国防工业职业技术学院
毕业设计（论文）
题 目 :现代微生物技术在废水处理
中的应用
培养部门 xxxxxxxx
专业名称 生物技术及应用 学生姓名 xx 学号 xxxxxxxxxxx 导师姓名
摘 要
从人类的诞生开始就存在着人与环境的对立统一关系。从古至今，随着人类社会的发展，环境问题也在发生着变化。当今社会的环境污染问题严峻地摆在人类面前，已经成为关系着人类生死存亡的关键因素之一。环境污染问题包括许多方面，本论文只涉及有机废水污染。水是生命之源，所以，治理水污染已经迫在眉睫，但由于传统的化学治理方法非常的耗时耗力，还容易引起二次污染，这就需要现代生物学的支持，才能更加安全环保的解决有机废水的污染。依靠现代微生物学可以安全环保高效的处理有机废水，其处理原理包括好氧生物处理和厌氧生物处理，通过微生物的生理代谢，可以把有机废水中的污染物分解为CO 2、H 2O 和各种无机盐，从而达到处理有机废水的作用。废水生物处理的一般过程为絮凝作用、吸附作用、氧化作用和沉淀作用。其中起到分解作用的微生物集合称作活性污泥，利用活性污泥还可以制作高效降解菌种。活性污泥的组成是一些菌胶团菌、丝状菌、真菌、原生动物和微型后生动物，其中每一种微生物都起到很大的作用。论文中还以一个处理含酚污水的微生物制剂实验来生动的体现微生物处理废水的全过程以及高效降解菌种的生产过程，从这个实验中可以体现对于微生物实验的各种操作以及注意事项，其中包括采样、富集培养、菌种的分离纯化以及所得微生物的理化分析。最后，在微生物处理废水的基础上，结合了现代生物学技术，比如细胞固定化技术、原生质体固定化技术和固定化细胞柱（生物反应器），这样就大大加强了微生物处理废水的速率和后续处理的过程，当然，这些技术不是非常的成熟，虽然试验成功，但任然有许多不足之处，还需要不断地努力和改进。
关键词：环境、环境问题、环境污染、有机废水、微生物、絮凝、沉淀、吸附、
氧化、活性污泥、分离、纯化、现代生物学、生物反应器
Abstract
From the beginning, the birth of human there is unity of opposites between people and the environment. Since ancient times, with the development of human society, the environment is changing. Environmental pollution problems in today's society placed in the human face of severe, life and death of human relations has become a key factor.Environmental pollution problems involves many aspects, this study involves only the organic wastewater pollution. Water is the source of life, so the water pollution around the corner, but because of the traditional chemical control method is very time-consuming and labor-intensive, but also easily lead to secondary pollution, which requires the support of modern biology, the solution can be more secure environment wastewater pollution. Can safely rely on Modern Environmental Microbiology and efficient treatment of organic wastewater, the treatment principles include aerobic biological treatment and anaerobic biological treatment, by microbial metabolism, can decompose organic pollutants in wastewater to CO2、H 2O and a variety of
inorganic salt, so as to achieve the role of organic wastewater treatment. General process of biological treatment for the
flocculation, adsorption, oxidation and precipitation. Which play a role in the microbial decomposition of the collection is called activated sludge, activated sludge can be made use of degrading bacteria. The composition of activated sludge floc, some bacteria, filamentous bacteria, fungi, protozoa and micro-metazoans, each of which micro-organisms have played a significant role. Paper also the treatment of phenol wastewater by a microbial agent vivid manifestation of experiments the whole process of microbial treatment of wastewater and the production of degrading strains from this experiment could reflect the various operations for the microbiology experiment and precautions, including including sampling, enrichment culture, strains of microorganisms isolated from the physical and chemical purification and analysis. Finally, on the basis of microbial treatment of wastewater, combined with modern biological technology, such as cell immobilization techniques, protoplast immobilization and immobilized cell column (bioreactor), thus greatly enhancing the rate of microbial treatment of wastewater and subsequent treatment of the process, of course, these techniques are not very mature, although the trial is successful, but any course there are many shortcomings, but also requires constant effort and improvement.
Key words: environment, environmental problems, environmental
pollution, organic waste, microorganisms,
flocculation,
oxidation, sedimentation, sludge, adsorption, separation, activated
purification, modern biology, bio-reactor
目 录
摘 要 . ................................................................ - 1 - Abstract . ................................................................ - 2 - 目 录 . ............................................................... - 5 -
第一章 绪 论 . ..................................................... - 6 -
1、1相关概念 ........................................................ - 6 - 1、2废水微生物处理的分类 ............................................ - 6 - 1、3废水微生物处理的特点 ............................................ - 8 -
第二章 污水处理 . ...................................................... - 9 -
2、1污水处理的分类 .................................................. - 9 - 2、2污水处理常用设备 ............................................... - 10 - 2、3污水处理常用工艺技术 ........................................... - 11 - 2、4国内与国外污水处理技术介绍 ..................................... - 13 -
第三章 污水处理的法宝——活性污泥 . ................................... - 17 -
3、1活性污泥简介 ................................................... - 17 - 3、2活性污泥机理、影响因素及处理 ................................... - 18 - 3、3活性污泥的培养、驯化以及分析处理 ............................... - 20 - 3、4活性污泥法的基本流程 ........................................... - 22 -
第四章 固定化细胞与废水微生物治理 . ................................... - 24 -
4、1固定化细胞的制备方式和载体 ..................................... - 24 - 4、2固定化微生物细胞在废水处理中的应用 ............................. - 25 - 4、3固定化微生物细胞技术在废水处理中的应用前景 ..................... - 27 - 结 论 . .............................................................. - 28 - 致谢：.................................................................. - 29 - 参考文献 . ............................................................... - 30 -
第一章 绪 论
1、1相关概念
1、环境污染：人类活动产生的有害物质或因子进入环境，引起环境系统的结构与功能发生变化，危害人体健康和生物的生命活动的现象。
2、水污染：污染物进入河流、湖泊、海洋或地下水中，使水质和底泥的物理、化学性质或生物群落组成发生变化，降低了水体的使用价值和功能的现象。
3、微生物：是包括细菌、病毒、真菌以及一些小型的原生动物、显微藻类等在内的一大类生物群体，它个体微小，却与人类生活关系密切。涵盖了有益有害的众多种类，广泛涉及健康、食品、医药、工农业、环保等诸多领域。
4、废水处理：采用物理、化学、生物等方法对排放的废水进行处理，使其水质符合国家(或地区) 规定的排放标准或达到再利用要求的工艺。
5、环境微生物学：是重点研究污染环境中的微生物学，是环境科学中的一个重要分支，是20世纪60年代末兴起的一门边缘学科，它主要以微生物学本学科的理论与技术为基础，研究有关环境现象，环境质量及环境问题，与其他学科如土壤微生物学，水及污水处理微生物学，环境化学，环境地学，环境工程学等学科互相影响，互相渗透，互为补充。环境微生物学研究自然环境中的微生物群落，结构，功能与动态；研究微生物对不同环境中的物质转化以及能量变迁的作用与机理，进而考察其对环境质量的影响。
6、废水生物处理：废水生物处理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降解作用，从而使废水得到净化的一种处理方法。废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。
1、2废水微生物处理的分类
废水生物处理技术常采用的方法有厌氧生物处理法、活性污泥法、生物膜法、氧化塘法。
1、厌氧生物处理法
此法主要用于处理污水中的沉淀污泥，又称污泥消化，也用于处理高浓度的有机废水。这种方法是在厌氧细菌或兼性细菌的作用下将污泥中的有机物分解，最后产生甲烷和二氧化碳等气体，这些气体是有经济价值的能源。
厌氧生物处理过程分为3个阶段：第一阶段水解酸化，在水解酶的催化下，
将复杂的多糖类水解为单糖类，将蛋白质水解为氨基酸，并将脂肪水解为甘油和脂肪酸；第二阶段产酸，在产酸菌的作用下将第1阶段的产物进一步降解为比较简单的挥发性有机酸等，如 乙酸、丙酸、丁酸等挥发性有机酸，以及醇类、醛类等，同时生成二氧化碳和新的微生物细胞；第三阶段产甲烷，在甲烷菌的作用下将第2阶段产生的挥发酸转化成甲烷和二氧化碳。处理后的污泥所含致病菌大大减少，臭味显著减弱，肥分变成速效 的，体积缩小，易于处臵。
2、活性污泥法
活性污泥法是一种应用最广、工艺比较成熟的
废水生物处理技术。它利用含有好氧微生物的活性
污泥，在通气条件下，使污水净化的生物学方法。
根据曝气方式的不同。分为普通曝气法、完 全混
合曝气法、逐步曝气法、旋流式曝气法和纯氧曝气
法。活性污泥法不仅用于处理生活污水、而且在印
染、炼油、石油化工、农药、造纸和炸药等许多工
业废水处理中，都取得很好的净化效果
活性污泥中的微生物以细菌为主，还包括真菌、藻 类、原生动物等。此法最大的弱点是产生大量的剩余污泥，剩余污泥已成为令人头疼的难以解决的疑难问题，研究开发从源头上不产生或少产生污泥的污水处理技术成为研究的热点。
3、生物膜法
生物膜法和活性污泥法一样都是利用微生物来去除废水中有机物的方法。生物膜是微生物高度密集的物质，是由好氧菌、厌氧菌、兼性菌、真菌、原生动物等组成的生态系统，主要用于去除废水中呈溶解的和胶体状有机污染物
根据不同的理装臵，又分为生物滤池法、生物转盘法、生物接触氧化池法、流化床生物膜法、悬浮颖粒生物膜法等。它广泛应用于石油、印染、造纸、农药、食品等工业废水的处理。它具有不存在污泥膨胀问题；对废水水质、水量的变化有较好的适应性；剩余污泥量少等优点。
4、氧化塘法
又称生物塘法或稳定塘法，是利用一些适宜的自然池塘或人工池塘，由于污水在塘内停留的时间较长，通过水中的微生物代谢活动可以将有机物降解，从而使污水得到净化的一种方法。在氧化塘中，废水中的有机物主要是通过有机菌藻 共生作用去除的
氧化塘中同时可以进行好氧和厌氧性分解作用和光合作用，3种作用互相影响。氧化塘的效率较低，并需要较大的空间位臵，氧化有机物所需的氧气来源常不足，引起氧化作用不完全，因而常常产生较大的臭味。由于它是一个开放系统，所以它的处理效率受季节温度波动的影响很大，
这种处理系统只能在温暖的地方
使用。
1、3废水微生物处理的特点
废水生物处理是利用微生物的生命活动过程对废水中的污染物进行转移和转化作用，从而使 废水得到净化的处理方法。其主要特征是应用微生物特别是细菌，并在为充分发挥微生物的作用而专门设计的生化反应器中，将废水中的污染物转化为微生物细胞以及简单的无机物。
与物理化学方法相比，废水生物处理技术具有一系列的特点：由于污染物的生化转化过程不需要高温高压，在温和的条件下经过酶催化即可高效并相对彻底地完成，因此，处理费用低廉；对废水水质的适用面宽；废水生物处理法不加投药剂，可以避免对水 质造成二次污染。另外，生物处理效果良好，不仅去除了有机物、病原体、有毒物质，还能去除臭味，提高透明度，降低色度等。
第二章 污水处理
污水处理：为使污水达到排水某一水体或再次使用的水质要求，并对其进行净化的过程。污水处理被广泛应用于建筑、农业, 交通、能源、石化、环保、城市景观、医疗、餐饮等各个领域，也越来越多地走进寻常百姓的日常生活。 2、1污水处理的分类
