《生物技术与人类》 课程论文 天演 W SHANGHALIIAO TONG UNIVERSTTY 1日g6 专业： 生物技术专业 学号： 5110809052 姓名： 丁瑾 日期： 2014-05-22
《生物技术与人类》 课程论文 专业： 生物技术专业 学号： 5110809052 姓名： 丁 瑾 日期： 2014-05-22
环境生物技术在废水处理方面的应用 作者：丁瑾 摘要：现代社会中人们生产生活产生越来越多的废水，而目前生物处理占据世界上70%的处 理量，辅之以物化处理手段。废水生物处理工艺主要分为好氧和厌氧两大类，其处理的主要 目标即废水中溶解的或胶体的有机物和氨氮，其中脱磷脱氮随着环境问题的恶化要求愈来愈 高。随着生物技术的发展，新型生物脱磷脱氯技术己有应用，分子技术也因此进入人类生产 活动中。 关键词：好氧处理，厌氧处理，脱磷脱氮 自改革开放以来，我国的工业水平以及人民的生活水平都有了极大的提高，但伴随高速 发展的生产生活，环境问题也越来越严重，受到广大人民的关注，其中最令人忧心的当属废 水相关的水体污染。水资源是人类赖以生存的必需品，没有水就没有生命，国家提倡又好又 快的发展模式，因此，实现以环境生物技术为依托的废水处理技术将成为科学发展的最重要 手段之一。 废水主要分为市政废水和工业废水。其中，市政废水主要包括生活污水、商业污水等， 工业废水包括有机废水、无机废水等。鉴定是否为废水，主要参考指标有化学耗氧量和生物 耗氧量，即COD和BOD,化学耗氧量可简单理解为有机污染物的量，就是指废水中的各种 有机物等在化学氧化过程中所需消耗的氧量。测定实际废水中的COD目前采用重铬酸钾法， 数据表明，生活污水中的C0D浓度通常为60-80mg小。生化耗氧量(B0D)是“生物化学需 氧量”的简称，是指在一定期间内，微生物分解一定体积水中的某些可被氧化物质（特别是 有机物质)所消耗的溶解氧的数量，以毫克/升或百分率、ppm表示。它是反映水中有机污 染物含量的一个综合指标。如果进行生物氧化的时间为五天就称为五日生化需氧量(B0D5), 相应地还有BOD10、B0D20。当然，也可简单理解为水中可生物降解的有机污染物的量。 生活污水中的B0D浓度通常为120-200mg1。目前对废水分级的指标主要依靠C0D值。低 浓度废水的c0D3000mg/,属于工业废水。一般地，采用 BOD5/CoD值作为有机物生物降解性的评价指标：BOD5/COD>0.45时为易生物降解： B0D5/C0D>0.30时为可生物降解：B0D5/C0D<0.30时为较难生物降解：BOD5/COD<0.20 时为不宜生物降解。废水经处理后的国家排放标准如下： 一级 二级 BOD 20 30 COD 60 120 SSla] 20 30 NH3 1 1 P 0.5 1 废水生物处理，就是利用微生物的生命活动，对废水中呈溶解态或胶体状态的有机污染 物进行降解，从而使废水得到净化的一种处理方法。其实质是人工强化下的微生物新陈代谢， 即采取一定的人工措施，创造有利于微生物的生长、繁殖的环境，如在专门设计的微生物生 化反应器中，将废水中的污染物转化为微生物细胞以及简单的无机物(C02,H2O)。如今，废 [1]悬浮性周形物
环境生物技术在废水处理方面的应用 作者：丁瑾 摘要：现代社会中人们生产生活产生越来越多的废水，而目前生物处理占据世界上 70%的处 理量，辅之以物化处理手段。废水生物处理工艺主要分为好氧和厌氧两大类，其处理的主要 目标即废水中溶解的或胶体的有机物和氨氮，其中脱磷脱氮随着环境问题的恶化要求愈来愈 高。随着生物技术的发展，新型生物脱磷脱氮技术已有应用，分子技术也因此进入人类生产 活动中。 关键词：好氧处理，厌氧处理，脱磷脱氮 自改革开放以来，我国的工业水平以及人民的生活水平都有了极大的提高，但伴随高速 发展的生产生活，环境问题也越来越严重，受到广大人民的关注，其中最令人忧心的当属废 水相关的水体污染。水资源是人类赖以生存的必需品，没有水就没有生命，国家提倡又好又 快的发展模式，因此，实现以环境生物技术为依托的废水处理技术将成为科学发展的最重要 手段之一。 废水主要分为市政废水和工业废水。其中，市政废水主要包括生活污水、商业污水等， 工业废水包括有机废水、无机废水等。