生物法處理廢水生物法處理廢水生物法處理廢水資料僅供參考文件編號：2022年4月生物法處理廢水版本號：A修改號：1頁次：1.0審核：批準:發布日期：生物法處理廢水研究污水的微生物處理就是研究微生物對廢水中的有機物、營養鹽類及重金屬等物質去處的微生物學原理及其規律，并加以實際應用的一門科學。目前，常用于污水治理的方法可歸納為物理法、化學法、生物法。物理法常作為一種預處理的手段應用于廢水處理；化學處理法是指向廢水中加入化學藥劑如明礬等，使其與污染物發生化學反應而生成無害物的過程，這種方法也常常作為預處理方法使用；而生物處理法是利用微生物降解代謝有機物為無機物來處理廢水。通過人為的創造適于微生物生存和繁殖的環境，使之大量繁殖，以提高其氧化分解有機物的效率。它則作為末端處理裝置廣泛應用于各行業的廢水處理中。與物理法、化學法相比，微生物處理法具有經濟、高效的優點，并可實現無害化、資源化，所以長期以來始終占重要位置。根據使用微生物的種類，可分為好氧法、厭氧法和生物酶法等。一好氧處理法該辦法是根據需好氧微生物生活的特點,提供充足的氧氣,使好氧微生物大量繁殖,通過微生物的新陳代謝活動使廢水中的有機物最終氧化分解成CO2、水、硝酸鹽等簡單的無機物,已達到凈化污水的目的。好氧處理方法包括:活性污泥法、生物膜法（一）活性污泥法1912年英國人ClarkandCage發現對廢水進行長時間曝氣會產生污泥并使水質明顯改善，其后ArdenandLackett進一步研究，發現由于實驗容器洗不干凈，瓶壁留下殘渣反而使處理效果提高，從而發現活性微生物菌膠團，定名為活性污泥。活性污泥法是利用懸浮在廢水中人工培養的微生物群體——活性污泥，對廢水中的有機物和某些無機物產生吸附、氧化分解而使廢水得到凈化，是目前較為經濟、應用廣泛、處理效果較好的凈化廢水方法。1影響活性污泥性能的環境因素

（1）溶解

生化處理的基本要素：營養物、活性微生物、溶解氧，所以要使生化處理正常運行，供氧是重要因素。一般說，溶解氧濃度以不低于2mg/L為宜（2—4mg/L）。（2）水溫

維持在15～25攝氏度，低于5攝氏度微生物生長緩慢。（3）營養料

細菌的化學組成實驗式為C5H7O2N，霉菌為C10H17O6原生動物為C7H14O3N，所以在培養微生物時，可按菌體的主要成分比例供給營養。微生物賴以生活的主要外界營養為碳和氮，此外，還需要微量的鉀，鎂，鐵，維生素等。碳源--異氧菌利用有機碳源，自氧菌利用無機碳源。氮源--無機氮（NH3及NH4+）和有機氮（尿素，氨基酸，蛋白質等）。一般比例關系：BOD：N：P=100：5：1。好氧生物處BOD5=500——1000mg/l（4）有毒物質

主要毒物有重金屬離子（如鋅，銅，鎳，鉛，鉻等）和一些非金屬化合物（如酚，醛，氰化物，硫化物等）。2基本流程典型的活性污泥法是由曝氣池、沉淀池、污泥回流系統和剩余污泥排除系統組成。1916年英國建成第一座污水處理廠，下圖為活性污泥處理工藝基本流程。污水和回流的活性污泥一起進入曝氣池形成混合液。從空氣壓縮機站送來的壓縮空氣，通過鋪設在曝氣池底部的空氣擴散裝置，以細小氣泡的形式進入污水中，目的是增加污水中的溶解氧含量，還使混合液處于劇烈攪動的狀態，形懸浮狀態。溶解氧、活性污泥與污水互相混合、充分接觸，使活性污泥反應得以正常進行。第一階段，污水中的有機污染物被活性污泥顆粒吸附在菌膠團的表面上，這是由于其巨大的比表面積和多糖類黏性物質。同時一些大分子有機物在細菌胞外酶作用下分解為小分子有機物。第二階段，微生物在氧氣充足的條件下，吸收這些有機物，并氧化分解，形成二氧化碳和水，一部分供給自身的增殖繁衍。活性污泥反應進行的結果，污水中有機污染物得到降解而去除，活性污泥本身得以繁衍增長，污水則得以凈化處理。經過活性污泥凈化作用后的混合液進入二次沉淀池，混合液中懸浮的活性污泥和其他固體物質在這里沉淀下來與水分離，澄清后的污水作為處理水排出系統。經過沉淀濃縮的污泥從沉淀池底部排出，其中大部分作為接種污泥回流至曝氣池，以保證曝氣池內的懸浮固體濃度和微生物濃度；增殖的微生物從系統中排出，稱為“剩余污泥”。事實上，污染物很大程度上從污水中轉移到了這些剩余污泥中。活性污泥法的原理形象說法：微生物“吃掉”了污水中的有機物，這樣污水變成了干凈的水。它本質上與自然界水體自凈過程相似，只是經過人工強化，污水凈化的效果更好。3活性污泥增長特點與凈化作用活性污泥中復雜的微生物與廢水中的有機營養物形成了復雜的食物鏈。最先擔當凈化任務的是異氧菌和腐生性真菌，細菌特別是球狀細菌起者最關鍵的作用，優良運轉的活性污泥，是以絲狀菌為骨架由球狀菌組成的菌膠團。沉降性好，隨著活性污泥的正常運行，細菌大量繁殖，開始生長原生動物，是細菌一次捕食者。活性污泥常見的原生動物有鞭毛蟲、肉毛蟲、纖毛蟲和吸管蟲。活性污泥成熟時固著型。的纖毛蟲、種蟲占優勢；后生動物是細菌的二次捕食者，如輪蟲、線蟲等只能在溶解氧充足時才出現，所以當出現后生動物時說明處理水質好轉標志。

