第三章 水的生物化学处理方法
3-1 水中微生物主要分哪几类？分别简单讨论它们在废水处理过程中所起的作用。
细菌等各类微生物的种类与数量常与污水水质及其处理工艺有密切关系，在特定的污水中，会形成与之相适应的微生物群落。
细菌是单细胞微生物，废水处理设备中出现的细菌种类很多。对净化污水有重要作用的细菌有无色杆菌属（Achromobacter）、产碱杆菌属、芽孢杆菌属、黄杆菌属、微球菌属及假单胞菌属。其中假单胞菌属是最具有代表性的污水处理的活性细菌之一，地球上存在的天然有机物都可以为假单胞菌属的细菌所分解。
真菌种类繁多，污水处理中分离出的真菌主要是霉菌。大多数真菌都是好氧菌，他们具有在温度较低的环境条件下生长繁殖的能力，适宜生存的pH范围是2~9。
藻类都是具有光合作用的自养型微生物，能通过光合作用放出氧气，对污水的净化具有重要的作用。
原生动物是极微小的能运动的微生物，通常为单细胞生物，生物处理中常见的原生动物有肉足纲、鞭毛纲、纤毛纲和吸管纲的动物。原生动物不仅能吞噬部分有机物、游离细菌，降低污水浑浊度，一些原生动物还能分泌黏液，促进生物污泥絮凝。当运行条件和处理水质发生变化时，原生动物的种类也随之变化，因此，原生动物能起指示生物的作用。
后生生物在水处理设备中不常出现。轮虫是后生动物的典型代表，可非常有效的吞食分散和絮凝的细菌及颗粒较小的有机物。轮虫是好氧生物净化程度的有效指示生物。
在生物处理中，净化污水的第一和主要承担者是细菌，而原生动物是细菌的首次捕食者，后生动物是细菌的二次捕食者。
3-2 试简单说明活性污泥法净化污水的基本原理。
向生活污水中不断注入空气，维持水中有足够的溶解氧，经过一段时间后，污水中即生成一种絮凝体。这种絮凝体是有大量繁殖的微生物构成的，易于沉淀分离，使污水得到澄清，这就是“活性污泥”。 微生物和有机物构成活性污泥的主要部分，约占全部活性污泥的70％以上。活性污泥的含水率一般在98％～99％左右，具有很强的吸附和降解有机物的能力，可以达到处理和净化污水的目的。活性污泥法就是以悬浮在水中的活性污泥为主体，在有利于微生物生长的环境条件下和污水充分接触，使污水净化的一种方法。
3-3 污泥沉降比、污泥浓度和污泥指数在活性污泥法运行中有什么作用？良好的活性污泥应具有哪些性能？
污泥沉降比（SV）：指曝气池混合液在100ml量筒中静置沉淀30min后，沉淀污泥占混合液的体积分数(%)。污泥沉降比反映曝气池正常运行时的污泥量，用以控制剩余污泥的排放，他还能及时反映出污泥膨胀等异常情况。
污泥指数（SVI）：污泥指数是污泥容积指数的简称，指曝气池出口处混合液经30min沉淀后，1g干污泥所占的容积，以ml计。SVI能较好的反映出活性污泥的松散程度（活性）和絮凝、沉降性能。对于一般城市污水，SVI在50~150左右。SVI过低，说明泥粒细小紧密，无机物多，缺乏活性和吸附能力；SVI过高，说明污泥难于沉淀分离。
污泥龄（
）指曝气池中工作的活性污泥总量与每日排放的剩余污泥量的比值，单位是天(d)。
它表示新增长的污泥在曝气池中的平均停留时间，即曝气池工作污泥全部更新一次所需时间。污泥龄和细菌的增长处于什么阶段直接相关，以它作为生物处理过程的主要参数是很有价值的。
3-4 试比较推流式曝气池和完全混合曝气池的优缺点。