按污水来源分类：污水处理一般分为生产污水处理和生活污水处理。生产污水包括工业污水、农业污水以及医疗污水等，而生活污水就是日常生活产生的污水, 是指各种形式的无机物和有机物的复杂混合物，包括：①漂浮和悬浮的大小固体颗粒；②胶状和凝胶状扩散物；③纯溶液。
按污水的性质来分：水的污染有两类：一类是自然污染；另一类是人为污染。当前对水体危害较大的是人为污染。水污染可根据污染杂质的不同而主要分为化学性污染、物理性污染和生物性污染三大类。污染物主要有：（1）未经处理而排放的工业废水；（2）未经处理而排放的生活污水；（3）大量使用化肥、农药、除草剂的农田污水；（4）堆放在河边的工业废弃物和生活垃圾；（5）水土流失；（6）矿山污水。
按处理程度划分：可以分为一级、二级和三级处理。
一级处理：主要去除污水中呈悬浮状态的固体污染物质，物理处理法大部分只能完成一级处理的要求。经过一级处理的污水，BOD 一般可去除30%左右，达不到排放标准。一级处理属于二级处理的预处理。
二级处理：主要去除污水中呈胶体和溶解状态的有机污染物质（BOD ，COD 物质），去除率可达90%以上，使有机污染物达到排放标准。
三级处理：进一步处理难降解的有机物、氮和磷等能够导致水体富营养化的可溶性无机物等。主要方法有生物脱氮除磷法，混凝沉淀法，砂滤法，活性炭吸附法，离子交换法和电渗析法等。
整个过程为通过粗格栅的原污水经过污水
提升泵提升后，经过格栅或者筛率器，之后进
入沉砂池，经过砂水分离的污水进入初次沉淀
池，以上为一级处理（即物理处理），初沉池的
出水进入生物处理设备，有活性污泥法和生物
膜法，（其中活性污泥法的反应器有曝气池，氧
化沟等，生物膜法包括生物滤池、生物转盘、
生物接触氧化法和生物流化床），
生物处理设备
的出水进入二次沉淀池，二沉池的出水经过消毒排放或者进入三级处理，一级处理结束到此为二级处理，三级处理包括生物脱氮除磷法，混凝沉淀法，砂滤法，活性炭吸附法，离子交换法和电渗析法。二沉池的污泥一部分回流至初次沉淀池或者生物处理设备，一部分进入污泥浓缩池，之后进入污泥消化池，经过脱水和干燥设备后，污泥被最后利用。
2、2污水处理常用设备
离心机
离心机主要用于将悬浮液中的固体颗粒与液体分开；或将乳浊液中两种密度不同，又互不相溶的液体分开(例如从牛奶中分离出奶油) ；它也可用于排除湿固体中的液体，例如用洗衣机甩干湿衣服；特殊的超速管式分离机还可分离不同密度的气体混合物；利用不同密度或粒度的固体颗粒在液体中沉降速度不同的特点，有的沉降离心机还可对固体颗粒按密度或粒度进行分级。
污泥脱水机
污泥脱水机特点是可自动控制运行, 连续生
产, 无级调速, 对多种污泥适用, 适用于给水排水,
造纸, 铸造, 皮革, 纺织, 化工, 食品等多种行业的
污泥脱水。
曝气机
曝气机是通过散气叶轮，将“微气泡”直接注入未经处理的污水中，在混凝剂和絮凝剂的共同作用下，悬浮物发生物理絮凝和化学絮凝，从而形成大的悬浮物絮团，在气泡群的浮升作用下“絮团”浮上液面形成浮渣，利用刮渣机从水中分离；不需要清理喷嘴，不会发生阻塞现象。本设备整体性好，安装方便，节省运行费用与占地面。
微滤机
微滤机是一种转鼓式筛网过滤装臵。被处理的废水沿轴向进入鼓内，以径向辐射状经筛网流出，水中杂质（细小的悬浮物、纤维、纸浆等）即被截留于鼓筒上滤网内面。当截留在滤网上的杂质被转鼓带到上部时，被压力冲洗水反冲到排渣槽内流出。运行时，转鼓2/5的直径部分露出水面，转数为1-4r/min，滤网过滤速度可采用30-120m/h，冲洗水压力0.5-1.5kg/cm2，冲洗水量为生产水量的0.5-1.0%，用于水库水处理时，除藻效率达40-70%，除浮游生物效率达97-100%。微滤机占地面积小，生产能力大（250-36000m3/d），操作管理方便，已成功地应用于给水及废水处理。
气浮机
气浮机是利用涡流泵的搅拌功能，将难以溶解于水中的气体或两种以上不同液体高效加压混合，产生的微细气泡粒径20-50微米。搅拌技术大大简化传统的搅拌工艺，不仅可以实现设备的小型化，还节省投资和运转成本。
2、3污水处理常用工艺技术
化学强化生物除磷污水处理工艺
污水处理过程中，我国的主要河流和湖泊由于受磷污染，富营养化严重，国家环保局为控制磷污染，对磷排放制定了比较严格的标准。化学强化生物除磷污水处理工艺以除去污水中有机污染物和各种形态的磷为主，此污水处理工艺将化学除磷和生物除磷一体化，通过厌氧消化生物系统中活性污泥产生挥发性有机酸，作为聚磷菌生长的基质或称之为营养物，使聚磷菌在活性污泥中选择性增殖，并将其回流到生物系统中，使生物污水处理系统工作在高效除磷状态；同时污泥在厌氧条件下产生的磷释放，通过化学除磷消除。这是一种高效市政污水处理工艺技术，满足了我国现阶段，为解决水体富营养化，需要在常规二级污水处理基础上进一步除磷的要求。
循环间歇曝气污水处理工艺
我国经济发展水平各地相差较大，经济发展滞后的城市还不能拿出很多资金用于污水治理，因此，怎样利用有限的资金，降低环境污染，是很多城市政府面临的问题。在污水处理方面，直到不久前，一些城市还采用一级或一级强化处理工艺技术，出水达不到国家二级排放标准对除去有机污染物的要求。循环间歇曝气工艺充分发挥高负荷氧化沟处理效率高的优点，又充分利用序批式活性污泥污水处理工艺出水好的特点，保证了系统出水达到国家污水排放一级标准在除去有机污染物方面的要求。在投资和运行费用上比通常以除去有机污染物为主的二级生物污水处理系统降低３０％左右，是适合我国现阶段污水处理要求的工艺技术。
旋转接触氧化污水处理工艺
旋转接触氧化污水处理工艺技术是在生物
转盘技术基础上，结合生物接触氧化技术优点发
展起来的新一代好氧生物膜处理技术。旋转接触
氧化污水处理工艺技术和成套设备提供了一种
简单和可靠的污水处理方法。整个污水处理系统
中的转轴是唯一的转动部分，一旦机器出了故
障，一般机械人员都可以进行维修。系统生物量
会根据有机负荷的变化而自动补偿。附在转盘上的微生物是有生命的，
当污水中
的有机物增加时，微生物随之增加，相反，当污水中的有机物减少时，微生物随之减少。所以这污水处理系统的工作效果不容易受到流量和负荷的突然变化和停电的影响。运行费用低，只有其他曝气污水处理系统耗电的八分之一到三分之一。占地面积仅相当常规活性污泥法一半。由于生物系统中生长的微生物种类多，能够高效处理各种难降解工业污水。
连续循环曝气系统工艺
连续循环曝气系统工艺（Continuous Cycle Aeration System ）是一种连续进水式SBR 曝气系统。污水处理工艺CCAS 是在SBR （Sequencing Batch Reactor ，序批式处理法）的基础上改进而成。CCAS 污水处理工艺对污水预处理要求不高，只设间隙15mm 的机械格栅和沉砂池。生物处理核心是CCAS 反应池，除磷、脱氮、降解有机物及悬浮物等功能均在该池内完成，出水可达标排放。
污水处理工艺CCAS 上独特的优势：
(1)曝气时，CCAS 污水处理的污水和污泥处于完全理想混合状态，保证了BOD 、COD 的去除率，去除率高达95%。
(2)“好氧-缺氧”及“好氧-厌氧”的反复运行模式强化了磷的吸收和硝化-反硝化作用，使氮、磷去除率达80%以上，保证了出水指标合格。
(3)沉淀时，整个CCAS 反应池处于完全理想沉淀状态，使出水悬浮物极低，低的值也保证了磷的去除效果。
CCAS 污水处理工艺的缺点是各池子同时间歇运行，人工控制几乎不可能，全赖电脑控制，对处理厂的管理人员素质要求很高，对设计、培训、安装、调试等工作要求较严格。
曝气生物滤池生活污水处理工艺流程
污水处理工艺流程简介：曝气生物滤池，就是在生物滤池处理装臵中设臵填料，通过人为供氧，使填料上生长大量的微生物。这种污水处理工艺流程装臵由滤床、布气装臵、布水装臵、排水装臵等组成。曝气装臵采用配套专用曝气头，产生的中小气泡经填料反复切割，达到接近微控曝气的效果。由于反应池内污泥浓度高，处理设施紧凑，可大大节省占地面积，减少反应时间。
城市污水SPR 除磷工艺
污水处理工艺流程简介：水体富营养化主要原因是人类向水体排放了大量的氨氮和磷，磷是水体富营养化的最主要因素。纵观国内污水处理流程工艺，除磷技术一直是困扰污水处理厂运行的难题。传统的物化除磷技术需要大量的药剂，具有运行成本高、污泥产量大的缺点；前臵厌氧的生物除磷工艺具有运行费用低的优点，但是由于完全依赖于微生物的摄磷、释磷作用，难以达到国家污水处理工艺流程的要求。当考虑中水回用时，则更难达到要求。
A/O生物滤池污水处理工艺流程
污水处理工艺流程简介：由于我国小城镇居住点分散，污水源分布点多量少，城镇级污水厂的规模多低于10000吨/日。目前国内大中型城市污水处理厂经常采用的污水处理工艺有传统活性污泥法、A2/O、SBR 、氧化沟等，如果以这些技术建设小城镇污水处理厂会造成由于居高不下的运行费用，无法持续运行。必须针对小城镇的特点采用投资省，运行费用低，技术稳定可靠，操作与管理相对简单的工艺。
MBFB 膜生物流化床工艺
MBFB 工艺用于污水深度处理，能在原有污水达标排放的基础上，经过生物流化床和陶瓷膜分离系统，进一步降低COD 、NH-N 、浊度等指标，一方面可直接回用，另一方面也可作为RO 脱盐处理的预处理工艺，替代原有砂滤、保安过滤、超滤等冗长过滤流程，同时有机物含量的降低大大提高RO 膜使用寿命，降低回用水处理成本，无机陶瓷膜分离系统，是世界第一套污水处理专用的无机膜分离系统，和其它的有机膜、无机膜相比，具有膜通量大、可反冲、全自动操作等优势。
2、4国内与国外污水处理技术介绍
中国污水处理近况及未来
我国污水处理产业发展进步较晚，建国以来到改革开放前，我国污水处理的需求主要是以工业和国防尖端使用为主。改革开放后，国民经济的快速发展，人民生活水平的显著提高，拉动了污水处理的需求。进入二十世纪九十年代后，我国污水处理产业进入快速发展期，污水处理需求的增速远高于全球水平。 1990年以来，全球污水处理表观消费量以年均6%的速度增长，而九十年代的十年间，我国污水处理表观消费量年均增长率达到17.73%，是世界年均增长率的2.9倍。进入二十一世纪，我国污水处理产业高速增长。2000年—2004年，我国污水处理消费量从188万吨增长到447万吨，增加了2.3倍，年平均增长率在27%以上。其中，2001年，我国污水处理表观消费量达到225万吨，超过美国成为世界第一污水处理消费大国。同时，污水处理进口也大幅度增加。1998年，我国污水处理进口100万吨，由此成为世界上最大的污水处理进口国。2004年与1998年比，污水处理进口增长幅度年均达到27.14%。预计2005年，中国污水处理表观消费量将达到500万吨，进口仍将保持在300万吨左右。
伴随着污水处理市场的快速发展，我国污水处理产量也结束了长期徘徊的局面，实现了高速增长。我国污水处理产量从2000年的46万吨增长到2004年的236万吨，年平均增长率在82.6%，占国内市场需求的比重也由2000年的24.47%提高到2004年的52.80%。而同期，世界污水处理产量则仅以6%左右的速度增长。
从九十年代后期起，我国太钢、宝钢以及宝新、张浦等国有和合资企业通过引进和技术改造，先后建成了一系列污水处理生产线，污水处理工艺技术装备达到国际先进水平，污水处理生产初具规模。污水处理品种结构也发生了积极的变化，污水处理产品质量迅速提高。特别是国内污水处理冷轧板增长迅速，2003年，国内冷轧板产量达到170万吨，首次超过进口量, 自给率达到66%；2004年，国内冷轧板产量达到200万吨，自给率达到70%以上。从2004年底到2005年底，国内冷轧污水处理产能将增加约150万吨，基本满足国内市场需求。到2007年，我国将成为污水处理的净出口国。
从总体上看，我国污水处理正在经历由规模小、水平低、品种单一、严重不能满足需求到具有相当规模和水平、品种质量显著提高和初步满足国民经济发展要求的深刻转变，污水处理需求将逐步实现自给。
我国城市污水处理资本金来源难题
（难题一）人口增加，污水增多
在我国，随着城市人口的增加和工农业生产的发展，污水排放量也日益增加，水体污染相当严重，而且几乎遍及全国各地。到2000年底，全国设市的663个城市中有310个建有污水处理设施，建设污水处理厂427座，年污水处理量113.6亿立方米，污水处理率只有34.23%。
（难题二）加快发展，急需资金
在社会主义市场经济条件下，污水处理是从一定量的资金投入开始的。污水处理资金的规模决定着污水处理的规模。污水处理资金自身的发展速度决定着污水处理发展的速度和污水处理技术进步的速度。现实的污水处理中，技术先进、处理费用低的决策方案通常是预付资金量较大的方案。从这个意义上说，资金自身的发展速度越快，污水处理技术的进步和应用才能越快，污水处理也才能越快。 （难题三）处理资金，来源困难
1、我国城市污水处理资本金来源的难处所在
长期以来，我国城市污水处理设施采取的是免费使用政策，不仅扩大再生产由财政投资，简单再生产也需要财政拨款才能完成，财政拨款因此成了污水处理设施维护建设投资的唯一来源。只是在不同时期，来源的名称不同，但都是以财政为中心的资金循环。经济体制改革，否定了我国传统大一统" 财政模式，否定了国家作为生产经营者的身份，也否定了生产资料所有者身份和政权行使者合一，要求政企分开，政资分开。与此相适应，在国家为主体的统一财政的前提下，我国财政分成公共财政与国有资产管理两部分。公共财政是以政权行使者身份出现的国家，主要以税收形式筹集资金，解决市场配臵资源所不能解决的问题，满足公共需要。城市污水处理是公益事业，污水处理资金财政拨款应是公共财政支出。因我国社会主义市场经济体制改革还在深化中，公共财政收入占GDP 的比重、中央公共财政收入占公共财政收入的比重目前还不够合理，城市污水处理资金很
难像美国等发达国家哪样绝大多数来自财政拨款或贷款。
2、污水处理借入资金来源的难处所在
城市污水处理资金需求巨大，银行贷款是污水处理资金的一个重要来源。银行贷款分商业银行贷款与国家开发银行贷款。商业银行资金来源为居民与企业存款，大多为短期资金，虽然也可作部分中长期贷款，但比重不宜过大；商业银行资金运用要求安全性、流动性和盈利性的" 三性" 统一，而污水处理资金的运用和回流很难与商业银行资金运用“三性”相吻合。因此，商业银行很难对污水处理项目进行贷款。
国外污水处理技术
欧洲城市污水处理技术——可持续生物除磷脱氮工艺
以控制富营养化为目的的氮、磷脱除已成为
各国主要的奋斗目标。无疑，应付日趋严格的排
放标准，传统工艺会因上述弊端而雪上加霜。在
此情形下，发展可持续污水处理工艺变得势在必
行。所谓可持续污水处理工艺就是朝着最小的COD
氧化、最低的CO 2释放、最少的剩余污泥产量以及
实现磷回收和处理水回用等方向努力。这就需要以较综合的方式来解决污水处理问题，即污水处理不应仅仅是满足单一的水质改善，同时也需要一并考虑污水及所含污染物的资源化和能源化问题，且所采用的技术必须以低能量消耗（避免出现污染转移现象）、少资源损耗为前提。
发展新颖的污水生物处理工艺依赖于在微生物学及生物化学方面的新发现或新认识。荷兰研究人员Mulder 在10年前发现了厌氧氨（氮）氧化现象。与此同时，南非、荷兰、日本等国科学家对生物摄/放磷代谢机理重新认识后确定了反硝化除磷新途径。这两种新技术的研发与应用对发展可持续污水生物处理工艺具有划时代意义的推动作用。本文以厌氧氨氧化和反硝化除磷技术为蓝本，详细介绍它们的技术原理、工艺流程以及在欧洲的应用情况；在此基础之上提出一个以转换有机能源（甲烷）、回收磷化合物（鸟粪石）和回用处理水（非饮用目的）为目标的可持续城市污水生物除磷脱氮技术推荐工艺。
在污水生物除磷实践中，南非开普顿大学（UCT ）研究人员最早发现专性好氧细菌不是唯一对磷的生物摄/放起作用的菌种，兼性反硝化细菌也有着很强的生物摄/放磷现象。反硝化细菌的生物摄/放磷作用被荷兰代尔夫特工业大学和日本东京大学（UT ）研究人员合作研究确认，并冠名为反硝化除磷。在磷的生物摄/放过程中，反硝化除磷细菌以硝酸氮取代氧作为电子接受体，也就是说反硝化除磷细菌能将反硝化脱氮和生物除磷这两个原本认为彼此独立的作用合二为一。显然，在结合的除磷脱氮过程中，COD 和氧的消耗量均能得到相应节省。比较传统的专性好氧磷细菌去除工艺，反硝化除磷细菌能分别节省约50%和30%的
COD
与氧的消耗量，相应减少剩余污泥量50%。在反硝化除磷过程中由于COD 需要量的大为减少，过剩的COD 因此能被分离，并使之甲烷化，从而避免COD 单一的氧化稳定（至CO 2）。归因于曝气能量的减少，以及过剩COD 甲烷化后能量的产生，
这种综合的能量节约最终会导致释放到大气的CO 2量明显减少。因此，具有反硝
化除磷细菌富集的处理系统可以被视为可持续处理工艺。 传统上，两个已得到充分确认的生物途径，硝化（NH +4→NO 3-）与反硝化（NO 3→N 2）被应用于污水处理
的生物脱氮。这种传统生物脱氮途径从可持续角度看并不是最佳的，因为充分地氧化氨氮到硝酸氮首先要消耗大量能源（因曝气）；其次，还需要有足够碳源（COD ）来还原硝酸氮到氮气。对这一传统脱氮途径的改进可借助于新近由荷兰TUDelft 研发的一种中温亚硝化技术——SHARON 来实现。在亚硝化/反硝化脱氮途径中，亚硝酸氮为仅有的中间过渡形态；这一途径无论对氧化（NH +4→NO 2-）还是还原（NO 2-→N 2）均能起到最小量化的作用，意味着O 2和COD 消耗量的双重节约。显
然，亚硝化/反硝化脱氮途径可以成为一种可持续的脱氮技术。