鉴定是否为废水，主要参考指标有化学耗氧量和生物 耗氧量，即 COD 和 BOD，化学耗氧量可简单理解为有机污染物的量，就是指废水中的各种 有机物等在化学氧化过程中所需消耗的氧量。测定实际废水中的 COD 目前采用重铬酸钾法， 数据表明，生活污水中的 COD 浓度通常为 60-80 mg/l。生化耗氧量（BOD）是“生物化学需 氧量”的简称，是指在一定期间内，微生物分解一定体积水中的某些可被氧化物质（特别是 有机物质）所消耗的溶解氧的数量，以毫克/升或百分率、ppm 表示。它是反映水中有机污 染物含量的一个综合指标。如果进行生物氧化的时间为五天就称为五日生化需氧量（BOD5）， 相应地还有 BOD10、BOD20 。当然，也可简单理解为水中可生物降解的有机污染物的量。 生活污水中的 BOD 浓度通常为 120-200 mg/l。目前对废水分级的指标主要依靠 COD 值。低 浓度废水的 COD 3000 mg/L，属于工业废水。一般地，采用 BOD5/COD 值作为有机物生物降解性的评价指标：BOD5/COD＞0.45 时为易生物降解； BOD5/COD＞0.30 时为可生物降解；BOD5/COD＜0.30 时为较难生物降解；BOD5/COD＜0.20 时为不宜生物降解。废水经处理后的国家排放标准如下： 一级 二级 BOD 20 30 COD 60 120 SS [1] 20 30 NH3 1 1 P 0.5 1 废水生物处理，就是利用微生物的生命活动，对废水中呈溶解态或胶体状态的有机污染 物进行降解，从而使废水得到净化的一种处理方法。其实质是人工强化下的微生物新陈代谢， 即采取一定的人工措施，创造有利于微生物的生长、繁殖的环境，如在专门设计的微生物生 化反应器中，将废水中的污染物转化为微生物细胞以及简单的无机物(CO2, H2O)。如今，废 [1] 悬浮性固形物
水生物处理技术以其消耗少、效率高、成本低、工艺操作管理方便可靠和无二次污染等显著 优点而备受人们的青睐。废水生物处理作用条件分为好氧和厌氧两大类，根据微生物菌种不 同、供氧方式不同而来。其处理流程主要为第一步预处理（初沉），第二步生物处理池，依 赖于大量微生物，第三步后处理（二沉），最后排放。 好氧生物废水处理法最早应用于生产实践，其采用的活性污泥法目前仍然是主流。活性 污泥工艺就是以活性污泥为主体的污水处理方法。生物絮体习惯上被称为活性污泥，是由多 种好氧微生物、某些兼性或厌氧微生物等复杂的微生物区系以及废水中的非生物有机物和无 机物等等交织在一起的呈黄褐色絮体。活性污泥净化废水主要是通过两个阶段来完成的：(1) 吸附阶段：(2)氧化阶段。由于活性污泥具有巨大的表面积，而表面上含有多糖类的粘性物 质，因此能够吸附。对于悬浮物和胶体物多的生活污水，食品工业等废水，吸附作用往往在 10~30分钟内就可基本完成.氧化阶段非常缓慢，主要是分解被吸附和吸收的有机物。氧化 作用在污泥同有机物开始接触时进行得最快，以后当有机物逐渐被吃掉，氧化速率就逐渐降 低。实际上，现代处理池中的曝气池的大部分容积都用在进行有机物的氧化和微生物细胞质 的合成。当吸附达到饱和后，污泥就失去活性，不再具有吸附的能力。但通过氧化阶段，降 解了所吸附和吸收的大量有机物后，污泥又将重新呈现活性，恢复它的吸附能力。 细胞 CO.HN、P、 合成 物质 生物 S、维生素 沉降 营养 微生物 ADP TP 能源 化能或光能 受氢体 呼吸 废物 (0.SO2NO 热 CO2H2ONH,*NO NOg、CO2等) NOS0,PO、SH2 NiH2SO:CH 有机酸、醇、胺、硫醇 图1：有机物在氧化阶段被分解的过程（生物反应示意图） 现阶段活性污泥工艺废水处理厂的完全工艺流程如下图所示： 好氧剩余污泥 污泥 ·加氯消毒 上 1 水 沉 初 总进水 !总出水 水 力 沉 州沉 筛 池 池 池 1池 净剩余污泥 污水管路 一一一.污泥管路 上清、滤出 液管路 集池泥 浓缩池 污泥脱水机房 .空气管路 风1 泥饼外运！ 机
