污水生物处理基本原理

一、活性污泥的定义及组成

活性污泥是指由细菌、菌胶团、原生动物、后生动物等微生物群体及其吸附的污水中有机和无机物质组成的有一定活力的具有良好的净化污水功能的絮绒状污泥。

活性污泥组成可分为四部分:有活性的微生物;微生物自身氧化残留物;吸附在活性污泥上不能被微生物所降解的有机物;无机悬浮固体。有活性的微生物主要由细菌、真菌组成，通常以菌胶团的形式存在，呈游离状态的较少。菌胶团是由细菌分泌的多糖类物质将细菌等包裹成的黏性团块，使细菌具有抵御外界不利因素的性能。游离状态的细菌不易沉淀，而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澈，因而原生动物有利于提高出水水质，无机悬浮固体主要来自入流的污水，也包括细胞物质中的一些无机物质。

活性污泥是废水生物处理系统中的核心物质，它由微生物组成，能够通过新陈代谢作用将有机污染物转化为稳定的无机物。无论采用哪种处理构筑物或工艺流程，活性污泥法都依赖于这些微生物的生物活性，以氧化分解废水中的有机物，实现废水的净化。

二、好氧微生物降解有机物(除碳)的基本原理

在有氧环境中，有机污染物作为好氧微生物的营养源被氧化分解，导致有机物浓度降低，同时微生物数量增长。由于有机污染物的结构和性质各异，好氧微生物的优势种群组成及其数量也会相应调整。有机污染物的处理过程包括：首先，大分子有机污染物在微生物分泌的多种胞外酶作用下分解为小分子有机物，然后这些小分子有机物被好氧微生物进一步氧化分解，通过不同的代谢途径进入三羧酸循环，最终彻底分解为二氧化碳、水、硝酸盐和硫酸盐等基本无机物。

在好氧处理过程中，散发的异味相对较少。目前，对于中低浓度的有机废水，即BOD5浓度低于500mg/L的废水，主要采用好氧生物处理方法。好氧生物处理包括活性污泥法和生物膜法两种。由于在有氧条件下，氢作为接受体，有机物能够被较为彻底地分解，释放出较多的能量，因此有机物的转化速率较快，所需的处理时间也较短，处理设施的体积可以相对较小。污水在较短的停留时间内，就能实现较高的COD去除率。在好氧降解过程中，有机物质被完全氧化分解成水和二氧化碳。因此，好氧处理成为了生化处理技术的核心。

三、厌氧微生物降解有机物(除碳)的基本原理

在厌氧反应中，有机物的化学结构被改变，降解为小分子的中间产物。好氧与厌氧分解均释放能量和无机养分，为微生物生长所利用。

厌氧生物处理是在没有游离氧的环境中，通过兼性细菌和厌氧细菌的作用，降解并稳定有机物质，最终将其转化为甲烷、二氧化碳等产物的过程。这一过程是一个复杂的微生物化学反应，主要依赖于三大类群细菌的协同作用：水解产酸细菌、产氢产乙酸细菌以及产甲烷细菌。

厌氧生物处理之后通常会接续好氧生物处理。复杂的有机物质首先在发酵性细菌产生的胞外酶作用下，水解成简单可溶性的有机物，并被运输至细胞内，由胞内酶进一步分解为乙酸、丙酸、丁酸、乳酸等脂肪酸和乙醇等醇类。这一过程中同时会产生氢气和二氧化碳。随后，在产氢、产乙酸菌的作用下，将丙酸、丁酸等脂肪酸和乙醇等进一步转化为乙酸。最终，在产甲烷细菌的作用下，利用乙酸生成甲烷，或在二氧化碳存在的情况下，利用氢气生成甲烷。