污水的微生物处理是应用最为广泛的环保技术。污水微生物处理主要利用微生物的生命活动过程，对废水中的污染物进行转移和转化，从而使废水得到净化。通过微生物酶的作用，在好氧条件下，污染物最终被分解为CO₂和H₂O；在厌氧条件下，污染物最终被分解为CH₄、CO₂、H₂S、N₂、H₂和H₂O以及有机酸和醇等。

废水的微生物处理方法很多。根据不同的原理，可做不同的划分。根据起主要作用的微生物呼吸类型，可分为好氧处理、厌氧处理和兼性厌氧处理；根据微生物的存在状态，可分为悬浮生长系统和固定膜系统。好氧处理主要有活性污泥法（包括标准法、高速法、吸附再生法、纯氧法、延时曝气法、氧化沟法等）、生物膜法（包括生物滤池、生物转盘、生物接触氧化法、生物流化床法等）和好氧氧化塘法。厌氧处理主要有厌氧消化法（包括中温消化法、高温消化法、上流式厌氧污泥床等）、厌氧生物膜法（包括厌氧生物滤池、厌氧流化床、厌氧附着床、厌氧生物转盘）和厌氧塘法。兼性厌氧处理或联合处理主要有水解处理法、兼性塘法、序批式活性污泥法等。

一、微生物处理污水的基本原理

1.好氧微生物处理污水的基本原理

好氧微生物处理废水法是生物处理中应用最为广泛的一类方法。在有氧条件下，有机污染物作为好氧微生物的营养基质而被氧化分解，有机物浓度下降，微生物数量增加。被分解的污染物被摄入生物体后，一部分被环境微生物代谢后用于自身合成，另一部分有机物被分解为CO₂和H₂O等，产生的能量用于合成代谢。在有机污染物的好氧分解过程中，有机物的降解、环境微生物的增殖及溶解氧的消耗是同步进行的。它们随处理工艺的不同而变化。这三个行为的控制很大程度上关系着好氧处理的效果和效率。

（1）活性污泥法

①活性污泥的形态与组成：活性污泥是具有自我繁殖、吸附、氧化有机物的能力的污泥，是一种茶褐色的绒絮状小颗粒，含水率达99.9%以上，相对密度为1.002～1.006，颗粒直径一般为0.02～0.2μm，比表面积为20～100cm²/mL，是活性污泥处理系统的关键组分。活性污泥上聚集着大量的活性微生物。在这些微生物的共同作用下，可以将有机物转化为无机物；同时还具有吸附、沉淀等作用。

活性污泥中的微生物包括病毒、细菌、原生动物、真菌、藻类、后生动物等。细菌是活性污泥的主体微生物，以异养型细菌为主。正常成熟的活性污泥上细菌数量大致为10⁷～10⁸个/mL（图11-2）。常见的有动胶菌属（Zoogloea）、假单胞菌属（Pseudomonas）、无色杆菌属（Achromobacter）、黄杆菌属（Flavbacterium）、产碱菌属（Alcaligens）、芽孢杆菌属（Bacillus）、棒状杆菌属（Corynebacterium）、诺卡菌属（Nocardia）等，还可能出现分枝杆菌属（Mycobacterium）、短杆菌属（Brevibacterium）、球衣菌属（Sphaerotilus）、节杆菌属（Arthrobacter）、亚硝化单胞菌属（Nitrosomonas）、不动杆菌属（Acinetobacter）、微球菌属（Micrococcus）和八叠球菌属（Sarcina）等，主要来自土壤、水和大气。在不同的活性污泥中，优势种群不同，主要取决于原污水的性质，如蛋白质含量高的污水有利于产碱杆菌的生长繁殖，含糖量和烃类高的污水有利于假单胞菌的繁殖。很多细菌能分泌多糖类的糖被，使各种微生物聚集在一起，构成菌胶团而呈絮状。因此，细菌可看作是活性污泥形成的基础。好氧呼吸的异养细菌对污染物的降解作用占较大比例，是降解水体中各种有机物的主力菌。在有氧条件下，细菌具有较强的分解有机物并将其转化为稳定无机物的能力。它们的繁殖速度也很快，世代时间只有20～30min。这对水体的净化非常重要。

