第十二章   廢水生化處理理論基礎(chǔ)

第一節(jié)   廢水處理微生物基礎(chǔ)

    一般說來,，廢水中所含的污染物質(zhì)是多種多樣的,，因此不能期望只用一種處理方法就能把所有的污染物質(zhì)去除殆盡，往往需要由幾種方法組成一個(gè)處理系統(tǒng),，才能完成所要求的處理功能,。廢水生化處理是利用生物的新陳代謝作用，對廢水中的污染物質(zhì)進(jìn)行轉(zhuǎn)化和穩(wěn)定,、使之無害化的處理方法,。對污染物進(jìn)行轉(zhuǎn)化和穩(wěn)定的主體是微生物。

    所謂微生物是肉眼不能看見，只能憑借顯微鏡才能觀察到的單細(xì)胞及多細(xì)胞生物,。從狹義角度說主要是指菌類生物,，包括細(xì)菌、放線菌,、真菌以及病毒等,。從廣義角度說，除了菌類生物及病毒外,；還包括藻類,、原生動物和一些后生動物。由于微生物具有來源廣,、易培養(yǎng),、繁殖快、對環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng),、易變異等待性,，在生產(chǎn)上能較容易地采集菌種進(jìn)行培養(yǎng)增殖，并在特定條件下進(jìn)行馴化,，使之適應(yīng)有毒工業(yè)廢水的水質(zhì)條件,，從而通過微生物的新陳代謝使有機(jī)物無機(jī)化，有毒物質(zhì)無害化,。加之微生物的生存條件溫和,，新陳代謝過程中不需高溫高壓，它是不需投加催化劑的催化反應(yīng),，用生化法促使污染物的轉(zhuǎn)化過程與一般化學(xué)法相比優(yōu)越得多,，其處理廢水的費(fèi)用低廉，運(yùn)行管理較方便,；所以生他處理是廢水處理系統(tǒng)中員重要的過程之一,，目前，這種方法已廣泛用作生活污水及工業(yè)有機(jī)廢水的二級處理,。

    一,、微生物的新陳代謝

    微生物在生命活動過程中，不斷從外界環(huán)境中攝取營養(yǎng)物質(zhì),，并通過復(fù)雜的酶催化反應(yīng)將其加以利用,，提供能量并合成新的生物體，同時(shí)又不斷向外界環(huán)境排泄廢物,。這種為了維持生命活動過程與繁殖下代而進(jìn)行的各種化學(xué)變化稱為微生物的新陳代謝,，簡稱代謝。各種生物的生命活動,，如生長,、繁殖、遺傳及變異，都需要通過新陳代謝來實(shí)現(xiàn),，可以說,，沒有新陳代謝，就沒有生命,。

     根據(jù)能量的釋放和吸取,，可將代謝分為分解代謝和合成代謝。在分解代謝過程中,，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大分子有機(jī)物或高能化合物分解為簡單的低分子物質(zhì)或低能化合物,，逐級釋放出其固有的自由能，微生物將這些能量轉(zhuǎn)變成三磷酸腺苷(ATP),，以結(jié)合能的形式儲存起來,。在合成代謝中,，微生物把從外界環(huán)境中攝取的營養(yǎng)物質(zhì),，通過一系列生化反應(yīng)合成新的細(xì)胞物質(zhì)，生物體合成所需的能量從ATP的磷酸鹽鍵能中獲得,。在微生物的生命活動過程中,，這兩種代謝過程不是單獨(dú)進(jìn)行的，而是相互依賴,，共同進(jìn)行的,，分解代謝為合成代謝提供物質(zhì)基礎(chǔ)和能量來源，通過合成代謝又使生物體不斷增加,，兩者的密切配合推動了一切生物的生命活動,。

    1．分解代謝

    高能化合物分解為低能化合物，物質(zhì)由繁到簡并逐級釋放能量的過程叫分解代謝,，或稱異化作用,。一切生物進(jìn)行生命活動所需要的物質(zhì)和能量都是通過分解代謝提供的，所以說分解代謝是新陳代謝的基礎(chǔ),。根據(jù)分解代謝過程對氧的需求,，又可分為好氧分解代謝和厭氧分解代謝。

好氧分解代謝是好氧微生物和兼性微生物參予,，在有溶解氧的條件下,，將有機(jī)物分解為CO₂和H₂O，并釋放出能量的代謝過程,。在有機(jī)物氧化過程中脫出的氫是以氧作為受氫體,。如葡萄糖（C₆H₁₂O₆）在有氧情況下完全氧化，如式（12-1）所示：

                  (12—1)

厭氧分解代謝是厭氧微生物和兼性微生物在無溶解氧的條件下,，將復(fù)雜的有機(jī)物分解成簡單的有機(jī)物和無機(jī)物（如有機(jī)酸,、醇、CO₂等），再被甲烷菌進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為甲烷和CO₂等,，并釋放出能量的代謝過程,。厭氧代謝的受氫體可以是有機(jī)物（通常稱為厭氧狀態(tài)），也可以是含氧化合物,，如硫酸根,、硝酸根、二氧化碳（稱為缺氧狀態(tài)）,。如葡萄糖的厭氧代謝,，以含氧化合物為受氫體時(shí)，1mol葡萄糖釋放的能量為1796kJ,；以有機(jī)物為受氫體時(shí),，1mol葡萄糖釋放的能量為226kJ。

             (12—2)

                             (12—3)

    好氧分解代謝過程中,，有機(jī)物的分解比較徹底,，最終產(chǎn)物是含能量最低的 CO₂和H₂O，故釋放能量多,，代謝速度快,，代謝產(chǎn)物穩(wěn)定。從廢水處理角度說,，我們主要是希望保持這樣一種代謝形式,，在較短時(shí)間內(nèi)，將廢水有機(jī)污染物穩(wěn)定化,。厭氧分解代謝中有機(jī)物氧化不徹底,，最終代謝產(chǎn)物中有的還可以燃燒，還含有相當(dāng)?shù)哪芰?，故釋放的能量較少,，代謝速度較慢，所以,，在廢水處理中較少采用厭氧代謝的形式,，僅是當(dāng)有機(jī)物濃度較高（如處理高濃度有機(jī)廢水和有機(jī)污泥）時(shí)，用厭氧方式生產(chǎn)沼氣,，回收甲烷,。

    2．合成代謝

    微生物從外界獲得能量，將低能化合物合成生物體的過程叫合成代謝,，或稱同化作用,。簡言之，是微生物機(jī)體自身物質(zhì)制造的過程,。在此過程中,，微生物體合成所需要的能量和物質(zhì)可由分解代謝提供,。

    由上可見微生物新陳代謝可歸納如圖12-1所示。

    二,、微生物生長的營養(yǎng)及影響因素

    營養(yǎng)物對微生物的作用是：（1）提供合成細(xì)胞物質(zhì)時(shí)所需要的物質(zhì),；（2）作為產(chǎn)能反應(yīng)的反應(yīng)物，為細(xì)胞增長的生物合成反應(yīng)提供能源,；（3）充當(dāng)產(chǎn)能反應(yīng)所釋放電子的受氫體,。所以微生物所需要的營養(yǎng)物質(zhì)必須包括組成細(xì)胞的各種元素和產(chǎn)生能量的物質(zhì)。在細(xì)菌細(xì)胞內(nèi),，含有約80％的水,，其余20％為干物質(zhì)。這些干物質(zhì)中,，有機(jī)物約占90％,，無機(jī)物占10％。有機(jī)物中碳元素約為53.1％,，氧28.3％,，氮12.4％，氫6.2％,，所以細(xì)胞的化學(xué)式?？蓪憺?span lang=EN-US>C₅H₇O₂N（僅有機(jī)部分）,，若考慮有機(jī)部分中的微量磷元素,，則為C₆₀H₈₇O₂₃N₁₂P。無機(jī)物中磷元素約占50％,，硫15％,，鈉11％，鈣9％,，鎂18%,，鉀6%，鐵1%,。微生物種類繁多,，各種微生物要求的營養(yǎng)物質(zhì)亦不盡相同，根據(jù)對營養(yǎng)要求的不同,，可將微生物分為特定的種類,。

    根據(jù)所需碳的化學(xué)形式，微生物可分為：（1）自養(yǎng)型,，即用CO₂或HCO₃^-作為唯一的碳源,，并利用這些碳源構(gòu)造它們的全部含碳生物分子的微生物（通常稱為自養(yǎng)菌）；（2）異養(yǎng)型,，即需要攝取存在于相對復(fù)雜的還原態(tài)有機(jī)化合物中的碳（如葡萄糖中的碳）的微生物（通常稱為異養(yǎng)菌）,。

    根據(jù)所需的能源,，微生物可分為：（1）光營養(yǎng)型，即利用光作為能源的微生物,；（2）化能營養(yǎng)型,，即利用氧化-還原反應(yīng)提供能源的微生物?；軤I養(yǎng)型還可以按照被氧化的化合物（即電子給予體）的類型進(jìn)一步分類,。例如化能有機(jī)營養(yǎng)菌是利用復(fù)雜的有機(jī)物分子作為電子給予體的微生物，而化能自養(yǎng)菌利用的則是簡單的無機(jī)物分子如硫化氫或氨,。

    自然界中存在著各種有機(jī)物和無機(jī)物,。幾乎所有的有機(jī)物和部分無機(jī)物都可被微生物作為營養(yǎng)源而予以利用，甚于對一般機(jī)體有毒害的某些物質(zhì),，如硫化氫,、酚等，也是某些細(xì)菌的必要營養(yǎng)物,。但在廢水生物處理過程中,，為了讓微生物很好地生長、繁殖,，確保達(dá)到最佳的處理效果及經(jīng)濟(jì)效益,，必須為生物處理過程提供良好的環(huán)境條件。影響微生物生長的因素最重要的是營養(yǎng)條件,、溫度,、PH值、需氧量以及有毒物質(zhì),。

    1．微生物的營養(yǎng)

