废水的生化处理方法

废水的生化处理方法

一、专业术语

1．化学需氧量（COD cr）

化学需氧量是指在规定条件下用化学氧化剂（K2Cr2O7或KMnO4）氧化分解水中有机物时，与消耗的氧化剂当量相等的氧量(mg／L)。

当氧化剂用重铬酸钾(K2Cr2O7)时，由于重铬酸钾氧化作用很强，所以能够较完全地氧化水部分有机物(除苯、甲苯等芳香烃类化合物以外)和无机性还原物质(但不包括硝化所需的氧量)，此时化学需氧量用COD Cr，或COD表示；如采用高锰酸钾（KMnO4）作为氧化剂时，则称为高锰酸指数，写作COD Mn。

与BOD5相比，COD Cr能够在较短的时间(规定为2小时)较精确地测出废水中耗氧物质的含量，不受水质限制，因此得到了广泛的应用。缺点是不能表示可被微生物氧化的有机物量，此外废水中的还原性无机物也能消耗部分氧，造成一定误差。

如果废水中各种成分相对稳定，那么COD与BOD之间应有一定的比例关系。一般说来，COD Cr ＞BOD20＞BOD5＞COD Mn，其中BOD5／COD Cr可作为废水是否适宜生化法处理的一个衡量指标。比值越大，该废水越容易被生化处理。—般认为BOD5／COD Cr大于0.3的废水才适宜采用生化处理。

2．五日生化需氧量（BOD5）

生化需氧量（BOD）是表示在有氧条件下，温度为20℃时，由于微生物(主要是细菌)的活动，使单位体积污水中可降解的有机物氧化达到稳定状态时所需氧的量(mg/L)。BOD的值越高，表示需氧有机物越多。

20℃时在BOD的测定条件（氧充足、不搅动）下，一般有机物20天才能够基本完成在第一阶段的氧化分解过程（完成过程的99%）。就是说，测定第一阶段的生化需氧量，需要20天，这在实际工作中是难以做到的。为此又规定一个标准时间，一般以5日作为测定BOD的标准时间，因而称之为五日生化需氧量，以BOD5表示之。BOD5约为BOD20的70%左右。

3．氨氮（NH3-N）

氨氮是指水中以游离氨（NH3）和铵离子（NH4+）形式存在的氮。

4．总磷（TP）

总磷是水样经消解后将各种形态的磷转变成正磷酸盐后测定的结果，以每升水样含磷毫克数计量。水中磷可以元素磷、正磷酸盐、缩合硫酸盐、焦磷酸盐、偏磷酸盐和有机团结合的磷酸盐等形式存在。

5．悬浮固体（SS ）

水体中悬浮物的含量是水质污染程度的基本判断指标之一。悬浮物是指在水中呈悬浮状态的固体物质，它包括无机物和有机物，如不溶于水的淤泥、粘土、微生物等，含量用每升水样中含有多少毫克悬浮物来表示，记为毫克／升。

6．溶解氧（DO ）

溶解氧是指溶解于1升水中的分子氧的含量，用毫克(氧)／升表示。它是衡量水体污染程度的重要指标，是水环境监测中必不可少的一项指标。在没有污染的水体中，溶解氧是处于饱和状态的。例如，一个大气压下，温度为0℃的淡水中溶解氧的含量是10毫克／升，海水中的溶解氧含量约为淡水溶解氧含量的80%。

7．pH

pH 值是反映污水酸碱性大小的一个指标，它对污水处理及利用以及水中生物生长繁殖都有很大影响。pH 值是对氢离子浓度的一种表示方法，它表示氢离子浓度（mol/L ）负对数的值，即

1pH lg[H ]lg H +

+?? ?=-= ??????? 二、微生物及其生化特性

迄今为止，已知的环境污染物达数十万种之多，其量的是有机物。所有的有机污染物，可根据微生物对它们的降解性，分成可生物降解、难生物降解和不可生物降解三大类。

废水的生物处理就是利用微生物的新代作用处理废水的一种方法。微生物与其它生物一样，为了进行自身的生理活动，必须从周围环境中摄取营养物质并加以利用。这些营养物质在微生物体，通过一系列的生物化学反应，使微生物获得需要的能量，同时微生物本身也得到繁殖、数量得到增加。在废水中存在着各种有机物和无机物。这些物质大部分都可以被微生物作为营养物质而加以利用。废水的生物处理实质就是将废水中含有的污染物质作为微生物生长的营养物质被微生物代、利用、转化，将原有的高分子有机物转化为简单有机物或无机物，使得废水得到净化。