此外，荷兰TUDelft 研究人员几乎在同一时期还试验确认了一种新的氨氮转换途径，这使得氨氮以亚硝酸氮作为电子接受体而被直接氧化至氮气成为可能。这种厌氧条件下的氨氮氧化与亚硝化过程（如SHARON 工艺）相结合在工程上能够实现氨氮的最短途径转换，这就意味着生物脱氮过程中能源与资源消耗量的最小化完全可能。污水处理过程中氮的所有可能转换途径列于图1. 与传统脱氮工艺相比较，很明显，由厌氧氨氧化与亚硝化工艺相结合的氮的完全自养转换方式是一种最可持续的污水脱氮途径。
第三章 污水处理的法宝——活性污泥 3、1活性污泥简介
活性污泥是一种好氧生物处理方法．活性污
泥基本概念是由1912年英国人Clark and Cage
发现对废水进行长时间曝气会产生污泥并使水质
明显改善，其后Arden and Lackett 进一步研究，
发现由于实验容器洗不干净，瓶壁留下残渣反而
使处理效果提高，从而发现活性微生物菌胶团，
定名为活性污泥而来。
活性污泥中复杂的微生物与废水中的有机营养物形成了复杂的食物链。最先担当净化任务的是异氧菌和腐生性真菌，细菌特别是球状细菌起着最关键的作用，优良运转的活性污泥，是以丝状菌为骨架由球状菌组成的菌胶团。沉降性好，随着活性污泥的正常运行，细菌大量繁殖，开始生长原生动物，是细菌一次捕食者。活性污泥常见的原生动物有鞭毛虫、肉毛虫、纤毛虫和吸管虫。活性污泥成熟时固着型的纤毛虫、种虫占优势；后生动物是细菌的二次捕食者，如轮虫、线虫等只能在溶解氧充足时才出现，所以当出现后生动物时说明处理水质好转标志。
活性污泥的性能指标包括：
混合液悬浮固体 （MLSS ），污泥沉降比（SV ），污泥指数[污泥体积指数（SVI ），污泥密度指数（SDI ）。
混合液悬浮固体浓度（MLSS ），又称为混合液污泥浓度，表示在曝气池单位容积混合液内所含的活性污泥固体的总重量，即 ：MLSS=Ma+Me+Mi+Mii Ma--具有代谢功能活性的微生物群体；
Me--微生物（主要是细菌）内源代谢、自身氧化的残留物；
Mi --由原污水挟入的难为细菌降解的惰性有机物质；
Mii--由污水挟入的无机物质。
表示单位为mg/L混合液，或g/L混合液，g/m3混合液，kg/m3混合液。 混合液挥发性悬浮固体浓度，表示混合液活性污泥中有机性固体物质部分的浓度，即：
MLVSS=Ma+Me+Mi
MLVSS 与MLSS 的比值以f 表示，即
f=MLVSS/MLSS
在一般情况下，f 值比较固定，对生活污水，f 值为0.75
左右。以生活污水
为主体的城市污水也同此值。
以上两项指标都不能精确地表示活性污泥微生物量，而表示的是活性污泥的相对值。但因为其测定简便易行，广泛应用于活性污泥处理系统的设计、运行。 污泥沉降比（SV ），又称30min 沉降率。混合液在量筒内静臵30min 后所形成沉淀污泥的容积占原混合液容积的百分率，以%表示。
污泥容积指数（SVI ），简称污泥指数，其物理意义是在曝气池出口处的混合液，在经过30min 静沉后，每g 干污泥所形成的沉淀污泥所占的容积，以mL 计。 污泥容积指数的计算式为：
SVI= 混合液（1L ）30min 静沉形成的活性污泥容积（mL ）/混合液（1L ）中悬浮固体干重（g ）=(SV（mL/L）)/(MLSS（g/L）)
SVI 的表示单位为mL/g，习惯上只称数字，而把单位略去。
（以上引自《排水工程（第四版）》. 中国建筑工业出版社）
影响活性污泥性能的环境因素：
溶解氧——溶解氧浓度以不低于2mg/L为宜（2—4mg/L）。水温——维持在15～25℃，低于5℃微生物生长缓慢。营养料——细菌的化学组成实验式为C5H7O2N ，霉菌为C10H17O6原生动物为C7H14O3N ，所以在培养微生物时，可按菌体的主要成分比例供给营养。微生物赖以生活的主要外界营养为碳和氮，此外，还需要微量的钾，镁，铁，维生素等。
碳源--异氧菌利用有机碳源，自氧菌利用无机碳源。
氮源--无机氮（NH 3及NH 4+）和有机氮（尿素，氨基酸，蛋白质等）。
一般比例关系：BOD ：N ：P=100：5：1
好氧生物处理：BOD5=500——1000mg/l
有毒物质：
主要毒物有重金属离子（如锌，铜，镍，铅，铬等）和一些非金属化合物（如酚，醛，氰化物，硫化物等）。
废水的厌氧处理主要用于高浓度有机废水的前处理，厌氧活性污泥的性质和组成如下：由兼性厌氧菌和专性厌氧菌与废水中的有机杂质形成的污泥颗粒。呈灰色至黑色，有生物吸附作用、生物降解作用和絮凝作用，有一定的沉降性能；颗粒厌氧活性污泥的直径在0．5mm 以上。
微生物的组成主要有六种：
由外到内水解细菌、发酵细菌、氢细菌和乙酸菌、甲烷菌 、硫酸盐还原菌、厌氧原生动物其中产甲烷丝菌是厌氧活性污泥的中心骨架。
3、2活性污泥机理、影响因素及处理
活性污泥机理
活性污泥中复杂的微生物与废水中的有机营养物形成了复杂的食物链。 最先担当净化任务的是异氧菌和腐生性真菌，细菌特别是球状细菌起者最关键的作
用，优良运转的活性污泥，是以丝状菌为骨架由球状菌组成的菌胶团。沉降性好，随着活性污泥的正常运行，
细菌大量繁殖，开始生长原
生动物，是细菌一次捕食
者。活性污泥常见的原生动
物有鞭毛虫、肉毛虫、纤毛
虫和吸管虫。活性污泥成熟
时固着型的纤毛虫、种虫占
优势；后生动物是细菌的二
次捕食者，如轮虫、线虫等只能在溶解氧充足时才出现，所以当出现后生动物时说明处理水质好转标志。其性能指标包括：混合液悬浮固体 （MLSS ），污泥沉降比（SV ），污泥指数[污泥体积指数（SVI ），污泥密度指数（SDI ）]。
活性污泥影响因素
能够影响微生物生理活动的因素比较多，其中主要有：营养物质、温度、溶解氧以及有毒物质等。
1. 营养物质平衡
参与活性污泥处理的微生物，在其生命活动过程中，需要不断从周围环境的污水中吸取其所必须的营养物质，包括：碳源、氮源、无机盐类以及某些生长素等。待处理的污水中必须充分含有这些物质。 碳是构成微生物细胞的重要物质，参与活性污泥处理的微生物对碳源需求量较大，一般以BOD5计，不应低于100mg/L。生活污水碳源比较充足，对于一些碳源不足的工业废水则应补充碳源，如生活污水或是淀粉等。
氮是组成微生物细胞内蛋白质和核酸的重要元素，氮源可来自N2、NH3、NO3等无机氮化合物，也可以来自蛋白质、胨（音dong ）以及氨基酸等有机含氮化合物。生活污水中氮源充足，不需要另行投加；工业废水则应考虑含氮是否充足，必要时可投加尿素、硫酸铵等。
磷是合成核蛋白、卵磷脂以及其他磷化合物的重要元素，在微生物的代谢和物质转化中起重要作用。辅酶I 、辅酶II 、磷酸腺苷等都含有磷。微生物主要从无机磷化合物中获取磷。磷源不足将影响酶的活性，从而使微生物的生理功能受到影响。
一般三大营养物质（碳源、氮源、磷源）比例关系为BOD ：N ：P=100：5：1 硫是合成细胞蛋白质不可缺少的元素，辅酶A 也含有硫。
钠在微生物细胞中调节细胞和污水之间渗透压所必需的。
钾是多种酶的激化剂，具有促进蛋白质和糖的合成作用，还能控制细胞质的胶态和细胞质膜的渗透性。
钙具有降低细胞质的透性，调节酸碱度以及中和其他阳离子所造成的危害。 镁在细胞质合成及糖的分解中起着活化作用，参与菌绿素的合成。
铁是细胞色素氧化酶和过氧化氢结构的一部分，在氧的活化过程中，起着重要的催化作用。
2. 溶解氧
参与污水活性污泥处理的是以好氧菌为主体的微生物种群。根据运行经验数据，曝气池中溶解氧浓度以不低于2mg/L为宜（以出口处为准）。局部区域有机污染物浓度高、耗氧速率高，溶解氧浓度不易保持2mg/L，可以有所降低，但不宜低于1mg/L。
3.PH 值
微生物的生理活动与环境的酸碱度密切相关，只有在适宜的酸碱度条件下，微生物才能进行正常的生理活动。参与污水生物处理的微生物，一般最佳的pH 值范围，介于6.5～8.5之间。
4. 水温
温度作用非常重要。参与活性污泥处理的微生物，多属嗜温菌，其适宜温度在10～45摄氏度，为安全计，一般将活性污泥处理的温度控制在15～35摄氏度，低于5摄氏度微生物生长缓慢。
5. 有毒物质
“有毒物质”是指对微生物生理活动具有抑制作用的某些无机质及有机质，主要有重金属离子（如锌，铜，镍，铅，铬等）和一些非金属化合物（如酚，醛，氰化物，硫化物等）。 有毒物质对微生物毒害作用，有一个量的概念，只有在有毒物质在环境中达到某一浓度时，毒害和抑制作用才显现出来。污水中的各种有毒物质只要低于这一浓度，微生物的生理功能不受影响。有毒物质的作用还与pH 值、水温、溶解氧、有无其他有毒物质及微生物的数量以及是否经过驯化等因素有关。
活性污泥的处理
曝气池是由微生物组成的活性污泥与污水中
有机污染物物质充分混合接触，并进而降解吸收并
分解的场所，它是活性污泥工艺的核心。曝气系统
的作用是向曝气池供给微生物增长及分解有机物
所必须的氧气，并起混合搅拌作用，使活性污泥与
有机物充分接触。在曝气池内，悬浮的大量肉眼可
观察到的絮状污泥颗粒这就叫做活性污泥絮体。随
着有机污染物被分解，曝气池每天都净增一部分活性污泥，这部分叫做剩余活性污泥。用污泥泵直接排出系统之外---污泥池。
3、3活性污泥的培养、驯化以及分析处理
活性污泥培养
活性污泥培养初期，每天闷曝22h ，静臵2h ，排放4L 废水，再加入4L 自配水。7天后，污泥颜色呈黑色，沉降性能良好，出水混浊，测量MLSS 、SV 的值，反应过程中pH 值、COD 、NH3-N 浓度没有较大的变化，说明培养出的细菌量较少。14天后，污泥呈浅黑色，沉淀时泥水界面由开始模糊逐渐变得边缘清晰，镜检时可以观察到草履虫、漫游虫、裂口虫、吸管虫等。随着生物相逐渐变好，预示菌种培养出来了。测量MLSS 、SV 的值，COD 和NH3-N 去除率分别达到43%和10%，污泥活性还不强，需要继续培养。此后，每天运行两周期，每周期曝气10h ，静臵2h 。30天后，污泥的絮凝和沉淀性能良好，混合液静臵半小时，上清夜清澈透明，泥水界面清晰，污泥呈黄褐色，镜检有大量新型菌胶团，较为密实，可以观察到许多活跃的钟虫。测量污泥MLSS 、SV 的值，COD 去除率达到90%以上，NH3-N 去除率在30%以上，污泥活性较强, 至此认为培养阶段结束。
活性污泥的驯化
活性污泥培养出来的活性污泥含有大量异养菌，而硝化菌是自养菌，污泥中含量非常少，需要进一步进行驯化，使之占优。与硝化菌相比，反硝化菌对环境的适应能力强，生长和繁殖快，所以在一般情况下反硝化菌受到废水物质的抑制程度要比硝化菌小。在活性污泥的驯化过程中，每隔两天提高一次进水COD 和NH3-N 浓度。污泥驯化初期，COD 去除率为85.59％，而NH3-N 去除率仅为23.21％。这是因为异养菌占优势，生长速率快，硝化菌世代时间长，生长速率慢，含量较少，与异养菌竞争处于不利地位，硝化反应速率低。4天后，NH3-N 去除率明显升高，达到了46.70%，这说明系统中的硝化菌逐渐占优势，但NH3-N 处理效果还不很理想，还需要继续驯化。使得NH3-N 的去除率在90％以上，系统取得了良好的脱氮效果，达到驯化目的。
活性污泥的分析处理
1．曝气池有臭味曝气池供氧不足，DO 值（溶
解氧）偏低出水氨氮有时较高加大曝气。
2. 污泥发黑曝气池DO 过低，有机物厌氧分解
H2S 与F 作用生成FS 加大曝气量。
3. 细小污泥漂浮污泥缺乏营养进水氨氮过
高，C/N不合适水温超过40°投加营养按BOD5：
NP=100：5：1测定进水氨氮。
4．上清液浑浊出水水质差F/M（污泥有机负荷）过高有机物氧化不彻底污泥浓度不够减少进水量培养成熟的活性污泥（引进新活性污泥投入曝气池）。
5. 曝气池表面出现浮渣进水洗涤剂含量过高或丝状菌过量生长清除浮渣增加系统剩余污泥的排放。
6. 污泥未成熟，絮粒瘦小，出水浑浊，水质差污水中营养不平衡或不足PH 值不适投加营养按BOD5：NP=100：5：1调整PH
值，培养成熟的活性污泥（入曝
气池）。
7. 表面积累一层解絮污泥污泥解絮，出水水质恶化或PH 值异常停止进水，排泥后投加营养引进新活性污泥。
8. 曝气池泡沫过多，呈白色进水中洗涤剂过多加消泡剂（机油或煤油）。
9. 曝气池泡沫不易破碎，发粘进水负荷过高，有机物分解不彻底降低负荷。
10. 曝气池泡沫呈茶色或灰色污泥老化，泥龄过长，解絮污泥附于泡沫上增加排泥量。
11. 污泥层（泥面）升高SVI 值高，污泥沉降性差泥龄太长投入混凝剂（PAC ）增加排泥量。
12. 污泥色泽转淡曝气池供氧过大，污泥负荷太低，进水营养不足，污泥自身氧化分解减少曝气量加大进水量投加营养（N ，P ）按BOD5：N ：P=100：5：1。 3、4活性污泥法的基本流程
活性污泥法
活性污泥法是由曝气池、
沉淀池、污泥回流和剩余污泥
排除系统所组成。污水和回流
的活性污泥一起进入曝气池形
成混合液。曝气池是一个生物
反应器，通过曝气设备充人空
气，空气中的氧溶人污水使活
性污泥混合液产生好氧代谢反
应。曝气设备不仅传递氧气进
入混合液，且使混合液得到足
够的搅拌而呈悬浮状态。这样，
污水中的有机物、氧气同微生
物能充分接触和反应。随后混
合液流人沉淀池，混合液中的悬浮固体在沉淀池中沉下来和水分离。流出沉淀池的就是净化水。沉淀池中的污泥大部分回流，称为回流污泥。回流污泥的目的是使曝气池内保持一定的悬浮固体浓度，也就是保持一定的微生物浓度。曝气池中的生化反应引起了微生物的增殖，增殖的微生物通常从沉淀池中排除，以维持活性污泥系统的稳定运行。这部分污泥叫剩余污泥。剩余污泥中含有大量的微生物，排放环境前应进行处理，防止污染环境。要使活性污泥法形成一个实用的处理方法，污泥除了有氧化和分解有机物的能力外，还要有良好的凝聚和沉淀性能，以使活性污泥能从混合液中分离出来，得到澄清的出水。活性污泥中的细菌是一个混合群体，常以菌胶团的形式存在，游离状态的较少。菌胶团是由细菌分泌的多糖类物质将细菌包覆成的粘性团块，使细菌具有抵御外界不利因素的性能。
菌胶
团是活性污泥絮凝体的主要组成部分。游离状态的细菌不易沉淀，而混合液中的原生动物可以捕食这些游离细菌，这样沉淀池的出水就会更清彻，因而原生动物有利于出水水质的提高。
监测项目：（1）反映污泥性质的项目污泥沉降比--以SV ＜30%为好；污泥体积指数--SVI ＝50～150，SVI=100最好，SVI 达到200以上则污泥可能膨胀， MLSS＝1500～2000mg/L。（2）反映污泥营养的项目属于污泥营养的测定项目有：BOD5；出水氨氮(至少1mg ／L) ；出水磷(至少1mg ／L) ；二沉池出水DO 不低于0.5mg ／L 。（3）溶解氧DO 溶解氧(不低于l ～2mg ／L) ；二沉池出水DO 不低于0.5mg ／L 。
（4）反映污泥环境条件水温、pH 值、BOD5、CoDcr 、有毒物质、CN-、S2-、SS 、NO3-、NO2-等。
第四章 固定化细胞与废水微生物治理 固定化微生物细胞技术是20世纪60年代发展起来的一门新兴生物技术，在化工、发酵生产、能源、医药等行业，实际应用效果显著。它是利用物理或化学的手段将游离微生物细胞定位于限定的空间区域，并使其保持活性反复利用的方法。70年代后，污染日益严重，迫切要求研究各种高效的生物处理系统，固定化微生物应用于废水处理成为国内外众多学者研究的热点。固定化微生物细胞技术与传统的悬浮生物处理法相比，具有许多优点:效率高、反应易控制、微生物的高效高密度、固液分离效果好、对环境的耐受力强(如pH ,温度、有机溶剂、有毒物质) 。
4、1固定化细胞的制备方式和载体
固定化细胞的制备方式是多种多样的，大致可以分成如下三种方法。 吸附法：又叫载体结合
法，是依据带电的微生物细
胞和载体之间的静电、表而
张力和粘附力的作用，使微
生物细胞固定在载体表而
和内部形成生物膜。吸附法
可分为物理吸附法和离子
吸附法两种。该法操作简
单，固定化过程对细胞活性
影响小。
包埋法：是将微生物
包埋在凝胶的微小格子或微胶囊等有限空间内，微生物被包裹在该空间内不能离开，而底物和产物能自由地进出这个空间，常用的有凝胶包埋法、纤维包埋法和微胶囊法。包埋法对细胞活性影响小，它是固定化细胞常用的方法。
交联法：是通过利用含有两个或两个以上官能基团的试剂与微生物细胞表而的反应基团如梭基、氨基等发生反应，使细胞之间交联成网格结构，从而制成固定化网格，其结合力是共价键。该固定化方法微生物反应活性损失较大，目前采用的交联剂大都比较昂贵，因此应用受到一定的限制。
固定化细胞技术所采用载体的物理化学性质直接影响所固定细胞的生物活性和体系传质性能。理想的载体材料应具有对微生物无毒性、传质性能好、性质
稳定、寿命长、价格低廉等特性。它可分为有机高分子载体、无机载体和复合载
体三大类。
4、2固定化微生物细胞在废水处理中的应用
氨氮废水的处理
最旱是Nilsson 用海藻酸钙固定假单胞反硝化菌, 采用填充柱对硝酸盐浓度为20mg/L的地下水进行两个月的连续脱氮试验。脱氮效果良好，容积负荷为
3.6kg/(m3〃d) ，反硝化速度为66mg/(h〃kg 凝胶) 。中村裕纪用聚丙烯酞胺包埋法固定硝化菌和脱氮菌、采用好氧硝化与厌氧反硝化两段工艺进行合成废水的脱氮试验，结果表明:与悬浮生物法相比，低温下硝化速度增大了6～7倍，约为(以N 计)0.5kg/(m3〃d); 脱氮速率提高了3倍，约为1.5kg/(m3〃d) ，停留时间由原米的7h(硝化4h+反硝化3h) 缩短为4h(硝化2h+反硝化2h) ，即处理装臵容积可减少约50%左右。Wijffels 等用卡拉胶包埋反硝化菌，在容积2L 的外循环流化床中进行脱氮试验，HRT 为1h ，进水NOx-N 浓度为8～16mo1/m3，固定化细胞填充率为11.1%时，脱氮率达90%以上。还有人选用聚乙烯醇作载体，并添加适量粉末活性炭，包埋固定硝化污泥处理(NH4)2SO4和葡萄糖为主的合成废水。结果表明，在24℃～28℃，颗粒填充率7.5%，HRT 为8h 的条件下，进水NH4-N 负荷由0.6kg/(m3〃d) 提高至3.49kg/(m3〃d), NH4-N去除率可达95.5%，COD 去除率保持在80%以上。