    從微生物的細(xì)胞組成元素來看,，碳和氨是構(gòu)成菌體成分的重要元素，對無機(jī)營養(yǎng)元素,，磷源是主要的,，且相互間需滿足一定比例。許多學(xué)者研究了廢水處理中微生物對碳,、氮,、磷三大營養(yǎng)要素的要求。對好氧生物處理,，BOD₅:N:P=100:5:1,，碳源以BOD₅值表示，N以NH₃-N計(jì),，P以PO₄^3-中的P計(jì),；對厭氧消化處理，C/N比值在（1～20）：1的范圍內(nèi)時(shí),，消化效率最佳,。若比例失調(diào),，則會影響微生物的正常生長繁殖，使微生物的生物活性及各種性能受到影響,，因此可作為生化處理中重要的控制條件之一,。故一般在廢水生物處理中，首先要對廢水的水質(zhì)作詳細(xì)的了解,，分析測定其中所含營養(yǎng)物質(zhì)的多少及相互之間的配比,，若比例失調(diào)，則需投加相應(yīng)的營養(yǎng)源,。

    對于含碳量低的工業(yè)廢水,，可投加生活污水或投加米泔水、淀粉漿料等以補(bǔ)充碳源不足,；對于含氮量或含磷量低的工業(yè)廢水,，可投加尿素、硫酸銨等補(bǔ)充氮源,，投加磷酸鈉,、磷酸鉀等作為磷源。

    生活污水中所含的營養(yǎng)比較豐富齊全,，無需投加營養(yǎng)源,，且可作為其他工業(yè)廢水處理時(shí)的最佳營養(yǎng)源。當(dāng)對工業(yè)廢水采用生物法進(jìn)行點(diǎn)源治理時(shí),，與生活污水合并處理是十分理想的,。在進(jìn)行整個(gè)城市的污水治理規(guī)劃時(shí)，工業(yè)廢水最好的出路（除回用外）,，亦是經(jīng)過預(yù)處理除去對微生物有毒害作用的物質(zhì)后,，排入城市污水管道,，與生活污水一并進(jìn)入城市污水處理廠進(jìn)行處理,，這從工程投資、運(yùn)行管理以及土地征用等來講,，都是十分有利的,。

    2．反應(yīng)溫度

溫度對微生物具有廣泛的影響，不同的反應(yīng)溫度,，就有不同的微生物和不同的生長規(guī)律,。從微生物總體來說，生長溫度范圍是0～80℃,。根據(jù)各類微生物所適應(yīng)的溫度范圍,，微生物可分為高溫性（嗜熱菌）、中溫性,、常溫性和低溫性（嗜冷菌）四類,，如表12-1所示,。

表12-1  各類微生物生長的溫度范圍

    微生物的全部生長過程都取決于化學(xué)反應(yīng)，而這些反應(yīng)速率都受溫度的影響,。在最低生長溫度和最適溫度范圍內(nèi),，若反應(yīng)溫度升高，則反應(yīng)速率增快,，微生物增長速率也隨之增加,，處理效果相應(yīng)提高。但當(dāng)溫度超過最高生長溫度時(shí),，會使微生物的蛋白質(zhì)變性及酸系統(tǒng)遭到破壞而失去活性,，嚴(yán)重時(shí)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)會受到破壞，導(dǎo)致發(fā)生凝固而使微生物死亡,。低溫對微生物往往不會致死,，只有在頻繁的反復(fù)結(jié)冰和解凍，才會使細(xì)胞受到破壞而死亡,。但是低溫將使微生物的代謝活力降低,，通常在5C以下，細(xì)菌的代謝作用就大大受阻,，處于生長繁殖的停止?fàn)顟B(tài),。所以在廢水生物處理過程中，應(yīng)注意控制水溫,。

    在廢水好氧生物處理中,，以中溫性微生物為主，對其研究也較多,，一般控制進(jìn)水水溫在20～35℃,，可獲得較好的處理效果。在厭氧生物處理中,，微生物主要有產(chǎn)酸菌和甲烷菌,，甲烷菌有中溫性和高溫性的，中溫性甲烷菌最適溫度范圍為25～40℃,，高溫性為50～60℃,，目前在厭氧生物反應(yīng)器采用的反應(yīng)溫度，中溫為33～38℃,，高溫為52～57℃,。

    3．PH值

    微生物的生化反應(yīng)是在酶的催化作用下進(jìn)行的，酶的基本成分是蛋白質(zhì),，是具有離解基團(tuán)的兩性電解質(zhì)．PH值對微生物生張繁殖的影響體現(xiàn)在酶的離解過程中,，電離形式不同,，催化性質(zhì)也就不同；此外,，酶的催化作用還決定了基質(zhì)的電離狀況,，PH值對基質(zhì)電離狀況的影響也進(jìn)而影響到酶的催化作用。一般認(rèn)為PH值是影響酶的活性的最重要因素之一,。

    在生物處理過程中,，一般細(xì)菌、真菌,、藻類和原生動物的PH值適應(yīng)范圍在4～10之間,。細(xì)菌就大多數(shù)來講在中性和弱堿性（pH=6.5～7.5）范圍內(nèi)生長最好，但也有的細(xì)菌如氧化硫化桿菌,，喜歡在酸性環(huán)境中生存,，其最適pH值為3，亦可在pH值1.5的環(huán)境中生存,。酵母菌和霉菌要求在酸性或偏酸性的環(huán)境中生存,，最適pH值為3～6，適應(yīng)范圍為pH1.5～10之間,。由此可見,，在生物處理中，保持微生物的最適pH范圍是十分重要的,。否則,，將對微生物的生長繁殖產(chǎn)生不良影響，甚至?xí)斐晌⑸锼劳?，破壞反?yīng)器的正常運(yùn)行,。

    由于在廢水生物處理中通常為微生物的混合群體，所以可以在較寬的pH值范圍內(nèi)進(jìn)行,，但要取得較好的處理效果,，則需控制在較窄的PH范圍內(nèi)。一般好氧生化處理pH值可在6.5～8.5之間變化,，厭氧生物處理要求較嚴(yán)格,，PH值在6.7～7.4之間。因此,，當(dāng)排出廢水的pH值變化較大對，應(yīng)設(shè)置調(diào)節(jié)池,，必要時(shí)需進(jìn)行中和,，使廢水經(jīng)調(diào)節(jié)后．進(jìn)入生化反應(yīng)器的pH值較穩(wěn)定并保持在合適的PH值范圍。

    4．溶解氧

    根據(jù)微生物對氧的要求,，可分為好氧微生物,、厭氧微生物及兼性微生物,。

    好氧微生物在降解有機(jī)物的代謝過程中以分子氧作為受氫體，如果分子氧不足,，降解過程就會因?yàn)闆]有受氫體而不能進(jìn)行,，微生物的正常生長規(guī)律就會受到影響，甚至被破壞,。所以在好氧生物處理的反應(yīng)器中,，如曝氣池、生物轉(zhuǎn)盤,、生物濾池等,，需從外部供氧，一般要求反應(yīng)器廢水中保持溶解氧濃度在2～4mg/L左右為宜,。

    厭氧微生物對氧氣很敏感,，當(dāng)有氧存在時(shí)，它們就無法生長,。這是因?yàn)樵谟醒醮嬖诘沫h(huán)境中,，厭氧微生物在代謝過程中由脫氫酶所活化的氫將與氧結(jié)合形成H₂O₂，而厭氧微生物缺乏分解H₂O₂的酸,，從而形成H₂O₂積累,，對微生物細(xì)胞產(chǎn)生毒害作用。所以厭氧處理設(shè)備要嚴(yán)格密封,，隔絕空氣,。

    3.有毒物質(zhì)

    在工業(yè)廢水中，有時(shí)存在著對微生物具有抑制和殺害作用的化學(xué)物質(zhì),，即有毒物質(zhì),。有毒物質(zhì)對微生物的毒害作用，主要表現(xiàn)在使細(xì)菌細(xì)胞的正常結(jié)構(gòu)遭到破壞以及使菌體內(nèi)的酶變質(zhì),，并失去活性,。有毒物質(zhì)可分為：①重金屬離子（鉛、銅,、鉻,、砷、銅,、鐵,、鋅等）；②有機(jī)物類（酚,、甲醛甲醇,、苯、氯苯等）；③無機(jī)物類（硫化物,、氰化鉀,、氯化鈉、硫酸根,、硝酸根等）,。

    有毒物質(zhì)對微生物產(chǎn)生毒害作用有一個(gè)量的概念，即達(dá)到一定濃度時(shí)顯示出毒害作用,，在允許濃度以內(nèi),，微生物則可以承受。對生物處理來講,，廢水中存在的毒物濃度的允許范圍,，至今還沒有統(tǒng)一的資料，表12-2中列出的數(shù)據(jù)可供參考,。由于某種有毒物質(zhì)的毒性隨pH值,、溫度以及其他毒物的存在等環(huán)境因素不同而有很大差異，或者毒性加劇,，或者毒性減弱,；另外，不同種類的微生物對同一種毒物的忍受能力也不同,。因此,，對某一種廢水來說，最好根據(jù)所選擇的處理工藝路線,，通過一定的實(shí)驗(yàn)來確定毒物的允許濃度,，如果廢水中所含有毒物質(zhì)超過允許濃度，必須在生化處理前進(jìn)行預(yù)處理以去除有毒物質(zhì),。

                      第二節(jié)   酶及酶反應(yīng)

    一,、酶及其特點(diǎn)

    酶是由活細(xì)胞產(chǎn)生的能在生物體內(nèi)和體外起催化作用的個(gè)物催化劑。酶有單成分酶和雙成分酶之分,。單成分酶完全由蛋白質(zhì)組成,，這類酶蛋白質(zhì)本身就具有催化活性，多數(shù)可分泌到細(xì)胞體外催化水解,，所以是外酶,。雙成分酶是由蛋白質(zhì)和活性原子基團(tuán)相結(jié)合而成，蛋白質(zhì)部分為主酶,，活性原子基團(tuán)一般是非蛋白質(zhì)部分,。此部分若與蛋白質(zhì)部分結(jié)合較緊密時(shí)，稱之為輔基,，結(jié)合不牢固時(shí),，稱之為輔酶,。主酶與輔基或輔酶組成全酶,，兩者不能單獨(dú)起催化作用,，只有結(jié)合成全酶才能起催化作用，其中蛋白質(zhì)部分決定催化什么樣的底物以及在什么部位發(fā)生反應(yīng),，輔基或輔酶則決定催化什么樣的化學(xué)反應(yīng),。雙成分酶常保留在細(xì)胞內(nèi)部，所以是內(nèi)酶,。