4活性幾種污泥工藝流（二）生物膜法生物膜法是利用附著生長于某些固體物表面的微生物（即生物膜）進行有機污水處理的方法。生物膜是由高度密集的好氧菌、厭氧菌、兼性菌、真菌、原生動物以及藻類等組成的生態系統，其附著的固體介質稱為濾料或載體。生物膜自濾料向外可分為厭氣層、好氣層、附著水層、運動水層。生物膜法的原理是，生物膜首先吸附附著水層有機物，由好氣層的好氣菌將其分解，再進入厭氣層進行厭氣分解，流動水層則將老化的生物膜沖掉以生長新的生物膜，如此往復以達到凈化污水的目的1生物膜法基本特點：

優點：附著于固體介質表面上的微生物對水量，水質的變化有較強的適應性。固體介質有利于微生物形成穩定的生態體系，棲息微生物的種類較多，處理效率高。降解產物污泥量少。管理方便。缺點：

（1）濾料表面積小，BOD容積負荷小。

（2）附著于固體表面的微生物量較難控制，操作伸縮性差。

（3）靠自然通風供氧，不如活性污泥供氧充足，容易產生厭氧。2生物膜法類型：（1）潤濕型生物濾池、生物濾塔、生物轉盤（2）浸沒型接觸氧化、濾料浸沒在濾池中（3）流動床型生物活性炭、砂粒介質懸浮流動于池內3生物膜法的基本流程二厭氧法該辦法是指在無氧條件下通過厭氧微生物的作用，將污水中所含的各種復雜有機物經厭氧分解轉化成甲烷和CO2等簡單物質的過程。其具有能耗低、有機負荷高、占地面積小、污泥產量少、能產生沼氣等優點。厭氧微生物處理法可分為厭氧活性污泥法和厭氧生物膜法。目前，主要使用的方法包括：厭氧接觸法、UASB、ABR、厭氧流化床等。厭氧法的操作條件要比好氧法苛刻，但具有更好的經濟效益，因此也具有重要的地位。通常為了取得更好的處理效果，將好氧法和厭氧法聯合使用。1影響因素溫度條件pH值一般認為，實測值應7.2～7.4之間為好。低于7.0時，pH值并不穩定，有繼續下降的趨勢。低于6.5時，將使正常的處理系統遭到破壞。如果有機物負荷太大，水解和產酸過程的生化速率大大超過氣化速率，將導致揮發性脂肪酸的積累和pH值的下降，抑制甲烷細菌的生理機能。最終使氣化速率銳減，甚止停止。一般原液的pH值為6～8。系統中揮發性脂肪酸濃度（以乙酸記）以不超過3000mg/L為佳。重碳酸鹽及氨氮等物質是形成厭氧處理系統堿度的主要物質。一般要求系統中堿度在2000mg/L以上，氨氮濃度以介于50～200ng/L為佳。氧化還原電位高溫厭氧消化系統適宜的氧化還原電位為-500～-600mV；中溫厭氧消化系統及浮動溫度厭氧消化系統要求的氧化還原電位應低于-300～-380mV。產酸細菌對氧化還原電位的要求不甚嚴格，甚至可在+100～-100mV的兼性條件下生長繁殖；而甲烷細菌最適宜的氧化還原電位為-350mV或更低。就大多數生活污水的污泥及性質相近的高濃度有機廢水而言，只要嚴密隔斷于空氣的接觸，即可保證必要的ORP值。負荷率污泥濃度應器要求的污泥濃度不盡相同，一般介于10～30gVSS/L之間。2厭氧消化的生化階段第Ⅰ階段——水解產酸階段污水中不溶性大分子有機物，如多糖、淀粉、纖維素、烴類（烷、烯、炔等）水解，主要產物為甲、乙、丙、丁酸、乳酸；緊接著氨基酸、蛋白質、脂肪水解生成氨和胺，多肽等（所以有的書又把水解產酸分為二個階段）。第Ⅱ階段——厭氧發酵產氣階段第Ⅰ階段產物甲酸、乙酸、甲胺、甲醇和CO2+H2等小分子有機物在產甲烷菌的作用下，通過甲烷菌的發酵過程將這些小分子有機物轉化為甲烷。所以在水解酸化階段COD、BOD值變化不很大，僅在產氣階段由于構成COD或BOD的有機物多以CO2和H2的形式逸出，才使廢水中COD、BOD明顯下降。在酸化階段，發酵細菌將有機物水解轉化為能被甲烷菌直接利用的第1類小分子有機物，如乙酸、甲酸、甲醇和甲胺等；第2類為不能被甲烷菌直接利用的有機物，如丙酸、丁酸、乳酸、乙醇等，不完全厭氧消化或發酵到此結束。如果繼續全厭氧過程，則產氫、產乙酸菌將第2類有機物進一步轉化為氫氣和乙酸。第Ⅱ階段生化過程是產甲烷細菌把甲酸、乙酸、甲胺、甲醇等基質通過不同途徑轉化為甲烷，其中最主要的基質為乙酸。三生物酶法生物酶處理有機物的機理是先通過酶反應形成游離基，然后游離基發生化學聚合反應生成高分子化合物沉淀。