推流式曝气池呈长方形，水流形态为推流式。污水净化的吸附阶段和氧化阶段在一个曝气池中完成。进口处有机物浓度高，沿池长逐渐降低，需氧量也是沿池长逐渐降低。处理工业废水时的BOD5负荷为0.2~0.4 kg(BOD5)/[kg(MLSS)·d],MLSS浓度为1.5~3.5g/L。普通活性污泥法对有机物（BOD5）和悬浮物去除率高，可达到85%~95%,因此特别适用于处理要求高而水质比较稳定的废水。它的主要缺点是：①不能适应冲击负荷；②需氧量沿池长前大后小，而空气的供应是均匀的，这就造成前段氧量不足，后段氧量过量的现象。需要维持前段足够的溶解氧，就会造成后端氧量大大超过需要而浪费。此外，由于曝气时间长，曝气池体积大，占地面积和基建费用也相应增大。
完全混合法的流程与普通法相同。该法有两个特点：一是进入曝气池的污水立即与池内原有浓度低的大量混合液混合，得到了很好的稀释，所以进水的水质的变化对污泥的影响降低到了很小的程度，能够较好的承受冲击负荷；二是池内各点有机物浓度（F）均匀一致，微生物群性质和数量（M）基本相同，池内各部分工作情况几乎完全一致。由于微生物生长所处阶段主要取决于F/M，所以完全混合法有可能把整个池子的工作情况控制在良好的的同一条件进行，微生物活性能够充分发挥，这一特点是推流式曝气池不具备的。
3-5 常用的曝气池有哪些型式？各适用于什么条件？
推流式曝气池：推流式曝气池为长方廊道形池子，常采用鼓风曝气，扩散装置设在池子一侧，使水流在池子中呈螺旋状前进，前段水流与后段水流不发生混合。为运转和维修方便，常将所需要的曝气池总容积分为可独立操作的两个或者更多的单元，每个单元包括几个池子，每个池子由1~4个折流的廊道组成。
完全混合式曝气池：废水进入反应池与池中混合液充分混合，池内废水组成，F/M、微生物群的组成和数量完全均匀一致。这种曝气池多为圆形、方形或多边形池子，常采用叶轮式机械曝气。为节省占地面积，可以把几个方形池子连接在一起，组成一个长方形池子。
循环混合曝气池（氧化沟）：循环混合曝气池多采用转刷曝气，其平面形状像跑道。转刷设在直段上，转刷转动使混合液曝气并在池内循环流动，使活性污泥保持悬浮状态，从整体上看，流态是完全混合的，但一般混合液的环流量为进水量的数百倍以上，流速较大，在局部又具有推流的特征。
3-6 普通活性污泥法、生物吸附法和完全混合曝气法各有什么特点？根据细菌增长曲线看，这几种运行方式的基本区别在什么地方？试比较它们的优缺点。
普通活性污泥法又称传统活性污泥法。曝气池呈长方形，水流形态为推流式。污水净化的吸附阶段和氧化阶段在一个曝气池中完成。进口处有机物浓度高，沿池长逐渐降低，需氧量也是沿池长逐渐降低。普通活性污泥法对有机物（BOD5）和悬浮物去除率高，可达到85%~95%，因此特别适用于处理要求高而水质比较稳定的废水。它的主要缺点是：①不能适应冲击负荷；②需氧量沿池长前大后小，而空气的供应是均匀的，这就造成前段氧量不足，后段氧量过量的现象。需要维持前段足够的溶解氧，就会造成后端氧量大大超过需要而浪费。此外，由于曝气时间长，曝气池体积大，占地面积和基建费用也相应增大。
完全混合法的流程与普通法相同。该法有两个特点：一是进入曝气池的污水立即与池内原有浓度低的大量混合液混合，得到了很好的稀释，所以进水的水质的变化对污泥的影响降低到了很小的程度，能够较好的承受冲击负荷；二是池内各点有机物浓度（F）均匀一致，微生物群性质和数量（M）基本相同，池内各部分工作情况几乎完全一致。由于微生物生长所处阶段主要取决于F/M，所以完全混合法有可能把整个池子的工作情况控制在良好的的同一条件进行，微生物活性能够充分发挥，这一特点是推流式曝气池不具备的。