    酶具有一般無機(jī)催化劑所共有的特點(diǎn),，更有其獨(dú)具的特殊性能，主要有以下表現(xiàn),。

    ①催化效率高,。對于同一反應(yīng)，酶比一般化學(xué)催化劑的催化速度高10⁶～10¹³倍,。例如,，1mol鐵每秒僅能催化10^-5mol的過氧化氫分解，而1mol過氧化氨酶每秒可催化10⁵mol的過氧化氫分解,，使反應(yīng)速度提高10¹⁰倍,。酶催化的高效性還表現(xiàn)在用極少量酶就可使大量反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物。

    ②專屬性,。酶對其所作用的物質(zhì)即底物有著嚴(yán)格的選擇性,。一種酶只能作用于一些結(jié)構(gòu)極其相似的化合物，甚至只能作用于一種化合物而發(fā)生一定的反應(yīng),。例如蛋白酶只能催化蛋白質(zhì)的水解反應(yīng),，脲酶只能催化尿素水解成氨和二氧化碳的反應(yīng)等。

    ③對環(huán)境條件極為敏感,。迄今為止．已知所有酶的化學(xué)組成與一般蛋白質(zhì)并沒有不同,。它和蛋白質(zhì)一樣，在高溫,、高壓,、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿,、重金屬離子,、紫外線及高強(qiáng)輻射等條件下，都會因蛋白質(zhì)變性而降低甚至喪失催化活性,，也常因溫度,、pH值等的變化或抑制劑的存在而使其活性發(fā)生變化。

    另外,，酶能在常溫,，常壓和中性環(huán)境下進(jìn)行催化反應(yīng)，而一般非酶催化劑往往需要在高溫、高壓的環(huán)境下才能使催化反應(yīng)正常進(jìn)行,。

    二,、酶促反應(yīng)速度

    酶催化反應(yīng)通常也稱之為酶促反應(yīng)或酶反應(yīng)。酶促反應(yīng)速度受酶濃度,、基質(zhì)濃度,、pH值、溫度,、反應(yīng)產(chǎn)物,、活化劑和抑制劑等因素的影響。

    酶促反應(yīng)在不受其他因素影響時(shí),，反應(yīng)速度與廢物濃度的關(guān)系見圖12－2,。當(dāng)?shù)孜餄舛仍谳^低范圍時(shí)，反應(yīng)速度與底物濃度成正比,，為一級反應(yīng),。當(dāng)廢物濃度增加到一定限度時(shí)，所有的酶全部與基質(zhì)結(jié)合后,，酶反應(yīng)速度達(dá)到最大值,，此時(shí)，再增加底物對反應(yīng)速度無影響,，呈零級反應(yīng),，并說明酶已被廢物所飽和、所有的酶都有此飽和現(xiàn)象,，但各自達(dá)到飽和時(shí)所需的底物濃度并不相同,。有時(shí)甚至差異很大。在有足夠底物而又不受其他因素的影響時(shí),，則酶促反應(yīng)與酶濃度成正比,。

對于圖12-2中的現(xiàn)象，曾提出過各種假設(shè)予以解釋,，其中比較合理的是中間產(chǎn)物學(xué)說,。根據(jù)這個(gè)學(xué)說，酶促反應(yīng)分兩步進(jìn)行,，首先酶與底物形成中間絡(luò)合物（中間產(chǎn)物）,，這個(gè)反應(yīng)是可逆反應(yīng)，然后結(jié)合物再分解為產(chǎn)物和游離態(tài)酶,。反應(yīng)過程可用下式表示：

      (12-4)

式中S代表底物,，E代表酶，ES代表中間產(chǎn)物,，P為產(chǎn)物,，K₁,、K₂、K₃分別是各步反應(yīng)的速度常數(shù),。

米凱利斯（Michaelis）和門坦（Menten）在分析中間產(chǎn)物學(xué)說的基礎(chǔ)上,，采用純酶做了大量的動力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究，提出了表示整個(gè)反應(yīng)過程中底物濃度與酶促反應(yīng)速度之間的關(guān)系式,，稱為米凱利斯-門坦方程式,，簡稱米氏方程,，即

                                   (12—5)

式中    V——酶反應(yīng)速度,；

      V_max——最大酶反應(yīng)速度；

      S——底物濃度,；

    K_m——米氏常數(shù)（ ）.

式（12-5）是根據(jù)平衡學(xué)說推導(dǎo)出的米-門公式,，它是研究酶反應(yīng)動力學(xué)的一個(gè)最基本的公式,，顯示了酶反應(yīng)速度與底物濃度之間的定量關(guān)系,。由式（12-5）得：

                                  (12—6)

式中,，當(dāng)V=1/2V_max時(shí),，K_m=S,，即K_m是V=1/2V_max時(shí)的廢物濃度,，所以K_m又稱半速度常數(shù),。由式（12-5）可得出如下結(jié)論,。

    ①當(dāng)?shù)孜餄舛?em>S很大時(shí),， S＞＞K_m,， K_m＋S≈S，此時(shí)酸反應(yīng)速度達(dá)最大值,，即 V=V_max,，呈零級反應(yīng)，再增加廢物濃度對酶反應(yīng)速度無任何影響,，因?yàn)槊敢驯坏孜锼柡?，增加底物無甚效用。在這種情況下,，只有增加酶濃度,，才有可能提高反應(yīng)速度。

    ②當(dāng)?shù)孜餄舛?em>S較小時(shí),，S＜＜K_m,，K_m＋S≈K_m，酶反應(yīng)速度和廢物濃度成正比例關(guān)系,，即 ,，呈一級反應(yīng)。此時(shí),，由于酶未被廢物所飽和,，故增加底物濃度可提高酶反應(yīng)速度,。但隨著底物濃度的增加，酶反應(yīng)速度不再按正比關(guān)系上升,，而是呈混合級反應(yīng),，即反應(yīng)級數(shù)介于零到一之間，是零級反應(yīng)到一級反應(yīng)的過渡段,。

    1．米氏常數(shù)的意義

    米氏常數(shù)K_m是酶反應(yīng)動力學(xué)研究中的一個(gè)重要系數(shù),，亦稱動力學(xué)系數(shù)。它是酶反應(yīng)處于動態(tài)平衡時(shí)的平衡常數(shù),。K_m值的大小與酶的特性密切相關(guān),，所以是酶學(xué)研究中的一個(gè)十分重要的數(shù)據(jù)。

    對于K_m的重要物理意義,，可以扼要分析如下,。

    ①K_m值是酶的特征常數(shù)之一，只與酶的性質(zhì)有關(guān),，而與酶的濃度無關(guān),。不同的酶只有不同的K_m值，如表12-3所示,。

    ②如果一種酶有幾種底物,，則對每一種底物各有一個(gè)特定的K_m值(見表12-3)，且K_m值不受溫度和pH值的影響,。因此,，K_m值作為常數(shù)，只是對一定的底物而言,。在指定的實(shí)驗(yàn)條件下測定酶的K_m值,，可以作為鑒別酶的一種手段。

    ③同一種酶如果有幾種底物,，則相應(yīng)有幾個(gè)K_m值,，其中K_m值最小的底物，一般稱為該酶的最適底物或天然底物,。如蔗糖是蔗糖酶的天然底物,，N-苯甲酰酪氨酰胺是胰凝乳蛋白酶的天然底物。

    1/K_m值的大小可近似反映酶對底物的親和力的大小,。因?yàn)?span lang=EN-US>1/K_m值愈大,，K_m值愈小、酶反應(yīng)速度達(dá)到1/2V_max所需的底物濃度就愈小,，表明酶對底物的親和力愈大,。顯然，最適底物與酶的親和力最大,，不需很高的底物濃度,，就可較易地達(dá)到V_max,。

表12-3  幾種酶的米氏常數(shù)值

    2.K_m與V_max的測定

    對一個(gè)酶促反應(yīng),，K_m值及Vmax值的確定方法很多,。由V-S關(guān)系圖可知，K_m是V＝1/2V_max時(shí)的底物濃度,，僅在實(shí)際中,，即使用很高的底物濃度，也只能得到近似的V_max值,，因而也測不到準(zhǔn)確的K_m值,。為了得到準(zhǔn)確的及K_m值，可把米氏方程式變形,，使它成為直線方程式的形式,，然后用圖解法求出K_m與V_max。

    目前,，一般常用的圖解法為Lineweaver-Burk作圖法，也稱雙倒數(shù)作圖法,。此法先將米氏方程式改寫為如下形式：

                (12—7)

    實(shí)驗(yàn)時(shí),，選擇不同的S，測定相應(yīng)的V,，以1/V對1/S作圖,，可得如圖12-3所示直線，直線在縱坐標(biāo)上的截距為1/V_max,直線的斜率為K_m/V_max,，由此可求出K_m與V_max值,。

    三、酶制劑

    近二三十年來,，隨著生物化學(xué)和微生物學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展,，人們可從生物體中把酶分離提取出來，制成用于生產(chǎn)活動的酶制劑,。如從動物胰臟提取胰蛋白酶,、淀粉酶、核糖核酸酶等,。但由于動植物的來源有限,，不能適應(yīng)生產(chǎn)上大量用酶的需要，故目前大多采用微生物發(fā)酵法來制取酶,。目前市場上商品酶制劑品種已近200種,，廣泛應(yīng)用于食品、紡織,、制革,、石油,、醫(yī)藥等行業(yè)。如淀粉酶用于紡織品的退漿,，可節(jié)約大量的堿并提高棉布質(zhì)量,；蛋白酶用于制革工業(yè)的脫毛和軟化，既節(jié)省了時(shí)間,，又改善了勞動衛(wèi)生條件,；制絲業(yè)及照相器材業(yè)利用蛋白酶使生絲及底片脫膠等。對酶制劑用于廢水生物處理也進(jìn)行了大量研究,，并得以應(yīng)用,。如日本研究將具有分解氫能力的產(chǎn)減桿菌和無色桿菌制成氨分解酶，可使氰分解成氨和碳酸,，對處理電鍍含氰廢水和丙烯睛廢水很有效,；利用脂肪酸、蛋白酶,、淀粉酶,、纖維素酶等混合酶處理生活污水；利用多酚氧化酶處理含酚廢水等,。目前還正在尋找研制能分解有機(jī)汞,、多氯聯(lián)苯、塑料和環(huán)狀有機(jī)化合物的酶,。