图11-2 活性污泥微生物群体的食物链

②活性污泥的形成：活性污泥的骨干部分是由数量巨大的细菌为主体形成的“菌胶团”颗粒。菌胶团对活性污泥的形成及各项功能发挥起着非常重要的作用，不仅是构成活性污泥絮凝体的主要成分，而且具有很强的吸附、氧化分解有机物的能力，同时还对保护微生物免被微型动物吞噬起到了积极作用。菌胶团的形成机理有胶体基质说和纤维素说两种假说。前者是基于部分微生物体外的黏性荚膜、糖类聚合物等的作用，后者是基于部分微生物体外的纤维素类物质的作用。它们都具有“团聚”水体中生物的能力，并随着环境条件的变化发生着微生物生态演替，从而使活性污泥具有了独特的净化功能。正常的菌胶团形状多样，如大型指状、分支状、垂丝状、球状、蘑菇状等。

活性污泥中的真菌主要是丝状真菌，如毛霉属（Mucor）、根霉属（Rhizopus）、曲霉属（Aspergillus）、青霉属（Penicillium）等。真菌并不是活性污泥的重要组成部分。它的出现跟水质有关，常在某些含碳量高或酸性废水中出现。真菌的出现可能会导致污泥膨胀。

活性污泥中的原生动物和后生动物数量一般较多，占污泥总生物量的5%～10%，但跟水体性质有关，有些工业水体中没有微型动物出现。微型动物可通过体表吸收并氧化部分有机污染物，吞噬水体微小颗粒和游离细菌，对净化水体、保持活性污泥的微生物活性具有重要作用。如一个奇观独缩虫（Carchesium spectabile）1h可吞噬3万个游离细菌。此外，部分微型动物，如纤毛虫（Ciliate）、吸管虫（Suctorida）等，能分泌黏液，有利于絮凝体的形成。随着对活性污泥中微型动物研究的深入，发现它们可以作为污水处理系统运行状况的指示生物，如当废水纤毛虫、钟虫（Vorticella）、盖纤虫（Opercularia）、等枝虫（Epistilis）等出现，数量多又活性高时，表明废水处理效果良好。轮虫（Rotifer）出现反应水质较好，有机物浓度较低；轮虫恶性繁殖时活性污泥老化，结构松散，废水处理效果不好。废水中出现大量鞭毛虫（Flagellate）、变形虫（Amoeba）时也表明废水处理效果不好。

③活性污泥的净化过程：活性污泥颗粒形成初期，由于菌胶团数量较少，细菌多以游离状态存在。随着菌胶团数量的增加，游离细菌逐渐减少，活性污泥不断成熟，净化水质的效果越来越好。活性污泥主要起催化剂的作用，催化各种生物化学反应，使空气中的氧和水中的有机物发生反应，生成CO₂和H₂O等，或生成大分子生物物质，达到去除水中有机污染物的目的。活性污泥法去除水体中有机污染物的过程一般分3个阶段：（a）吸附。在正常的活性污泥微生物表面，覆盖有黏质层，不仅具有物理、化学和生物吸附作用，而且形成了具有絮凝、沉淀作用的生物絮凝体。当废水与污泥在曝气池中充分接触，形成悬浊混合液，废水中的污染物被比表面积巨大且表面上含有糖被的菌胶团吸附和黏附。对有机物的吸附时间一般为30min左右，但要进入微生物体内则需要较长时间。通常处于饥饿状态的内源呼吸期污泥微生物具有较强的吸附能力。（b）微生物代谢。有机物首先在微生物分泌的胞外酶作用下，分解成为小分子的溶解有机物。这些小分子有机物再与废水中的溶解性有机物一起在各种物质运输机制下进入微生物细胞。吸收进入细胞体内的污染物通过各种代谢反应而被降解，一部分转化为CO₂和H₂O，另一部分转化为细胞的组成部分。（c）凝聚与沉淀。在沉淀池中，活性污泥能形成大的絮凝体，使之从混合液中沉淀下来，达到泥水分离的目的。絮凝的原因主要是菌胶团外部黏性的糖被能相互凝聚，结成大的菌胶团，同时，与微生物所处的生长阶段有关。