生物吸附法又叫接触稳定法或吸附再生法。活性污泥法净化水质的第一阶段是吸附阶段，良好
的活性污泥与生活污水混合后10~30min内就能基本完成吸附作用，污水中的BOD5即可去除85%~90%。生物吸附法就是根据这一发现发展起来的。污水和活性污泥在吸附池内混合接触
0.5~1.0h，使污泥吸附大部分悬浮物、胶体状物质及部分溶解有机物后，在二沉池中进行分离，分离出的回流污泥先在再生池内进行2~3h的曝气，进行生物代谢，充分恢复活性后再回到吸附池。吸附池和再生池可分建，也可合建。生物吸附法采用推流式流型。由于吸附时间短，再生池和吸附池内MLSS浓度可分别达到1.0~3.0和4.0~10.0g/L，BOD5负荷0.2~0.6 kg(BOD5)/[kg(MLSS) d].在污泥负荷率相同时，生物吸附法两池总容积比普通法要小得多，而空气量并不增加，因而可以大大降低建筑费用。其缺点是处理效果稍差，不适合处理含溶解性有机物较多的废水。
3-7 试简单说明附着生长系统处理废水的基本原理。
当污水与滤料等载体长期流动接触，在载体的表面上就会逐渐形成生物膜。生物膜主要是由细菌（好氧菌、厌氧菌和兼性菌）的菌胶团和大量的真菌菌丝组成。生物膜上线虫类、轮虫类及寡毛类等微型生物出现的频率也较高。在日光照射的部位还生长藻类，有的滤料内甚至还出现昆虫类。由于生物膜是生长在载体上的，微生物停留时间长，像硝化菌等生长世代期较长的微生物也能生长。所以，生物膜上生长繁育的生物种类繁多、食物链长而复杂是这种处理技术的显著特征。
3-8 高负荷生物滤池和塔式生物滤池各有什么特点？适用于什么具体情况？
高负荷生物滤池是在解决和改善普通生物池在净化功能和运行中存在的问题的基础上发展起来的。高负荷生物滤池的BOD5容积负荷是普通生物滤池的6~8倍，水力负荷则为普通生物滤池的10倍，因此，滤池的处理能力得到大幅度提高；而水力负荷的加大可以冲刷过厚和老化的生物膜，促进生物膜更新，防止滤料堵塞。但出水水质不如普通生物滤池，出水BOD5常大于30mg/L。
塔式生物滤池是根据化学工程中气体洗涤塔的原理开创的，一般高达8～24m，直径1～4m。由于滤池高如塔，使池内部形成拔风状态因而改善了通风。当污水自上而下滴落时，产生强烈紊动，使污水、空气、生物膜三者接触更加充分，可大大提高传质速率和滤池的净化能力。塔式生物滤池负荷远比高负荷生物滤池高。滤池内生物膜生长迅速，同时受到强烈水力冲刷，脱落和更新快，生物膜具有较好的活性。为防止上层负荷过大，使生物膜生长过厚造成堵塞，塔式生物滤池可以采用多级布水的方法来均衡符合。
3-9 生物滤池设计中，什么情况下必须采用回流？
进水BOD浓度过高时，为防止上层负荷过大，使生物膜生长过厚造成堵塞，必须采用处理水回流稀释。如塔式生物滤池，进水BOD浓度应控制在500mg/L以下。
3-10 生物转盘处理废水的基本原理。
生物转盘运转时，污水在反应槽中顺盘片间隙流动，盘片在转轴带动下缓慢转动，污水中的有机污染物为转盘上的生物膜所吸附，当这部风盘片转离水面时，盘片表面形成一层污水薄膜，空气中的氧不断溶解到水膜中，生物膜中微生物吸收溶解氧，氧化分解被吸附的有机污染物。盘片每转动一周，即进行一次吸附-吸收-氧化分解的过程。转盘不断转动，污染物不断被氧化分解，生物膜也逐渐变厚，衰老的生物膜在水流剪切作用下脱落，并随污水排至沉淀池。转盘转动也使槽中污水不断的被搅动充氧，脱落的生物膜在槽中呈悬浮状态，继续起净化作用，因此生物转盘兼有活性污泥的功能。