    酶作為一種催化劑,，在催化一次反應(yīng)后本身不發(fā)生變化，當(dāng)然絕對的不變化是沒有的,、在催化過程中,，由于溫度及其他因素的影響，酶可能發(fā)生部分失活,，但絕大部分的酶仍保留原有的性質(zhì),。根據(jù)這一道理，酶應(yīng)該可以連續(xù)使用,。因此,，從60年代起，人們就開始研究把酶與一種不溶的支持物（載體）相結(jié)合,，這樣,，被作用的物質(zhì)通過這種支持物時(shí)，便發(fā)生了酶催化反應(yīng),，生成了產(chǎn)物,，而酶仍結(jié)合在支持物上未發(fā)生變化，仍可繼續(xù)使用,。這種形式的酶稱之為不溶酶或固相酶,。這種酶實(shí)際上就是水溶性酶通過物理或化學(xué)的方法,，使之與載體相結(jié)合而保持其催化活性的催化劑。

    對固相酶雖已進(jìn)行了廣泛研究,，報(bào)道也較多,，但實(shí)際用于工業(yè)生產(chǎn)的卻較少，其主要原因是成本高,。因此尋求成本低廉的載體和簡單易行的固定方法,。是發(fā)展固定化酶技術(shù)的一個(gè)關(guān)鍵。目前,，有關(guān)固定化微生物細(xì)胞的研究十分活躍,，所謂固定化微生物細(xì)胞就是將酶連同其微生物細(xì)胞一起用各種方法固定在載體上，已被廣泛應(yīng)用的固定方法有熱固定法,、包埋法,、交聯(lián)法、吸附法和凝集法等,。其中聚丙烯酰胺凝膠包埋法是制各固定化微生物細(xì)胞最基本最普通的方法,，而加熱處理制備固定化細(xì)胞則是最簡單最廉價(jià)的方法。如Chibata等用包埋法已成功地制備了固定化大腸桿菌,，其上的天門冬氨酸酶活性收率為72.5％,。

由于固定化微生物細(xì)胞的研究成功，免去了復(fù)雜的酶分離提純工藝,，從而大大提高了酶的收率，降低了成本,。而且還由于固定化微生物細(xì)胞在某些方面比固定化酶更為優(yōu)越,，所以近年來研究不斷深入，品種不斷增加,，為利用酶制劑凈化廢水提供了十分有利的條件,。

    固相酶用于廢水處理，主要是將固相酶或酶載體置于反應(yīng)器內(nèi),，作為濾床,，讓廢水通過濾床，污染物質(zhì)被濾料上的酶催化分解,。酶濾料可為各種類型的晶體酶,、粉狀酶、酶布和酶砂,。使用時(shí),，可根據(jù)廢水水質(zhì)，選用單相酶柱或多相酶柱,。多相酶柱是把多種固相酶按一定順序置于反應(yīng)柱內(nèi),，去完成一系列反應(yīng),。如脫氨酶、脫酚酶可同時(shí)放入一個(gè)酶柱內(nèi),，既能去除氰又能去除酚,。如果某些專一性酶不能并存，則放在單獨(dú)的酶柱內(nèi),。如日本利用固相酶處理含氰100～200mg／L的廢水,，可將氰完全分解；又如采用固相α-淀粉酶,，可處理造紙工藝中排出的“白水”,，在這種廢水中，含有使纖維素和其他成分呈懸浮狀的膠態(tài)淀粉,，經(jīng)α-淀粉酶處理,，能使淀粉很快水解，使纖維類和其他固體沉淀,，從而使水得以凈化并回用,。

    固相酶的研制成功及其廣泛應(yīng)用，是酶制劑生產(chǎn)和應(yīng)用方面的一項(xiàng)重大改革,，但許多問題還需在實(shí)際應(yīng)用中進(jìn)一步研究,，并不斷完善，特別是采用固相酶和固定化微生物細(xì)胞處理廢水還剛剛起步,，有待進(jìn)一步研究和開發(fā),。

    四、適應(yīng)酶

    微生物具有變異的特性,，即遺傳的變異性,。人們根據(jù)這一特點(diǎn)，人為地改變微生物的環(huán)境條件,，使微生物在受到各種物理,、化學(xué)等因素的影響后，發(fā)生變異,，并在機(jī)體內(nèi)產(chǎn)生適應(yīng)新環(huán)境的酶,，即適應(yīng)酶。人們就利用這個(gè)特性為生產(chǎn)服務(wù),。如活性污泥的培養(yǎng)馴化就是利用了這一特性,，即在活性污泥的培養(yǎng)馴化過程中，不適應(yīng)廢水的微生物逐漸死亡,，適應(yīng)該廢水的微生物逐漸增加,，并在該種廢水的誘發(fā)下，在微生物的細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生適應(yīng)酶。

    微生物適應(yīng)環(huán)境并改變酶系統(tǒng)的特性已引起注意,。特別是對廢水中那些難降解的污染物質(zhì),，如仍用過去生物處理中使用的自然界存在的細(xì)菌，是收效不大的,。為此,，人們對這種細(xì)菌，通過人為方法,，如經(jīng)受化學(xué)藥物,、紫外線、X射線等人工誘發(fā)突變處理后,，大部分細(xì)菌死亡,，僅有少量殘存，這些殘存的細(xì)菌,，其遺傳基因（DNA）發(fā)生變化,，菌種變異。經(jīng)受這種變化尚生存的細(xì)苗,，稱變異菌,，變異后的細(xì)菌比其先輩有更加優(yōu)異的分解能力。這種從生存菌中選出的分解能力高的菌株,，再經(jīng)反復(fù)處理,，可提高活性。如美國及日本按照這種處理方法,，曾從各種土壤樣品中及活性污泥樣品中篩選出大量具有分解能力及絮凝能力很強(qiáng)的菌株,，其中有極毛桿菌屬、小桿菌屬,、氣桿菌屬,、黃桿菌屬、諾卡氏菌屬,、鏈霉菌屬、弧菌屬,、小球菌屬,、分枝桿菌屬及假單孢菌屬等。

    不僅如此,，美國和日本還研究把用于廢水生物處理的變異菌制成干燥粉狀的成品變異菌,。這種成品變異菌的細(xì)菌處于休眠狀態(tài)，使用時(shí),，在水中加入必要的營養(yǎng)物并曝氣,，很快就會使細(xì)菌恢復(fù)休眠前的活性。針對所處理的廢水種類，可選取數(shù)十種相應(yīng)的變異菌干粉,，此外再投加能夠促進(jìn)細(xì)菌活動的酶制劑,，共同調(diào)制成變異菌酶配合劑，這種酶配合劑的細(xì)菌能夠分解多種合成有機(jī)物,，如表面活性劑,，鹵代芳烴、酚類,、胺類,、氰化物等，而且對淀粉,、脂肪,、蛋白質(zhì)、纖維素等自然有機(jī)物也具有很高的分解效能,。

    變異菌酶配合劑不僅可用于廢水處理,，還可用于受污染的河流、湖泊等的凈化,，以及海岸灘涂養(yǎng)蝦場防止赤潮的發(fā)生,。

第三節(jié)   微生物生長動力學(xué)

    一、微生物的生長規(guī)律

    廢水的生物處理過程實(shí)際上可看作是一種微生物的連續(xù)培養(yǎng)過程,，即不斷給微生物補(bǔ)充食物,，使微生物數(shù)量不斷增加。在微生物學(xué)中,，對純菌種培養(yǎng)的生長規(guī)律已有大量研究,，而在廢水生物處理中，活性污泥或生物膜是一個(gè)混合菌的群體,，亦有它們的生長規(guī)律,。

    微生物的生共規(guī)律可用微生物的生長曲線來反映，此曲線表示了微生物在不同培養(yǎng)環(huán)境下的生長情況及微生物的整個(gè)生長過程,。按微生物生長速度不同,，生長曲線可劃分為四個(gè)生長時(shí)期，見圖12-4,。

    1．適應(yīng)期（停滯期）

    這是微生物培養(yǎng)的最初階段,。在這個(gè)時(shí)期，微生物剛接入新鮮培養(yǎng)液中時(shí)對新的環(huán)境有一個(gè)適應(yīng)過程,，所以在此時(shí)期微生物的數(shù)量基本不增加,，生長速度接近于零。

    在廢水生物處理過程中,，這一時(shí)期一般在微生物的培養(yǎng)馴化時(shí)或處理水質(zhì)突然發(fā)生變化后出現(xiàn),，能適應(yīng)的微生物則能夠生存,，不能適應(yīng)的微生物則被淘汰，此時(shí)微生物的數(shù)量有可能減少,。

    2.對數(shù)期

    微生物的代謝活動經(jīng)調(diào)整,，適應(yīng)了新的培養(yǎng)環(huán)境后，在營養(yǎng)物質(zhì)較豐富的條件下,，微生物的生張繁殖不受底物的限制,，微生物的生長速度達(dá)到最大，菌體數(shù)量以幾何級數(shù)的速度增加,，菌體數(shù)量的對數(shù)值與培養(yǎng)時(shí)間成直線關(guān)系,，故有時(shí)亦稱對數(shù)期為等速生長期。增長速度的大小取決于微生物本身的世代時(shí)間及利用底物的能力,，即取決于微生物自身的生理機(jī)能,。