基于活性污泥的污水处理方法原理是，通过充分曝气供氧，使大量繁殖的微生物群体悬浮在水中，从而降解污水中的有机污染物。停止曝气时，悬浮微生物絮凝体易于沉淀与水分离，并使污水得到净化、澄清。

④活性污泥的评价指标：评价活性污泥的指标主要有：（a）混合液悬浮固体浓度（mixed liquor suspended solids，MLSS）。它表示在曝气池单位容积内所含有的活性污泥固体物的总质量，包括具有代谢功能活性的微生物群体，微生物内源代谢、自身氧化的残留物，污水挟入的难降解性有机物，以及污水挟入的无机物质。该指标是活性污泥处理系统重要的设计、运行参数。（b）混合液挥发性悬浮固体浓度（mixed liquor volatile suspended solids，MLVSS）。它表示混合液中活性污泥有机性固体物质部分的浓度，包括具有代谢功能活性的微生物群体，微生物内源代谢、自身氧化的残留物，以及污水挟入的难降解性有机物。（c）污泥沉降比（settling velocity，SV）。指混合液在量筒内静置30min后所形成沉淀污泥的容积占原混合液容积的百分数（%）。其可反映曝气池活性污泥量，用以控制、调节剩余污泥的排放量，并可通过该指标及时发现污泥膨胀等现象，是评价活性污泥数量和质量的重要指标，也是活性污泥处理系统重要的运行参数。（d）污泥容积指数（sludge volume index，SVI）。指曝气池出口处的混合液，经过30min静沉后，每千克干污泥所形成的沉淀污泥体积（mL/g）。其能反映活性污泥的凝聚、沉降性能。该值过低说明泥粒细小，无机质含量高，缺乏活性；过高说明污泥沉降性能不好，并且已产生膨胀现象。（e）污泥龄（sludge age）。指反应系统内，微生物从其生成到排出系统所停留的时间。污泥龄是活性污泥处理系统设计、运行的重要参数。

⑤污泥膨胀：污泥膨胀是活性污泥法最常见的问题。所谓污泥膨胀就是二沉池污泥沉降性能差、泥水分离困难，池面漂泥严重，出水水质极差的现象。污泥膨胀使净化系统去污能力下降，出水水质下降，达不到污水排放标准。膨胀性污泥分为两种，即由丝状细菌引起的丝状膨胀污泥和由非丝状细菌引起的菌胶团膨胀污泥。一般认为SVI小于100mL/g最好，小于200mL/g为正常污泥，大于200mL/g为膨胀污泥。

引起污泥膨胀的微生物主要是丝状细菌，如诺卡菌属、浮游球衣菌（Sphaerotilusnatans）、微丝功菌属（Microthrix）、发硫菌属（Thiothrix）、贝日阿托菌属（Beggiatoa）等。有研究认为，污泥膨胀的原因主要有环境因素和微生物因素，其中丝状微生物的过度生长是主导因素，环境条件是促成因素。丝状细菌对生存条件的要求与菌胶团其他微生物不同。如菌胶团细菌严格好氧；而浮游球衣菌是好氧菌，在微好氧条件下也能正常生长；发硫菌属、贝日阿托菌属是厌氧菌。丝状细菌几乎都能吸收可溶性有机物，特别是糖类和有机酸，尤其在酸性环境中，丝状细菌生长优势明显。所以，当环境条件有利于丝状微生物生长时，容易导致污泥膨胀。

控制污泥膨胀的最佳办法是根据丝状微生物的生理特性，合理优化工艺，协调丝状微生物的生长，达到控制污泥膨胀的目的。丝状微生物对菌胶团的形成、功能以及出水质量等都有很大的影响。而作为菌胶团的一部分，也不可能完全抑制丝状微生物的生长。对丝状微生物生长的调控可从环境和代谢机制两方面同时或分别入手。环境调控是通过曝气池中生态环境的改变，造成有利于菌胶团微生物生长的环境，抑制丝状微生物的过量繁殖而达到控制污泥膨胀的目的；代谢机制控制是利用丝状微生物与其他微生物的不同代谢机制，创造有利于菌胶团微生物生长的条件，抑制丝状微生物的过量生长。