三、生化处理方法概述

不同的细菌对氧的反应变化很大，一些细菌只能在有氧存在的环境中生长，称需氧细菌(或称好氧细菌)，利用此类微生物的作用来处理废水称为好氧生物处理法。另一些细菌只能在无氧的环境中生长，叫厌氧细菌，相应的处理方法叫厌氧生物处理。介于两者之间的还有兼性微生物(在有氧或无氧的环境中均可生长)，但它们在废水处理中不起主要作用。

按微生物的代形式，生化法可分为好氧法和厌氧法两大类；按微生物的生长方式可分为悬浮生物法和生物膜法，现归纳如下：

（一）废水的厌氧生物处理

在断绝供氧的条件下，利用厌氧微生物的生命活动过程，使废水中的有机物转化成较简单的有机物和无机物的处理过程，在工程上称为废水的厌氧生物处理。

有机物的厌氧分解过程分为两个阶段。在第一阶段中，产酸细菌把存在于废水中的复杂有机物转化成较简单的有机物(如有机酸、醇类等)和CO2、NH3、H2S等无机物。在第二阶段中，甲烷细菌接着将简单的有机物分解成甲烷和二氧化碳等。厌氧分解过程可用图1-1的简单图式来说明。

图1-1 有机物厌氧分解图示

厌氧分解过程中，由于缺乏氧作为氢受体，所以，对有机物的分解不彻底，贮于有机物中的化学能未全部释放出来。一般说来，微生物的厌氧生长条件比较严格。

（二）废水的好氧生物处理

在充分供氧的条件下，利用好氧微生物的生命活动过程，将有机污染物氧化分解成较稳定的无机物的处理方法，在工程上称为废水的好氧生物处理。

微生物对有机污染物进行好氧分解的过程如下：溶解态的有机物可以直接透过细菌的细胞壁进入细胞。固体或胶体的有机物先被细菌吸附，靠细菌所分泌的外酶作用，分解成溶解性的物质，然后，再渗入细菌细胞，通过细菌自身的生命活动，在酶的作用下，进行氧化、还原和合成过程。一部分被吸收的有机物氧化分解成简单的无机物，如有机物中的碳被氧化成二氧化碳，氢与氧化合成水，氮被氧化成氨、亚硝酸盐和硝酸盐，磷被氧化成磷酸盐，硫被氧化成硫酸盐等。与此同

时释放出能量，作为细菌自身生命活动的能源，并将另一部分有机物作为其生长繁殖所需要的构造物质，合成新的原生质。

好氧生物处理时，有机物的转化过程如图1-2所示。

图1-2 有机物的好氧分解图示

在废水好氧处理过程中，必须不间断地供给溶解氧。因为氧是有机物的最后氢受体，正是由于这种氢的转移，才使能量释放出来，成为细菌生命活动和合成新细胞物质的能源。

有机物的好氧合成过程，也可以用下列生化反应式表示：

（1）有机物的氧化分解(有氧呼吸)：

（2）原生质的同化合成(以氨为氮源)：

（3）原生质的氧化分解(源呼吸)：

由此可以看出，当废水中营养物质充足，即微生物既能获得足够的能量，又能大量地合成新的原生质肘，微生物就不断增长。当废水中营养物质缺乏时，微生物只得依靠细胞贮藏的物质，甚至把原生质也作为营养物质利用，以获得生命活动所需的最低限度得能源，这种情况下，微生物无论重量还是数量都是不断减少的。可见，要保证废水处理得效果，首先必须有足够数量的微生物，同肘，还必须有足够数量的营养物质。

在好氧生物处理过程中，有机物用于氧化与合成的比例，随废水中有机物性质而异。对于生活污水或与之相类似的工业废水，所产生的新细胞物质，约占全部有机物干重的50～60％。

四、好氧生物处理与厌氧生物处理的区别

1．起作用的微生物群不同好氧生物处理是由一大群好氧菌和兼性厌氧菌起作用的；而厌氧生物处理是两大类群的微生物起作用，先是厌氧菌和兼性厌氧菌，后是另一类厌氧菌。

2．产物不同好氧生物处理中，有机物被转化成CO2、H2O、NH3、

3

4

PO--、2

4

SO-等，且

基本无害。厌氧生物处理中，有机物先被转化成为数众多的中间有机物(如有机酸、醇、醛等)，以及CO2、H2O等；其中有机酸、醇、醛等有机物又被另一群被称为甲烷菌的厌氧菌继续分解。由于能量的限制，其终产物受到较少的氧化作用，如有机碳常形成CH4，而不是CO2；有机氮形成氨、胺化物或氮气，而不是亚硝酸盐或硝酸盐；硫形成H2S，而不是SO2或24

SO-等。产物复杂，有异臭，一些产物可作燃料。

3．反应速率不同好氧生物处理由于有氧作为氢受体，有机物转化速率快，需要时间短。可用较小的设备处理较多的废水；厌氧生物处理反应速率慢，需要时间长，在有限的设备，仅能处理较少量废水或污泥。