    在這一時(shí)期微生物具有繁殖快、活性大,、對底物分解速率快的特點(diǎn),。但是，為了維持微生物在對數(shù)期生長,，必須提供充分的食料,，使微生物處于食料過剩的環(huán)境中，微生物的生長不受底物的限制,。在這種情況下,，微生物體內(nèi)能量高，絮凝性和沉降性能均較差,，出水中有機(jī)物濃度也很高,，也就是說，在廢水生物處理過程中,，如果在制微生物處于對數(shù)增長期,，雖然反應(yīng)速率快，但想取得穩(wěn)定的出水以及較高的處理效果是比較困難的,。

    3．平衡期

    在微生物經(jīng)過對數(shù)期大量繁殖后,，使培養(yǎng)液中的底物逐漸被消耗，再加上代謝產(chǎn)物的不斷積累,，從而造成了不利于微生物生長繁殖的食物條件和環(huán)境條件,。致使微生物的增長速度逐漸減慢，死亡速度逐漸加快,，微生物數(shù)量趨于穩(wěn)定。

    4．衰老期（內(nèi)源代謝期）

    在平衡期后,，培養(yǎng)液中的底物近乎被耗盡,，微生物只能利用菌體內(nèi)貯存的物質(zhì)或以死菌體作為養(yǎng)料,，進(jìn)行內(nèi)源呼吸，維持生命,。在此時(shí)期,，由內(nèi)源代謝造成的菌體細(xì)胞死亡速率超過新細(xì)胞的增長速率，使微生物數(shù)量急劇減少,，生長曲線顯著下降,，故衰老期也稱為內(nèi)源代謝期。在細(xì)菌形態(tài)方面,，此時(shí)是退化型較多,，有些細(xì)菌在這個(gè)時(shí)期也往往產(chǎn)生芽胞。

    必須指出,，上面所述的生長曲線并不是細(xì)菌細(xì)胞的基本性質(zhì),，只是反映了微生物的生長與底物濃度之間的依賴關(guān)系，并且曲線的形狀還受供氧情況,、溫度,、pH值、毒物濃度等環(huán)境條件的影響,。在廢水生物處理中,，我們通過控制底物量（F）與微生物量（M）的比值F／M（此值稱為生物負(fù)荷率），使微生物處于不同的生長狀況,，從而控制微生物的活性和處理效果,。一般在廢水處理中常控制F/M在較低范圍內(nèi),，利用平衡期或內(nèi)源代謝初期的微生物的生長活動,，使廢水中的有機(jī)物穩(wěn)定化，以取得較好的處理效果,。

    二,、微生物生長動力學(xué)

    1．微生物的增長速度

    在細(xì)菌的培養(yǎng)中，關(guān)于微生物體增長的一些比較重要的先決條件是：（1）碳源,；（2）能源,；（3）外部電子接受體（如果需要的話）；（4）適宜的物理化學(xué)環(huán)境,。如果做生物增長所需的必要條件都能得到滿足則,，對于某一時(shí)間增量Δt，微生物濃度的增量Δx與現(xiàn)存的微生物濃度x成正比,，即

                                           (12—8)

引入比例常數(shù)μ,，式（12-8）可寫成等式：

                                      (12—9)

方程（12-9）兩端同除Δt，并取極限Δt 0,，得到微分式

                                      (12—10)

式中,， 為微生物的增長速度,，（質(zhì)量）·（容積^-1）·（時(shí)間^-1）。

    從式（12-10）轉(zhuǎn)化可得

                                       (12—11)

    由式（12-11）可知,，μ表示每單位微生物的增長速率,，稱之為比增長率（或稱比增長速度），（時(shí)間^-1）,。

    法國學(xué)者Monod在研究微生物生長的大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,，提出在微生物的典型生長曲線的對數(shù)期和平衡期，微生物的增長速率不僅是微生物濃度的函數(shù),，而且是某些限制性營養(yǎng)物濃度的函數(shù),，其描述限制增長營養(yǎng)物的剩余濃度與微生物比增長率之間的關(guān)系為:

                                     (12—12)

式中     μ——微生物比增長速度，時(shí)間^-1,；

        μ_m——微生物最大比增長速度,，時(shí)間^-1；

         S——溶液中限制生長的底物濃度,，質(zhì)量／容積,；

         K_s——飽和常數(shù)。即當(dāng)μ=μ_m/2時(shí)的底物濃度,，故又稱半速度常數(shù),，質(zhì)量／容積。

    式（12-12）表示的關(guān)系如圖12-5所示,。該圖說明,，比增長速度與限制增長的營養(yǎng)物濃度之間的關(guān)系，與酶促反應(yīng)的米-門關(guān)系式（12-5）形式相同,。在使用Monod關(guān)系式時(shí),，S項(xiàng)必須是限制增長的營養(yǎng)物濃度，在廢水生物處理過程中,，一般認(rèn)為碳原和能源是限制增長的營養(yǎng)物,，以最終生化需氧量（BOD_u）、化學(xué)需氧量（COD）或總有機(jī)碳（TOC）計(jì),。但必須注意,，其他物質(zhì)如氮、磷也能控制微生物的增長,。

    2．微生物生長與底物利用速度

    在微生物的代謝過程中,，一部分底物被降解為低能化合物，微生物從中獲得能量,，一部分底物用于合成新的細(xì)胞物質(zhì),，使微生物體不斷增加，因此微生物的增長是廢物降解的結(jié)果,。在微生物代謝過程中,，不同性質(zhì)的底物用于合成微生物體的比例不同,，但對于某一特定的廢水，微生物的增長速度與底物的降解速度有一個(gè)比例關(guān)系：

                               (12—13)

式中           Y——微生物產(chǎn)率系數(shù),；

          ——微生物總增長速度；

           ——底物利用速度,；

               q——比底物利用速度,， .

將式（12－12）代入式（12－13），并定義： ,，可得

                                     (12—14)

式中q_max為最大比底物利用速度,。

    一般在廢水生物處理中，為了獲得較好的處理效果,，通?？刂莆⑸锾幱谄胶馄诨騼?nèi)源代謝初期，因此在新細(xì)胞合成的同時(shí),，部分微生物也存在內(nèi)源呼吸而導(dǎo)致微生物體產(chǎn)量的減少,。內(nèi)源呼吸時(shí)微生物體的自身氧化速率與現(xiàn)階段微生物的濃度成正比，即

                                     (12—15)

式中K_d為微生物衰減系數(shù),，它表示單位時(shí)間單位微生物量由于內(nèi)源呼吸而自身氧化的量,，量綱為[時(shí)間]^-1。

    因此,微生物體的凈增長速率為

                             (12—16)

    將式（12-13）及式（12-15）代人式（12-16）中,，可得：

                                    (12—17)

式中μ’為微生物比凈增長速度,， .

    式（12-17）表示了微生物在低比增長率的情況下微生物自身氧化對凈增長率的影響。在實(shí)際工程中,，這種影響通常用一個(gè)實(shí)測產(chǎn)率系數(shù)來表示,，即

                                            (12—18)

式中Y_obs為可變觀測產(chǎn)率系數(shù)（或稱實(shí)測產(chǎn)率系數(shù)）。

    式（12-17）與式（12-18）均表達(dá)了生物反應(yīng)器內(nèi),，微生物的凈增長與底物降解之間的基本關(guān)系,。所不同的是，式（12-17）要求從微生物的理論產(chǎn)量中減去維持生命所自身氧化的量,，而式（12-18）描述的是考慮了總的能量需要量之后的實(shí)際觀測產(chǎn)量,。

    式（12-12）、（12-14）及（12-17）或（12-18）是廢水生物處理工程中目前常用的基本的反應(yīng)動力學(xué)方程式,，式中的K_a,、μ_m、Y,、K_d等動力學(xué)系數(shù)可通過實(shí)驗(yàn)求出,。在實(shí)踐中，根據(jù)所研究的特定處理系統(tǒng),，通過建立微生物量和底物量的平衡關(guān)系,，可以建立不同類型生物處理設(shè)備的數(shù)學(xué)模型,，用于生物處理工程的設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理，具體應(yīng)用參見以后有關(guān)章節(jié),。

    例20℃時(shí)在完全混合反應(yīng)器中進(jìn)行連續(xù)微生物培養(yǎng)增長實(shí)驗(yàn),，獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：

    解  將Monod方程變形為下式：

    把實(shí)驗(yàn)結(jié)果按 整理如下表：

    作 關(guān)系圖如圖12-6所示,。

    由圖12-6可得：

第四節(jié)   廢水的可生化性

    一、廢水可生化性

    廢水生物處理是以廢水中所含污染物作為營養(yǎng)源,，利用微生物的代謝作用使污染物被降解,、廢水得以凈化。顯然,，如果廢水中的污染物不能被微生物降解,，生物處理是無效的。如果廢水中的污染物可被微生物降解,，則在設(shè)計(jì)狀態(tài)下廢水可獲得良好的處理效果,。但是當(dāng)廢水中突然進(jìn)入有毒物質(zhì)，超過微生物的忍受限度時(shí),，將會對微生物產(chǎn)生抑制或毒害作用,，使系統(tǒng)的運(yùn)行遭到嚴(yán)重破壞。因此對廢水成分的分析以及判斷廢水能否采用生物處理是設(shè)計(jì)廢水生物處理工程的前提,。

    所謂廢水可生化性的實(shí)質(zhì)是指廢水中所含的污染物通過微生物的生命活動來改變污染物的化學(xué)結(jié)構(gòu),，從而改變污染物的化學(xué)和物理性能所能達(dá)到的程度。研究污染物可生化性的目的在于了解污染物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)能否在生物作用下分解到環(huán)境所允許的結(jié)構(gòu)形態(tài),，以及是否有足夠快的分解速度,。所以對廢水進(jìn)行可生化性研究只研究可否采用生物處理，并不研究分解成什么產(chǎn)物,，即使有機(jī)污染物被生物污泥吸附而去除也是可以的,。因?yàn)樵谕Ａ魰r(shí)間較短的處理設(shè)備中，某些物質(zhì)來不及被分解,。允許其隨污泥進(jìn)入消化池逐步分解,。事實(shí)上，生物處理并不要求將有機(jī)物全部分解成CO₂,、H₂O和硝酸鹽等,，而只要求將水中污染物去除到環(huán)境所允許的程度。