水生物处理技术以其消耗少、效率高、成本低、工艺操作管理方便可靠和无二次污染等显著 优点而备受人们的青睐。废水生物处理作用条件分为好氧和厌氧两大类，根据微生物菌种不 同、供氧方式不同而来。其处理流程主要为第一步预处理（初沉），第二步生物处理池，依 赖于大量微生物，第三步后处理（二沉），最后排放。 好氧生物废水处理法最早应用于生产实践，其采用的活性污泥法目前仍然是主流。活性 污泥工艺就是以活性污泥为主体的污水处理方法。生物絮体习惯上被称为活性污泥，是由多 种好氧微生物、某些兼性或厌氧微生物等复杂的微生物区系以及废水中的非生物有机物和无 机物等等交织在一起的呈黄褐色絮体。活性污泥净化废水主要是通过两个阶段来完成的: (1). 吸附阶段；(2).氧化阶段。由于活性污泥具有巨大的表面积，而表面上含有多糖类的粘性物 质，因此能够吸附。对于悬浮物和胶体物多的生活污水，食品工业等废水，吸附作用往往在 10～30 分钟内就可基本完成.氧化阶段非常缓慢，主要是分解被吸附和吸收的有机物。氧化 作用在污泥同有机物开始接触时进行得最快，以后当有机物逐渐被吃掉，氧化速率就逐渐降 低。实际上，现代处理池中的曝气池的大部分容积都用在进行有机物的氧化和微生物细胞质 的合成。当吸附达到饱和后，污泥就失去活性，不再具有吸附的能力。但通过氧化阶段，降 解了所吸附和吸收的大量有机物后，污泥又将重新呈现活性，恢复它的吸附能力。 图 1：有机物在氧化阶段被分解的过程(生物反应示意图) 现阶段活性污泥工艺废水处理厂的完全工艺流程如下图所示： 总进水 格 栅 总 进 水 泵 房 水 力 筛 沉 砂 池 初 沉 池 曝 气 池 二 沉 池 总出水 加氯消毒 好氧剩余污泥 污泥 回流 净剩余污泥 集池泥 浓缩池 污泥脱水机房 泥饼外运 鼓 风 机 污水管路 污泥管路 上清、滤出 液管路 空气管路
此外，与好氧处理相关的生物膜法，由于60年代以来各种新型的有机合成材料大量生 产，如波纹板状、列管状和蜂窝状等有机人工合成填料，其比表面积和孔隙率大大增加，生 物膜反应器获得了新的发展。目前生物膜反应器发展迅速，由单一到复合，有好氧亦有厌氧， 逐步形成了一套较完整的污水生物处理工艺系列。如塔式生物滤池（好氧或厌氧滤池）、生 物转盘、生物接触氧化法、曝气生物滤池等得到了较多的研究和工程应用。其净化机理主要 是，微生物附着在载体表面生长而形成膜状，当污水流经载体表面和生物膜接触过程中，污 水中的有机污染物即被微生物吸附、稳定和氧化，最终转化为H2O、CO2、NH3和微生物细 胞物质，污水得到净化。生物膜中的生物群与活性污泥中的生物群几乎没有大的差别，只是 生物膜中微生物的食物链比活性污泥的长而且复杂，这也就是生物膜法的泥量小的原因。 在生物废水处理中，脱磷脱氯是相对困难和耗能的过程。传统的活性污泥法以去除有机 物和悬浮固体为目标，并不考虑氮磷的去除。对污水中同时存在的氮、磷等营养物只能去除 10%~40%:我国目前颁布实施的国家《污水综合排放标准》(GB8978-1996)明确了适用于所 有排污单位，非常严格的磷酸盐排放标准和较严格的氨氨排放标准。随着对氮、磷营养物排 放标准的提高，目前的生物废水处理工艺中都结合了脱氮或除磷的功能要求。脱氮是将氮从 污水中完全脱除的过程，不是化合态的变化。生物脱氯包括下面四个过程： (1)同化过程：污水中一部分氨态氮和硝酸盐被微生物吸取为新细胞物质，以剩余污泥 形式去除。 (2)氨化过程：有机氮化合物通过异氧细菌的各种脱氨基作用转化为氨氮的过程。 (3)硝化过程：亚硝化菌，硝化菌将氨氮氧化成亚硝酸盐氮，硝酸盐氯。 (4)反硝化过程：反硝化菌将硝态氮转化为氮气，然后使氮气从污水中释入大气。 废水生物脱氮技术经过几十年的发展取得了很大的进步。为了提高氮的去除率，对常规 活性污泥工艺流程进行若干的改造，模拟自然界的氮循环原理，提出了很多生物脱氮技术， 开发了许多经济高效的脱氮工艺，如多级生物脱氯工艺，A/O法生物脱氮工艺，SBR生物脱 氮工艺等。其中，AO生物脱氮系统特征主要有： (1)反硝化反应器在前，BOD去除、硝化两项反应的综合反应器在后： (2)反硝化反应以原废水中的有机物为碳源： (3)硝化液回流： (4)反硝化反应过程产生的碱度可补偿硝化反应消耗碱度的一半左右： (5)流程简单，不需外加碳源。 内循环（硝化液回流） 沉淀池 原废水 BOD,去除， 反硝化 硝化反应器 处理水 反应器 (好氧) (缺氧) 回流污泥 剩余污泥 图2：A/0生物脱氮系统流程示意图 生物除磷的基本原理就是利用聚磷菌(polyphosphate accumulation organisms,PAOs)一类 的细菌，过量地、超出其生理需要地从水体中摄取磷，并将其以聚合形态储藏在体内，形成 高磷污泥（高磷生物量），排出系统，达到从废水中除磷的效果。在好氧条件下，聚磷菌通过