高浓度有机废水的处理
高浓度有机废水指由造纸、皮革和食品等行业排放的COD 2000mg/L以上的废水。刘双江等以海藻酸钠包埋固定光合细菌, 处理不同浓度豆制品废水。当废水COD 浓度为7560～12600 mg/L,时，可稳定产气260h 以上，平均产气率为146.8～351.4m1/(L〃d) ，气体中氢气含量60%以上，COD 去除率62.3%～78.2% ; 当废水COD 浓度在1260～5040mg/L时，可以维持产气93h ，平均产气率为120.7～140.0m1/(L〃d) ，气体中氢气含量75%以上，COD 去除率41%～60.3%。罗志腾等用琼脂包埋厌氧活性污泥，在厌氧膨胀床中处理高浓度有机废水，进水COD 为7300mg/L，回流比为24h ，COD 去除率达83.6%。
固定化活性污泥除BOD 物质
对于固定化活性污泥的研究情况，角野报道说固定化细胞的污泥产率系数(以BOD 计) 为0.15kg/kg，与一般活性污泥法相比，泥量减少为1 /4～1/5，但污泥产量随容积负荷的增加而增加。在综合考虑污泥的处臵时，容积负荷不宜设计得过高，在不产生剩余污泥情况下运行时，容积负荷(以BOD 计) 也可达0.46～1.02 kg/(m3〃d) ，与一般延时曝气活性污泥法(以BOD 计) （0.1～0.4 kg/(m3〃d)) 相比高2～3倍。桥本等用PVA －硼酸法包埋活性污泥，对人工合成废水进行连续试验，在进水p （TOC) 为94～99 mg/L, TOC负荷在0.5～2.35 kg/(m3〃d) 时，
出水TOC 的质量浓度降到5～7mg/L，去除率达93％，与活性污泥法相比，有机物负荷可提高2～6倍，同时总氮去除率也可达30%～45%，用PVA －冷冻法包埋活性污泥时，在最高TOC 负荷达2.96kg/(m3〃d) ，处理效果良好。本田用各种载体包埋活性污泥，采用固定床和流化床处理人工合成葡萄糖废水，在固定床实验中，用丙烯酸系合成树脂作载体，在TOC 容积负荷为1.5kg/(m3〃d) ，停留时间为4h 时，TOC 去除率最高达98%，平均为95%用聚丙烯酸凝胶作载体，固定床二级串联运行，进水TOC 的质量浓度为500mg/L时，停留4h ，TOC 去除率达80%，TOC 容积负荷为3kg/(m3〃d) 进水TOC 的质量浓度为2200 mg/L时，停留12h ，TOC 去除率达92%，TOC 容积负荷达4.4kg/(m3〃d); 当用流化床处理废水，进水TOC 的质量浓度小于300mg/L时，TOC 去除率可达95%以上。
难降解物质的处理
Joshi N T 等人用海藻酸钙包埋降酚微生物处理含酚废水，当含酚1000mg/L悬浮污泥48h 将酚完全降解，固定化细胞只需32h ，含酚为1500mg/L时，悬浮污泥酚去除率为75%，固定化细胞为98%。桥本用PVA-硼酸法固定分离出的耐高浓度酚特殊菌种，在完全混合曝气条件下连续处理含酚废水，进水酚的质量浓度从100mg/L逐渐升高到1000mg/L，结果表明:固定化细胞的酚分解速度为悬浮细胞的2.5倍，酚的质量浓度较低时，出水水质良好，只有酚的质量浓度大于3500 mg/L时，出水酚的质量浓度才开始升高，但仍可保持一定的去除效率。Manohar S 等人将假单胞菌属NGKL 菌系固定于氨基甲酸乙脂泡沫中，用来降萘试验。在萘含量50mmo1/L废水中，未固定游离细胞4d 后达到最大去除量30mmol/L,以后不再降解，固定化细胞6d 后, 将萘全部降解完。研究还发现，含萘20mmol/L的废水中，固定化细胞能够在90d 内反复利用95次，仍保持萘降解性能。黄霞等人筛选了能降解焦化废水中的3种难降解有机物(哇琳、异哇琳、吡啶) 的优势菌种，并采用无纺布-PVA 复合载体进行固定包埋结果表明经优势菌种处理8h ，3种难降解有机物均可降解90%以上。王翠红等用海藻酸钠包埋对酚具有高效降解作用的小球藻细胞和紫色非硫光合细菌棍合菌株，在好氧条件下处理含酚废水，可以明显提高除酚效率，缩短废水停留时间，其共生体系对温度、pH 值适应范围广，对焦化厂工业废水处理24h ，去除率为95%。
重金属废水的处理
严国安等采用海藻酸钙凝胶包埋普通小球藻，对人工废水进行静态模拟净化试验，比较了固定化和悬浮态小球藻对重金属Hg2+的去除率。结果表明，固定化小球藻的去除率明显高于悬浮藻。在Hg2+浓度为0.2,0.8,1.4ug/L的污水中，静态停留5d, 固定藻对Hg2+的去除率分别94.7%,94.5%和97.5%,而悬浮藻分别为79.7%、88.1%和76.9%。吴乾菁等利用聚丙烯酞胺固定化酵母菌细胞去除电镀废水中的Cd2+，在pH = 9，Cd2+的质量浓度为1～400 mg/L时，反应1h ，Cd2+的去除率98.9%，采用未固定化细胞则去除率为37.6%。分别用0.1 mol/L的HCL
和0.1mol/L的EDTA 解吸，Cd2+的回收率为88.5%和87.6% 。Michel L J等人利用聚丙烯酞胺包埋固定Citrobacter sp, 用于富集废水中的锅，在最优条件下，使用中一级固定化细胞反应柱，去除率达100%。杨芬同样采用海藻酸钙包埋普通小球藻进行Cu(Ⅱ) 吸附研究，结果表明固定化细胞在Cu2+浓度较低时，吸附率可达95%，再生后的固定化细胞吸附率在80%以上。
4、3固定化微生物细胞技术在废水处理中的应用前景
固定化微生物技术用于废水处理，有以下优点从:(1)处理能力明显高于普通活性污泥，且抗水力和有机负荷能力强，污泥生成量少。(2)生长繁殖速度缓慢的微生物通过固定化，能有效缩短启动时间，使处理稳定进行。(3)微生物细胞固定后，利于反应中固、液、气三相分开，且产物分离容易，能有效克服某些反应过程中存在的产物抑制问题。(4)固定高活性高浓度的微生物，在处理有毒及难降解物质方而十分有效。
目前，固定化微生物细胞进行污水处理的研究大多仍处于实验室水平，工业化处理实际污水的报道很少见。为了发挥该方法的巨大潜力，实现其工业化目的，还应完善如下研究。(1)固定化载体的寿命和成木是固定化细胞技术经济可行的关键，所以应开发研制低费用、高强度和高传质性的载体。另外，探索不同载体的结合使用也是今后研究的方向。(2)研制高效反应器也是实现其工业化的重要途径。(3)经固定化微生物处理过的废水，出水透明度一般较差，妨碍其在去除率要求较高场合的运用。所以增加前后处理装臵，完善整个处理工艺的组合，是今后需要考虑的问题。(4)废水是一个十分复杂的体系，往往是混合菌进行处理，采用混合菌还是中－菌分级处理有待于探索。(5)固定化重组菌，可以提高菌的稳定性和处理效率，将成为今后的一个发展方向。固定化微生物细胞技术进行废水处理研究，是一项符合可持续发展战略的课题。目前固内外的大多数研究仍处于实验室水平，有待于实现其工业化生产。相信随着今后研究的不断深入以及不断克服所存在的一些问题，固定化微生物细胞技术将成为一项高效而实用的生物处理技术，在废水处理实际应用中充分发挥出其巨大潜力。
结 论
通过此次完成论文的过程，让我更加了解了微生物技术在处理废水上的巨大价值和开发前景，微生物技术处理废水虽然发展的时间短，但是进步是实质性的。以前处理废水只能运用物理和化学的相关技术来实现，物理方法不但耗时，还不能完全洁净水质，化学方法虽然快速，但是要依赖加入化学反应剂或催化剂才能将水体中的污染物除去，但是由于化学反应一般都会有副产物或者添加的反应剂本身也具有污染水体的负面效果，所以依靠化学或物理的方法都很难高效环保的解决污水处理的问题。
自从人们开始研究微生物学后，由于微生物可以大量繁殖，并且具有高效分解有机物的能力时，科学家们就想到了运用微生物来处理污水，结合物理的基础知识，经过试验后，这个想法是真实可行的，于是发展到了当今运用微生物技术高效处理污水的污水处理厂，这种方式不但高效，而且很环保，还非常易于操作管理，成本也比较的低廉。其中运用的活性污泥便是生物技术处理污水的最好体现。活性污泥包括了菌胶团细菌、丝状细菌、真菌、原生动物和微型后生动物，其中每一种生物组成都能体现出水质的生化反应时期和水质的好坏，这样既环保，操作又简单，所以被当今许多废水处理厂所使用。
在现代生物学出现后，生物反应器更加使得微生物处理污水变的高效环保，且可有针对性的去除污水中的污染物，还可以吸收一些有用的物质，更加的符合节约型社会的要求，现代生物学的固定化细胞技术运用到固定微生物上，使得微生物处理废水可以连续性的进行，大大提高了污水处理厂处理污水的能力。
虽然微生物技术处理污水是高效环保的，但其中也存在着一些问题，比如目前国家对生物技术的投入不大，而且城市生活污水和生产污水的数量以日剧增，当下选择高效菌种已经非常的重要，相信通过我们大家的努力，一定可以将生物技术运用的淋漓尽致。
致谢：
在本次毕业设计论文的制作中我对现代微生物技术在废水处理中的应用有了一定的了解，虽然在制作设计的过程中遇到了一些问题，但是通过我自己翻书，上网查资料及向老师同学们请教，这些问题也得到了解决。经历了这次毕业设计，不仅对我的学习提供了帮助，而且在各方面也得到了锻炼。没有足够的耐力和信心就很难坚持对毕业设计每一步的顺利进行。同时我还要感谢我的指导老师杨春燕老师对此次毕业设计的精心安排和耐心指导。在毕业设计过程中，杨老师无论是在理论上还是在实践中，都给了我很大的帮助。使我在查阅资料、克服困难、编排创兴上都有了很大的提高。杨老师治学态度严谨，工作态度认真负责，为人亲切和蔼，学术理论和实践经验丰富，是我们学习的好榜样。
谢谢！
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国防工业职业技术学院
毕业设计（论文）
题 目 :现代微生物技术在废水处理
中的应用
培养部门 xxxxxxxx
专业名称 生物技术及应用 学生姓名 xx 学号 xxxxxxxxxxx 导师姓名
摘 要
从人类的诞生开始就存在着人与环境的对立统一关系。从古至今，随着人类社会的发展，环境问题也在发生着变化。当今社会的环境污染问题严峻地摆在人类面前，已经成为关系着人类生死存亡的关键因素之一。环境污染问题包括许多方面，本论文只涉及有机废水污染。水是生命之源，所以，治理水污染已经迫在眉睫，但由于传统的化学治理方法非常的耗时耗力，还容易引起二次污染，这就需要现代生物学的支持，才能更加安全环保的解决有机废水的污染。依靠现代微生物学可以安全环保高效的处理有机废水，其处理原理包括好氧生物处理和厌氧生物处理，通过微生物的生理代谢，可以把有机废水中的污染物分解为CO 2、H 2O 和各种无机盐，从而达到处理有机废水的作用。废水生物处理的一般过程为絮凝作用、吸附作用、氧化作用和沉淀作用。其中起到分解作用的微生物集合称作活性污泥，利用活性污泥还可以制作高效降解菌种。活性污泥的组成是一些菌胶团菌、丝状菌、真菌、原生动物和微型后生动物，其中每一种微生物都起到很大的作用。论文中还以一个处理含酚污水的微生物制剂实验来生动的体现微生物处理废水的全过程以及高效降解菌种的生产过程，从这个实验中可以体现对于微生物实验的各种操作以及注意事项，其中包括采样、富集培养、菌种的分离纯化以及所得微生物的理化分析。最后，在微生物处理废水的基础上，结合了现代生物学技术，比如细胞固定化技术、原生质体固定化技术和固定化细胞柱（生物反应器），这样就大大加强了微生物处理废水的速率和后续处理的过程，当然，这些技术不是非常的成熟，虽然试验成功，但任然有许多不足之处，还需要不断地努力和改进。
关键词：环境、环境问题、环境污染、有机废水、微生物、絮凝、沉淀、吸附、
氧化、活性污泥、分离、纯化、现代生物学、生物反应器
Abstract
From the beginning, the birth of human there is unity of opposites between people and the environment. Since ancient times, with the development of human society, the environment is changing. Environmental pollution problems in today's society placed in the human face of severe, life and death of human relations has become a key factor.Environmental pollution problems involves many aspects, this study involves only the organic wastewater pollution. Water is the source of life, so the water pollution around the corner, but because of the traditional chemical control method is very time-consuming and labor-intensive, but also easily lead to secondary pollution, which requires the support of modern biology, the solution can be more secure environment wastewater pollution. Can safely rely on Modern Environmental Microbiology and efficient treatment of organic wastewater, the treatment principles include aerobic biological treatment and anaerobic biological treatment, by microbial metabolism, can decompose organic pollutants in wastewater to CO2、H 2O and a variety of
inorganic salt, so as to achieve the role of organic wastewater treatment. General process of biological treatment for the
flocculation, adsorption, oxidation and precipitation. Which play a role in the microbial decomposition of the collection is called activated sludge, activated sludge can be made use of degrading bacteria. The composition of activated sludge floc, some bacteria, filamentous bacteria, fungi, protozoa and micro-metazoans, each of which micro-organisms have played a significant role. Paper also the treatment of phenol wastewater by a microbial agent vivid manifestation of experiments the whole process of microbial treatment of wastewater and the production of degrading strains from this experiment could reflect the various operations for the microbiology experiment and precautions, including including sampling, enrichment culture, strains of microorganisms isolated from the physical and chemical purification and analysis. Finally, on the basis of microbial treatment of wastewater, combined with modern biological technology, such as cell immobilization techniques, protoplast immobilization and immobilized cell column (bioreactor), thus greatly enhancing the rate of microbial treatment of wastewater and subsequent treatment of the process, of course, these techniques are not very mature, although the trial is successful, but any course there are many shortcomings, but also requires constant effort and improvement.
