一、廢水生物處理的目的和重要性
1、廢水生物處理的目的
廢水生物處理的主要目的有以下3點(diǎn)：
① 絮凝和去除廢水中不可自然沉淀的膠體狀固體物；
② 穩(wěn)定和去除廢水中的有機(jī)物；
③ 去除營(yíng)養(yǎng)元素氮和磷。
2、廢水生物處理的重要性
① 城市污水中約有60%以上的有機(jī)物只有用生物法去除才最經(jīng)濟(jì)；
② 廢水中氮的去除一般來說只有依靠生物法；
③ 目前世界上已建成的城市污水處理廠有90%以上是生物處理法；
④ 大多數(shù)工業(yè)廢水處理廠也是以生物法為主體的。
二、微生物在廢水生物處理中的作用
微生物在廢水生物處理中主要有三個(gè)作用：
① 去除溶解性有機(jī)物（以COD或BOD5表示）（將其轉(zhuǎn)化成CO2和H2O），去除其它溶解性無機(jī)營(yíng)養(yǎng)元素如N（最終轉(zhuǎn)化為N2氣）、P（轉(zhuǎn)化為富含磷的剩余污泥從水中分離出來）等；
② 絮凝沉淀和降解膠體狀固體物（某些難降解顆粒或膠體狀有機(jī)物，可以通過微生物產(chǎn)生的胞外多聚物等具有絮凝效果的物質(zhì)發(fā)生沉淀，與剩余污泥一同被排出系統(tǒng)；或通過吸附較長(zhǎng)期地滯留在系統(tǒng)內(nèi)而被緩慢降解）；
③ 穩(wěn)定有機(jī)物（某些有毒有害難降解有機(jī)物可以被微生物初步分解或部分降解，而減輕毒性作用或得到部分穩(wěn)定，或最終被完全轉(zhuǎn)化為無機(jī)物而得到穩(wěn)定）。
三、微生物代謝過程簡(jiǎn)介
1、微生物代謝的基本要素
① 能源：化學(xué)能，或光能——化能營(yíng)養(yǎng)型、光能營(yíng)養(yǎng)型；
② 碳源：有機(jī)碳，或無機(jī)碳——異養(yǎng)型、自養(yǎng)型；
③ 無機(jī)營(yíng)養(yǎng)元素——又分為宏量元素，如：N、P、S、K、Ca、Mg等，在處理工業(yè)廢水時(shí)，N、P元素與所需要去除的有機(jī)污染物之間的營(yíng)養(yǎng)平衡問題有時(shí)會(huì)很關(guān)鍵，必要時(shí)就需要在進(jìn)行中投加一定量的N、P；以及微量元素，如Fe、Co、Ni、Mo等，微量元素對(duì)于某些特殊的細(xì)菌如產(chǎn)甲烷細(xì)菌等的生長(zhǎng)十分重要，因此在設(shè)計(jì)和運(yùn)行厭氧生物反應(yīng)器時(shí)，應(yīng)給予足夠的重視，否則會(huì)出現(xiàn)所謂的“微量元素缺乏癥”；
④ 特殊有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物（也稱生長(zhǎng)因子，如維生素、生物素等）：對(duì)于某些特殊細(xì)菌，某些特殊的維生素對(duì)其生長(zhǎng)的影響會(huì)很大，因此，在必要時(shí)應(yīng)考慮補(bǔ)充。
3、廢水生物處理中涉及的微生物代謝過程主要有：
① 化能異養(yǎng)型代謝：在廢水生物處理中最主要的代謝形式，主要用于對(duì)廢水中有機(jī)物的去除，包括主要的好氧細(xì)菌和厭氧細(xì)菌；
② 化能自養(yǎng)型代謝：也是廢水生物處理中常見的一種代謝形式，主要包括硝化細(xì)菌（將氨氮氧化為亞硝酸鹽，或進(jìn)一步氧化為硝酸鹽）、氫細(xì)菌（對(duì)其的應(yīng)用還處在研究階段）、鐵細(xì)菌等；
③ 光合異養(yǎng)型代謝：利用光合細(xì)菌以高濃度有機(jī)廢水為基質(zhì)生產(chǎn)菌體蛋白；
④ 光合自養(yǎng)型代謝：在廢水生物處理中少有應(yīng)用。
四、廢水生物處理中的微生物
1、細(xì)菌：