此外，与好氧处理相关的生物膜法，由于 60 年代以来各种新型的有机合成材料大量生 产，如波纹板状、列管状和蜂窝状等有机人工合成填料，其比表面积和孔隙率大大增加，生 物膜反应器获得了新的发展。目前生物膜反应器发展迅速，由单一到复合，有好氧亦有厌氧， 逐步形成了一套较完整的污水生物处理工艺系列。如塔式生物滤池（好氧或厌氧滤池）、生 物转盘、生物接触氧化法、曝气生物滤池等得到了较多的研究和工程应用。其净化机理主要 是，微生物附着在载体表面生长而形成膜状，当污水流经载体表面和生物膜接触过程中，污 水中的有机污染物即被微生物吸附、稳定和氧化，最终转化为 H2O、CO2、NH3 和微生物细 胞物质，污水得到净化。生物膜中的生物群与活性污泥中的生物群几乎没有大的差别，只是 生物膜中微生物的食物链比活性污泥的长而且复杂，这也就是生物膜法的泥量小的原因。 在生物废水处理中，脱磷脱氮是相对困难和耗能的过程。传统的活性污泥法以去除有机 物和悬浮固体为目标，并不考虑氮磷的去除。对污水中同时存在的氮、磷等营养物只能去除 10% ~40%；我国目前颁布实施的国家《污水综合排放标准》(GB8978-1996)明确了适用于所 有排污单位,非常严格的磷酸盐排放标准和较严格的氨氮排放标准。随着对氮、磷营养物排 放标准的提高，目前的生物废水处理工艺中都结合了脱氮或除磷的功能要求。脱氮是将氮从 污水中完全脱除的过程，不是化合态的变化。生物脱氮包括下面四个过程: （1）同化过程；污水中一部分氨态氮和硝酸盐被微生物吸取为新细胞物质,以剩余污泥 形式去除。 （2）氨化过程；有机氮化合物通过异氧细菌的各种脱氨基作用转化为氨氮的过程。 （3）硝化过程；亚硝化菌，硝化菌将氨氮氧化成亚硝酸盐氮,硝酸盐氮。 （4）反硝化过程；反硝化菌将硝态氮转化为氮气，然后使氮气从污水中释入大气。 废水生物脱氮技术经过几十年的发展取得了很大的进步。为了提高氮的去除率，对常规 活性污泥工艺流程进行若干的改造，模拟自然界的氮循环原理，提出了很多生物脱氮技术， 开发了许多经济高效的脱氮工艺，如多级生物脱氮工艺，A/O 法生物脱氮工艺，SBR 生物脱 氮工艺等。其中，A/O 生物脱氮系统特征主要有： （1）反硝化反应器在前，BOD 去除、硝化两项反应的综合反应器在后； （2）反硝化反应以原废水中的有机物为碳源； （3）硝化液回流； （4）反硝化反应过程产生的碱度可补偿硝化反应消耗碱度的一半左右； （5）流程简单，不需外加碳源。 图 2：A/O 生物脱氮系统流程示意图 生物除磷的基本原理就是利用聚磷菌(polyphosphate accumulation organisms, PAOs)一类 的细菌，过量地、超出其生理需要地从水体中摄取磷，并将其以聚合形态储藏在体内，形成 高磷污泥(高磷生物量），排出系统，达到从废水中除磷的效果。在好氧条件下，聚磷菌通过
对细胞内碳能源存贮物(PHB/PHV)的氧化代谢产生能量，用于从液相（废水）中吸收磷并在 菌体内形成聚磷，并以聚磷的形式存贮超出生长需求的磷量，能量以聚磷酸高能键的形式捕 积存贮：但在厌氧条件下，聚磷菌体内的聚磷高能磷酸键水解，放出H3PO4和能量，形成 ADP。聚磷菌主要运用聚磷水解产生的能量，吸收厌氧区产生的或来自原污水的VFAs(低分 子发酵产物)，并将其运送到细胞内，同化成胞内碳能源存贮物(PHB/PHV),并导致磷酸盐 的释放。因此，厌氧一好氧交替是超量吸磷的前提条件。厌氧放磷过程越彻底，体内积累的 PHAS就越多，在好氧条件下，PHAS氧化产生的能量就越多，吸磷就越多。 现在的生产经常需要同时处理氮和磷，因此脱磷脱氮联合处理工艺应运而生，二者相互 作用相互影响，如A2/0脱磷脱氮工艺、UTC脱磷脱氮工艺、改良UTC脱磷脱氮工艺等。序 批式活性污泥法(Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process,简写为SBR),在去除 有机污染物的同时还具有脱磷除氮功能。它集初沉池、曝气池、二沉池为一体，不需设污泥 回流系统，在运行中采用间歇操作的形式。SB反应器的基本运行模式由进水、反应、沉淀、 排水和闲置等基本过程组成一个运行周期。