Key words: environment, environmental problems, environmental
pollution, organic waste, microorganisms,
flocculation,
oxidation, sedimentation, sludge, adsorption, separation, activated
purification, modern biology, bio-reactor
目 录
摘 要 . ................................................................ - 1 - Abstract . ................................................................ - 2 - 目 录 . ............................................................... - 5 -
第一章 绪 论 . ..................................................... - 6 -
1、1相关概念 ........................................................ - 6 - 1、2废水微生物处理的分类 ............................................ - 6 - 1、3废水微生物处理的特点 ............................................ - 8 -
第二章 污水处理 . ...................................................... - 9 -
2、1污水处理的分类 .................................................. - 9 - 2、2污水处理常用设备 ............................................... - 10 - 2、3污水处理常用工艺技术 ........................................... - 11 - 2、4国内与国外污水处理技术介绍 ..................................... - 13 -
第三章 污水处理的法宝——活性污泥 . ................................... - 17 -
3、1活性污泥简介 ................................................... - 17 - 3、2活性污泥机理、影响因素及处理 ................................... - 18 - 3、3活性污泥的培养、驯化以及分析处理 ............................... - 20 - 3、4活性污泥法的基本流程 ........................................... - 22 -
第四章 固定化细胞与废水微生物治理 . ................................... - 24 -
4、1固定化细胞的制备方式和载体 ..................................... - 24 - 4、2固定化微生物细胞在废水处理中的应用 ............................. - 25 - 4、3固定化微生物细胞技术在废水处理中的应用前景 ..................... - 27 - 结 论 . .............................................................. - 28 - 致谢：.................................................................. - 29 - 参考文献 . ............................................................... - 30 -
第一章 绪 论
1、1相关概念
1、环境污染：人类活动产生的有害物质或因子进入环境，引起环境系统的结构与功能发生变化，危害人体健康和生物的生命活动的现象。
2、水污染：污染物进入河流、湖泊、海洋或地下水中，使水质和底泥的物理、化学性质或生物群落组成发生变化，降低了水体的使用价值和功能的现象。
3、微生物：是包括细菌、病毒、真菌以及一些小型的原生动物、显微藻类等在内的一大类生物群体，它个体微小，却与人类生活关系密切。涵盖了有益有害的众多种类，广泛涉及健康、食品、医药、工农业、环保等诸多领域。
4、废水处理：采用物理、化学、生物等方法对排放的废水进行处理，使其水质符合国家(或地区) 规定的排放标准或达到再利用要求的工艺。
5、环境微生物学：是重点研究污染环境中的微生物学，是环境科学中的一个重要分支，是20世纪60年代末兴起的一门边缘学科，它主要以微生物学本学科的理论与技术为基础，研究有关环境现象，环境质量及环境问题，与其他学科如土壤微生物学，水及污水处理微生物学，环境化学，环境地学，环境工程学等学科互相影响，互相渗透，互为补充。环境微生物学研究自然环境中的微生物群落，结构，功能与动态；研究微生物对不同环境中的物质转化以及能量变迁的作用与机理，进而考察其对环境质量的影响。
6、废水生物处理：废水生物处理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降解作用，从而使废水得到净化的一种处理方法。废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。
1、2废水微生物处理的分类
废水生物处理技术常采用的方法有厌氧生物处理法、活性污泥法、生物膜法、氧化塘法。
1、厌氧生物处理法
此法主要用于处理污水中的沉淀污泥，又称污泥消化，也用于处理高浓度的有机废水。这种方法是在厌氧细菌或兼性细菌的作用下将污泥中的有机物分解，最后产生甲烷和二氧化碳等气体，这些气体是有经济价值的能源。
厌氧生物处理过程分为3个阶段：第一阶段水解酸化，在水解酶的催化下，
将复杂的多糖类水解为单糖类，将蛋白质水解为氨基酸，并将脂肪水解为甘油和脂肪酸；第二阶段产酸，在产酸菌的作用下将第1阶段的产物进一步降解为比较简单的挥发性有机酸等，如 乙酸、丙酸、丁酸等挥发性有机酸，以及醇类、醛类等，同时生成二氧化碳和新的微生物细胞；第三阶段产甲烷，在甲烷菌的作用下将第2阶段产生的挥发酸转化成甲烷和二氧化碳。处理后的污泥所含致病菌大大减少，臭味显著减弱，肥分变成速效 的，体积缩小，易于处臵。
2、活性污泥法
活性污泥法是一种应用最广、工艺比较成熟的
废水生物处理技术。它利用含有好氧微生物的活性
污泥，在通气条件下，使污水净化的生物学方法。
根据曝气方式的不同。分为普通曝气法、完 全混
合曝气法、逐步曝气法、旋流式曝气法和纯氧曝气
法。活性污泥法不仅用于处理生活污水、而且在印
染、炼油、石油化工、农药、造纸和炸药等许多工
业废水处理中，都取得很好的净化效果
活性污泥中的微生物以细菌为主，还包括真菌、藻 类、原生动物等。此法最大的弱点是产生大量的剩余污泥，剩余污泥已成为令人头疼的难以解决的疑难问题，研究开发从源头上不产生或少产生污泥的污水处理技术成为研究的热点。
3、生物膜法
生物膜法和活性污泥法一样都是利用微生物来去除废水中有机物的方法。生物膜是微生物高度密集的物质，是由好氧菌、厌氧菌、兼性菌、真菌、原生动物等组成的生态系统，主要用于去除废水中呈溶解的和胶体状有机污染物
根据不同的理装臵，又分为生物滤池法、生物转盘法、生物接触氧化池法、流化床生物膜法、悬浮颖粒生物膜法等。它广泛应用于石油、印染、造纸、农药、食品等工业废水的处理。它具有不存在污泥膨胀问题；对废水水质、水量的变化有较好的适应性；剩余污泥量少等优点。
4、氧化塘法
又称生物塘法或稳定塘法，是利用一些适宜的自然池塘或人工池塘，由于污水在塘内停留的时间较长，通过水中的微生物代谢活动可以将有机物降解，从而使污水得到净化的一种方法。在氧化塘中，废水中的有机物主要是通过有机菌藻 共生作用去除的
氧化塘中同时可以进行好氧和厌氧性分解作用和光合作用，3种作用互相影响。氧化塘的效率较低，并需要较大的空间位臵，氧化有机物所需的氧气来源常不足，引起氧化作用不完全，因而常常产生较大的臭味。由于它是一个开放系统，所以它的处理效率受季节温度波动的影响很大，
这种处理系统只能在温暖的地方
使用。
1、3废水微生物处理的特点
废水生物处理是利用微生物的生命活动过程对废水中的污染物进行转移和转化作用，从而使 废水得到净化的处理方法。其主要特征是应用微生物特别是细菌，并在为充分发挥微生物的作用而专门设计的生化反应器中，将废水中的污染物转化为微生物细胞以及简单的无机物。
与物理化学方法相比，废水生物处理技术具有一系列的特点：由于污染物的生化转化过程不需要高温高压，在温和的条件下经过酶催化即可高效并相对彻底地完成，因此，处理费用低廉；对废水水质的适用面宽；废水生物处理法不加投药剂，可以避免对水 质造成二次污染。另外，生物处理效果良好，不仅去除了有机物、病原体、有毒物质，还能去除臭味，提高透明度，降低色度等。
第二章 污水处理
污水处理：为使污水达到排水某一水体或再次使用的水质要求，并对其进行净化的过程。污水处理被广泛应用于建筑、农业, 交通、能源、石化、环保、城市景观、医疗、餐饮等各个领域，也越来越多地走进寻常百姓的日常生活。 2、1污水处理的分类
按污水来源分类：污水处理一般分为生产污水处理和生活污水处理。生产污水包括工业污水、农业污水以及医疗污水等，而生活污水就是日常生活产生的污水, 是指各种形式的无机物和有机物的复杂混合物，包括：①漂浮和悬浮的大小固体颗粒；②胶状和凝胶状扩散物；③纯溶液。
按污水的性质来分：水的污染有两类：一类是自然污染；另一类是人为污染。当前对水体危害较大的是人为污染。水污染可根据污染杂质的不同而主要分为化学性污染、物理性污染和生物性污染三大类。污染物主要有：（1）未经处理而排放的工业废水；（2）未经处理而排放的生活污水；（3）大量使用化肥、农药、除草剂的农田污水；（4）堆放在河边的工业废弃物和生活垃圾；（5）水土流失；（6）矿山污水。
按处理程度划分：可以分为一级、二级和三级处理。
一级处理：主要去除污水中呈悬浮状态的固体污染物质，物理处理法大部分只能完成一级处理的要求。经过一级处理的污水，BOD 一般可去除30%左右，达不到排放标准。一级处理属于二级处理的预处理。
二级处理：主要去除污水中呈胶体和溶解状态的有机污染物质（BOD ，COD 物质），去除率可达90%以上，使有机污染物达到排放标准。
三级处理：进一步处理难降解的有机物、氮和磷等能够导致水体富营养化的可溶性无机物等。主要方法有生物脱氮除磷法，混凝沉淀法，砂滤法，活性炭吸附法，离子交换法和电渗析法等。
整个过程为通过粗格栅的原污水经过污水
提升泵提升后，经过格栅或者筛率器，之后进
入沉砂池，经过砂水分离的污水进入初次沉淀
池，以上为一级处理（即物理处理），初沉池的
出水进入生物处理设备，有活性污泥法和生物
膜法，（其中活性污泥法的反应器有曝气池，氧
化沟等，生物膜法包括生物滤池、生物转盘、
生物接触氧化法和生物流化床），
生物处理设备
的出水进入二次沉淀池，二沉池的出水经过消毒排放或者进入三级处理，一级处理结束到此为二级处理，三级处理包括生物脱氮除磷法，混凝沉淀法，砂滤法，活性炭吸附法，离子交换法和电渗析法。二沉池的污泥一部分回流至初次沉淀池或者生物处理设备，一部分进入污泥浓缩池，之后进入污泥消化池，经过脱水和干燥设备后，污泥被最后利用。
2、2污水处理常用设备
离心机
离心机主要用于将悬浮液中的固体颗粒与液体分开；或将乳浊液中两种密度不同，又互不相溶的液体分开(例如从牛奶中分离出奶油) ；它也可用于排除湿固体中的液体，例如用洗衣机甩干湿衣服；特殊的超速管式分离机还可分离不同密度的气体混合物；利用不同密度或粒度的固体颗粒在液体中沉降速度不同的特点，有的沉降离心机还可对固体颗粒按密度或粒度进行分级。
污泥脱水机
污泥脱水机特点是可自动控制运行, 连续生
产, 无级调速, 对多种污泥适用, 适用于给水排水,
造纸, 铸造, 皮革, 纺织, 化工, 食品等多种行业的
污泥脱水。
曝气机
曝气机是通过散气叶轮，将“微气泡”直接注入未经处理的污水中，在混凝剂和絮凝剂的共同作用下，悬浮物发生物理絮凝和化学絮凝，从而形成大的悬浮物絮团，在气泡群的浮升作用下“絮团”浮上液面形成浮渣，利用刮渣机从水中分离；不需要清理喷嘴，不会发生阻塞现象。本设备整体性好，安装方便，节省运行费用与占地面。
微滤机
微滤机是一种转鼓式筛网过滤装臵。被处理的废水沿轴向进入鼓内，以径向辐射状经筛网流出，水中杂质（细小的悬浮物、纤维、纸浆等）即被截留于鼓筒上滤网内面。当截留在滤网上的杂质被转鼓带到上部时，被压力冲洗水反冲到排渣槽内流出。运行时，转鼓2/5的直径部分露出水面，转数为1-4r/min，滤网过滤速度可采用30-120m/h，冲洗水压力0.5-1.5kg/cm2，冲洗水量为生产水量的0.5-1.0%，用于水库水处理时，除藻效率达40-70%，除浮游生物效率达97-100%。微滤机占地面积小，生产能力大（250-36000m3/d），操作管理方便，已成功地应用于给水及废水处理。
气浮机
