爱华网环境科学讲座第二篇 5.水体污染治理
五：水体污染的生物处理(1)
水体污染的生物处理方法，是利用微生物的作用，使废水中溶解性和胶体性有机污染物降解，转化为简单的物质，将有毒物质转化为无害物质。本节所要介绍的主要是生物方法。生物处理法分为好氧与厌氧两大类。由于好氧生物处理效率高、使用广泛，已成为生物处理法的主要方法，通常所说的生物法均指此类而言。厌氧生物处理法主要用于污泥的消化处理和高浓度有机废水的处理。
好氧微生物在分解有机物的过程中，把一部分物质用于合成细胞原生质，一部分变为代谢产物，并放出能量，以供给微生物的原生质合成与生命活动（图7-3）。好氧生物处理采用的方法有活性污泥法、生物膜法以及氧化塘法。 （一）活性污泥法 1．机理：活性污泥法是利用人工培养和驯化的微生物群体去分解废水中可供生物降解的有机物，通过生物化学反应，改变这些有机物的性质，再把它们从废水中分离出来，从而使废水得到净化的方法。 所谓活性污泥，是微生物群体及它们所吸附的有机物质和无机物质的总称。微生物以细菌为主，包括真菌、藻类、原生动物等。细菌是净化功能的主体，污水中的溶解性有机物是透过细胞膜而被细菌吸收的；固体和胶体状态的有机物是先由细菌分泌的酶分解为可溶性物质，再渗入细胞而被细菌利用的。 有机物在有氧条件下，通过好氧微生物的代谢作用被分解氧化，最终生成二氧化碳和水。按照代谢产物，微生物的代谢作用分成合成代谢和分解代谢两部分。微生物以废水中的有机物为食料，将一部分合成新细胞而另一部分氧化分解以获得能量。与此同时，一部分微生物细胞物质自身也在氧化分解供应能量，叫做微生物的内源呼吸作用，它在有机物接近耗尽时，成为微生物获取能量的主要方式。这一系列生物化学反应，可用物料平衡关系图表示（图7-4）。
图中的有关参数定义分别是：
a：合成系数，表示基质被利用于合成反应的那一部分在基质总量中所占比例，即被去除的BOD5 用于合成反应部分的重量/被去除的BOD5的总重量。 a′：氧化系数，表示基质被利用于氧化反应的那一部分在基质总量中所占比例，即被去除的BOD5用于氧化反应部分的重量/被去除的BOD5的总重量。 b：微生物群体（即活性污泥）的自身氧化率，即内源呼吸过程中单位时间被氧化的微生物量。如b=0.1/d，表示每天在反应器内有微生物总量的1/10自身氧化。b′：内源呼吸自身氧化耗氧率，即内源呼吸过程中单位重量的微生物群体每天所耗用的氧的重量。
2．基本流程：活性污泥的净化功能也就是污水中的有机物质通过微生物群体的代谢作用，被分解氧化和合成新细胞的过程。这一过程是在一组工程构筑物系统中实现的。该系统的主要构筑物是曝气池和二次沉淀池（如图7-5所示）。
在曝气池中，首先培养和驯化出具有适当浓度的活性污泥，然后引入待处理的废水与池中活性污泥混合为混合液，同时不断地供给空气，使氧转移到污水中促进好气细茵的活动，并使污水中的有机物与活性污泥充分接触进行吸附氧化。经氧化分解后，混合液流出进入二次沉淀池，使泥水分离，澄清水排出。沉淀的污泥一部分回流到曝气池前与污水混合，维持净化污水中的有机物所必需的活性污泥浓度，以实现连续的净化过程；超过需要的增长污泥部分则从系统中排出。
3．活性污泥降解废水中有机物的过程：活性污泥在曝气过程中对有机物的降解（去除）过程可分为两个阶段——吸附阶段和稳定阶段。在吸附阶段，主要是废水中的有机物转移到活性污泥上去，这是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所致。废水主要靠活性污泥的吸附作用而得到净化。在稳定阶段，主要是转移到活性污泥上的有机物质为微生物所利用的过程。当废水中的有机物处于悬浮状态和胶态时，吸附阶段很短（一般在10—45分钟左右），而稳定阶段较长。
为了理解活性污泥降解废水中有机物的过程，有人曾做过一个简单的实验：把某厂的废水同活性污泥混合、曝气。每隔一定的时间取样，测定废水的耗氧量（替代BOD测定），并观察废水耗氧量的下降过程（图7-6是实验的结果）。
对图7-6应当说明的是，混合液内活性污泥浓度（即混合液的悬浮固体）为2500mg/L。废水的初始耗氧量为120mg/L。图中曲线1是废水耗氧量的残留量曲线，曲线2是耗氧量的去除率曲线，去除率是下降量与初始量的百分比。从图中可以看出，随着曝气过程的推进，曲线1的斜率迅速降低，这表明废水耗氧量的下降速率很快；同时从曲线2上可以看出，在40分钟内去除了69％的耗氧量，到2小时后也只去除了76％，即后面的80分钟仅去除7％。
BOD同耗氧量一样，也是反映废水中有机物浓度的，耗氧量的下降就是表明有机物量的下降。微生物在氧化分解水中有机物的过程中要消耗水中的溶解氧，溶解氧的消耗就是通常所说的生化需氧量。这样生化需氧量这个水质指标就间接地度量了废水中被微生物利用了的有机物量。一般说来，在活性污泥法曝气过程中，如果在测定一系列废水BOD残留量的同时相应地测定一系列的溶解氧消耗量，就可概略地知道所有从废水中去除的有机物是否都已被微生物利用。如果不考虑内源呼吸，BOD下降量就等于氧的消耗量，那么从废水中去除的有机物已全部被微生物利用（一部分转化为细胞物质，另一部分转化为无机物）。如果两值不等，那么从废水中去除的有机物并未全部被微生物利用，而两值的差则相当于尚未被微生物利用的那部分有机物。