（2）生物膜法

①生物膜的形成与结构：生物膜的形成是有机分子、微生物细胞、载体表面通过物理、化学及生物过程综合作用的结果。生物膜一般呈蓬松的絮状结构，微孔较多，表面积大，因此具有很强的吸附作用；同时，生物膜表面聚集的大量各种微生物，可直接与被吸附的污染物接触。水中的有机污染物作为营养物质被摄取，从而使污水得到净化，微生物自身也得以增殖。微生物膜一般分为静止生物膜和颗粒状生物膜。静止生物膜一般存在于滴滤池中；颗粒状生物膜通常应用于各种流化床生物膜反应器、升流式厌氧污泥床和气提式悬浮生物膜反应器等。

当废水经过载体时，分泌糖被的好氧微生物首先在新的载体表面附着并生长繁殖，然后丝状细菌也附着生长，这时原生动物也开始出现。随着细菌生物量的不断增加，生物膜逐渐增厚，水体中的溶解氧不能扩散到生物膜的内层，兼性厌氧和厌氧菌开始生长繁殖，分解水体扩散进来的有机物和好氧微生物的代谢产物，分解糖被中的多糖类物质，从而产生有机酸等物质，使生物膜附着在载体表面的能力下降；同时，加上水力搅拌和其他生物的活动，厚的生物膜脱落，在脱落的地方，新的生物膜又形成（图11-3）。

生物膜载体对于生物膜的形成、稳定性、水体净化效果等有很大影响。选择载体时需要考虑以下几个要素：（a）载体物理形态及机械强度好，无毒，不被微生物降解腐蚀；（b）载体表面的粗糙程度、空隙率、密度等要有利于挂膜；（c）载体尽可能具有大的表面积；（d）载体价格合理，易于循环利用。目前，已商业化的膜载体很多。根据载体的性质可分为无机载体和有机载体。无机载体有砂子、碳酸盐类岩石、玻璃、沸石、陶瓷、碳纤维、矿渣、活性炭和金属等；有机载体有树脂、塑料、纤维等。

成熟的生物膜一般分为三层，从水体到载体表面依次分为外表层、中间层和内层。由于溶解氧的扩散阻力和生物对溶解氧的利用，外表层一般为好氧，约为2mm，是有机物降解的主要部位；中间层为微好氧；而内层为兼性厌氧或厌氧。由于自然选择的结果，不同的层面生长着不同类型的微生物，并表现出跟活性污泥不同的特点。生物膜的组成与特性、厚度、分布均匀性等与污水特点、环境条件等有关。

图11-3 生物膜结构及废水净化机理示意

②生物膜中的微生物：生物膜中的微生物与活性污泥相似，包括细菌、真菌、藻类、原生动物、后生动物及一些小动物。生物膜中的微生物不是简单的种群间的聚集，而是按照系统的生理功能以及特定环境条件下的最优组合构成。

细菌是生物膜的主体，而其产生的胞外多聚物是生物膜形成的基础。细菌以化能异养型为主，包括好氧菌、兼性厌氧菌和厌氧菌。这主要是由生物膜的结构所决定的。生物膜由好氧生物膜和厌氧生物膜组成。好氧生物膜层的细菌可以直接从流经生物膜表面的水体中获取能量、养分和O₂。厌氧生物膜层多为各种自养菌，如动胶杆菌属（Zoogloea）、假单胞菌属、黄杆菌属、无色杆菌属、产碱杆菌属等。

生物膜中的真菌与活性污泥中的不同，繁殖很快，在营养及生境方面和细菌有竞争关系。丝状真菌有瘤孢菌属（Sepedonium）、镰刀霉属（Fusarium）、青霉属、曲霉属、毛霉属、地霉菌属（Geotrichum）等。

除了典型的微生物，生物膜中还有藻类、原生动物、后生动物等。藻类是受阳光照射下的生物膜的主要成分，尽管其不是生物膜的主要微生物类群，但藻类是生物膜中可以将太阳能转化为生物能的微生物类群之一，对整个生物膜的形成与发展有重要作用。不过由于藻类在生物膜中数量较低，对净化水体的作用不是很大。原生动物主要有鞭毛类、肉足类和纤毛类，特别是纤毛类占了很大比例，超过50%。原生动物对保持生物膜微生物的活性状态起了积极作用，因为原生动物在不断捕食活性下降的细菌和藻类。同时，原生动物也吞噬其他一些颗粒，对净化水体也有一定的作用。后生动物主要包括轮虫类、线虫类、寡毛类、昆虫类等。(www.daowen.com)