SB法的工艺简单，便于自动控制，其主要设备就 是一个具有曝气和沉淀功能的反应器，无需连续流活性污泥法的二沉池和污泥回流装置，在 大多数情况下可以省去调节池和初沉池，系统构筑物小，流程简单，占地面积小、管理方便， 投资省，运行费用低。在沉淀时属于理想的静止沉淀，固液分离效果好，容易获得澄清的出 水。剩余污泥含水率低，这为后续污泥的处置提供了良好的条件。在运行操作过程中，可以 根据废水水量水质的变化、出水水质的要求调整一个运行周期中各个工序的运行时间、反应 器内混合液容积的变化和运行状态。此外，SB工艺在时间序列上提供了缺氧、厌氧和好氧 的环境条件，能有效脱磷去氮。由于SBR具有理想推流式特点，有机物浓度存在较大的浓度 梯度，有利于菌胶团细菌的繁殖，抑制丝状菌的生长，另外，反应器内缺氧好氧的变化以及 较短的污泥龄也是抑制丝状菌的生长的因素，从而有效地防止污泥膨胀。目前为止，上海交 通大学与澳大利亚BHP合作在中国建造了40余个SBR改良形式(ICEAS)的污水处理厂，包括工 业废水和市政废水：上海中药三厂，昆明第三和第四污水处理厂，效果显著。将脱磷脱氮结合 起来的另一项工艺是氧化沟(Oxidation Ditch,简称OD)技术，是将曝气、沉淀和污泥稳定等 处理过程集于一体的废水处理工艺，是活性污泥法的一种变形，己广泛应用于城市污水和工 业污水的处理工程中，其形式多样，变化复杂，更灵活地适应了不同国家的处理要求。 区别于好氧生物处理法，污水的厌氧生物处理日渐兴起。厌氧污泥实际上是以厌氧细菌 为主而构成的微生物生态系统。有机物厌氧消化过程是一个非常复杂的、由多种微生物群体 共同作用的生化和微生物过程，其复杂的细节，至今仍未完全清楚。按功能主要分为三类： 水解产酸细菌，不可溶有机物质被水解细菌降解为单糖、低聚糖、氨基酸、低聚肽及长链脂 肪酸，进一步转化为低分子物质，如H2、HC03、甲酸、乙酸、乙醇、丙酸、乳酸、丁酸、 戊酸、己酸、NH3和HS等。主要包括梭菌属、拟杆菌属、丁酸弧菌属、真细菌属和双歧杆 菌属等。产氢产乙酸细菌，降解丙酸、丁酸、戊酸、己酸、乙醇和乳酸等同时生成H2、C02 和乙酸的类群，有互营单孢菌属、互营杆菌属、梭菌属等。产甲烷菌是一个特殊的微生物类 群，它们属于一类原始细菌(Archebacteria),常见的产甲烷细菌有产甲烷短杆菌属、产甲 烷杆菌属。厌氧生物处理大致可分为3个阶段，水解发酵阶段，产酸脱氢阶段和产甲烷阶段。 水解发酵阶段是将大分子不溶性复杂有机物在细胞外酶的作用下，水解成小分子溶解性高级 脂肪酸（醇类：醛类、酮类等），然后渗入细胞内，参与的微生物主要是兼性细菌与专性厌氧 菌。产酸脱氢阶段是将第一阶段的产物降解为简单脂肪酸（乙酸、丙酸、丁酸等），并脱氢进 一步形成乙酸，奇数碳有机物还产生C02,如戊酸。产甲烷阶段是将第二阶段的产物还原成 CH4,参与作用的微生物是绝对厌氧菌（甲烷菌）。与好氧生物处理相比，厌氧生物处理主要用 于高浓度废水处理；能量需求低，还可以产生能量：污泥产量极低：能够被降解的有机物多。 但处理过程机理较为复杂，它是多种不同性质的微生物协同工作的过程，远比好氧复杂。因
对细胞内碳能源存贮物(PHB/PHV)的氧化代谢产生能量，用于从液相（废水）中吸收磷并在 菌体内形成聚磷，并以聚磷的形式存贮超出生长需求的磷量，能量以聚磷酸高能键的形式捕 积存贮；但在厌氧条件下，聚磷菌体内的聚磷高能磷酸键水解，放出 H3PO4 和能量，形成 ADP。聚磷菌主要运用聚磷水解产生的能量，吸收厌氧区产生的或来自原污水的 VFAs（低分 子发酵产物），并将其运送到细胞内，同化成胞内碳能源存贮物（PHB/PHV），并导致磷酸盐 的释放。因此，厌氧—好氧交替是超量吸磷的前提条件。厌氧放磷过程越彻底，体内积累的 PHAS 就越多，在好氧条件下，PHAS 氧化产生的能量就越多，吸磷就越多。 现在的生产经常需要同时处理氮和磷，因此脱磷脱氮联合处理工艺应运而生，二者相互 作用相互影响，如 A2/0 脱磷脱氮工艺、UTC 脱磷脱氮工艺、改良 UTC 脱磷脱氮工艺等。序 批式活性污泥法（Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process，简写为 SBR），在去除 有机污染物的同时还具有脱磷除氮功能。它集初沉池、曝气池、二沉池为一体, 不需设污泥 回流系统，在运行中采用间歇操作的形式。