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廢水生物處理的凈化原理概括起來(lái)說(shuō)，就是通過(guò)微生物酶的作用，將廢水中的污染物氧化分解。在好氧條件下污染物最終被分解成CO2和H2O；在厭氧條件下污染物最終形成CH4、CO2、H2S、N2、H2和H2O以及有機(jī)酸和醇等。因此廢水生物處理是基于微生物的營(yíng)養(yǎng)、代謝和結(jié)構(gòu)特征產(chǎn)生的一種處理方法。

微生物降解污水有機(jī)物的過(guò)程對(duì)于理解廢水生物處理，首先要明白廢水中要去除的污染物必須是可以作為微生物的某一類(lèi)或幾類(lèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，這樣微生物才能將其攝取體內(nèi)，進(jìn)一步在酶的作用下將這些物質(zhì)分解和轉(zhuǎn)化。在這一過(guò)程中要保證微生物是活著的。另外廢水中還要滿(mǎn)足微生物對(duì)所有營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的需求（碳源、氮源、磷源）。其次，微生物體內(nèi)的酶要能正常發(fā)揮作用，對(duì)攝入物質(zhì)才能夠進(jìn)行轉(zhuǎn)化-分解和合成。一般來(lái)說(shuō)，2／3以上的被攝入的物質(zhì)都會(huì)被分解掉，不到1／3部分會(huì)被變成新的細(xì)胞質(zhì)。另外，廢水中多種微生物生活在一起，既互生互惠也存在競(jìng)爭(zhēng)、捕食，物質(zhì)還在食物鏈當(dāng)中會(huì)被進(jìn)一步轉(zhuǎn)化。即使微生物自身，還存在內(nèi)源呼吸，可以將細(xì)胞物質(zhì)進(jìn)行消耗性分解。最后一點(diǎn)，廢水生物處理中數(shù)量最多、占凈化主角地位的往往是具有菌膠團(tuán)特殊構(gòu)造的細(xì)菌，它們的菌膠團(tuán)凝聚黏附或附著上其他細(xì)菌、顆粒物和微生物就形成了懸浮在水中較大的絮體（Floc）或者貼附在水中固體物質(zhì)的表面、成為一層薄膜（即生物膜）。一旦廢水?dāng)噭?dòng)停止，這些懸浮水中的微生物群體（絮體）就會(huì)自行沉淀下來(lái)與水分離。而生物膜本身就固定在物體表面，水流經(jīng)過(guò)就與水分開(kāi)了。廢水生物處理中參與凈化的微生物的這些特殊形態(tài)結(jié)構(gòu)極大地方便了微生物與水的自行分離，這對(duì)于回收活性微生物用于新的廢水凈化、提高出水水質(zhì)具有極其重要的意義。凈化后出水中攜帶的微生物本身就是一種“污染物”，構(gòu)成出水的總COD、SS、濁度、TN和TP。因此，微生物（俗稱(chēng)“泥”）與水分離越徹底，出水中所含微生物的數(shù)量就越少，這一點(diǎn)對(duì)于活性污泥處理尤為重要。

廢水生物處理過(guò)程可歸納為三個(gè)連續(xù)進(jìn)行的階段，即絮凝吸附作用、氧化作用和沉淀作用。下面以活性污泥法為例說(shuō)明這三個(gè)作用。

1．絮凝和吸附作用

吸附作用是發(fā)生在微小粒于表面的一種物理化學(xué)的作用過(guò)程。微生物個(gè)體很小，并且細(xì)細(xì)菌也具有膠體粒子所具有的許多特性，如細(xì)菌表面一般帶有負(fù)電荷，而廢水中有機(jī)物顆粒常帶正電荷，所以它們之間有很大的吸引作用。其表面附有的黏性物質(zhì)對(duì)廢水中的有機(jī)物顆粒、膠體物質(zhì)有較強(qiáng)吸附能力，對(duì)溶解性有機(jī)物的吸附能力很小。

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)活性污泥絮體與廢水充分混合后，廢水中的有機(jī)物可在短時(shí)間內(nèi)迅速減參成的和膠體的有機(jī)污染物一旦黏附于活性污泥，即可通過(guò)固液分離的方法，將這些污染物以質(zhì)水中清除出去。吸附作用是一種物理化學(xué)作用，所以它的總吸附量有一個(gè)極限，達(dá)到此固展后，吸附作用就基本結(jié)束。吸附的速度在初期最大，隨著時(shí)間的推移，吸附速度愈來(lái)愈小。

2．氧化作用

氧化作用是發(fā)生在微生物體內(nèi)的一種生物化學(xué)的代謝過(guò)程。被活性污泥和生物膜吸附的大分子有機(jī)物質(zhì)，在微生物胞外酶的作用下，水解為可溶性的有機(jī)小分子物質(zhì)，然后透過(guò)細(xì)胞膜進(jìn)入微生物細(xì)胞內(nèi)。這些被吸收到細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)，作為微生物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，經(jīng)過(guò)一系列生化反應(yīng)途徑，被氧化為無(wú)機(jī)物CO2和H2O等，并釋放出能量；與此同時(shí)，微生物利用氧化過(guò)程中產(chǎn)生的一些中間產(chǎn)物和呼吸作用釋放的能量，合成細(xì)胞物質(zhì)。在此過(guò)程中微生物不斷繁殖，有機(jī)物也就不斷地被氧化分解。

微生物對(duì)吸附的有機(jī)物氧化分解需要較長(zhǎng)的時(shí)間，有的需要幾小時(shí)甚至十幾個(gè)小時(shí)才能完成。在微生物吸附有機(jī)物的同時(shí)，盡管氧化分解作用以相當(dāng)高的速率進(jìn)行著，但由于吸附時(shí)期較短，氧化分解掉的有機(jī)物僅占總吸附量的一小部分，大部分被吸附的有機(jī)物需要更長(zhǎng)的時(shí)間才能全部氧化分解。

3．沉淀作用

廢水中有機(jī)物質(zhì)在活性污泥或生物膜的氧化分解作用下無(wú)機(jī)化后，處理后水往往排至自然水體中，這就要求排放前必須經(jīng)過(guò)泥水分離。

活性污泥特別是生物膜具有良好的沉降性能，使泥水分離，澄清水排走，污泥沉降至池底。這是廢水生化處理必須經(jīng)過(guò)的步驟，也是非常重要的步驟。若活性污泥或脫落的生物膜不能與水分離，則這兩種生物處理技術(shù)就不可能實(shí)現(xiàn)。若泥水不經(jīng)分離或分離效果不好，由于活性污泥本身是有機(jī)體，進(jìn)入自然水體后將造成二次污染。