③生物膜的净化机理：生物膜使微生物附着在载体表面。污水流经载体表面的过程中，通过有机营养物的吸附、氧向生物膜内部扩散以及在膜中所发生的生物氧化作用，对污染物进行分解。从净化过程看，生物膜的作用可分为生物膜层和废水层。生物膜层是污染物转化的主要场所，污染物只有扩散至生物膜表层或内部才能被分解或转化。生物膜最外层是好氧环境，而在好氧层的深部由于扩散作用制约了溶解氧的渗透形成微氧环境，一些兼氧微生物在此生长。接近载体的生物膜内层属于厌氧环境，是厌氧微生物的主要生长场所。废水层是氧气、污染物进入生物膜的途径，也分为两层：附着水层紧靠生物膜的好氧层，而流动水层直接与空气接触。空气中的氧由流动水层进入附着水层，再传递到生物膜外层。

2.厌氧微生物处理污水的基本原理

当水中有机污染物浓度大于1000mg/L或BOD₅大于1500mg/L时，由于氧的传递受阻严重，不再适合用好氧微生物处理方法。这为耗能低、投入低、易管理的厌氧微生物处理方法提供了机会。

（1）废水厌氧生物处理的微生物厌氧微生物可分为专性厌氧微生物和兼性厌氧微生物。专性厌氧微生物是指只有在无氧条件下才能生长的微生物。这类微生物只有脱氢酶系统，分子氧对它们具有致死作用。而兼性厌氧微生物在有氧和无氧条件下均能成活。厌氧条件下，起作用的微生物主要有三类。首先是发酵性细菌，产生的胞外酶把有机物分解成简单的溶解性有机物，并进入细胞内由胞内酶分解为乙酸、丙酸、丁酸、乳酸等脂肪酸和乙醇等醇类，同时产生H₂、CO₂、NH₃等。第二类是产氢产乙酸细菌，把低分子酸如丙酸、丁酸等脂肪酸和乙醇转化为乙酸，有的还能利用H₂还原CO₂成乙酸。微生物同时利用水解或发酵的产物进行生长繁殖。第三类是产甲烷细菌，通过分解乙酸、H₂还原CO₂产生甲烷。产甲烷细菌只能从C₁化合物（CO₂、CH₃OH）和乙酸与H₂产生甲烷，C₂以上的醇和C₃以上的酸必须在与甲烷细菌在一起的非甲烷细菌作用下转变为C₁化合物、乙酸或H₂后才能被甲烷细菌利用。

（2）厌氧微生物处理污水的过程在实际厌氧微生物处理废水的过程中，兼性厌氧微生物和专性厌氧微生物均有重要的作用。通常情况下，首先是兼性厌氧微生物把水体中本身携带的氧消耗殆尽，为专性厌氧微生物提供生存环境，其次才是专性厌氧微生物的消化阶段。1979年，Bryant等提出厌氧微生物处理废水“三阶段理论”，基本得到大家的认可（图11-4）。

图11-4 有机物厌氧消化三阶段模式

①水解和发酵阶段：有机物通过发酵细菌生成乙醇、丙酸、丁酸和乳酸等，起作用的微生物主要是产酸细菌，如梭菌属（Clostridium）、拟杆菌属（Bacteroides）、丁酸弧菌属（Butyrivibrio）、真杆菌属（Eubacterium）、双歧杆菌属（Bifidobacterium）等。

②产氢产乙酸阶段：第一阶段产生的丙酸、丁酸等脂肪酸和乙醇在产氢产乙酸菌的作用下转化为乙酸、H₂、CO₂。主要的细菌有共养单胞菌属（Syntrophomonas）、互营杆菌属（Syntrophobacter）、梭菌属和暗杆菌属（Pelobacter）等。

③产甲烷阶段：产甲烷菌利用乙酸、H₂、CO₂产生甲烷。产甲烷菌大致可分为两类，一类是利用乙酸产甲烷，另一类是利用H₂和CO₂合成甲烷，但数量较少。另外，还有极少数细菌既可利用乙酸又可利用H₂。