SBR 反应器的基本运行模式由进水、反应、沉淀、 排水和闲置等基本过程组成一个运行周期。SBR 法的工艺简单, 便于自动控制,其主要设备就 是一个具有曝气和沉淀功能的反应器, 无需连续流活性污泥法的二沉池和污泥回流装置, 在 大多数情况下可以省去调节池和初沉池, 系统构筑物小, 流程简单, 占地面积小、管理方便, 投资省, 运行费用低。在沉淀时属于理想的静止沉淀，固液分离效果好, 容易获得澄清的出 水。剩余污泥含水率低, 这为后续污泥的处置提供了良好的条件。在运行操作过程中, 可以 根据废水水量水质的变化、出水水质的要求调整一个运行周期中各个工序的运行时间、反应 器内混合液容积的变化和运行状态。此外，SBR 工艺在时间序列上提供了缺氧、厌氧和好氧 的环境条件，能有效脱磷去氮。由于 SBR 具有理想推流式特点，有机物浓度存在较大的浓度 梯度，有利于菌胶团细菌的繁殖，抑制丝状菌的生长，另外，反应器内缺氧好氧的变化以及 较短的污泥龄也是抑制丝状菌的生长的因素，从而有效地防止污泥膨胀。目前为止，上海交 通大学与澳大利亚 BHP 合作在中国建造了 40 余个 SBR 改良形式(ICEAS)的污水处理厂,包括工 业废水和市政废水:上海中药三厂,昆明第三和第四污水处理厂，效果显著。将脱磷脱氮结合 起来的另一项工艺是氧化沟(Oxidation Ditch，简称 OD)技术，是将曝气、沉淀和污泥稳定等 处理过程集于一体的废水处理工艺，是活性污泥法的一种变形，已广泛应用于城市污水和工 业污水的处理工程中，其形式多样，变化复杂，更灵活地适应了不同国家的处理要求。 区别于好氧生物处理法，污水的厌氧生物处理日渐兴起。厌氧污泥实际上是以厌氧细菌 为主而构成的微生物生态系统。有机物厌氧消化过程是一个非常复杂的、由多种微生物群体 共同作用的生化和微生物过程，其复杂的细节，至今仍未完全清楚。按功能主要分为三类： 水解产酸细菌，不可溶有机物质被水解细菌降解为单糖、低聚糖、氨基酸、低聚肽及长链脂 肪酸，进一步转化为低分子物质，如 H2、HCO3 -、甲酸、乙酸、乙醇、丙酸、乳酸、丁酸、 戊酸、己酸、NH3 和 HS -等。主要包括梭菌属、拟杆菌属、丁酸弧菌属、真细菌属和双歧杆 菌属等。产氢产乙酸细菌，降解丙酸、丁酸、戊酸、己酸、乙醇和乳酸等同时生成 H2、CO2 和乙酸的类群，有互营单孢菌属、互营杆菌属、梭菌属等。产甲烷菌是一个特殊的微生物类 群，它们属于一类原始细菌（Archebacteria），常见的产甲烷细菌有产甲烷短杆菌属、产甲 烷杆菌属。厌氧生物处理大致可分为 3 个阶段，水解发酵阶段，产酸脱氢阶段和产甲烷阶段。 水解发酵阶段是将大分子不溶性复杂有机物在细胞外酶的作用下，水解成小分子溶解性高级 脂肪酸(醇类；醛类、酮类等)，然后渗入细胞内，参与的微生物主要是兼性细菌与专性厌氧 菌。产酸脱氢阶段是将第一阶段的产物降解为简单脂肪酸(乙酸、丙酸、丁酸等)，并脱氢进 一步形成乙酸，奇数碳有机物还产生 C02，如戊酸。产甲烷阶段是将第二阶段的产物还原成 CH4,参与作用的微生物是绝对厌氧菌(甲烷菌)。与好氧生物处理相比，厌氧生物处理主要用 于高浓度废水处理；能量需求低，还可以产生能量；污泥产量极低；能够被降解的有机物多。 但处理过程机理较为复杂，它是多种不同性质的微生物协同工作的过程，远比好氧复杂。因
此，厌氧工艺经历了很长足的发展，早期的厌氧消化工艺可以称为第一代厌氧消化工艺，以 厌氧消化池为代表，属于低负荷系统。化粪池是最普及的厌氧消化池，用于处理来自厕所的 粪便污水。第二代厌氧生物废水反应器的设计思想是利用微生物聚体（絮体、颗粒、生物膜 等)的形成，在反应器中达到高的菌体浓度。与传统厌氧反应器相比，本质优点是生长缓慢 的微生物种群的洗出大为减少。由于反应器内高浓度的活性生物量，而达到了高的体积转化 速率和低的毒性敏感度，处理性能大为提高。加之厌氧过程其自身产能的优势（沼气发电、 沼气锅炉等)，使得厌氧处理技术开始具有与好氧处理相竞争的能力，特别是在处理高浓度 有机工业废水方面，其典型代表有升流式厌氧污泥床(UASB)反应器，在UASB反应器中形成 颗粒状污泥组成的污泥床，同时具有三相分离器装置使处理的出水与污泥分离。颗粒污泥是 球状生物膜，提高了污泥的沉降性、在反应器中的生物滞留量，是第二代厌氧反应器诞生的 基础。至今，USB反应器在国内也是应用最广泛的厌氧反应器，主要用于工业有机废水的 处理。