气浮机是利用涡流泵的搅拌功能，将难以溶解于水中的气体或两种以上不同液体高效加压混合，产生的微细气泡粒径20-50微米。搅拌技术大大简化传统的搅拌工艺，不仅可以实现设备的小型化，还节省投资和运转成本。
2、3污水处理常用工艺技术
化学强化生物除磷污水处理工艺
污水处理过程中，我国的主要河流和湖泊由于受磷污染，富营养化严重，国家环保局为控制磷污染，对磷排放制定了比较严格的标准。化学强化生物除磷污水处理工艺以除去污水中有机污染物和各种形态的磷为主，此污水处理工艺将化学除磷和生物除磷一体化，通过厌氧消化生物系统中活性污泥产生挥发性有机酸，作为聚磷菌生长的基质或称之为营养物，使聚磷菌在活性污泥中选择性增殖，并将其回流到生物系统中，使生物污水处理系统工作在高效除磷状态；同时污泥在厌氧条件下产生的磷释放，通过化学除磷消除。这是一种高效市政污水处理工艺技术，满足了我国现阶段，为解决水体富营养化，需要在常规二级污水处理基础上进一步除磷的要求。
循环间歇曝气污水处理工艺
我国经济发展水平各地相差较大，经济发展滞后的城市还不能拿出很多资金用于污水治理，因此，怎样利用有限的资金，降低环境污染，是很多城市政府面临的问题。在污水处理方面，直到不久前，一些城市还采用一级或一级强化处理工艺技术，出水达不到国家二级排放标准对除去有机污染物的要求。循环间歇曝气工艺充分发挥高负荷氧化沟处理效率高的优点，又充分利用序批式活性污泥污水处理工艺出水好的特点，保证了系统出水达到国家污水排放一级标准在除去有机污染物方面的要求。在投资和运行费用上比通常以除去有机污染物为主的二级生物污水处理系统降低３０％左右，是适合我国现阶段污水处理要求的工艺技术。
旋转接触氧化污水处理工艺
旋转接触氧化污水处理工艺技术是在生物
转盘技术基础上，结合生物接触氧化技术优点发
展起来的新一代好氧生物膜处理技术。旋转接触
氧化污水处理工艺技术和成套设备提供了一种
简单和可靠的污水处理方法。整个污水处理系统
中的转轴是唯一的转动部分，一旦机器出了故
障，一般机械人员都可以进行维修。系统生物量
会根据有机负荷的变化而自动补偿。附在转盘上的微生物是有生命的，
当污水中
的有机物增加时，微生物随之增加，相反，当污水中的有机物减少时，微生物随之减少。所以这污水处理系统的工作效果不容易受到流量和负荷的突然变化和停电的影响。运行费用低，只有其他曝气污水处理系统耗电的八分之一到三分之一。占地面积仅相当常规活性污泥法一半。由于生物系统中生长的微生物种类多，能够高效处理各种难降解工业污水。
连续循环曝气系统工艺
连续循环曝气系统工艺（Continuous Cycle Aeration System ）是一种连续进水式SBR 曝气系统。污水处理工艺CCAS 是在SBR （Sequencing Batch Reactor ，序批式处理法）的基础上改进而成。CCAS 污水处理工艺对污水预处理要求不高，只设间隙15mm 的机械格栅和沉砂池。生物处理核心是CCAS 反应池，除磷、脱氮、降解有机物及悬浮物等功能均在该池内完成，出水可达标排放。
污水处理工艺CCAS 上独特的优势：
(1)曝气时，CCAS 污水处理的污水和污泥处于完全理想混合状态，保证了BOD 、COD 的去除率，去除率高达95%。
(2)“好氧-缺氧”及“好氧-厌氧”的反复运行模式强化了磷的吸收和硝化-反硝化作用，使氮、磷去除率达80%以上，保证了出水指标合格。
(3)沉淀时，整个CCAS 反应池处于完全理想沉淀状态，使出水悬浮物极低，低的值也保证了磷的去除效果。
CCAS 污水处理工艺的缺点是各池子同时间歇运行，人工控制几乎不可能，全赖电脑控制，对处理厂的管理人员素质要求很高，对设计、培训、安装、调试等工作要求较严格。
曝气生物滤池生活污水处理工艺流程
污水处理工艺流程简介：曝气生物滤池，就是在生物滤池处理装臵中设臵填料，通过人为供氧，使填料上生长大量的微生物。这种污水处理工艺流程装臵由滤床、布气装臵、布水装臵、排水装臵等组成。曝气装臵采用配套专用曝气头，产生的中小气泡经填料反复切割，达到接近微控曝气的效果。由于反应池内污泥浓度高，处理设施紧凑，可大大节省占地面积，减少反应时间。
城市污水SPR 除磷工艺
污水处理工艺流程简介：水体富营养化主要原因是人类向水体排放了大量的氨氮和磷，磷是水体富营养化的最主要因素。纵观国内污水处理流程工艺，除磷技术一直是困扰污水处理厂运行的难题。传统的物化除磷技术需要大量的药剂，具有运行成本高、污泥产量大的缺点；前臵厌氧的生物除磷工艺具有运行费用低的优点，但是由于完全依赖于微生物的摄磷、释磷作用，难以达到国家污水处理工艺流程的要求。当考虑中水回用时，则更难达到要求。
A/O生物滤池污水处理工艺流程
污水处理工艺流程简介：由于我国小城镇居住点分散，污水源分布点多量少，城镇级污水厂的规模多低于10000吨/日。目前国内大中型城市污水处理厂经常采用的污水处理工艺有传统活性污泥法、A2/O、SBR 、氧化沟等，如果以这些技术建设小城镇污水处理厂会造成由于居高不下的运行费用，无法持续运行。必须针对小城镇的特点采用投资省，运行费用低，技术稳定可靠，操作与管理相对简单的工艺。
MBFB 膜生物流化床工艺
MBFB 工艺用于污水深度处理，能在原有污水达标排放的基础上，经过生物流化床和陶瓷膜分离系统，进一步降低COD 、NH-N 、浊度等指标，一方面可直接回用，另一方面也可作为RO 脱盐处理的预处理工艺，替代原有砂滤、保安过滤、超滤等冗长过滤流程，同时有机物含量的降低大大提高RO 膜使用寿命，降低回用水处理成本，无机陶瓷膜分离系统，是世界第一套污水处理专用的无机膜分离系统，和其它的有机膜、无机膜相比，具有膜通量大、可反冲、全自动操作等优势。
2、4国内与国外污水处理技术介绍
中国污水处理近况及未来
我国污水处理产业发展进步较晚，建国以来到改革开放前，我国污水处理的需求主要是以工业和国防尖端使用为主。改革开放后，国民经济的快速发展，人民生活水平的显著提高，拉动了污水处理的需求。进入二十世纪九十年代后，我国污水处理产业进入快速发展期，污水处理需求的增速远高于全球水平。 1990年以来，全球污水处理表观消费量以年均6%的速度增长，而九十年代的十年间，我国污水处理表观消费量年均增长率达到17.73%，是世界年均增长率的2.9倍。进入二十一世纪，我国污水处理产业高速增长。2000年—2004年，我国污水处理消费量从188万吨增长到447万吨，增加了2.3倍，年平均增长率在27%以上。其中，2001年，我国污水处理表观消费量达到225万吨，超过美国成为世界第一污水处理消费大国。同时，污水处理进口也大幅度增加。1998年，我国污水处理进口100万吨，由此成为世界上最大的污水处理进口国。2004年与1998年比，污水处理进口增长幅度年均达到27.14%。预计2005年，中国污水处理表观消费量将达到500万吨，进口仍将保持在300万吨左右。
伴随着污水处理市场的快速发展，我国污水处理产量也结束了长期徘徊的局面，实现了高速增长。我国污水处理产量从2000年的46万吨增长到2004年的236万吨，年平均增长率在82.6%，占国内市场需求的比重也由2000年的24.47%提高到2004年的52.80%。而同期，世界污水处理产量则仅以6%左右的速度增长。
从九十年代后期起，我国太钢、宝钢以及宝新、张浦等国有和合资企业通过引进和技术改造，先后建成了一系列污水处理生产线，污水处理工艺技术装备达到国际先进水平，污水处理生产初具规模。污水处理品种结构也发生了积极的变化，污水处理产品质量迅速提高。特别是国内污水处理冷轧板增长迅速，2003年，国内冷轧板产量达到170万吨，首次超过进口量, 自给率达到66%；2004年，国内冷轧板产量达到200万吨，自给率达到70%以上。从2004年底到2005年底，国内冷轧污水处理产能将增加约150万吨，基本满足国内市场需求。到2007年，我国将成为污水处理的净出口国。
从总体上看，我国污水处理正在经历由规模小、水平低、品种单一、严重不能满足需求到具有相当规模和水平、品种质量显著提高和初步满足国民经济发展要求的深刻转变，污水处理需求将逐步实现自给。
我国城市污水处理资本金来源难题
（难题一）人口增加，污水增多
在我国，随着城市人口的增加和工农业生产的发展，污水排放量也日益增加，水体污染相当严重，而且几乎遍及全国各地。到2000年底，全国设市的663个城市中有310个建有污水处理设施，建设污水处理厂427座，年污水处理量113.6亿立方米，污水处理率只有34.23%。
（难题二）加快发展，急需资金
在社会主义市场经济条件下，污水处理是从一定量的资金投入开始的。污水处理资金的规模决定着污水处理的规模。污水处理资金自身的发展速度决定着污水处理发展的速度和污水处理技术进步的速度。现实的污水处理中，技术先进、处理费用低的决策方案通常是预付资金量较大的方案。从这个意义上说，资金自身的发展速度越快，污水处理技术的进步和应用才能越快，污水处理也才能越快。 （难题三）处理资金，来源困难
1、我国城市污水处理资本金来源的难处所在
长期以来，我国城市污水处理设施采取的是免费使用政策，不仅扩大再生产由财政投资，简单再生产也需要财政拨款才能完成，财政拨款因此成了污水处理设施维护建设投资的唯一来源。只是在不同时期，来源的名称不同，但都是以财政为中心的资金循环。经济体制改革，否定了我国传统大一统" 财政模式，否定了国家作为生产经营者的身份，也否定了生产资料所有者身份和政权行使者合一，要求政企分开，政资分开。与此相适应，在国家为主体的统一财政的前提下，我国财政分成公共财政与国有资产管理两部分。公共财政是以政权行使者身份出现的国家，主要以税收形式筹集资金，解决市场配臵资源所不能解决的问题，满足公共需要。城市污水处理是公益事业，污水处理资金财政拨款应是公共财政支出。因我国社会主义市场经济体制改革还在深化中，公共财政收入占GDP 的比重、中央公共财政收入占公共财政收入的比重目前还不够合理，城市污水处理资金很
难像美国等发达国家哪样绝大多数来自财政拨款或贷款。
2、污水处理借入资金来源的难处所在
城市污水处理资金需求巨大，银行贷款是污水处理资金的一个重要来源。银行贷款分商业银行贷款与国家开发银行贷款。商业银行资金来源为居民与企业存款，大多为短期资金，虽然也可作部分中长期贷款，但比重不宜过大；商业银行资金运用要求安全性、流动性和盈利性的" 三性" 统一，而污水处理资金的运用和回流很难与商业银行资金运用“三性”相吻合。因此，商业银行很难对污水处理项目进行贷款。
国外污水处理技术
欧洲城市污水处理技术——可持续生物除磷脱氮工艺
以控制富营养化为目的的氮、磷脱除已成为
各国主要的奋斗目标。无疑，应付日趋严格的排
放标准，传统工艺会因上述弊端而雪上加霜。在
此情形下，发展可持续污水处理工艺变得势在必
行。所谓可持续污水处理工艺就是朝着最小的COD
氧化、最低的CO 2释放、最少的剩余污泥产量以及
实现磷回收和处理水回用等方向努力。这就需要以较综合的方式来解决污水处理问题，即污水处理不应仅仅是满足单一的水质改善，同时也需要一并考虑污水及所含污染物的资源化和能源化问题，且所采用的技术必须以低能量消耗（避免出现污染转移现象）、少资源损耗为前提。
发展新颖的污水生物处理工艺依赖于在微生物学及生物化学方面的新发现或新认识。荷兰研究人员Mulder 在10年前发现了厌氧氨（氮）氧化现象。与此同时，南非、荷兰、日本等国科学家对生物摄/放磷代谢机理重新认识后确定了反硝化除磷新途径。这两种新技术的研发与应用对发展可持续污水生物处理工艺具有划时代意义的推动作用。本文以厌氧氨氧化和反硝化除磷技术为蓝本，详细介绍它们的技术原理、工艺流程以及在欧洲的应用情况；在此基础之上提出一个以转换有机能源（甲烷）、回收磷化合物（鸟粪石）和回用处理水（非饮用目的）为目标的可持续城市污水生物除磷脱氮技术推荐工艺。
在污水生物除磷实践中，南非开普顿大学（UCT ）研究人员最早发现专性好氧细菌不是唯一对磷的生物摄/放起作用的菌种，兼性反硝化细菌也有着很强的生物摄/放磷现象。反硝化细菌的生物摄/放磷作用被荷兰代尔夫特工业大学和日本东京大学（UT ）研究人员合作研究确认，并冠名为反硝化除磷。在磷的生物摄/放过程中，反硝化除磷细菌以硝酸氮取代氧作为电子接受体，也就是说反硝化除磷细菌能将反硝化脱氮和生物除磷这两个原本认为彼此独立的作用合二为一。显然，在结合的除磷脱氮过程中，COD 和氧的消耗量均能得到相应节省。比较传统的专性好氧磷细菌去除工艺，反硝化除磷细菌能分别节省约50%和30%的
COD
与氧的消耗量，相应减少剩余污泥量50%。在反硝化除磷过程中由于COD 需要量的大为减少，过剩的COD 因此能被分离，并使之甲烷化，从而避免COD 单一的氧化稳定（至CO 2）。归因于曝气能量的减少，以及过剩COD 甲烷化后能量的产生，
这种综合的能量节约最终会导致释放到大气的CO 2量明显减少。因此，具有反硝
化除磷细菌富集的处理系统可以被视为可持续处理工艺。 传统上，两个已得到充分确认的生物途径，硝化（NH +4→NO 3-）与反硝化（NO 3→N 2）被应用于污水处理
的生物脱氮。这种传统生物脱氮途径从可持续角度看并不是最佳的，因为充分地氧化氨氮到硝酸氮首先要消耗大量能源（因曝气）；其次，还需要有足够碳源（COD ）来还原硝酸氮到氮气。对这一传统脱氮途径的改进可借助于新近由荷兰TUDelft 研发的一种中温亚硝化技术——SHARON 来实现。在亚硝化/反硝化脱氮途径中，亚硝酸氮为仅有的中间过渡形态；这一途径无论对氧化（NH +4→NO 2-）还是还原（NO 2-→N 2）均能起到最小量化的作用，意味着O 2和COD 消耗量的双重节约。显
然，亚硝化/反硝化脱氮途径可以成为一种可持续的脱氮技术。
