时也可以获得能量和产品。其主要机理是微生物代谢。生物处理工艺广泛应用于城市污水和各类有机工业废水处理。
按照微生物对氧的需求，生物法分为好氧、厌氧（含缺氧）两类；按微生物生长方式分为悬浮生长、固着生长、混合生长3类。还可以按照操作条件和用途分类。
常用的好氧生物处理工艺包括：普通活性污泥法、氧化沟、间歇式活性污泥法、生物接触氧化法、生物转盘以及曝气生物滤池等。
常用的厌氧生物处理工艺包括：水解酸化池、普通厌氧消化池、厌氧接触法、厌氧滤池、升流式厌氧污泥床反应器（UASB）、厌氧流化床以及EGSB反应器、IC反应器等。
通常在废水处理工程实践中，往往是将厌氧、缺氧、好氧工艺进行合理组合，以弥补不同处理方法的缺陷，达到理想的处理效果。A/O脱氮工艺、A/A/O同步脱氮除磷工艺等都是多种处理方法相结合的组合工艺。
**节 生物脱氮工艺
废水中的氮主要以氨氮和有机氮形式存在，通常不含或仅含有少量的亚硝酸盐氮和硝酸盐氮。在未经处理的废水中，氮有可溶性的或颗粒状的。可溶性有机氮主要以尿素和氨基酸的形式存在。一部份颗粒性有机氮在初沉池中可以去除。在生物处理过程中，大部分颗粒性有机氮转化成氨氮和其它无机氮。
活性污泥法（A/O工艺）是生物脱氮的主要形式。生物脱氮主要是靠一些专性**实现氮的形态转化，*终生成无害的氮气，从水体中脱出。
工艺原理
1.氨化
在氨化菌的作用下，有机氮化合物分解，转化为NH3-N，以氨基酸为例，其反应式为：
RCHNH2COOH+O2→RCOOH+CO2+NH3
2.硝化
生物硝化作用是利用化能自养微生物将氨氮氧化成硝酸盐的一种生化反应过程。硝化作用由两类化能自养**参与，亚硝化单胞菌首先将氨氮NH3-N氧化成亚硝酸盐NO2--N，硝化杆菌再将NO2--N氧化成稳定状态的硝酸盐NO3--N。后一反应较快，一般不会造成NO2—N的积累。反应过程如下：
**步，氨转化为亚硝酸盐：
NH4++3/2O2→NO2-+2H++H2O-ΔE ΔE=278.42kJ
**步，亚硝酸盐为硝酸盐：
NO2-+1/2O2→NO3-+2H+ -ΔE ΔE=72.58kJ
这两个过程都是释放能量过程，亚硝酸盐和硝酸菌就是利用这两个过程释放的能量来合成新**体和维持正常的生命活动。总反应式为：
NH4++2O2→NO3-+2H++H2O -ΔE ΔE=351kJ
综合氨氧化和细胞体合成反应式如下：
NH4++1.83O2+1.98HCO3-→0.02C5H7O2N+0.98NO3-+1.88H2+1.04H2O
3.反硝化
生物硝化工艺可去除废水中的有机氮和氨氮，出水中的氮以硝酸盐的形式存在，本工程中不仅要去除有机氮和氨氮还要去除硝酸盐氮，因此必须在生物硝化工艺的基础上采用生物反硝化工艺，即A/O工艺。
生物反硝化系指污水中的硝酸盐，在缺氧条件下，被微生物还原为氮气的生化反应过程，参与这一生化反应的微生物是反硝化**，这是一类大量存在于活性污泥中的兼性异养菌，如产碱杆菌、假单胞菌等菌属均能均能进行生物反硝化。在有氧存在的好氧状态下，反硝化菌能进行好氧生物代谢，氧化分解有机污染物，去除BOD5；在无分子氧但存在硝酸盐的条件下，反硝化**能利用NO3-中的氧（又称为化合态或硝态氧），继续分解代谢有机污染物，去除BOD5，并同时将NO3-中的氮转化为氮气。
反硝化过程分两步进行：**步由硝酸盐转化为亚硝酸盐，**步由亚硝酸盐转化为一氧化氮、氧化二氮和氮气：
NO3-→NO2-→NO→N2O→N2
事实上这只是硝酸盐还原的其中一个过程——异化过程。在异化过程的同时，还有一个同化过程，硝酸盐转化成氨氮用于细胞合成。在反硝化过程中要有含碳有机物作为该过程中的电子供体，碳源既可以是污水或细胞体内碳源，也可以外部投加。以采用甲醇作为碳源，反应过程如下：
**步：6NO2-+2CO2+4H2O
**步：6NO2-+3CH3OH→3N2+3CO2+3H2O+6OH-
总反应式为：
6NO3-+5CH3OH→5CO2+3N2+7H2O+6OH-
典型的同化作用反应如下：
3NO2-+14CH3OH+CO2+3H+→3C5H7O2N+19H2O
同化作用和异化作用综合反应式为：
NO2-+1.08CH3OH+CO2+H+→0.065C5H7O2N+0.47N2+2.44H2O+0.76CO2
第三节 MBR工艺
一、原理
MBR（膜生物反应器）工艺的工作原理：首先通过活性污泥来去除水中可生物降解的有机污染物，然后采用膜将净化后的水和活性污泥进行固液分离。
中空丝膜的孔径在0.4μm左右，能够截留住活性污泥以及绝大多数的悬浮物，取得清澈的出水。为了使得膜能够连续长期稳定的使用，在中空丝膜的下方以一定强度的空气不断对膜进行抖动，既起到为生物氧化供氧作用，又防止活性污泥附着在膜的表面造成膜的污染。
二、MBR工艺的优点
1.运行管理方便
传统的好氧活性污泥处理工艺，会出现污泥膨胀现象，使得系统不能正常运行、出水不达标。而污泥膨胀不会影响MBR系统的正常运行和出水水质，因此运行管理极为方便。
2.占地面积小
传统的活性污泥工艺的活性污泥浓度一般在3000～5000mg/l，而MBR工艺的活性污泥浓度一般在8000～12000mg/l，且不需生化沉淀池，故大大减少了占地面积和土建投资。
3.处理水质稳定
中空丝膜能够截留几乎所有的微生物，尤其是针对难以沉淀的、增殖速度慢的微生物，因此系统内的生物相极大丰富，活性污泥驯化、增量的过程大大缩短，处理的深度和系统抗冲击的能力得以加强，处理水质稳定。
4.动力消耗低
中空丝膜所需的吸引压力仅为－0.1～－0.4公斤/cm2左右，动力消耗低。
