東道爾水技術:廢水生化處理基礎知識培訓材料

一、 廢水的來源和種類

根據來源不同，廢水可分為生活汙水和工業廢水兩大類。

生活汙水是人們日常生活活動中所排出的廢水，一般不含有有毒物質，但是，具有適於微生物繁殖的條件，含有大量細菌和病原體，從衛生角度來看，具有一定的危害性。

工業廢水是工業生產過程中所排出的廢水，工業廢水類型繁多，特徵是水量差別懸殊，水質成分複雜。

二、 廢水排放水質指標

水質指標是對水體進行監測、評價、利用以及汙染治理的主要依據。水質的分析監測應按國家規定的標準進行。

水質指標可以概括為物理指標、化學指標和生物指標。

1. 物理指標

（1） 固體物質

廢水中的固體物質包括懸浮固體和溶解固體兩類。懸浮固體也稱懸浮物質或懸浮物，通常用SS表示，是在水質分析中，將水樣過濾，不能通過過濾器的固體顆粒物。

（2） 濁度

（3） 臭和味

（4） 溫度

（5） 色澤和色度

色度是指廢水所呈現的顏色深淺程度。一般有兩種表示方法，一是採用鉑鈷標準比色法。一是採用稀釋倍數法，將廢水按照一定的稀釋倍數，用水稀釋到接近無色時的稀釋倍數。

（6） 電導率

2. 化學指標

（1） 生化需氧量

生化需氧量（英文縮寫BOD）是指在溫度、時間都一定的條件下，微生物在分解、氧化水中有機物的過程中，所消耗的溶解氧量，其單位為mg/L或kg/m3。

在水質分析中，規定將水樣在20℃條件下，培養5天後測定水中溶解氧消耗量作為標準方法，測定結果稱為五日生化需氧量，以BOD5表示。

（2） 化學需氧量

化學需氧量（英文縮寫COD）是指在一定條件下，用強氧化劑氧化廢水中的有機物質所消耗的氧量。我國規定的廢水檢驗標準採用重鉻酸鉀作為氧化劑，在酸性條件下進行測定。

（3） 總需氧量（英文縮寫TOD）

（4） 總有機碳

總有機碳（英文縮寫TOC）是用燃燒法測定水樣中總有機碳元素量，來反映水中有機物的總量。

（5） 有機氮

（6） pH值

pH值是指水中氫離子濃度的大小，在數值上等於氫離子濃度的負對數。是廢水的重要水質指標之一。PH值的測定通常根據電化學原理採用玻璃電極法，也可以用比色法。

（7） 有毒物質

有毒物質是指廢水中含有的某些物質在達到一定的濃度後，能夠危害人體人體健康、危害水體中的水生生物，或者影響廢水的生物處理等。

3. 生物指標

作為水質的生物指標主要有細菌總數、大腸菌數、病原菌和病毒等。

三、 廢水生物處理

廢水生物處理法是通過微生物的代謝作用，使廢水中呈溶解、膠體以及微細懸浮狀態的有機汙染物轉化為穩定、無害的物質的方法。根據作用微生物的不同，生物處理法又可分為好氧生物處理和厭氧生物處理兩種類型。

1. 生物處理對水質的要求

（1） 溶解氧（DO）

好氧生物處理必須有充足的氧氣供應，處理構築物中的溶解氧必須滿足微生物的要求。

（2） pH值

（3） 溫度

一般來講，對好氧處理，水溫在10~50℃之間，可取得相當好的處理效果。對厭氧處理，當汙泥消化溫度位5~15℃時，稱為低溫消化，消化過程較長，一般需要3至4個月才能完成，當汙泥消化溫度加至30~40℃時，為中溫消化，消化過程較短，通常採用人工加熱。當汙泥消化溫度提高到50~55℃時，稱為高溫消化，消化過程很短，但提升溫度耗費的能源過高，一般生物處理常用中溫消化。

（4） 養料

細菌的生長繁殖需要有各種養料。其中包括碳、氮、磷、硫以及微量的鉀、鎂、鈣、鐵等和維生素。生活汙水具有以上全部養料，而工業廢水則可能缺乏某些養料，特別是氮和磷。因此，工業廢水在進行生物處理時，需投加生活汙水或氮、磷類化合物（即營養鹽）

（5） 有毒物質

多數重金屬如鋅、銅、鉑、鉻等離子，對細菌都具有毒性，某些非金屬物質，如酚、甲醛、氰化物、硫化物等也有毒性。有毒物質能控制其他物質的生物氧化作用，對大多數細菌的生產繁殖具有抑制作用，但他們本身卻能被某些微生物所分解氧化。

2. 常用生物處理方法

目前國內較成熟的被廣泛採用的生物處理方法主要為生物膜法、活性汙泥法、厭氧生物處理法。

（1） 生物膜法

生物膜法主要用於從汙水中去除溶解性有機汙染物，主要優點是對水質、水量變化的適應性較強。生物膜法是一大類生物處理法的統稱，共同的特點是微生物附著在介質「濾料」表面上，形成生物膜，汙水同生物膜接觸後，汙水得到淨化，所需氧氣一般來自大氣。汙水如含有較多的懸浮固體，應先用沉澱池去除大部分懸浮固體後再進入生物膜法處理構築物，以免引起堵塞，並減輕其負荷。老化的生物膜不斷脫落下來，隨水流入二次沉澱池被沉澱去除。