與其他微生物處理相比，酶處理法具有催化效能高、反應條件溫和、對廢水質量及設備情況要求較低，反應速度快，對溫度、濃度和有毒物質適應范圍廣，可以重復使用等優點。李海英等進行了固定化微生物處理造紙漂白廢水的研究，結果表明：固定化細胞的酶活性及AOX去除率均高于自由菌液，對溫度和pH的適應范圍較寬。在對造紙漂白廢水為期1個月的連續處理試驗表明，在停留時間為2.4h時，其去除率可穩定在65%~81%。喬慶霞等進行了選育優勢菌處理含氯漂白廢水的研究，實驗結果表明，優勢菌在漂白中段水相對濃度為50%、pH為7.0、菌液量為2mL時，對廢水中有機氯化物和COD的綜合處理效果較好。生物酶是一種無毒、對環境友好的生物催化劑，其化學本質為蛋白質。酶的生產和應用，在國內外已具有80多年歷史，進入20世紀80年代，生物工程作為一門新興高新術在我國得到了迅速發展，酶的制造和應用領域逐漸擴大，酶在紡織工業中的應用也日臻成熟，由過去主要用于棉織物的退漿和蠶絲的脫膠，至現在在紡織染整的各領域的廣泛應用，體現了生物酶在染整工業中的優越性。現在酶處理工藝已被公認為是一種符合環保要求的綠色生產工藝，它不僅使紡織品的服用性能得到改善和提高，又因無毒無害，用量少，可生物降解廢水，無污染而有利于生態環保的保護。1生物酶的結構和特性生物酶是具有催化功能的蛋白質。象其他蛋白質一樣，酶分子由氨基酸長鏈組成。其中一部分鏈成螺旋狀，一部分成折疊的薄片結構，而這兩部分由不折疊的氨基酸鏈連接起來，而使整個酶分子成為特定的三維結構。生物酶是從生物體中產生的，它具有特殊的催化功能，其特性如下：高效性：用酶作催化劑，酶的催化效率是一般無機催專一性：一種酶只能催化一類物質的化學反應，即酶是僅能促進特定化合物、特定化學鍵、特定化學變化的催化劑。低反應條件：酶催化反應不象一般催化劑需要高溫、高壓、強酸、強堿等劇烈條件，而可在較溫和的常溫、常壓下進行。易變性失活：在受到紫外線、熱、射線、表面活性劑、金屬鹽、強酸、強堿及其它化學試劑如氧化劑、還原劑等因素影響時，酶蛋白的二級、三級結構有所改變。所以在大生產時，如有條件酶還可以回收利用。可降低生化反應的反應活化能：酶作為一種催化劑，能提高化學反應的速率，主要原因是降低了反應的活化能，使反應更易進行。而且酶在反應前后理論上是不被消耗的，所以還可回收利用。2生物酶的作用機理酶蛋白與其它蛋白質的不同之處在于酶都具有活性中心。酶可分為四級結構：一級結構是氨基酸的排列順序；二級結構是肽鏈的平面空間構象；三級結構是肽鏈的立體空間構象；四級結構是肽鏈以非共價鍵相互結合成為完整的蛋白質分子。真正起決定作用的是酶的一級結構，它的改變將改變酶的性質(失活或變性)。酶的作用機理比較被認同的是Koshland的“誘導契合”學說，其主要內容是：當底物結合到酶的活性部位時，酶的構象有一個改變。催化基團的正確定向對于催化作用是必要的。底物誘導酶蛋白構象的變化，導致催化基團的正確定位與底物結合到酶的活性部位上去。生物酶技術應用于染整加工主要有兩個方面：(1)天然纖維織物的前處理加工，用生物酶去除纖維或織物上的雜質，為后續染整加工創造條件。(2)織物的后整理加工，用生物酶去除纖維表面的絨毛，或使纖維減量，以改善織物的外觀、手感和風格。目前應用的生物酶主要有以下幾種。1果膠酶果膠酶主要是由果膠裂解酶、聚半乳糖醛酸酶、果膠酸鹽裂解酶和果膠酯酶組成。果膠物質是高度酯化的聚半乳糖醛酸。果膠酶作用于果膠物質時，果膠裂解酶、聚半乳糖醛酸酶、果膠酸鹽裂解酶直接作用于果膠聚合物分子鏈內部的配糖鍵上，而果膠酯酶則使聚半糖醛酸酯水解，為聚半乳糖醛酸酶和果膠酸鹽裂解酶創造更多的位置。2脂肪酶能將脂肪水解成甘油和脂肪酸，脂肪酸進一步進行B一氧化，每次脫下一個C2物，生成乙酰COA(N—環己基辛基胺)，進入TCA(三羧酸)環徹底氧化或進入乙醛酸環合成糖類。脂肪酶（EC，甘油酯水解酶）是分解天然油脂的酶，其在紡織加工中主要用于絹紡原料脫脂處理；同時，只沒在羊毛洗毛中是較好的助洗劑，能去除羊毛附生雜質、脂蠟，使羊毛獲得可紡性；對棉織物進行精煉處理，能有效的去除棉的脂蠟；對滌綸進行處理，可改善滌綸表面的親水性。3蛋白酶