    多年來，國內(nèi)外在各類有機(jī)物生物分解性能的研究方面積累了大量的資料,，以化工廢水中常見的有機(jī)物為例,，各種物質(zhì)的可降解性可歸納于表12-4中，供研究者參考,。

    在分析污染物的可生化性時(shí),，還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

    ①一些有機(jī)物在低濃度時(shí)毒性較小,，可以被微生物所降解,。但在濃度較高時(shí)，則表現(xiàn)出對微生物的強(qiáng)烈毒性,，常見的酚、氰,、苯等物質(zhì)即是如此,。如酚濃度在1％時(shí)是一種良好的殺菌劑，但在300mg/L以下,，則可被經(jīng)過馴化的微生物所降解,。

    ②廢水中常含有多種污染物，這些污染物在廢水中混合后可能出現(xiàn)復(fù)合,、聚合等現(xiàn)象,，從而增大其抗降解性。有毒物質(zhì)之間的混合往往會增大毒性作用,，因此,，對水質(zhì)成分復(fù)雜的廢水不能簡單地以某種化合物的存在來判斷廢水生化處理的難易程度。

    ③所接種的微生物的種屬是極為重要的影響因素,。不同的微生物具有不同的酶誘導(dǎo)特性,，在底物的誘導(dǎo)下，—些微生物可能產(chǎn)生相應(yīng)的誘導(dǎo)酶,，而有些微生物則不能,，從而對底物的降解能力也就不同。目前廢水處理技術(shù)已發(fā)展到采用特效菌種和變異菌處理有毒廢水的階段,，對有毒物質(zhì)的降解效率有了很大提高?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)鐮刀霉(Fusarium)、諾卡氏菌(Nocardia)等具有分解氰與腈的能力,；假單孢菌(如食酚極毛桿菌Pseudomonas phenolphagum,、解酚極毛桿菌Pseudomonas phenolicum)、小球菌(Micrococcus)等具有很強(qiáng)的降解酚的能力.在厭氣發(fā)酵過程中,，假單孢菌的一些種以及黃桿菌(Flavobacterium)都具有很強(qiáng)的產(chǎn)酸能力,，甲烷疊球菌(Methanococcus)等具有很高的產(chǎn)氣能力。

    目前，國內(nèi)外的生物處理系統(tǒng)大多采用混合菌種,，通過廢水的馴化進(jìn)行自然的誘導(dǎo)和篩選,，馴化程度的好壞，對底物降解效率有很大影響,，如處理含酚廢水,，在馴化良好時(shí)，酚的接受濃度可由幾十毫克／升提高到500—600mg／L,。 

    ④pH值,、水溫、溶解氧,、重金屬離子等環(huán)境因素對微生物的生長繁殖及污染物的存在形式有影響,，因此，這些環(huán)境因素也間接地影響廢水中有機(jī)污染物的可降解程度,。

由于廢水中污染物的種類繁多,，相互間的影響錯(cuò)綜復(fù)雜，所以一般應(yīng)通過實(shí)驗(yàn)來評價(jià)廢水的可生化性,，判斷采用生化處理的可能性和合理性,。

表12-4  各類有機(jī)物的可降解性及特例

    二,、可生化性的評價(jià)方法

    1．BOD₅／COD值法

BOD₅和COD是廢水生物處理過程中常用的兩個(gè)水質(zhì)指標(biāo),，用BOD₅／COD值評價(jià)廢水的可生化性是廣泛采用的一種最為簡易的方法。在一般情況下,，BOD₅／COD值愈大,，說明廢水可生物處理性愈好。綜合國內(nèi)外的研究結(jié)果，可參照表12-5中所列數(shù)據(jù)評價(jià)廢水的可生化性,。

表12-5  廢水可生化性評價(jià)參考數(shù)據(jù)

    在使用此法時(shí),，應(yīng)注意以下幾個(gè)問題。

    ①某些廢水中含有的懸浮性有機(jī)固體容易在COD的測定中被重鉻酸鉀氧化,，并以COD的形式表現(xiàn)出來,。但在BOD反應(yīng)瓶中受物理形態(tài)限制，BOD數(shù)值較低,，致使BOD₅/COD值減小,，而實(shí)際上懸浮有機(jī)固體可通過生物絮凝作用去除，繼之可經(jīng)胞外酶水解后進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)被氧化,，其BOD₅/COD值雖小,，可生物處理性卻不差。

    ②COD測定值中包含了廢水中某些無機(jī)還原性物質(zhì)(如硫化物,、亞硫酸鹽,、亞硝酸鹽、亞鐵離子等)所消耗的氧量,，BOD₅測定值中也包括硫化物,、亞硫酸鹽、亞鐵離子所消耗的氧量,。但由于COD與BOD₅測定方法不同,，這些無機(jī)還原性物質(zhì)在測定時(shí)的終態(tài)濃度及狀態(tài)都不盡相同，亦即在兩種測定方法中所消耗的氧量不同,，從而直接影響BOD₅和COD的測定值及其比值,。

    ③重鉻酸鉀在酸性條件下的氧化能力很強(qiáng)，在大多數(shù)情況下,，COD值可近似代表廢水中全部有機(jī)物的含量,。但有些化合物如吡啶不被重鉻酸鉀氧化，不能以COD的形式表現(xiàn)出需氧量,，但卻可能在微生物作用下被氧化,，以BOD₅的形式表現(xiàn)出需氧量，因此對BOD₅/COD值產(chǎn)生很大影響,。

    綜上所述,，廢水的BOD₅/COD值不可能直接等于可生物降解的有機(jī)物占全部有機(jī)物的百分?jǐn)?shù)，所以,，用BOD₅/COD值來評價(jià)廢水的生物處理可行件盡管方便,，但比較粗糙，欲做出準(zhǔn)確的結(jié)論,，還應(yīng)輔以生物處理的模型實(shí)驗(yàn),。

    2．BOD₅/TOD值法

    對于同一廢水或同種化合物,，COD值一般總是小于或等于TOD值，不同化合物的COD/TOD值變化很大,，如吡啶為2％,，甲苯為45％，甲醇為100％,，因此,，以TOD代表廢水中的總有機(jī)物含量要比COD準(zhǔn)確，即用BOD₅/TOD值來評價(jià)廢水的可生化性能得到更好的相關(guān)性,。

    通常,，廢水的TOD由兩部分組成，其一是可生物降解的了TOD(以了TOD_B表示),，其二是不可生物降解的TOD(以TOD_NB表示),，即：

                                  (12—9)

    在微生物的代謝作用下，TOD_B中的一部分氧化分解為CO₂和H₂O,，一部分合成為新的細(xì)胞物質(zhì),。合成的細(xì)胞物質(zhì)將在內(nèi)源呼吸過程中被分解，并有一些細(xì)胞殘骸最終要剩下來,。上述有機(jī)物的生物降解過程可用圖12-7表示．

根據(jù)圖12-7模式,，可建立如下關(guān)系式：

                            (12—20)

將式(12-20)代入式(12-19)并整理得：

                                   (12—21)

    在碳化階段，BOD反應(yīng)接近一級反應(yīng)動力學(xué),，其BOD₅與BOD_u的關(guān)系為BOD₅＝BOD_u.(1-10^-5K),，將此式代入式(12-21)中，整理得：

                                 (12—22)

式中

式(12-22)揭示了廢水中的BOD₅與TOD的內(nèi)在聯(lián)系,。整理可得：

                                      (12—23)

式(12-23)可作為評價(jià)廢水可生化性的基本公式。式中包含兩個(gè)因素,，其—是反映有機(jī)物的可生物降解程度(TOD_B/TOD),；其二是反映有機(jī)物的生物降解速度( )，二者之積則表示有機(jī)物的可生化性,。采用BOD₅／TOD值評價(jià)廢水可生化性時(shí),，有些研究者推薦采用表12-6所列標(biāo)準(zhǔn)。

表12-6  廢水可生化性評價(jià)參考數(shù)據(jù)

    有的研究者對幾種化學(xué)物質(zhì)用未經(jīng)馴化的微生物接種,，測定逐日BOD_t和TOD,，再以BOD_t/TOD值與測定時(shí)間t作圖，得圖12-7所示的四種形式的關(guān)系曲線,。Ⅰ型(乙醇)所示為生化性良好,，宜用生化法處理。Ⅰ型表示乙睛雖然對微生物無毒害作用,，但其生物降解性能較差,，這樣的污染物需經(jīng)過一段時(shí)間的微生物馴化,，才能確定是否可用生化法處理。Ⅱ型所示乙醚的生物降解性能更差,，而且還有一定抑制作用,，這樣的污染物需經(jīng)過更長時(shí)間的微生物馴化，才能做出判斷,。Ⅳ型所示吡啶對微生物只有強(qiáng)抑制作用,，在不馴化條件下難于生物分解。

    在測定BOD₅時(shí)是否采用馴化菌種對BOD₅/TOD值及評價(jià)結(jié)論影響很大,。例如,，吡啶以不同的微生物接種，表現(xiàn)出不同的BOD₅/TOD值(見圖12-8),，從而會得到不同的結(jié)論,。因此，為使研究工作勺以后的生產(chǎn)條件相近,，在測定廢水或有機(jī)化合物的BOD₅時(shí),，必須接入馴化菌種。

    3．耗氧速率法

    在有氧條件下,，微生物在代謝底物時(shí)需消耗氧,。表示耗氧速度(或耗氧量)隨時(shí)間而變化的曲線，稱為耗氧曲線,。投加底物的耗氧曲線稱為底物耗氧曲線,；處于內(nèi)源呼吸期的污泥耗氧曲線稱為內(nèi)源呼吸曲線。在微生物的生化活性,、溫度,、pH值等條件確定的情況下，耗氧速度將隨可生物降解有機(jī)物濃度的提高而提高,，因此,，可用耗氧速率來評價(jià)廢水的可生化性。

