生物处理技术综述
摘要：水的生物处理技术具有运行成本低、节能、剩余污泥量少、可以处理高浓度和好氧条件下生物难降解有机物质，具有良好的环境效应和经济效应。水的生物处理技术有：塔式生物滤池、生物转盘反应器、生物膨胀床与流化床、生物接触氧化法、膜生物反应器、电生物反应器等。
关键词：环境 水污染 废水处理 生物技术
Biological treatment technology overview
Abstract ：Water biological treatment technology with lower cost, energy saving, excess sludge quantity is little, can handle high-concentration oxygen conditions be reconciled biological hard-degradation organic material, have good environmental effect and economic effect. Water biological treatment technology are: tower biological filter, rotating bio-disc reactor, biological expansion bed with fluidized bed, biological contact oxidation, the membrane bioreactor, electricity bioreactor, etc.
Key words: environment water pollution waste water treatment biotechnology 正文：
1. 背景分析：
随着我国经济的飞速发展和人们生活水平的不断提高，我国的能源、资源和环境问题日益突出。在大面积的地区性缺水的同时，伴随着严重的水污染问题，使得多数江河湖海水质下降甚至失去了使用功能，这进一步加剧了水资源的短缺，形成恶性循环的局面。同时，由于我国矿物能源资源的匮乏和使用的低效，使得我国对再生能源的需求日益增长。在水处理工艺中，采用传统的处理方法要消耗大量能源，并产生大量需要二次处理的污泥，所以世界各国都在不断探索和研究高效低能耗的新型废水处理技术。水的生物处理技术由于具有运行成本低、节能、剩余污泥量少、可以处理高浓度和好氧条件下生物难降解有机物质的特点等，近年来已成为国内外环境科学与工程领域研究的热点。
与其他水处理的技术相比，水的生物处理技术具有以下优势：
①与物理和化学净化技术相比，生物处理更为经济有效。就现代净水技术而言。生物预处理已成物理化学处理工艺的必要补充。该方法投资少。见效快，能去除常规传统工艺不能去除的污染物，操作管理简单，只需增加预处理单元，对后续常规处理单元影响小，同时能使后续工艺简单易行，运行费用增加少，处理效果比较理想，出水水质明显改善，适于大规模推广，适合中国国情。
②对铁、锰、酚、色、嗅、味、浊度及色等均有较好的去除效果。如果设置在沉淀出水后，则可以减轻后续处理的负荷，还可以和其他工艺联合使用，延长过滤或活性炭吸附等物化处理工艺的使用周期，使炭不必再生，仅需经常地反复冲洗即可长期运行，并且可以和臭氧等结合进行深度处理，优势互补，最大可能地发挥水处理工艺的整体作用，提高出水水质，
降低水处理费用。
2. 生物处理技术
水源水生物处理技术的本质是水体天然净化的人工化，通过微生物的降解，去除水源水中包括腐殖酸在内的可生物降解的有机物及可能在加氯后致突变物质的前驱物和NH3—N ，NO2—等污染物，再通过改进的传统工艺的处理，使水源水水质大幅度提高。常用方法有生物滤池、生物转盘、生物流化床，生物接触氧化池和生物活性炭滤池。这些处理技术可有效去除有机碳及消毒副产物的前体物，并可大幅度的降低NH3—N ，对铁、锰、酚、浊度、色、嗅、味均有较好的去除效果，费用较低，可完全代替预氯化。
一、 塔式生物滤池
轻质滤料的开发与采用，为塔式生物滤池的应用创造了条件。生物塔滤增加了滤池高度，分层放置填料，通风良好克服了普通生物滤池（非曝气）溶解氧不足的缺陷。国外广泛采用塑料材质大孔径波纹孔板滤料，我国常采用环氧树脂固化玻璃钢蜂窝填料。塔式生物滤池的净化作用也是通过填料表面的生物膜的新陈代谢活动来实现的。塔式滤池的优点是负荷高、产水量大、占地面积小，对冲击负荷水量和水质的突变适应性较强。缺点是动力消耗较大，基建投资高，运行管理不便。