由微生物分泌的蛋白酶因菌種不同而異，例如枯草桿菌分泌明膠酶和酪蛋白酶，可以水解明膠和酪蛋白；費氏鏈酶菌分泌角蛋白酶，可以水解動物的毛、角、蹄的角蛋白。蛋白酶將蛋白質分解成肽，再經肽酶水解成氨基酸。4纖維素酶是一個多組分酶體系，紡織工業中應用的纖維素酶大多數是由木酶屬真菌制造的。纖維素酶中的纖維素二糖水解酶又稱為外切纖維素酶，由CHBI和CHBII兩種酶組成，而內切葡聚糖酶，又稱為內切纖維素酶，至少由5種纖維素酶(EGI、EGII、EGHI、EGIV、EGV)組成。此外，還有13一葡萄糖醛酶。這些纖維素酶在纖維素的水解中具有協同作用。5過氧化氫酶過氧化氫酶是一種氧化還原酶，催化分解過氧化氫成為水和氧氣，它主要用于漂白工藝后去除殘余的雙氧水，提高后繼染色性能和質量，并且沒有過量危險。過氧化氫酶也可用于紗線染色機、溢流噴射染色機、絞盤染色機和卷染機等的氧漂生物凈化處理。

6淀粉酶

淀粉酶是水解淀粉和糖原的酶類總稱，通常通過淀粉酶催化水解織物上的淀粉漿料，由于淀粉酶的高效性及專一性，酶退漿的退漿率高，退漿快，污染少，產品比酸法、減法更柔軟，且不損傷纖維。淀粉酶的種類很多，根據織物不同，設備組合不同，工藝流程也不同，目前所用的退漿方法有浸漬法、堆置法、卷染法、連續洗等，由于淀粉酶退漿機械作用小，水的用量少，可以在低溫條件下達到退漿效果，具有鮮明的環保特色。新型酶在紡織加工中的應用：化學合成纖維和漿料在紡織中的地位是明顯的，這些高分子聚合物不能進行生物分解和降解，造成環境的污染，目前研究人員正在研究新的酶種，通過篩選具有某種功能的菌種，進行基因改性成為高性能酶劑或通過克隆、轉基因或的基因工程菌，制出新酶種，或根據化學生物結構和酶學原理定向合成新型酶劑等。這些新型酶劑成為仿酶，目前較成功的酶包括PVA分解酶、滌綸分解酶、分解錦綸寡聚物的基因工程菌、合成酶等。四微生物應用于污水的深度處理方法1微生物法除磷早在二十世紀60年代，Shapiro和Levin等人就觀察到了污水中微生物的除磷作用。經過進一步研究，認為污水生物除磷是通過微生物對磷的過量攝取作用完成的，這是一種完全的生物攝取過程。其反應原理是，除磷菌在厭氧條件下能分解細胞內的聚磷酸鹽同時產生ATP，并利用ATP將廢水中的脂肪酸等有機物攝入細胞，以PHB（聚-β-羥基丁酸鹽）及糖原等有機顆粒的形式貯存于細胞內，同時還將分解聚磷酸鹽所產生的磷酸排除胞外；這時細胞內還會誘導產生相當量的聚磷酸鹽激酶。聚磷酸鹽分解后的無機磷鹽釋放至積磷菌體外，此即觀察到的積磷細菌厭氧放磷現象。一旦進入好氧環境，這類除磷菌又可利用聚-β-羥基丁酸鹽氧化分解所釋放的能量來攝取污水中的磷，并把所攝取的磷合成聚磷酸鹽而貯存于細胞內。