此外，荷兰TUDelft 研究人员几乎在同一时期还试验确认了一种新的氨氮转换途径，这使得氨氮以亚硝酸氮作为电子接受体而被直接氧化至氮气成为可能。这种厌氧条件下的氨氮氧化与亚硝化过程（如SHARON 工艺）相结合在工程上能够实现氨氮的最短途径转换，这就意味着生物脱氮过程中能源与资源消耗量的最小化完全可能。污水处理过程中氮的所有可能转换途径列于图1. 与传统脱氮工艺相比较，很明显，由厌氧氨氧化与亚硝化工艺相结合的氮的完全自养转换方式是一种最可持续的污水脱氮途径。
第三章 污水处理的法宝——活性污泥 3、1活性污泥简介
活性污泥是一种好氧生物处理方法．活性污
泥基本概念是由1912年英国人Clark and Cage
发现对废水进行长时间曝气会产生污泥并使水质
明显改善，其后Arden and Lackett 进一步研究，
发现由于实验容器洗不干净，瓶壁留下残渣反而
使处理效果提高，从而发现活性微生物菌胶团，
定名为活性污泥而来。
活性污泥中复杂的微生物与废水中的有机营养物形成了复杂的食物链。最先担当净化任务的是异氧菌和腐生性真菌，细菌特别是球状细菌起着最关键的作用，优良运转的活性污泥，是以丝状菌为骨架由球状菌组成的菌胶团。沉降性好，随着活性污泥的正常运行，细菌大量繁殖，开始生长原生动物，是细菌一次捕食者。活性污泥常见的原生动物有鞭毛虫、肉毛虫、纤毛虫和吸管虫。活性污泥成熟时固着型的纤毛虫、种虫占优势；后生动物是细菌的二次捕食者，如轮虫、线虫等只能在溶解氧充足时才出现，所以当出现后生动物时说明处理水质好转标志。
活性污泥的性能指标包括：
混合液悬浮固体 （MLSS ），污泥沉降比（SV ），污泥指数[污泥体积指数（SVI ），污泥密度指数（SDI ）。
混合液悬浮固体浓度（MLSS ），又称为混合液污泥浓度，表示在曝气池单位容积混合液内所含的活性污泥固体的总重量，即 ：MLSS=Ma+Me+Mi+Mii Ma--具有代谢功能活性的微生物群体；
Me--微生物（主要是细菌）内源代谢、自身氧化的残留物；
Mi --由原污水挟入的难为细菌降解的惰性有机物质；
Mii--由污水挟入的无机物质。
表示单位为mg/L混合液，或g/L混合液，g/m3混合液，kg/m3混合液。 混合液挥发性悬浮固体浓度，表示混合液活性污泥中有机性固体物质部分的浓度，即：
MLVSS=Ma+Me+Mi
MLVSS 与MLSS 的比值以f 表示，即
f=MLVSS/MLSS
在一般情况下，f 值比较固定，对生活污水，f 值为0.75
左右。以生活污水
为主体的城市污水也同此值。
以上两项指标都不能精确地表示活性污泥微生物量，而表示的是活性污泥的相对值。但因为其测定简便易行，广泛应用于活性污泥处理系统的设计、运行。 污泥沉降比（SV ），又称30min 沉降率。混合液在量筒内静臵30min 后所形成沉淀污泥的容积占原混合液容积的百分率，以%表示。
污泥容积指数（SVI ），简称污泥指数，其物理意义是在曝气池出口处的混合液，在经过30min 静沉后，每g 干污泥所形成的沉淀污泥所占的容积，以mL 计。 污泥容积指数的计算式为：
SVI= 混合液（1L ）30min 静沉形成的活性污泥容积（mL ）/混合液（1L ）中悬浮固体干重（g ）=(SV（mL/L）)/(MLSS（g/L）)
SVI 的表示单位为mL/g，习惯上只称数字，而把单位略去。
（以上引自《排水工程（第四版）》. 中国建筑工业出版社）
影响活性污泥性能的环境因素：
溶解氧——溶解氧浓度以不低于2mg/L为宜（2—4mg/L）。水温——维持在15～25℃，低于5℃微生物生长缓慢。营养料——细菌的化学组成实验式为C5H7O2N ，霉菌为C10H17O6原生动物为C7H14O3N ，所以在培养微生物时，可按菌体的主要成分比例供给营养。微生物赖以生活的主要外界营养为碳和氮，此外，还需要微量的钾，镁，铁，维生素等。
碳源--异氧菌利用有机碳源，自氧菌利用无机碳源。
氮源--无机氮（NH 3及NH 4+）和有机氮（尿素，氨基酸，蛋白质等）。
一般比例关系：BOD ：N ：P=100：5：1
好氧生物处理：BOD5=500——1000mg/l
有毒物质：
主要毒物有重金属离子（如锌，铜，镍，铅，铬等）和一些非金属化合物（如酚，醛，氰化物，硫化物等）。
废水的厌氧处理主要用于高浓度有机废水的前处理，厌氧活性污泥的性质和组成如下：由兼性厌氧菌和专性厌氧菌与废水中的有机杂质形成的污泥颗粒。呈灰色至黑色，有生物吸附作用、生物降解作用和絮凝作用，有一定的沉降性能；颗粒厌氧活性污泥的直径在0．5mm 以上。
微生物的组成主要有六种：
由外到内水解细菌、发酵细菌、氢细菌和乙酸菌、甲烷菌 、硫酸盐还原菌、厌氧原生动物其中产甲烷丝菌是厌氧活性污泥的中心骨架。
3、2活性污泥机理、影响因素及处理
活性污泥机理
活性污泥中复杂的微生物与废水中的有机营养物形成了复杂的食物链。 最先担当净化任务的是异氧菌和腐生性真菌，细菌特别是球状细菌起者最关键的作
用，优良运转的活性污泥，是以丝状菌为骨架由球状菌组成的菌胶团。沉降性好，随着活性污泥的正常运行，
细菌大量繁殖，开始生长原
生动物，是细菌一次捕食
者。活性污泥常见的原生动
物有鞭毛虫、肉毛虫、纤毛
虫和吸管虫。活性污泥成熟
时固着型的纤毛虫、种虫占
优势；后生动物是细菌的二
次捕食者，如轮虫、线虫等只能在溶解氧充足时才出现，所以当出现后生动物时说明处理水质好转标志。其性能指标包括：混合液悬浮固体 （MLSS ），污泥沉降比（SV ），污泥指数[污泥体积指数（SVI ），污泥密度指数（SDI ）]。
活性污泥影响因素
能够影响微生物生理活动的因素比较多，其中主要有：营养物质、温度、溶解氧以及有毒物质等。
1. 营养物质平衡
参与活性污泥处理的微生物，在其生命活动过程中，需要不断从周围环境的污水中吸取其所必须的营养物质，包括：碳源、氮源、无机盐类以及某些生长素等。待处理的污水中必须充分含有这些物质。 碳是构成微生物细胞的重要物质，参与活性污泥处理的微生物对碳源需求量较大，一般以BOD5计，不应低于100mg/L。生活污水碳源比较充足，对于一些碳源不足的工业废水则应补充碳源，如生活污水或是淀粉等。
氮是组成微生物细胞内蛋白质和核酸的重要元素，氮源可来自N2、NH3、NO3等无机氮化合物，也可以来自蛋白质、胨（音dong ）以及氨基酸等有机含氮化合物。生活污水中氮源充足，不需要另行投加；工业废水则应考虑含氮是否充足，必要时可投加尿素、硫酸铵等。
磷是合成核蛋白、卵磷脂以及其他磷化合物的重要元素，在微生物的代谢和物质转化中起重要作用。辅酶I 、辅酶II 、磷酸腺苷等都含有磷。微生物主要从无机磷化合物中获取磷。磷源不足将影响酶的活性，从而使微生物的生理功能受到影响。
一般三大营养物质（碳源、氮源、磷源）比例关系为BOD ：N ：P=100：5：1 硫是合成细胞蛋白质不可缺少的元素，辅酶A 也含有硫。
钠在微生物细胞中调节细胞和污水之间渗透压所必需的。
钾是多种酶的激化剂，具有促进蛋白质和糖的合成作用，还能控制细胞质的胶态和细胞质膜的渗透性。
钙具有降低细胞质的透性，调节酸碱度以及中和其他阳离子所造成的危害。 镁在细胞质合成及糖的分解中起着活化作用，参与菌绿素的合成。
铁是细胞色素氧化酶和过氧化氢结构的一部分，在氧的活化过程中，起着重要的催化作用。
2. 溶解氧
参与污水活性污泥处理的是以好氧菌为主体的微生物种群。根据运行经验数据，曝气池中溶解氧浓度以不低于2mg/L为宜（以出口处为准）。局部区域有机污染物浓度高、耗氧速率高，溶解氧浓度不易保持2mg/L，可以有所降低，但不宜低于1mg/L。
3.PH 值
微生物的生理活动与环境的酸碱度密切相关，只有在适宜的酸碱度条件下，微生物才能进行正常的生理活动。参与污水生物处理的微生物，一般最佳的pH 值范围，介于6.5～8.5之间。
4. 水温
温度作用非常重要。参与活性污泥处理的微生物，多属嗜温菌，其适宜温度在10～45摄氏度，为安全计，一般将活性污泥处理的温度控制在15～35摄氏度，低于5摄氏度微生物生长缓慢。
5. 有毒物质
“有毒物质”是指对微生物生理活动具有抑制作用的某些无机质及有机质，主要有重金属离子（如锌，铜，镍，铅，铬等）和一些非金属化合物（如酚，醛，氰化物，硫化物等）。 有毒物质对微生物毒害作用，有一个量的概念，只有在有毒物质在环境中达到某一浓度时，毒害和抑制作用才显现出来。污水中的各种有毒物质只要低于这一浓度，微生物的生理功能不受影响。有毒物质的作用还与pH 值、水温、溶解氧、有无其他有毒物质及微生物的数量以及是否经过驯化等因素有关。
活性污泥的处理
曝气池是由微生物组成的活性污泥与污水中
有机污染物物质充分混合接触，并进而降解吸收并
分解的场所，它是活性污泥工艺的核心。曝气系统
的作用是向曝气池供给微生物增长及分解有机物
所必须的氧气，并起混合搅拌作用，使活性污泥与
有机物充分接触。在曝气池内，悬浮的大量肉眼可
观察到的絮状污泥颗粒这就叫做活性污泥絮体。随
着有机污染物被分解，曝气池每天都净增一部分活性污泥，这部分叫做剩余活性污泥。用污泥泵直接排出系统之外---污泥池。
3、3活性污泥的培养、驯化以及分析处理
活性污泥培养
活性污泥培养初期，每天闷曝22h ，静臵2h ，排放4L 废水，再加入4L 自配水。7天后，污泥颜色呈黑色，沉降性能良好，出水混浊，测量MLSS 、SV 的值，反应过程中pH 值、COD 、NH3-N 浓度没有较大的变化，说明培养出的细菌量较少。14天后，污泥呈浅黑色，沉淀时泥水界面由开始模糊逐渐变得边缘清晰，镜检时可以观察到草履虫、漫游虫、裂口虫、吸管虫等。随着生物相逐渐变好，预示菌种培养出来了。测量MLSS 、SV 的值，COD 和NH3-N 去除率分别达到43%和10%，污泥活性还不强，需要继续培养。此后，每天运行两周期，每周期曝气10h ，静臵2h 。30天后，污泥的絮凝和沉淀性能良好，混合液静臵半小时，上清夜清澈透明，泥水界面清晰，污泥呈黄褐色，镜检有大量新型菌胶团，较为密实，可以观察到许多活跃的钟虫。测量污泥MLSS 、SV 的值，COD 去除率达到90%以上，NH3-N 去除率在30%以上，污泥活性较强, 至此认为培养阶段结束。
活性污泥的驯化
活性污泥培养出来的活性污泥含有大量异养菌，而硝化菌是自养菌，污泥中含量非常少，需要进一步进行驯化，使之占优。与硝化菌相比，反硝化菌对环境的适应能力强，生长和繁殖快，所以在一般情况下反硝化菌受到废水物质的抑制程度要比硝化菌小。在活性污泥的驯化过程中，每隔两天提高一次进水COD 和NH3-N 浓度。污泥驯化初期，COD 去除率为85.59％，而NH3-N 去除率仅为23.21％。这是因为异养菌占优势，生长速率快，硝化菌世代时间长，生长速率慢，含量较少，与异养菌竞争处于不利地位，硝化反应速率低。4天后，NH3-N 去除率明显升高，达到了46.70%，这说明系统中的硝化菌逐渐占优势，但NH3-N 处理效果还不很理想，还需要继续驯化。使得NH3-N 的去除率在90％以上，系统取得了良好的脱氮效果，达到驯化目的。
活性污泥的分析处理
1．曝气池有臭味曝气池供氧不足，DO 值（溶
解氧）偏低出水氨氮有时较高加大曝气。
2. 污泥发黑曝气池DO 过低，有机物厌氧分解
H2S 与F 作用生成FS 加大曝气量。
3. 细小污泥漂浮污泥缺乏营养进水氨氮过
高，C/N不合适水温超过40°投加营养按BOD5：
NP=100：5：1测定进水氨氮。
4．上清液浑浊出水水质差F/M（污泥有机负荷）过高有机物氧化不彻底污泥浓度不够减少进水量培养成熟的活性污泥（引进新活性污泥投入曝气池）。
5. 曝气池表面出现浮渣进水洗涤剂含量过高或丝状菌过量生长清除浮渣增加系统剩余污泥的排放。
6. 污泥未成熟，絮粒瘦小，出水浑浊，水质差污水中营养不平衡或不足PH 值不适投加营养按BOD5：NP=100：5：1调整PH
值，培养成熟的活性污泥（入曝
气池）。
7. 表面积累一层解絮污泥污泥解絮，出水水质恶化或PH 值异常停止进水，排泥后投加营养引进新活性污泥。
8. 曝气池泡沫过多，呈白色进水中洗涤剂过多加消泡剂（机油或煤油）。
9. 曝气池泡沫不易破碎，发粘进水负荷过高，有机物分解不彻底降低负荷。
10. 曝气池泡沫呈茶色或灰色污泥老化，泥龄过长，解絮污泥附于泡沫上增加排泥量。
11. 污泥层（泥面）升高SVI 值高，污泥沉降性差泥龄太长投入混凝剂（PAC ）增加排泥量。
12. 污泥色泽转淡曝气池供氧过大，污泥负荷太低，进水营养不足，污泥自身氧化分解减少曝气量加大进水量投加营养（N ，P ）按BOD5：N ：P=100：5：1。 3、4活性污泥法的基本流程
活性污泥法
活性污泥法是由曝气池、
沉淀池、污泥回流和剩余污泥
排除系统所组成。污水和回流
的活性污泥一起进入曝气池形
成混合液。曝气池是一个生物
反应器，通过曝气设备充人空
气，空气中的氧溶人污水使活
性污泥混合液产生好氧代谢反
应。曝气设备不仅传递氧气进
入混合液，且使混合液得到足
够的搅拌而呈悬浮状态。这样，
污水中的有机物、氧气同微生
物能充分接触和反应。随后混
合液流人沉淀池，混合液中的悬浮固体在沉淀池中沉下来和水分离。流出沉淀池的就是净化水。沉淀池中的污泥大部分回流，称为回流污泥。回流污泥的目的是使曝气池内保持一定的悬浮固体浓度，也就是保持一定的微生物浓度。曝气池中的生化反应引起了微生物的增殖，增殖的微生物通常从沉淀池中排除，以维持活性污泥系统的稳定运行。这部分污泥叫剩余污泥。剩余污泥中含有大量的微生物，排放环境前应进行处理，防止污染环境。要使活性污泥法形成一个实用的处理方法，污泥除了有氧化和分解有机物的能力外，还要有良好的凝聚和沉淀性能，以使活性污泥能从混合液中分离出来，得到澄清的出水。活性污泥中的细菌是一个混合群体，常以菌胶团的形式存在，游离状态的较少。菌胶团是由细菌分泌的多糖类物质将细菌包覆成的粘性团块，使细菌具有抵御外界不利因素的性能。
菌胶