二、 生物转盘反应器
生物转盘在污水处理中已广泛采用，目前在给水处理领域，对某些污染程度较为严重的微污染水进行了一些研究。日本、我国台湾地区以及国内学者的试验研究表明，采用生物转盘预处理在适宜水力负荷下改善微污染水水质是有效的。
生物转盘的特点表现为，生物膜能够周期的运行于空气与水相两者之中，微生物能直接从大气中吸收需要的氧气（减少了溶液中氧传质的困难性），使生物过程更为有利的进行。转盘上生物膜生长面积大，生物量丰富，不存在类似于生物滤池的堵塞情况，有较好的耐冲击负荷的能力，脱落膜易于清理处置。但存在的不足是生物氧化接触时间较长，构筑物占地面积大，盘片价格较贵，基建投资高。
三、生物膨胀床与流化床
生物膨胀床是介于固定床和流化床之间的一种过渡状态，流化床中的填料随水、气流的上升流速的增加而逐渐由固定床经膨胀床最后成为流化床。生物膨胀床与流化床通过选用适度规格粒径（约为0.2~1.0mm）的生物载体，如砂、焦碳、活性炭、陶粒等，采用气、水同向混合自下而上，使载体保持适度膨胀或流化的运转状态。与固定床相比，从两个方面强化了生物处理过程：一方面，载体粒径变小，比表面积增大，单位溶剂的比表面积可达到2000~3000m2/m3，这大大提高了单位生物池的生物量。另一方面，由于颗粒在反应器中处于自由运动（膨胀或流化）状态，避免了生物滤池的堵塞现象，提高了水与生物颗粒的接触机会；同时可采用控制膨胀率的办法来控制水流紊动对生物颗粒表面的剪力水平，进而控制填料上生物膜的厚度，有利于形成均匀、致密、厚度较薄且活性较高的生物膜。这些都大大的强化了水中可生物降解基质向生物膜内的传递过程，使生物膨胀床、流化床的单位容积的基
质降解速率得到提高。生物膨胀床、流化床含有活性高的较大生物量，处理水力负荷增大，并保证出水水质良好。
采用生物膨胀床与流化床，可解决固定填料床中常出现的堵塞问题，进一步提高净化效率，且占地面积少。但由于保持膨胀或流化状态，消耗的动力费用较高，且维护管理复杂，尤其是当池体比较大的情况，如一旦停止运行，再启动很困难，运行中水力学条件难以控制等。在运行过程中还存在流化介质跑料现象，其工程应用还很少见。
四、 生物接触氧化法
生物接触氧化工艺是利用填料作为生物载体，微生物在曝气充氧的条件下生长繁殖，富集在填料表面上形成生物膜，其生物膜上的生物相丰富，有细菌、真菌、丝状菌、原生动物、后生动物等组成比较稳定的生态系统，溶解性的有机污染物与生物膜接触过程中被吸附、分解和氧化，氨氮被氧化或转化成高价形态的硝态氮。反应过程如下：
有机污染物氧化反应： 4CxHyOz+(4x+y-2z)O2——4xCO2+2yH2O+Q （1）
氨氮氧化方程式： 2NH4++3O2——2NO2—+4H++2H2O+Q （2）
2NO2—+ O2——2NO3—+Q （3）
生物接触氧化法的主要优点是处理能力大，对冲击负荷有较强的适应性，污泥生成量少；缺点是填料间水流缓慢，水力冲刷小，如果不另外采取工程措施，生物膜只能自行脱落，更新速度慢，膜活性受到影响，某些填料，如蜂窝管式填料还易引起堵塞，布水布气不易达到均匀。另外填料价格较贵，加上填料的支撑结构，投资费用较高。
现有生物接触氧化法在曝气充氧方式、生物填料上都有所改进。国内填料已从最初的蜂窝管式填料，经软性填料、半软性填料，发展到近几年的YDT 弹性立体填料；曝气充氧方式也从最初的单一穿孔管式，发展到现在的微孔曝气头直接充氧以及穿孔管中心导流筒曝气循环式。在一定程度上，促进了膜的更新，改善了传质效果。
五、 膜生物反应器
膜生物反应器是指以超滤膜组件作为取代二沉池的泥水分离单元设备，并与生物反应器组合构成的一种新型生物处理装置，英文称之为Membrane Bioreactor 。由于超滤膜能够很好的截留来自生物反应器混合液中的微生物絮体、分子量较大的有机物及其他固体悬浮物质，并使之重新返回生化反应器中，这就使反应器内的活性污泥浓度得以大大提高，从而能够有效的提高有机物的去除率。用于膜生物反应器的膜有微滤膜和超滤膜。
水处理容量小是膜生物反应器法经济，水处理容量大时活性污泥法经济。
六、 电生物反应器
将电极装置与生物反应器组合起来就构成了所谓电生物反应器（英文名称为
Electro-Bioreactor ）。Mellor 等的研究表明，在外加电流的条件下，由于电子的产生，生物膜和固定化酶的反硝化作用得以强化，其反应方程为：
2H++2e—H2 （1）
2H2O+2e—H2+2OH— （2）
2NO3—+5H2+2H+—N2+6H2O （3）