（3）厌氧微生物处理污水的特点 厌氧处理方法的优点有：①有机负荷高，产生的剩余污泥少，运行费用低，对N、P等营养盐需求低；②可以把污水处理、能源回收结合起来，有较好的经济与环境效益；③设备简单，操作灵活，占地面积小；④高浓度有机废水不需稀释，可直接进行处理。厌氧微生物的特点使该方法工艺适合季节性或间断性运行。厌氧处理方法的缺点有：①厌氧微生物生长速率小，处理效率较低，反应器初次启动过程缓慢，需8～12周，整个水处理时间较长；②净化后的水质一般达不到污水排放标准，COD浓度高于好氧法，需要与其他方法联用；③厌氧微生物对有毒物质比较敏感，处理过程中易产生臭味；④对水质和操作控制的要求高，对低浓度的有机废水处理效果不理想。

二、微生物处理污水的典型工艺

1.好氧微生物处理污水的典型工艺

（1）活性污泥法 该类方法基本能很好地应用于废水处理。其基本流程包括初沉淀池、曝气池、二沉池和污泥回流装置四个单元。活性污泥法包括标准活性污泥法、渐减曝气法、吸附-再生法、高速活性污泥法、纯氧活性污泥法、延时曝气法和膜生物反应器法等工艺技术。

①标准活性污泥法：该法的曝气池是推流式，为长条形。废水从一端进入池内，混合液从另一端被推出进入沉淀池。混合液在二沉池进行泥水分离。污泥由二沉池底部排出，一部分污泥回流至曝气池，剩余部分被排出系统。标准活性污泥法的优点是：（a）处理效果好，BOD₅去除率可达90%～95%，适合于处理净化程度和稳定要求较高的废水；（b）操作灵活，可根据处理程度的要求或高或低。该方法的缺点有：（a）进水有机负荷不能过高，以免曝气池前段呈厌氧状态；（b）曝气池容积大，占地面积也大；（c）曝气池末段可能供氧高于需氧，增加曝气费用；（d）耐冲击负荷性能较差。

②渐减曝气法：是针对标准污泥法中曝气池供氧、需氧不平衡并沿池长逐渐减少的特点，供气量也沿活性污泥推进方向逐渐减少的一种曝气工艺，从而使曝气池中溶解氧浓度保持一致，避免进水口溶解氧浓度低而出水口溶解氧浓度高的现象。该法的优点：（a）可保持曝气池被供氧与需氧之间平衡，降低能耗；（b）减小曝气池面积，降低成本。其缺点为：（a）不适于水质变化大的污水；（b）长廊式供氧利用率低，能耗高；（c）处理时间长，曝气4～8h。

③吸附-再生法：适合处理以悬浮物或胶体形式存在的BOD₅，其污泥回流比一般为50%～100%。该法的优点有：（a）造价低，废水与活性污泥在吸附池里的接触时间较短，吸附池体积较小，因回流比较高，再生池容积也可控制较小，致使两者容积之和比普通活性污泥法曝气池容积小得多，因而减小了占地面积，降低了造价；（b）耐冲击负荷能力提高，由于回流污泥量可灵活调节，易于适应进水水质、水量的变化。其缺点有：（a）去除率比普通活性污泥法低；（b）对难溶性有机物含量高的工业废水处理效果欠佳；（c）操作相对复杂，缺乏灵活性。

④高速活性污泥法：该法为减少曝气池体积，在保持高去除率的前提下，采用高有机负荷、短停留时间的方式处理有机废水，通过提高MLSS浓度（4000～10000mg/L）和BOD₅负荷[（1.6～3.2）kg/（m³·d）]，与纯氧曝气系统相结合提高氧的供应与传递，以达到提高处理效果的目的。