3-11 氧化塘有哪几种形式？它们的处理效果如何？适用于什么条件？
氧化塘又称为稳定塘或生物塘，是一种类似池塘（天然的或人工修建的）的处理设备。氧化塘净化污水的过程和天然水体的自净过程很相似，污水在塘内经长时间缓慢流动和停留，通过微生物（细菌、真菌、藻类和原生动物）的代谢活动，使有机物降解，污水得到净化。水中溶解氧主要由塘内生长藻类通过光合作用和塘表面的复氧作用提供。
氧化塘可分为好氧氧化塘、兼性氧化塘，曝气氧化塘和厌氧塘四类。 3-12 什么叫氧化沟？它有什么优点？
氧化沟（循环混合曝气池）多采用转刷曝气，其平面形状像跑道。转刷设在直段上，转刷转动使混合液曝气并在池内循环流动，使活性污泥保持悬浮状态，从整体上看，流态是完全混合的，但一般混合液的环流量为进水量的数百倍以上，流速较大，在局部又具有推流的特征。氧化沟断面可为矩形或梯形，有效深为0.9~2.5m。
氧化沟连续运行时，需另设二次沉淀池和污泥回流系统。间歇运行可省去二次沉淀池，停止曝气时氧化沟作沉淀池用，剩余污泥通过设于沟内的污泥收集器排除。一般采用两个池，交替进行曝气和沉淀操作。氧化沟流程简单，施工方便，曝气转刷易制作，布置紧凑，是一种有前途的活性污泥处理法。
3-13 试比较厌氧法和好氧法处理的优缺点和使用范围。
厌氧生物处理是在无氧的条件下，利用兼性菌和厌氧菌分解有机物的一种生物处理法。厌氧生物处理技术是最早仅用于城市污水厂污泥的稳定处理。有机物厌氧生物处理的最终产物是以甲烷为主体的可燃性气体（沼气），可以作为能源回收利用；运转费也远比好氧生物处理低。因此在当前能源日趋紧张的形势下，厌氧处理作为一种低能耗、可回收资源的处理工艺，受到世界各国的重视。最近的研究结果表明，厌氧生物处理技术不仅适用于污泥稳定处理，而且适用于高浓度和中等浓度有机废水的处理。有的国家还对低浓度城市污水进行厌氧处理研究，并取得了显著进展。
3-14 试扼要讨论影响消化的主要因素。传统消化法和高速消化法各有什么特点？ 1、温度
甲烷细菌对温度的变化十分敏感，所以温度是影响厌氧生物处理的主要原因。消化时间（指产气量达到总气量的90%时所需要的时间）与温度有关。高温消化比中温消化时间短，产气率稍高，对寄生虫卵的杀灭率可达90%，而中温消化的杀灭率更低。高温消化耗热量大，管理复杂，因此，只有在卫生要求较高时才考虑采用高温消化。
2、酸碱度
甲烷细菌生长最适宜的pH范围是6.8~7.2，若pH低于6或高于8，正常消化就会被破坏。因此，消化系统内必须存在足够的缓冲物质，如重碳酸盐。
3、负荷
负荷是厌氧处理过程中决定污水、污泥中有机物厌氧消化速率快慢的综合性指标，是厌氧消化的重要控制参数。负荷常以投配率来表示。投配率指每日加入消化池的新鲜污泥体积或高浓度污水容积与消化池容积的比率。投配率需适当。
4、碳氮比
有机物的碳氮比（C/N）对消化过程有较大影响。实验表明，碳氮比为（10~20）：1时，消化效果较好。
5、有毒物质
污泥中的有毒物质会影响消化的正常进行，因此必须严格控制有毒物质排入城市污水系统。主要的有毒物质是重金属离子和某些阴离子。
3-20 从活性污泥曝气池中取混合液500ml。盛于500ml 量筒中，半小时后沉淀污泥量为150ml，试计算活性污泥的沉降比。曝气池中的污泥浓度为3000 mg/L，求污泥指数，你认为曝气池运行是否正常？
解：污泥指数100mL。