厌氧反应器的混合来源于进水的混合和产气的扰动。但是对于进水在无法采用高的水 力和有机负荷的情况下，USB反应器的应用负荷和产气率受到限制：为获高的搅拌强度， 必须采用高的反应器或采用出水回流，获得高的上升流速。正是对于这一问题的研究导致了 第三代厌氧反应器的开发和应用。厌氧膨胀颗粒污泥床反应器(EGSB),EGSB反应器实际上 是（改进的UASB反应器。固体流态化技术使颗粒污泥床呈膨胀状态，改善了固体颗粒污泥 和废水间的接触，提高了传质效率，颗粒污泥活性更高，适合处理可溶性易降解的中高浓度 有机废水。 小城镇的污水处理多依赖于稳定塘，又名氧化塘或生物塘，是一种利用天然净化能力处 理污水的生物处理设施，按塘内的微生物类型、供氧方式和功能等进行划分，可分为好氧塘、 兼性塘和厌氧塘。好氧塘的深度较浅，阳光能透至塘底，全部塘水都含有溶解氧，塘内菌藻 共生，溶解氧主要是由藻类供给，好氧微生物起净化污水作用。兼性塘的深度较大，上层为 好氧区，藻类的光合作用和大气复氧作用使其有较高的溶解氧，由好氧微生物起净化污水作 用：中层的溶解氧逐渐减少，称兼性区（过渡区），由兼性微生物起净化作用：下层塘水无溶 解氧，称厌氧区，沉淀污泥在塘底进行厌氧分解。 阳光 水面 好氧层 光合作用C02+H0一一O2+藻类细胞 流入污水 T好氧分解有机物+0二C0+新细胞 可 CO NH CHA 兼性层 质 厌氧层（污泥层）有机物→产酸发酵+甲烷发酵→气体 塘底 图3：兼性塘生物反应示意图 厌氧塘的塘深在2以上，有机负荷高，全部塘水均无溶解氧，呈厌氧状态，由厌氧微 生物起净化作用，净化速度慢，污水在塘内停留时间长。但厌氧塘的处理效果不高，出水
此，厌氧工艺经历了很长足的发展，早期的厌氧消化工艺可以称为第一代厌氧消化工艺，以 厌氧消化池为代表，属于低负荷系统。化粪池是最普及的厌氧消化池，用于处理来自厕所的 粪便污水。第二代厌氧生物废水反应器的设计思想是利用微生物聚体（絮体、颗粒、生物膜 等）的形成，在反应器中达到高的菌体浓度。与传统厌氧反应器相比，本质优点是生长缓慢 的微生物种群的洗出大为减少。由于反应器内高浓度的活性生物量，而达到了高的体积转化 速率和低的毒性敏感度，处理性能大为提高。加之厌氧过程其自身产能的优势（沼气发电、 沼气锅炉等），使得厌氧处理技术开始具有与好氧处理相竞争的能力，特别是在处理高浓度 有机工业废水方面，其典型代表有升流式厌氧污泥床(UASB)反应器，在 UASB 反应器中形成 颗粒状污泥组成的污泥床，同时具有三相分离器装置使处理的出水与污泥分离。颗粒污泥是 球状生物膜，提高了污泥的沉降性、在反应器中的生物滞留量，是第二代厌氧反应器诞生的 基础。至今，UASB 反应器在国内也是应用最广泛的厌氧反应器，主要用于工业有机废水的 处理。厌氧反应器的混合来源于进水的混合和产气的扰动。但是对于进水在无法采用高的水 力和有机负荷的情况下，UASB 反应器的应用负荷和产气率受到限制；为获高的搅拌强度， 必须采用高的反应器或采用出水回流，获得高的上升流速。正是对于这一问题的研究导致了 第三代厌氧反应器的开发和应用。厌氧膨胀颗粒污泥床反应器（EGSB），EGSB 反应器实际上 是(改进的)UASB 反应器。固体流态化技术使颗粒污泥床呈膨胀状态，改善了固体颗粒污泥 和废水间的接触，提高了传质效率，颗粒污泥活性更高，适合处理可溶性易降解的中高浓度 有机废水。 小城镇的污水处理多依赖于稳定塘，又名氧化塘或生物塘，是一种利用天然净化能力处 理污水的生物处理设施，按塘内的微生物类型、供氧方式和功能等进行划分，可分为好氧塘、 兼性塘和厌氧塘。好氧塘的深度较浅，阳光能透至塘底，全部塘水都含有溶解氧，塘内菌藻 共生，溶解氧主要是由藻类供给，好氧微生物起净化污水作用。兼性塘的深度较大，上层为 好氧区，藻类的光合作用和大气复氧作用使其有较高的溶解氧，由好氧微生物起净化污水作 用；中层的溶解氧逐渐减少，称兼性区(过渡区)，由兼性微生物起净化作用；下层塘水无溶 解氧，称厌氧区，沉淀污泥在塘底进行厌氧分解。 图 3：兼性塘生物反应示意图 厌氧塘的塘深在 2 m 以上，有机负荷高，全部塘水均无溶解氧，呈厌氧状态，由厌氧微 生物起净化作用，净化速度慢，污水在塘内停留时间长。但厌氧塘的处理效果不高，出水