⑤纯氧活性污泥法：利用纯氧代替常规的空气进行曝气，大大提高了混合液中溶解氧的浓度，从而加速废水处理过程。该法的优点为：（a）纯氧传递速率高，曝气时间大大缩短，仅为1.5～3.0h；（b）生物处理速度快，污泥浓度为4000～8000mg/L时，能大大提高曝气容积负荷；（c）剩余污泥量少，污泥容量指数低，一般不发生污泥膨胀。其缺点有：（a）制备纯氧过程复杂，运行成本高；（b）曝气池密闭，对结构要求高；（c）进水中混有的易挥发性碳氢化合物易在密闭曝气池中积累导致爆炸；（d）产生的CO₂随分压增加溶于液体，导致pH下降，影响处理效率。

⑥延时曝气法：采用完全混合式曝气池，长时间曝气，污泥处于内源代谢状态，因而剩余污泥量少且稳定，活性污泥中硝化细菌比较多，有机质负荷低，BOD₅≤0.24kg/（m³ ·d），但有较高的MLSS浓度（3000～6000mg/L）。但该工艺占地面积大，曝气量大，运行时曝气池内的活性污泥易产生部分老化现象而导致出水漂泥。适合处理对水质要求高又不宜采用污泥装置的小型城镇污水和工业废水，一般水量不超过1000m³/d。

⑦膜生物反应器法：将膜分离技术与传统活性污泥法进行了很好的结合，主要改革了泥水分离系统，采用膜过滤取代传统活性污泥中的二沉池和砂滤池，提高了泥水分离效率和出水质量，没有悬浮物。该工艺没有二沉池，减少了占地面积，节约了投资，结构紧凑，易于自动控制。但分离膜易发生堵塞，膜寿命需要延长。

（2）生物膜法 生物膜法包括生物滤池法、生物转盘法、生物接触氧化法和生物流化床处理等工艺。

①生物滤池法：是以土壤自净原理为依据，在污水灌溉的基础上发展而成的人工生物处理技术，包括普通生物滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池等。在生物滤池的基础上，参照工业中的填料塔方式，建造了直径与高度比为（1 ∶6）～（1 ∶8），高达8～24m的塔式滤池。塔式滤池主要是利用好氧微生物处理污水的一种构造物，目前已在石油化工、焦化、化纤、造纸、冶金等行业的废水处理中得到了应用。塔身起围挡滤料的作用，可分数层，每层填充高度不大于2m；滤料具有大的表面积、大的空隙率、有利于通风和排出脱落生物膜等特点。国内外主要用玻璃布蜂窝填料和大孔径波纹塑料板滤料。

②生物转盘法：生物转盘是由固定在一根轴上的许多间距很小的圆盘或多角盘片组成，圆盘不到一半面积浸没在半圆形、矩形或梯形的氧化槽中，盘面作为生物膜支撑物。盘片上长着生物膜。在盘片转动过程中，生物膜不断生长、增厚。过剩的生物膜靠盘片在废水中旋转时产生的剪切力剥落下来，防止了盘片间的堵塞。生物转盘上的生物膜包括好氧性生物膜和厌氧性生物膜以及活性退化的生物膜。好氧性生物膜能氧化有机物，具有硝化作用；厌氧性生物膜具有反硝化、除氮功能。生物膜在浸没状态时，废水中的有机物被生物膜吸附和吸收，并进行一定的厌氧消化；当转盘处于水面以上时，生物膜内吸附的有机物完全被氧化，生物膜恢复活性。生物转盘的盘面每转动一圈，就完成一个吸附、氧化周期。该法的优点有：（a）不发生污泥堵塞和污泥膨胀现象，可处理高浓度有机废水；（b）生物量多，净化率高，适应性强；（c）剩余污泥量少，污泥颗粒大，含水率低，沉淀速度快，易沉淀分离；（d）设备简单，操作简便，无需污泥回流系统，运转费用低。其缺点为：（a）室外情况下，转盘顶部需要覆盖材料，防暴雨冲刷生物膜；（b）场地面积比活性污泥法大，投资相对较高。