主要包括真細(xì)菌(eubacteria)和古細(xì)菌(archaebacteria)；是廢水生物處理工程中最主要的微生物；根據(jù)需氧情況不同：好氧細(xì)菌、兼性細(xì)菌和厭氧細(xì)菌；根據(jù)能源碳源利用情況的不同：光合細(xì)菌——光能自養(yǎng)菌、光能異養(yǎng)菌；非光合細(xì)菌——化能自養(yǎng)菌、化能異養(yǎng)菌；根據(jù)生長(zhǎng)溫度的不同：低溫菌(10ºC~15 ºC)、中溫菌(15 ºC ~45 ºC)和高溫菌(>45 ºC)
2、真菌：
真菌的三個(gè)主要特點(diǎn)：
① 能在低溫和低pH值的條件生長(zhǎng)；
② 在生長(zhǎng)過程中對(duì)氮的要求較低（是一般細(xì)菌的1/2）；
③ 能降解纖維素。
真菌在廢水處理中的應(yīng)用：
① 處理某些特殊工業(yè)廢水；
② 固體廢棄物的堆肥處理
3、原生動(dòng)物、后生動(dòng)物：
原生動(dòng)物主要以細(xì)菌為食；其種屬和數(shù)量隨處理出水的水質(zhì)而變化，可作為指示生物。后生動(dòng)物以原生動(dòng)物為食；也可作為指示生物。
五、生物處理工藝在廢水處理中的地位
有機(jī)污染物在廢水中的存在形式及其主要去除方法
1、顆粒狀有機(jī)物(>1m)：可以采用機(jī)械沉淀法進(jìn)行去除的顆粒物；
2、膠體狀有機(jī)物(1nm~100nm)：不能采用機(jī)械沉淀法進(jìn)行去除的較小的有機(jī)顆粒物；
3、溶解性有機(jī)物(<1nm)：以分散的分子狀態(tài)存在于水中的有機(jī)物
4、生物法處理的主要對(duì)象：廢水中呈膠體狀和溶解狀態(tài)的有機(jī)物；廢水中溶解狀態(tài)的營(yíng)養(yǎng)元素N和P。
六、廢水處理程度的分級(jí)
廢水處理程度的分級(jí)：一級(jí)處理——預(yù)處理或前處理；二級(jí)處理——生物處理；三級(jí)處理——深度處理
1、一級(jí)處理：
去除效果：EBOD 30%, ESS 50%；
主要功能：① 去除顆粒狀有機(jī)物，減輕后續(xù)生物處理的負(fù)擔(dān)；② 調(diào)節(jié)水量、水質(zhì)、水溫等，有利于后續(xù)的生物處理。
主要方法：物化法，如：沉砂、沉淀、氣浮、除油、中和、調(diào)節(jié)、加熱或冷卻等
2、二級(jí)處理：
去除效果：EBOD 8590%，ESS 90%；
主要功能：大量去除膠體狀和溶解狀有機(jī)物，保證出水達(dá)標(biāo)排放；
主要方法：各種形式的生物處理工藝
3、三級(jí)處理：
主要目的：
① 去除二級(jí)處理出水中殘存的SS、有機(jī)物，或脫色、殺菌，
② 脫氮、除磷——防止水體富營(yíng)養(yǎng)化；方法：
主要方法：
① 物化法——超濾、混凝、活性炭吸附、臭氧氧化、加氯消毒等；
② 生物法——生物法脫氮除磷，等
早期，在國(guó)內(nèi)還將脫氮除磷作為深度處理看待，認(rèn)為在我國(guó)水環(huán)境中主要的污染物還只是有機(jī)物，對(duì)氮、磷引起的污染的嚴(yán)重性還認(rèn)識(shí)不足；但近年來，隨著國(guó)內(nèi)多個(gè)大型湖泊富營(yíng)養(yǎng)化問題和近海海域赤潮現(xiàn)象的日益增多，對(duì)于控制廢水中的氮、磷的排放逐漸有了新的認(rèn)識(shí)，因此，在新的排放標(biāo)準(zhǔn)中，也將氮、磷指標(biāo)列入，并且在很多新建污水廠的設(shè)計(jì)和運(yùn)行上對(duì)于氮、磷的控制都有了明確要求，因此生物脫氮除磷已經(jīng)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槎?jí)處理的范疇，不再作為三級(jí)處理來要求了。