一般來說，微生物增殖過程中，在耗氧環境下所攝取的磷比在厭氧環境中所釋放的磷多，污水生物除磷正是利用了微生物的這一過程。應用于污水處理廠的除磷細菌主要有：不動桿菌屬、氣單胞菌屬、假單胞菌屬和腸桿菌屬、枯草芽。2微生物法除氮由于氮化合物是營養物質，因而它的存在會引起藻類的過度增殖，造成水體的富營養化現象；大量藻類死亡時會耗去水中的氧，造成魚類的死亡，而一些藻類的蛋白類毒素可能富集在水產生物體內，并通過食物鏈使人中毒，因此，除去水中的氮在污水處理過程中尤為重要。生物脫氮是污水中的含氮有機物（如蛋白質、氨基酸、尿素、脂類、硝基化合物等，在生物處理過程中被異養型微生物氧化分解，轉化為氨氮；然后由自養型硝化細菌將其轉化為NO3-；最后再由反硝化細菌將NO3-還原轉化為N2，從而達到脫氮的目的。3微生物法除臭微生物除臭技術是二十世紀50年代發展起來的新興除臭技術，是利用微生物的生理代謝活動降解惡臭物質，將其氧化成無臭、無害的最終產物，達到除臭的目的。目前，已知的惡臭氣體種類有上萬種，研究人員按氣體的化學組分不同，將其分成5類：（1）含S的化合物，如H2S、SO2、硫醇類、硫醚類；（2）含N的化合物，如胺類、酰胺、吲哚類；（3）鹵素及衍生物，如氯氣、鹵代烴；（4）烴類，如烷烴、烯烴、炔烴、芳香烴；（5）含氧的有機物，如醇、酚、醛、酮、有機酸等。微生物除臭可分為5個階段：第一階段為初步調整階段，由于污染物中吸收與夾帶了空氣，在短時間內污染物處于好氧分解階段，隨著分解過程的推進，含氧量逐步下降；第二階段為分解過程轉移階段，當內部空氣耗盡，分解過程從好氧轉入厭氧，此過程產生H2S、NH3、N2等；第三階段為酸性階段，產生有機揮發酸、CO2、H2等；第四階段為產甲烷階段，產生CH4、CO；第五階段為穩定階段。微生物除臭的主要方法有：生物過濾法和生物吸收法。生物過濾法的原理是臭氣從反應器的底部進入，通過附著在填料上的微生物，將O3中的污染物氧化分解為CO2、H2O、NO-3和SO2-4，達到O3凈化的目的。生物吸收法（也可稱為生物洗滌法）多采用活性污泥的方法，先將惡臭成分轉移到水中，然后，再將受污染的水進行微生物處理。按氣液接觸方式分為兩種形式：曝氣式和洗滌式。生物除臭技術可以應用于很多方面：污水處理、畜禽糞便的處理、城市生活垃圾的處理等方面。4微生物法去除重金屬對于重金屬的去除，物理、化學和微生物學原理的新型廢水處理工藝不斷涌現，其中微生物處理技術的應用尤為廣泛。近年來，隨著研究不斷深人，由海藻、真菌和細菌等微生物組成的生物吸附劑由于具有原料來源豐富、品種多、成本低，在低濃度下處理效果好