4．对环境要求条件不同好氧生物处理要求充分供氧，对环境条件要求不太严格；厌氧生物处理要求绝对厌氧的环境，对环境条件(如PH值、温度)要求甚严。

好氧生物处理与厌氧生物处理都能完成有机污染物的稳定化，但在实际中究竟采用哪种方法，要视具体情况而定。采用厌氧法处理废水，除需要时间长外，处理水发黑，有臭味，且BOD 浓度仍然很高；如果废水的BOD5浓度较低，所需的处理设备将很庞大。所以，一般废水中有机物浓度若超过1%(约l0000毫克/升)，才用厌氧生物处理。目前的厌氧生物处理多用于处理沉淀池的有机污泥和高浓度有机废水(象屠宰、酿造工业、食品工业等生产废水)。而好氧生物处理则多用于处理有机污染物浓度较低或适中的废水。

五、厌氧生物处理法

厌氧生物处理是在无氧的情况下，利用兼性菌和厌氧菌的代作用，分解有机物的一种生物处理法。是一种低成本的废水处理技术，它能在处理废水过程中回收能源。厌氧生化法不仅可用于处理有机污泥和高浓度有机废水，也用于处理中、低浓度有机废水，包括城市污水。

厌氧生化法与好氧生化法相比具有下列优点。

(1) 应用围广好氧法因供氧限制一般只适用于中、低浓度有机废水的处理，而厌氧法既适用于高浓度有机废水，又适用于中、低浓度有机废水。有些有机物对好氧生物处理法来说是难降解的，但对厌氧生物处理是可降解的、如固体有机物、着色剂蒽酿和某些偶氮染料等。

(2) 能耗低好氧法需要消耗大量能量供氧，曝气费用随着有机物浓度的增加而增大，而厌氧法不需要允氧，而且产生的沼气可作为能源。废水有机物达一定浓度后，沼气能量可以抵偿消耗能量。当原水BOD5达到1500mg/L时，采用厌氧处理即有能量剩余。有机物浓度愈高，剩余能量愈多。—般厌氧法的动力消耗约为活性污泥法的1/10。

(3 )负荷高通常好氧法的有机容积负荷为2~4kgBOD/m3.d，而厌氧法为2～10kg COD/m3.d，高的可达50kgCOD／m3.d。

(4) 剩余污泥量少，且其浓缩性、脱水性良好好氧法每去除1kg COD将产生0.4~0.6 kg 生物量，而厌氧法去除1kg COD只产生0.02~0.1kg 生物量，其剩余污泥量只有好氧法的5％~20％。同时，消化污泥在卫生学上和化学上都是稳定的。因此，剩余污泥处理和处置简单、运行费用低，甚至可作为肥料、饲料或饵料利用。

(5) 氮、磷营养需要量较少好氧法一般要求BOD：N：P为100：5：1，而厌氧法的BOD：N：P为100：2.5：0.5，对氮、磷缺乏的工业废水所需投加的营养盐量较少。

(6) 厌氧处理过程有一定的杀菌作用，可以杀死废水和污泥中的寄生虫卵、病毒等。

(7) 厌氧活性污泥可以长期贮存，厌氧反应器可以季节性或间歇性运转。与好氧反应器相比，在停止运行一段时间后，能较迅速启动。

但是，厌氧生物处理法也存在下列缺点：

(1) 厌氧微生物增殖缓慢，因而厌氧设备启动和处理时间比好氧设备长。

(2) 处理后的出水水质差，往往需进一步处理才能达标排放。

1. 厌氧消化原理

复杂有机物的厌氧消化过程要经历数个阶段，由不同的细菌群接替完成。根据复杂有机物在此过程中的物态及物性变化，可分为以下三个阶段。

第一阶段为水解阶段。废水中的不溶性大分子有机物(如蛋白质、多糖类、脂类等)经发酵细菌水解后，分别转化为氨基酸、葡萄糖和甘油等水溶性的小分子有机物。水解过程通常较缓慢，因此被认为是含高分子有机物或悬浮物废液厌氧降解的限速阶段。

由于简单碳水化合物的分解产酸作用，要比含氮有机物的分解产氨作用迅速，故蛋白质的分解在碳水化合物分解后产生。

含氮有机物分解产生的NH3除了提供合成细胞物质的氮源外，在水中部分电离，形成NH4HCO3，具有缓冲消化液pH值的作用，故有时也把继碳水化合物分解后的蛋白质分解产氨过程称为酸性减退期，反应为：

第二阶段为产氢产乙酸阶段。在产氢产乙酸细菌的作用下，第一阶段产生的各种有机酸被分解转化成乙酸和H2，在降解奇数碳素有机酸时还形成CO2，如：