    耗氧曲線的特征與廢水中有機(jī)污染物的性質(zhì)有關(guān),，圖12-9所示為幾種典型的耗氧曲線,。

   a為內(nèi)源呼吸線，當(dāng)微生物處于內(nèi)源呼吸期時(shí),，其耗氧量僅與微生物量有關(guān),，在較長一段時(shí)間內(nèi)耗氧速度是恒定的，所以內(nèi)源呼吸線為一條直線,。若廢水中有機(jī)污染物的耗氧曲線與內(nèi)源呼吸線重合時(shí),，說明有機(jī)污染物不能被微生物所分解，但對微生物也無抑制作用,。

    b為可降解有機(jī)污染物的耗氧曲線,，此曲線應(yīng)始終在內(nèi)源呼吸線的上方,。起始時(shí)，因反應(yīng)器內(nèi)可溶解的有機(jī)物濃度高,，微生物代謝速度快,，耗氧速度也大，隨著有機(jī)物濃度的減小,，耗氧速度下降,，最后微生物群體進(jìn)入內(nèi)源代謝期，耗氧曲線與內(nèi)源呼吸線平行,。

    c為對微生物有抑制作用的有機(jī)污染物的耗氧曲線,。該曲線接近橫坐標(biāo)愈近，離內(nèi)源呼吸線愈遠(yuǎn),，說明廢水中對微生物有抑制作用的物質(zhì)的毒性愈強(qiáng),。

    在圖12-9中，與b類耗氧曲線相應(yīng)的廢水是可生物處理的,，在某一時(shí)間內(nèi),，b與a之間的間距愈大，說明廢水中的有機(jī)污染物愈易于生物降解,。曲線b上微生物進(jìn)入內(nèi)源呼吸時(shí)的時(shí)間t_A,，可以認(rèn)為是微生物氧化分解廢水中可生物降解有機(jī)物所需的時(shí)間。在t_A時(shí)間內(nèi),，有機(jī)物的耗氧量與內(nèi)源呼吸耗氧量之差,，就是氧化分解廢水中有機(jī)污染物所需的氧量。根據(jù)圖示結(jié)果及COD測定值,、混合液懸浮固體MLSS(或混合液揮發(fā)性懇浮固體MLVSS)測定值,，可以計(jì)算出廢水中有機(jī)物的氧化百分率，計(jì)算式如下:

                                    (11—24)

式中    E——有機(jī)物氧化分解百分率;

       O₁——有機(jī)物耗氧量,，mg/L;

       O₂——內(nèi)源呼吸耗氧量,，mg/L；

     MLSS——混合液懸浮固體濃度,，mg/L。

    顯然,，t_A愈小,，(O₁-O₂)愈大或E愈大，廢水的可生化性就愈好,。

另一種做法是用相對耗氧速度R(％)來評價(jià)廢水的可生化性,，計(jì)算公式如下：

                                          (12—25)

式中     V_a——投加有機(jī)物的耗氧速度，mgO₂/gMLSS·h,；

         V_b——內(nèi)源呼吸耗氧速度,，mgO₂/gMLSS·h,。

    V_a與V_b一般應(yīng)采用同一測定時(shí)間的平均值。圖12-10所示是不同有機(jī)污染物可能出現(xiàn)的四種相對耗氧速度曲線,。

    a類曲線  相應(yīng)的有機(jī)污染物不能被微生物分解,，對微生物的活性亦無抑制作用。

    b類曲線  相應(yīng)的有機(jī)污染物是可生物降解的物質(zhì),。

    c類曲線  相應(yīng)的有機(jī)污染物在一定濃度范圍內(nèi)可以生物降解,，超過這一濃度范圍時(shí)。則對微生物產(chǎn)生抑制作用,。

    d類曲線  相應(yīng)的有機(jī)污染物不可生物降解,，且對微生物具有毒害抑制作用。一些重金屬離子也有與此相同的作用,。

    由于影響有機(jī)污染物耗氧速度的因素很多,，所以用耗氧曲線定量評價(jià)有機(jī)物的可生化性時(shí)，需對活性污泥的來源,、馴化程度,、濃度、有機(jī)物濃度,、反應(yīng)溫度等條件作出嚴(yán)格的規(guī)定,。測定耗氧量及耗氧速度的方法較多，如華氏呼吸儀測定法,、曝氣式呼吸儀測定法,、雙瓶呼吸計(jì)測定法、溶解氧測定儀測定法等,。

    4．搖床試驗(yàn)與模型試驗(yàn)

    (1)搖床試驗(yàn)  又稱振蕩培養(yǎng)法,，是一種間歇投配連續(xù)運(yùn)行的生物處理裝置。搖床試驗(yàn)是在培養(yǎng)瓶中加入馴化活性污泥,、待測物質(zhì)及無機(jī)營養(yǎng)鹽溶液,，在搖床上振搖，培養(yǎng)瓶中的混合液在搖床振蕩過程中不斷更新液面,，使大氣中的氧不斷溶解于混合液中,，以供微生物代謝有機(jī)物之用，經(jīng)過一定時(shí)間間隔后,，對混合液進(jìn)行過濾或離心分離,，然后測定清液的COD或BOD，以考察待測物質(zhì)的去除效果,。

    搖床上可同時(shí)放置多個(gè)培養(yǎng)瓶,，因此搖床試驗(yàn)可一次進(jìn)行多種條件試驗(yàn)，對于選擇最佳操作條件非常有利,。

    日本在1968年曾規(guī)定合成洗滌劑的可生物降解性試驗(yàn)必須采用搖床法,。試驗(yàn)使用的污泥應(yīng)為馴化污泥,。合成洗滌劑濃度應(yīng)為30mg/L，要求經(jīng)過7日培養(yǎng)后應(yīng)達(dá)85％以上的去除率,。

    (2)模型試驗(yàn)  是指采用生化處理的模型裝置考察廢水的可生化性,。模型裝置通常可分為間歇流和連續(xù)流反應(yīng)器兩種,。

    間歇流反應(yīng)器模型試驗(yàn)是在間歇投配馴化活性污泥和待測物質(zhì)及無機(jī)營養(yǎng)鹽溶液的條件下連續(xù)曝氣充氧來完成的,。在選定的時(shí)間間隔內(nèi)取樣分析COD或BOD等水質(zhì)指標(biāo)，從而確定待測物質(zhì)或廢水的去除率及去除速率,。常用的間歇流反應(yīng)器如圖12—11所示,。

    連續(xù)流反應(yīng)器是指連續(xù)進(jìn)水、出水,，連續(xù)回流污泥和排除剩余污泥的反應(yīng)器,。用這種反應(yīng)器研究廢水的可生化性時(shí)，要求在一定時(shí)間內(nèi)進(jìn)水水質(zhì)穩(wěn)定,，通過測定進(jìn),、出水的COD等指標(biāo)來確定廢水中有機(jī)物的去除速率及去除率。連續(xù)流反應(yīng)器的形式多種多樣,，這種試驗(yàn)是對連續(xù)流污水或廢水處理廠的模擬,，試驗(yàn)時(shí)可階段性地逐漸增加待測物質(zhì)的濃度，這對于確定待測物質(zhì)的生物處理極限濃度很有意義,。如果對某種廢水缺乏應(yīng)有的處理經(jīng)驗(yàn)時(shí),，這種試驗(yàn)完全可以為設(shè)計(jì)研究人員合理選擇處理工藝參數(shù)提供有效的幫助。

    采用模型試驗(yàn)確定廢水或有機(jī)物的可生化性的優(yōu)點(diǎn)是成熟和可靠,，同時(shí)可進(jìn)行生化處理?xiàng)l件的探索,，求出廢水的合理稀釋度、廢水處理時(shí)間及其他設(shè)計(jì)與運(yùn)行參數(shù),。缺點(diǎn)是耗費(fèi)的人力物力較大,，需時(shí)較長。

    除上述各種方法外,，還有動力學(xué)常數(shù)法,、彼特(P．Pitter)標(biāo)準(zhǔn)測定法、脫氫酶活性法等方法用于研究廢水的可生化性,。

第五節(jié)   廢水生化處理方法總論

    一,、生化處理方法分類

    從微生物的代謝形式出發(fā)，生化處理方法主要可分為好氧處理和厭氧處理兩人類型,。按照微生物的生長方式,，可分為懸浮生長型和固著生長型兩類,。此外,，按照系統(tǒng)的運(yùn)行方式可分為連續(xù)式和間歇式,，按照主體設(shè)備中的水流狀態(tài)，可分為推流式和完全混合式等類型?，F(xiàn)大致歸納如下：

    好氧處理與厭氧處理的區(qū)別主要有如下幾方面,。

    ①起作用的微生物群不同。好氧處理是由好氧微生物和兼性微生物起作用的,；而厭氧處理是兩大類群的微生物起作用,，先是厭氧菌和兼性菌，后是另一類厭氧菌,。

    ②產(chǎn)物不同,。好氧處理中，有機(jī)物被轉(zhuǎn)化為CO₂,、H₂O,、NH₃或NO₂^-、NO₃^-,、PO₄^3-,、SO₄^2-等，且基本無害,，處理后廢水無異臭,。厭氧處理中，有機(jī)物被轉(zhuǎn)化為CH₄,、NH₃,、胺化物或氮?dú)狻?span lang=EN-US>H₂S等，產(chǎn)物復(fù)雜,，出水有異臭,。

    ③反應(yīng)速率不同。好氧處理由于有氧作為受氫體,，有機(jī)物分解比較徹底,，釋放的能量多，故有機(jī)物轉(zhuǎn)化速率快,，處理設(shè)備內(nèi)停留時(shí)間短,、設(shè)備體積小。厭氧處理有機(jī)物氧化不徹底,，釋放的能量少,，所以有機(jī)物轉(zhuǎn)化速率慢，需要時(shí)間長,，設(shè)備體積龐大,。

    ④對環(huán)境要求條件不同。好氧處理要求充分供氧，對環(huán)境條件要求不太嚴(yán)格,。厭氧處理要求絕對厭氧的環(huán)境,，對環(huán)境條件(如pH值、溫度)要求甚嚴(yán),。