BOD5浓度仍然较高不能达到二级处理水平，因此厌氧塘一般作为其他处理设备的前处理单 元。在此基础上，人工优化改进，从而形成了曝气塘和深度处理塘等类型，还有水生植物塘 (塘内种植水葫芦、水花生等水生植物，以提高污水净化效果，特别是提高对磷、氮的净化 效果)。还有比较原生态的处理方法就是污水土地处理法，利用土壤一微生物一植物组成的 生态系统使污水中的污染物净化的处理方法。水中的营养物质和水分也得以循环利用。污水 土地处理系统的净化机理包含了物理过滤、物理吸附、物理沉积、物理化学吸附、化学反应 和化学沉淀、微生物对有机物的降解、植物对无机NP的吸收等过程。磷主要是通过植物吸 收，化学反应和沉淀（与土壤中的钙、铝、铁等离子形成难溶的磷酸盐），物理吸附和沉积（土 壤中的黏土矿物对磷酸盐的吸附和沉积)，物理化学吸附（离子交换、络合吸附）等方式被去除。 氮主要是通过植物吸收，微生物脱氮（氨化、硝化、反硝化），挥发、渗出（氨在碱性条件下逸 出)等方式被去除。污水中的悬浮物质是依靠作物和土壤颗粒间的孔隙截留、过滤去除的。 经土壤过滤后，水中大部分的病菌和病毒可被去除，去除率可达92%~97%。而重金属的 去除主要是通过物理化学吸附，化学反应与沉淀等途径被去除的。BOD大部分是在土壤表 层土中去除的。土壤中含有大量的种类繁多的异养型微生物，它们能对被过滤、截留在土壤 颗粒空隙间的悬浮有机物和溶解有机物进行生物降解，并合成微生物新细胞。综上所述，土 地处理是使污水资源化、无害化和稳定化的处理利用系统，应用前景远大。 有效利用环境生物技术进行废水生物处理，将能改善人民的生活质量，优化产业结构发 展方式，实现真正的可持续发展。因此，环境生物技术必将在未来的生物技术产业中占据一 席之地。同时，环境生物技术将不局限于废水处理，可以拓展至空气污染、土壤污染等多个 领域，从方方面面渗入我们的日常生产生活中，有利于我们高品质高效率环境友好型地生存 发展。 参考文献： 1.《现代环境生物技术》，王建龙等编著，清华大学出版社，2001。 2.《环境生物工程》，伦世仪主编，化学工业出版社，2002。 3.《环境生物技术与工程》，陈欢林主编，化学工业出版社，2003
BOD5 浓度仍然较高不能达到二级处理水平，因此厌氧塘一般作为其他处理设备的前处理单 元。在此基础上，人工优化改进，从而形成了曝气塘和深度处理塘等类型，还有水生植物塘 (塘内种植水葫芦、水花生等水生植物，以提高污水净化效果，特别是提高对磷、氮的净化 效果)。还有比较原生态的处理方法就是污水土地处理法，利用土壤—微生物—植物组成的 生态系统使污水中的污染物净化的处理方法。水中的营养物质和水分也得以循环利用。污水 土地处理系统的净化机理包含了物理过滤、物理吸附、物理沉积、物理化学吸附、化学反应 和化学沉淀、微生物对有机物的降解、植物对无机 N\P 的吸收等过程。磷主要是通过植物吸 收，化学反应和沉淀(与土壤中的钙、铝、铁等离子形成难溶的磷酸盐)，物理吸附和沉积(土 壤中的黏土矿物对磷酸盐的吸附和沉积)，物理化学吸附(离子交换、络合吸附)等方式被去除。 氮主要是通过植物吸收，微生物脱氮(氨化、硝化、反硝化)，挥发、渗出(氨在碱性条件下逸 出)等方式被去除。污水中的悬浮物质是依靠作物和土壤颗粒间的孔隙截留、过滤去除的。 经土壤过滤后，水中大部分的病菌和病毒可被去除，去除率可达 92％～97％。而重金属的 去除主要是通过物理化学吸附，化学反应与沉淀等途径被去除的。BOD 大部分是在土壤表 层土中去除的。土壤中含有大量的种类繁多的异养型微生物，它们能对被过滤、截留在土壤 颗粒空隙间的悬浮有机物和溶解有机物进行生物降解，并合成微生物新细胞。综上所述，土 地处理是使污水资源化、无害化和稳定化的处理利用系统，应用前景远大。 有效利用环境生物技术进行废水生物处理，将能改善人民的生活质量，优化产业结构发 展方式，实现真正的可持续发展。因此，环境生物技术必将在未来的生物技术产业中占据一 席之地。同时，环境生物技术将不局限于废水处理，可以拓展至空气污染、土壤污染等多个 领域，从方方面面渗入我们的日常生产生活中，有利于我们高品质高效率环境友好型地生存 发展。 参考文献： 1.《现代环境生物技术》，王建龙等编著，清华大学出版社，2001。 2.《环境生物工程》，伦世仪主编，化学工业出版社，2002。 3.《环境生物技术与工程》，陈欢林主编，化学工业出版社，2003