③生物接触氧化法：是一种具有活性污泥法特点的生物膜法，兼具活性污泥法和生物滤池法的特点。填料是固定不动的，部分微生物以生物膜的形式附着生长于填料表面；部分微生物悬浮生长于水体中，共同起到净化废水的作用。该方法的优点有：（a）由于填料的比表面积大，池内充氧条件好，生物接触氧化池里的生物量高于活性污泥法曝气池及生物滤池的生物量，故具有较高的容积负荷；（b）由于许多微生物附着生长在填料表面，生物接触氧化池不需要污泥回流系统，可以避免污泥膨胀现象的产生，运行管理也简便；（c）生物氧化池内生物量多，水流属完全混合性，因此，能适应水质、水量的骤变；（d）由于生物接触氧化池中生物量多，当有机容积负荷较高时，其F/M（有机负荷率）可保持在一定水平，污泥产量可相当于或低于活性污泥法。其缺点为：（a）填料层内水流冲刷较小时，生物膜不易脱落，易发生堵塞现象；（b）曝气装置在填料底部，出现故障不易检修。

④生物流化床处理：生物流化床是流态化的颗粒床，在流态化的颗粒表面长有生物膜，废水在流化床内与生物膜接触从而被净化。根据气、水和载体混合方式不同，生物流化床可分为两相式和三相式两种。现在的生物流化床都是三相的，以向流化床直接充氧代替两相的外部充氧装置，增加了废水、氧气和载体的接触、摩擦机会，提高了传质速度，易使生物膜表层自行脱落，可免除体外脱膜装置。该方法的优点有：（a）生物固体浓度高，可缩短水力停留时间，提高容积负荷；（b）不会发生污泥膨胀和生物膜法污泥堵塞问题；（c）能适应不同浓度废水和较大的冲击负荷；（d）占地面积小，基建费用低。

2.厌氧微生物处理污水的典型工艺

厌氧微生物处理污水的工艺包括普通厌氧反应器、厌氧接触反应器、上流式厌氧污泥床反应器和厌氧固定膜反应器等。普通厌氧反应器是一种最简单的厌氧生物处理废水工艺用的反应器，也称普通消化池，已有一百多年的历史。与普通厌氧反应器相比，厌氧接触反应器增加了沉淀池。泥水经沉淀池澄清分离后，清水由上部排出，污泥回流至厌氧消化池。这不但降低了出水悬浮物的浓度，改善了出水水质，而且避免了污泥流失，提高了消化池中污泥的浓度和消化池的容积负荷，大大缩短了水力停留时间。水力停留时间为1～5d。上流式厌氧污泥床反应器内没有载体，污水从底部经布水器进入反应器，不但使废水均匀地经过污泥床，同时还能起到搅拌作用，增加了污水与污泥的接触机会。废水中的有机物被微生物分解为沼气，形成的小气泡在上升过程中相互碰撞结合成大气泡。于是絮状污泥在上升水流和气泡作用下处于悬浮状态，形成悬浮污泥区。底部污泥浓度较高，上部是污泥浓度较低的悬浮污泥床。上流式厌氧污泥反应器中颗粒污泥形成与否是影响废水处理效果的重要因素。颗粒污泥越多，处理效率就越高。与其他厌氧工艺相比，上流式厌氧污泥床反应器具有以下独特的优点：①容积负荷率高，水力停留时间短。因为上流式厌氧污泥床反应器可实现污泥颗粒化，使其固体停留时间长达100d，使得污泥床内有大量的生物存在。②气、固、液的分离实现了一体化，使得上流式厌氧污泥床反应器具有很高的处理能力和处理效率，尤其适合各种高浓度有机废水的处理。③处理同COD总量的废水，上流式厌氧污泥床反应器具有能耗低、成本低、占地面积小等优点。④由于污泥可循环利用，不仅使得污泥产量低，而且微生物种群较为稳定。⑤能回收生物能——沼气。厌氧固定膜反应器是一种装有固定填料的反应器。其结构与好氧生物滤池相似，但顶部密封。在填料表面，以生物膜的形式附着生长着大量的厌氧微生物。废水淹没通过填料。在生物膜的吸附和微生物的代谢及填料的截流作用下，废水中的有机物被去除。根据进水的方向将厌氧固定膜反应器分为上流式、下流式和平流式。在25～35℃，有机负荷（COD）为3～10kg/（m³·d），去除率可达80%以上。由于微生物生长在填料上，不随水流失，所以微生物停留时间长，可超过100d。此外，还具有产泥少、无需污泥回流、耐冲击负荷、能耗低、易管理等特点。缺点是容易发生堵塞；进水悬浮物含量一般不能超过200mg/L。