    二,、生化處理方法的發(fā)展沿革

    1．好氧生化法的發(fā)展沿革

    好氧生物處理法主要有活性污泥法和生物膜法兩大類?；钚栽捘喾ㄊ撬w自凈的人工強(qiáng)化方法,，是一種依靠在曝氣池內(nèi)呈懸浮、流動狀態(tài)的微生物群體的凝聚,、吸附,、氧化分解等作用來去除污水中有機(jī)物的方法；生物膜法則是土壤自凈(如灌溉田)的人工強(qiáng)化方法,，是一種使微生物群體附著于某些載體的表面上呈膜狀,；通過與污水接觸，生物膜上的微生物攝取污水中的有機(jī)物作為營養(yǎng)并加以代謝,，從而使污水得到凈化的方法,。

    (1)活性污泥法的發(fā)展沿革  活性污泥法于1914年首先在英國被應(yīng)用。在該法出現(xiàn)的初期,，由于受到理論水平和運(yùn)行,、管理等技術(shù)條件的限制，使其應(yīng)用和推廣工作進(jìn)展緩慢,。近二十多年來,，隨著對其生物反應(yīng)和凈化機(jī)理的廣泛深入的研究，以及該法在生產(chǎn)應(yīng)用技術(shù)上的不斷改進(jìn)和完善,。使它得到了迅速發(fā)展,，相繼出現(xiàn)了多種工藝流程和工藝方法，使得該法的應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大,，處理效果不斷提高,，工藝設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理更加科學(xué)化。目前,，活性污泥法已成為城市污水,、有機(jī)工業(yè)廢水的有效處理方法和污水生物處理的主流方法。

    幾十年來,，人們對普通活性污泥法(或稱傳統(tǒng)活性污泥法)進(jìn)行了許多工藝方面的改革和凈化功能方面的研究,。在污泥負(fù)荷宰方面，按照污泥負(fù)荷率的高低,，分成了低負(fù)荷率法,、常負(fù)荷率法和高負(fù)荷率法,，在進(jìn)水點(diǎn)位置方面，出現(xiàn)了多點(diǎn)進(jìn)水和中間進(jìn)水的階段曝氣法和生物吸附法,、污泥再曝氣法,；在曝氣池混合特征方面，改革了傳統(tǒng)法的推流式,，采用了完全混合法；為了提高溶解氧的濃度,、氧的利用率和節(jié)省空氣量,，研究了漸減曝氣法、純氧曝氣法和深井曝氣法,。

    近十多年來,，為了提高進(jìn)水有機(jī)物濃度的承受能力，提高污水處理的效能,，強(qiáng)化和擴(kuò)大活性污泥法的凈化功能,，人們又研究開發(fā)了兩段活性污泥法、粉末炭-活性污泥法,、加壓曝氣法等處理工藝,；開展了脫氮、除磷等方面的研究與實(shí)踐,；同時(shí),，對采用化學(xué)法與活性污泥法相結(jié)合的處理方法。凈化含難降解有機(jī)物污水等方面也進(jìn)行了探索,。目前,，活性污泥法正在朝著快速、高效,、低耗等多功能方面發(fā)展,。

    (2)生物膜法的發(fā)展沿革  生物膜法是與活性污泥法并列的一種好氧生物處理技術(shù)。第—個(gè)生物膜法處理設(shè)施(生物濾池)是1893年在英國試驗(yàn)成功,，1900年后開始付諸污水處理實(shí)踐,，并迅速在歐洲和北美得到廣泛應(yīng)用。早期出現(xiàn)的生物濾池(普通生物濾池)雖然處理污水效果較好,，但其負(fù)荷低,，占地面積大，易堵塞,，其應(yīng)用受到了限制,。后來人們對其進(jìn)行了改進(jìn)，如將處理后的水回流等,，從而提高了水力負(fù)荷和BOD負(fù)荷,，這就是高負(fù)荷生物濾池。

    50年代，在德國建造了塔式生物濾池,，這種濾池高度大,，具有通風(fēng)良好、凈化效能高,、占地面積小等優(yōu)點(diǎn),，其水力負(fù)荷和有機(jī)物負(fù)荷比高負(fù)荷生物濾池分別高2～10倍和2～3倍，是一種高效能的生物處理設(shè)備,。

    生物轉(zhuǎn)盤出現(xiàn)于60年代,。由于它具有凈化功能好、效果穩(wěn)定,、能耗低等優(yōu)點(diǎn),，因此在國際上得到了廣泛應(yīng)用，在構(gòu)造形式,、計(jì)算理論等方面均得到了較大發(fā)展,。近年來，人們開發(fā)了采用空氣驅(qū)動的生物轉(zhuǎn)盤,、藻類轉(zhuǎn)盤等,，在工藝形式上，進(jìn)行了生物轉(zhuǎn)盤與沉淀池或曝氣池等優(yōu)化組合的研究,。

    70年代初期,，一些國家將化工領(lǐng)域中的流化床技術(shù)應(yīng)用于污水生物處理中，出現(xiàn)了生物流化床,。生物流化床主要有兩相流化床和三相流化床,。多年來的研究和運(yùn)行結(jié)果表明，生物流化床具有BOD容積負(fù)荷大,、處理效率高,、占地面積小、投資省等特點(diǎn),，其缺點(diǎn)是運(yùn)行不夠穩(wěn)定,，操作困難。

    生物活性炭法是近年來發(fā)展起來的一種新型水處理工藝,，已在世界上許多國家采用,，尤其在西歐更為廣泛。該工藝的研究在我國已有十多年的歷史,，目前已進(jìn)入實(shí)用階段,。應(yīng)用實(shí)踐證實(shí)，生物活性炭的吸附容量與單純活性炭吸附容量對比,，前者比后者提高2—30倍,，說明生物活性炭具有微生物和活性炭的疊加和協(xié)同作用,。該工藝對城市污水的深度處理安全適用，對難生物降解而可吸附性好的污染物,，亦有很好的去除效果,。

    近年來出現(xiàn)的生物接觸氧化法、投料活性污泥法,，均是兼有活性污泥法和生物膜法特點(diǎn)的生物處理法,，由于它們具有許多優(yōu)點(diǎn)，因此也受到人們的重視,。

    2．厭氧生化法的發(fā)展沿革

    厭氧生物處理法,，是在無氧的條件下由兼性厭氧菌和專性厭氧菌來降解有機(jī)污染物的處理方法。該法的應(yīng)用已有一百多年歷史,，但由于其與好氧法相比，存在著處理時(shí)間長,、出水水質(zhì)差,、對低濃度有機(jī)廢水處理效率低等缺點(diǎn)，從而使其應(yīng)用受到限制,，發(fā)展緩慢,。

    從70年代起，出現(xiàn)了世界性能源緊張,，促使污水處理向節(jié)能和實(shí)現(xiàn)能源化方向發(fā)展,。厭氧處理最大的特點(diǎn)是既節(jié)能又產(chǎn)能，對緩和污水處理廠“建得起,，養(yǎng)不起”的矛盾有較好的客觀效果,。因此，厭氧生物處理法引起了人們的注目,，其理論研究和實(shí)際應(yīng)用都取得了很大的進(jìn)展,。在厭氧消化機(jī)理方面，新的甲烷菌不斷被發(fā)現(xiàn),，多種代謝模式先后被提出,，這些都對厭氧生物處理工藝的研究起到了指導(dǎo)作用,。近年來，一些新的厭氧處理工藝或設(shè)備,，如上流式厭氧污泥床、上流式厭氧濾池,、厭氧接觸法,、厭氧流化床及兩相厭氧消化工藝等相繼出現(xiàn)，使厭氧生物處理法所具有的能耗小并可回收能源,，剩余污泥量少,，生成的污泥穩(wěn)定,，易處理，對高濃度有機(jī)污水處理效率高等優(yōu)點(diǎn),，得到充分地體現(xiàn),。厭氧生物處理法經(jīng)過多年的發(fā)展，現(xiàn)己成為污水處理的主要方法之一,，不但可用于處理高濃度和中等濃度的有機(jī)污水及好氧處理過程中所產(chǎn)生的剩余有機(jī)污泥,，還可以用于低濃度有機(jī)污水的處理。

    3．好氧法與厭氧法的組合工藝

    傳統(tǒng)的生化處理方法主要著眼于除去BOD,、COD和SS,，而對氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)的去除率很低,。由于水體富營養(yǎng)化問題加劇,，60年代以來。生物脫氮除磷工藝受到重視,，先后開發(fā)了厭氧-好氧(A₁-O)和缺氧-好氧(A₂-O)組合工藝,，在去除有機(jī)物的同時(shí)，前者可去除廢水中的磷,，后者可脫除廢水中的氮,。繼而又將上述兩工藝優(yōu)化組合，構(gòu)成可以同時(shí)脫氮除磷并處理有機(jī)物的A₁-A₂-O流程(或稱A₂/O),。該組合工藝處理效率高,，經(jīng)簡單預(yù)處理的廢水，依次經(jīng)過厭氧,、缺氧和好氧三段處理,。可達(dá)到三級處理出水標(biāo)準(zhǔn),，對難生物降解的有機(jī)物也有較高的去除效果,。而且，污泥沉淀性能好,，電耗和藥耗少,，運(yùn)行費(fèi)用低。我國從80年代初開始研究采用上述組合工藝,，已在廣州,、桂林等地建成多個(gè)采用A₂/O工藝的廢水處理廠，運(yùn)行效果好,。

    隨著研究與應(yīng)用的深入,，廢水生化處理的方法、設(shè)備和流程不斷發(fā)展與革新,，與傳統(tǒng)方法相比,，在運(yùn)用的污染物種類,、濃度、負(fù)荷,、規(guī)模以及處理效果,、費(fèi)用和穩(wěn)定性等方面部大大改善了。酶制劑及純種微生物的應(yīng)用,，酶和細(xì)胞的固定化技術(shù)等又會將現(xiàn)有的生化處理水平提高到一個(gè)新的高度,。