团是活性污泥絮凝体的主要组成部分。游离状态的细菌不易沉淀，而混合液中的原生动物可以捕食这些游离细菌，这样沉淀池的出水就会更清彻，因而原生动物有利于出水水质的提高。
监测项目：（1）反映污泥性质的项目污泥沉降比--以SV ＜30%为好；污泥体积指数--SVI ＝50～150，SVI=100最好，SVI 达到200以上则污泥可能膨胀， MLSS＝1500～2000mg/L。（2）反映污泥营养的项目属于污泥营养的测定项目有：BOD5；出水氨氮(至少1mg ／L) ；出水磷(至少1mg ／L) ；二沉池出水DO 不低于0.5mg ／L 。（3）溶解氧DO 溶解氧(不低于l ～2mg ／L) ；二沉池出水DO 不低于0.5mg ／L 。
（4）反映污泥环境条件水温、pH 值、BOD5、CoDcr 、有毒物质、CN-、S2-、SS 、NO3-、NO2-等。
第四章 固定化细胞与废水微生物治理 固定化微生物细胞技术是20世纪60年代发展起来的一门新兴生物技术，在化工、发酵生产、能源、医药等行业，实际应用效果显著。它是利用物理或化学的手段将游离微生物细胞定位于限定的空间区域，并使其保持活性反复利用的方法。70年代后，污染日益严重，迫切要求研究各种高效的生物处理系统，固定化微生物应用于废水处理成为国内外众多学者研究的热点。固定化微生物细胞技术与传统的悬浮生物处理法相比，具有许多优点:效率高、反应易控制、微生物的高效高密度、固液分离效果好、对环境的耐受力强(如pH ,温度、有机溶剂、有毒物质) 。
4、1固定化细胞的制备方式和载体
固定化细胞的制备方式是多种多样的，大致可以分成如下三种方法。 吸附法：又叫载体结合
法，是依据带电的微生物细
胞和载体之间的静电、表而
张力和粘附力的作用，使微
生物细胞固定在载体表而
和内部形成生物膜。吸附法
可分为物理吸附法和离子
吸附法两种。该法操作简
单，固定化过程对细胞活性
影响小。
包埋法：是将微生物
包埋在凝胶的微小格子或微胶囊等有限空间内，微生物被包裹在该空间内不能离开，而底物和产物能自由地进出这个空间，常用的有凝胶包埋法、纤维包埋法和微胶囊法。包埋法对细胞活性影响小，它是固定化细胞常用的方法。
交联法：是通过利用含有两个或两个以上官能基团的试剂与微生物细胞表而的反应基团如梭基、氨基等发生反应，使细胞之间交联成网格结构，从而制成固定化网格，其结合力是共价键。该固定化方法微生物反应活性损失较大，目前采用的交联剂大都比较昂贵，因此应用受到一定的限制。
固定化细胞技术所采用载体的物理化学性质直接影响所固定细胞的生物活性和体系传质性能。理想的载体材料应具有对微生物无毒性、传质性能好、性质
稳定、寿命长、价格低廉等特性。它可分为有机高分子载体、无机载体和复合载
体三大类。
4、2固定化微生物细胞在废水处理中的应用
氨氮废水的处理
最旱是Nilsson 用海藻酸钙固定假单胞反硝化菌, 采用填充柱对硝酸盐浓度为20mg/L的地下水进行两个月的连续脱氮试验。脱氮效果良好，容积负荷为
3.6kg/(m3〃d) ，反硝化速度为66mg/(h〃kg 凝胶) 。中村裕纪用聚丙烯酞胺包埋法固定硝化菌和脱氮菌、采用好氧硝化与厌氧反硝化两段工艺进行合成废水的脱氮试验，结果表明:与悬浮生物法相比，低温下硝化速度增大了6～7倍，约为(以N 计)0.5kg/(m3〃d); 脱氮速率提高了3倍，约为1.5kg/(m3〃d) ，停留时间由原米的7h(硝化4h+反硝化3h) 缩短为4h(硝化2h+反硝化2h) ，即处理装臵容积可减少约50%左右。Wijffels 等用卡拉胶包埋反硝化菌，在容积2L 的外循环流化床中进行脱氮试验，HRT 为1h ，进水NOx-N 浓度为8～16mo1/m3，固定化细胞填充率为11.1%时，脱氮率达90%以上。还有人选用聚乙烯醇作载体，并添加适量粉末活性炭，包埋固定硝化污泥处理(NH4)2SO4和葡萄糖为主的合成废水。结果表明，在24℃～28℃，颗粒填充率7.5%，HRT 为8h 的条件下，进水NH4-N 负荷由0.6kg/(m3〃d) 提高至3.49kg/(m3〃d), NH4-N去除率可达95.5%，COD 去除率保持在80%以上。
高浓度有机废水的处理
高浓度有机废水指由造纸、皮革和食品等行业排放的COD 2000mg/L以上的废水。刘双江等以海藻酸钠包埋固定光合细菌, 处理不同浓度豆制品废水。当废水COD 浓度为7560～12600 mg/L,时，可稳定产气260h 以上，平均产气率为146.8～351.4m1/(L〃d) ，气体中氢气含量60%以上，COD 去除率62.3%～78.2% ; 当废水COD 浓度在1260～5040mg/L时，可以维持产气93h ，平均产气率为120.7～140.0m1/(L〃d) ，气体中氢气含量75%以上，COD 去除率41%～60.3%。罗志腾等用琼脂包埋厌氧活性污泥，在厌氧膨胀床中处理高浓度有机废水，进水COD 为7300mg/L，回流比为24h ，COD 去除率达83.6%。
固定化活性污泥除BOD 物质
对于固定化活性污泥的研究情况，角野报道说固定化细胞的污泥产率系数(以BOD 计) 为0.15kg/kg，与一般活性污泥法相比，泥量减少为1 /4～1/5，但污泥产量随容积负荷的增加而增加。在综合考虑污泥的处臵时，容积负荷不宜设计得过高，在不产生剩余污泥情况下运行时，容积负荷(以BOD 计) 也可达0.46～1.02 kg/(m3〃d) ，与一般延时曝气活性污泥法(以BOD 计) （0.1～0.4 kg/(m3〃d)) 相比高2～3倍。桥本等用PVA －硼酸法包埋活性污泥，对人工合成废水进行连续试验，在进水p （TOC) 为94～99 mg/L, TOC负荷在0.5～2.35 kg/(m3〃d) 时，
出水TOC 的质量浓度降到5～7mg/L，去除率达93％，与活性污泥法相比，有机物负荷可提高2～6倍，同时总氮去除率也可达30%～45%，用PVA －冷冻法包埋活性污泥时，在最高TOC 负荷达2.96kg/(m3〃d) ，处理效果良好。本田用各种载体包埋活性污泥，采用固定床和流化床处理人工合成葡萄糖废水，在固定床实验中，用丙烯酸系合成树脂作载体，在TOC 容积负荷为1.5kg/(m3〃d) ，停留时间为4h 时，TOC 去除率最高达98%，平均为95%用聚丙烯酸凝胶作载体，固定床二级串联运行，进水TOC 的质量浓度为500mg/L时，停留4h ，TOC 去除率达80%，TOC 容积负荷为3kg/(m3〃d) 进水TOC 的质量浓度为2200 mg/L时，停留12h ，TOC 去除率达92%，TOC 容积负荷达4.4kg/(m3〃d); 当用流化床处理废水，进水TOC 的质量浓度小于300mg/L时，TOC 去除率可达95%以上。
难降解物质的处理
Joshi N T 等人用海藻酸钙包埋降酚微生物处理含酚废水，当含酚1000mg/L悬浮污泥48h 将酚完全降解，固定化细胞只需32h ，含酚为1500mg/L时，悬浮污泥酚去除率为75%，固定化细胞为98%。桥本用PVA-硼酸法固定分离出的耐高浓度酚特殊菌种，在完全混合曝气条件下连续处理含酚废水，进水酚的质量浓度从100mg/L逐渐升高到1000mg/L，结果表明:固定化细胞的酚分解速度为悬浮细胞的2.5倍，酚的质量浓度较低时，出水水质良好，只有酚的质量浓度大于3500 mg/L时，出水酚的质量浓度才开始升高，但仍可保持一定的去除效率。Manohar S 等人将假单胞菌属NGKL 菌系固定于氨基甲酸乙脂泡沫中，用来降萘试验。在萘含量50mmo1/L废水中，未固定游离细胞4d 后达到最大去除量30mmol/L,以后不再降解，固定化细胞6d 后, 将萘全部降解完。研究还发现，含萘20mmol/L的废水中，固定化细胞能够在90d 内反复利用95次，仍保持萘降解性能。黄霞等人筛选了能降解焦化废水中的3种难降解有机物(哇琳、异哇琳、吡啶) 的优势菌种，并采用无纺布-PVA 复合载体进行固定包埋结果表明经优势菌种处理8h ，3种难降解有机物均可降解90%以上。王翠红等用海藻酸钠包埋对酚具有高效降解作用的小球藻细胞和紫色非硫光合细菌棍合菌株，在好氧条件下处理含酚废水，可以明显提高除酚效率，缩短废水停留时间，其共生体系对温度、pH 值适应范围广，对焦化厂工业废水处理24h ，去除率为95%。
重金属废水的处理
严国安等采用海藻酸钙凝胶包埋普通小球藻，对人工废水进行静态模拟净化试验，比较了固定化和悬浮态小球藻对重金属Hg2+的去除率。结果表明，固定化小球藻的去除率明显高于悬浮藻。在Hg2+浓度为0.2,0.8,1.4ug/L的污水中，静态停留5d, 固定藻对Hg2+的去除率分别94.7%,94.5%和97.5%,而悬浮藻分别为79.7%、88.1%和76.9%。吴乾菁等利用聚丙烯酞胺固定化酵母菌细胞去除电镀废水中的Cd2+，在pH = 9，Cd2+的质量浓度为1～400 mg/L时，反应1h ，Cd2+的去除率98.9%，采用未固定化细胞则去除率为37.6%。分别用0.1 mol/L的HCL
和0.1mol/L的EDTA 解吸，Cd2+的回收率为88.5%和87.6% 。Michel L J等人利用聚丙烯酞胺包埋固定Citrobacter sp, 用于富集废水中的锅，在最优条件下，使用中一级固定化细胞反应柱，去除率达100%。杨芬同样采用海藻酸钙包埋普通小球藻进行Cu(Ⅱ) 吸附研究，结果表明固定化细胞在Cu2+浓度较低时，吸附率可达95%，再生后的固定化细胞吸附率在80%以上。
4、3固定化微生物细胞技术在废水处理中的应用前景
固定化微生物技术用于废水处理，有以下优点从:(1)处理能力明显高于普通活性污泥，且抗水力和有机负荷能力强，污泥生成量少。(2)生长繁殖速度缓慢的微生物通过固定化，能有效缩短启动时间，使处理稳定进行。(3)微生物细胞固定后，利于反应中固、液、气三相分开，且产物分离容易，能有效克服某些反应过程中存在的产物抑制问题。(4)固定高活性高浓度的微生物，在处理有毒及难降解物质方而十分有效。
目前，固定化微生物细胞进行污水处理的研究大多仍处于实验室水平，工业化处理实际污水的报道很少见。为了发挥该方法的巨大潜力，实现其工业化目的，还应完善如下研究。(1)固定化载体的寿命和成木是固定化细胞技术经济可行的关键，所以应开发研制低费用、高强度和高传质性的载体。另外，探索不同载体的结合使用也是今后研究的方向。(2)研制高效反应器也是实现其工业化的重要途径。(3)经固定化微生物处理过的废水，出水透明度一般较差，妨碍其在去除率要求较高场合的运用。所以增加前后处理装臵，完善整个处理工艺的组合，是今后需要考虑的问题。(4)废水是一个十分复杂的体系，往往是混合菌进行处理，采用混合菌还是中－菌分级处理有待于探索。(5)固定化重组菌，可以提高菌的稳定性和处理效率，将成为今后的一个发展方向。固定化微生物细胞技术进行废水处理研究，是一项符合可持续发展战略的课题。目前固内外的大多数研究仍处于实验室水平，有待于实现其工业化生产。相信随着今后研究的不断深入以及不断克服所存在的一些问题，固定化微生物细胞技术将成为一项高效而实用的生物处理技术，在废水处理实际应用中充分发挥出其巨大潜力。
结 论
通过此次完成论文的过程，让我更加了解了微生物技术在处理废水上的巨大价值和开发前景，微生物技术处理废水虽然发展的时间短，但是进步是实质性的。以前处理废水只能运用物理和化学的相关技术来实现，物理方法不但耗时，还不能完全洁净水质，化学方法虽然快速，但是要依赖加入化学反应剂或催化剂才能将水体中的污染物除去，但是由于化学反应一般都会有副产物或者添加的反应剂本身也具有污染水体的负面效果，所以依靠化学或物理的方法都很难高效环保的解决污水处理的问题。
自从人们开始研究微生物学后，由于微生物可以大量繁殖，并且具有高效分解有机物的能力时，科学家们就想到了运用微生物来处理污水，结合物理的基础知识，经过试验后，这个想法是真实可行的，于是发展到了当今运用微生物技术高效处理污水的污水处理厂，这种方式不但高效，而且很环保，还非常易于操作管理，成本也比较的低廉。其中运用的活性污泥便是生物技术处理污水的最好体现。活性污泥包括了菌胶团细菌、丝状细菌、真菌、原生动物和微型后生动物，其中每一种生物组成都能体现出水质的生化反应时期和水质的好坏，这样既环保，操作又简单，所以被当今许多废水处理厂所使用。
在现代生物学出现后，生物反应器更加使得微生物处理污水变的高效环保，且可有针对性的去除污水中的污染物，还可以吸收一些有用的物质，更加的符合节约型社会的要求，现代生物学的固定化细胞技术运用到固定微生物上，使得微生物处理废水可以连续性的进行，大大提高了污水处理厂处理污水的能力。
虽然微生物技术处理污水是高效环保的，但其中也存在着一些问题，比如目前国家对生物技术的投入不大，而且城市生活污水和生产污水的数量以日剧增，当下选择高效菌种已经非常的重要，相信通过我们大家的努力，一定可以将生物技术运用的淋漓尽致。
致谢：
在本次毕业设计论文的制作中我对现代微生物技术在废水处理中的应用有了一定的了解，虽然在制作设计的过程中遇到了一些问题，但是通过我自己翻书，上网查资料及向老师同学们请教，这些问题也得到了解决。经历了这次毕业设计，不仅对我的学习提供了帮助，而且在各方面也得到了锻炼。没有足够的耐力和信心就很难坚持对毕业设计每一步的顺利进行。同时我还要感谢我的指导老师杨春燕老师对此次毕业设计的精心安排和耐心指导。在毕业设计过程中，杨老师无论是在理论上还是在实践中，都给了我很大的帮助。使我在查阅资料、克服困难、编排创兴上都有了很大的提高。杨老师治学态度严谨，工作态度认真负责，为人亲切和蔼，学术理论和实践经验丰富，是我们学习的好榜样。
谢谢！
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