（2） 活性汙泥法

活性汙泥法能從汙水中去除溶解的和膠體的可生物降解有機物以及能被活性汙泥吸附的懸浮固體和其他一些物質。無機鹽類（磷和氮的化合物）也能部分的被去除。既適用於大量的汙水處理，也適用於小流量的汙水處理，運行方式靈活，日常運行費用較低，但管理要求較高，活性汙泥法本質上與天然水體（江、湖）的自淨過程相似，二者都為好氧生物過程，只是它的淨化強度大，因而活性汙泥法是天然水體自淨作用的人工化和強化。

（3） 厭氧生化法

隨著技術的發展，出現的不供氧（無氧）或厭氧的生物處理，用於汙泥的消化、高濃度有機廢水和溫度較高的有機工業廢水的處理，有更為明顯的效果。菌種的厭氧反應一般經歷水解、酸化、乙酸化、甲烷化等四個階段。

3. 生物處理的工藝控制

（1） 生物膜法的操作較簡單，一般只要控制好進水量、濃度、溫度及所需的營養（N、P等），處理效果一般比較穩定，微生物生長良好。在廢水水質變化，形成負荷衝擊情況下，出水水質惡化，但很快能夠恢復，這是生物膜法的特點。

（2） 活性汙泥法

混合液懸浮固體MLSS 是指曝氣池中廢水和活性汙泥混合後的混合液懸浮固體數量，也稱混合液汙泥濃度，可以近似地表示曝氣池內活性微生物的濃度。一般應控制為2~4g/L。

混合液會發性懸浮固體MLVSS 是指混合液懸浮固體中有機物的數量。它比MLSS更能反應活性汙泥微生物的濃度，但因測定稍微麻煩些，在實際應用中，多採用MLSS。

混合液溶解氧含量DO 活性汙泥法採用好氧過程，混合液必須維持一定含量的溶解氧，傳統活性汙泥法，一般應控制溶解氧不低於2.0mg/L。

回流汙泥量與回流比 回流汙泥量是指從二沉池回流到曝氣池的汙泥量，是活性汙泥法的一個重要控制參數。通過有效調節回流汙泥量可以改變工藝運行狀態，保證運行正常。回流汙泥量與入流廢水量之比稱為汙泥回流比，保持回流比恆定是活性汙泥法一種重要的運行方式，一般控制在25%~100%之間。

汙泥負荷 是指曝氣池內單位質量的活性汙泥在單位時間內承受的有機物處理量。由於通常用BOD5代表有機物進行計算，因此也稱為BOD汙泥負荷或者有機負荷。一般控制在0.2~0.4kgBOD5/（kgMLSS·d）之間。

汙泥齡 是指活性汙泥在曝氣池內的停留時間，即曝氣池內活性汙泥微生物總量與每天從系統中排出的活性汙泥微生物量之比。在活性汙泥系統中，活性汙泥的流出有兩個途徑，即剩餘汙泥排放和二沉池出水帶泥。在系統運行正常情況下，可認為汙泥齡為曝氣池中活性汙泥總量與每日排放的剩餘汙泥量之比，即曝氣池內活性汙泥平均更新一遍所需的時間。活性汙泥系統中活性微生物的世代期一般小於3d，一般控制汙泥齡為3~5d。

曝氣時間 即廢水在曝氣池內的停留時間，傳統活性汙泥系統的曝氣時間，即名義停留時間，一般控制在6~9小時。

（3） 厭氧生化法 厭氧法有機負荷效率低，需要的停留時間長。厭氧細菌對溫度、PH值和有毒物質等更為敏感，因此要保持溫度的恆定，通常採用的厭氧處理的溫度選擇中溫（35~38℃）或者高溫（52~55℃），PH值控制在6.8~7.2較佳。基質的組成也直接影響厭氧處理的效率和微生物的增長，但與好氧法相比，對廢水中的N、P含量要求較低。

四、 生物處理剩餘汙泥的處理和處置

1. 汙泥的特性

生物處理排出的有機汙泥特性是有機物含量高，容易腐化發臭，汙泥顆粒細小，往往呈絮凝體狀態，相對密度小，持水性能強，含水率高，不易下沉、壓實、脫水，但流動性好，便於管道輸送。

2. 汙泥的處置

生化處理排出的汙泥一般含水率高，大多需進過濃縮、穩定脫水、幹化。

常用的濃縮方法有沉降法、氣浮法和離心法，主要減縮汙泥的間隙水。

為了避免汙泥進入環境時，其有機部分發生腐敗，汙染環境，有時需在脫水前進行降解調理，稱為穩定。穩定汙泥常用方法是消化法，也有小型裝置中採用氯化氧化法、石灰穩定法和熱處理等方法使汙泥性質達到穩定。穩定後的汙泥還需破壞汙泥的膠態結構，減少泥水間親和力，改善汙泥的脫水能力，即汙泥的調理。一般有加藥調理法、加熱或冷凍調理法、加骨粒調理法等。加藥法功效可靠，設備簡單，操作方便，被長期廣泛使用。

汙泥的幹化脫水一般分為自然幹化和機械脫水兩大類。自然幹化多用於有較大場地的村鎮汙水處理廠，其他處理裝置多使用佔地小、效率高的機械脫水方式。

3. 汙泥的最終處置和利用

汙泥的最終出路不外乎部分或全部利用，以及以某種形式返回到環境中去，在利用時，汙泥中的部分物質也有可能以某種形式返回到環境中。符合我國國情的常用汙泥處置方法有：農業利用、填埋、焚燒和投放海洋或廢礦等。