显然，通过对水的电解，阴极提供电子，产生氢，而氢作为电子供体与硝酸盐发生了方程
（3）所示的反应，使生化反应速率及去除率得以提高，从而减少了水中硝酸盐的含量。从原理上讲，这种方法除了可以实现反硝化处理外，还可以去除水体中的有机物，但目前对电生物反应器尚处于基础理论和动力学研究阶段，离实际应用还有相当一段距离。
3、技术展望
水源水的水质问题越来越受到人们的重视。上述这些工艺去除有机物的原理是吸附、氧化、生物降解、膜滤等，几种工艺组合起来，互相取长补短，可以综合起到多种去除作用，效果更好。因此，生物处理和其他水处理技术联合应用是目前国内水厂改善出水水质的发展趋势。
此外，生物预处理工艺出水对人体健康的影响还有待进一步研究，如果要从根本上解决水源水水质问题，还须加强污水处理。提高污水处理率．从源头上控制污染物，即加强水源保护。这不仅有利于饮用水水质的提高，水源水水质的改善，更是恢复生态平衡，造福子孙后代的大事。综上所述，可知生物处理工艺，有着十分广阔的发展前景，对于获得有利于人类健康优质水和消除环境污染具有重大的意义。
4、参考文献
［ 1 ］王文祥，齐水冰，刘铁梅等编 《厌氧生物处理技术发展概况》广东省环境保护职业技术学校，文章编号：1007-0370(2009)02-0078-09
［ 2 ］黄源伟。《微污染水源水的生物处理技术》湖南省司法警官学院，文章编号：1006—8937(2008)ll一0035—03
［ 3 ］宋海亮，杨小丽。《膜生物处理技术的机理及应用研究》东南大学，文章编号：1005- 8 29X( 2006)0 8- 0 001-0
［ 4 ］赵立军，滕登用，刘金玲，沈凤丹，栗 毅。《废水厌氧生物处理技术综述与研究进展》中国地质科学院环境工程技术设计研究院，2001
［ 5 ］马伟，王增长。《SBR 污水生物处理技术研究》太原理工大学环境工程学院，文章编号:1005-6033(2007)02-0169-0
［ 6 ］肖本益，曲久辉，林估侃。《常温厌氧生物处理技术》国科学院生态环境研究中，2007
生物处理技术综述
摘要：水的生物处理技术具有运行成本低、节能、剩余污泥量少、可以处理高浓度和好氧条件下生物难降解有机物质，具有良好的环境效应和经济效应。水的生物处理技术有：塔式生物滤池、生物转盘反应器、生物膨胀床与流化床、生物接触氧化法、膜生物反应器、电生物反应器等。
关键词：环境 水污染 废水处理 生物技术
Biological treatment technology overview
Abstract ：Water biological treatment technology with lower cost, energy saving, excess sludge quantity is little, can handle high-concentration oxygen conditions be reconciled biological hard-degradation organic material, have good environmental effect and economic effect. Water biological treatment technology are: tower biological filter, rotating bio-disc reactor, biological expansion bed with fluidized bed, biological contact oxidation, the membrane bioreactor, electricity bioreactor, etc.
Key words: environment water pollution waste water treatment biotechnology 正文：
1. 背景分析：
随着我国经济的飞速发展和人们生活水平的不断提高，我国的能源、资源和环境问题日益突出。在大面积的地区性缺水的同时，伴随着严重的水污染问题，使得多数江河湖海水质下降甚至失去了使用功能，这进一步加剧了水资源的短缺，形成恶性循环的局面。同时，由于我国矿物能源资源的匮乏和使用的低效，使得我国对再生能源的需求日益增长。在水处理工艺中，采用传统的处理方法要消耗大量能源，并产生大量需要二次处理的污泥，所以世界各国都在不断探索和研究高效低能耗的新型废水处理技术。水的生物处理技术由于具有运行成本低、节能、剩余污泥量少、可以处理高浓度和好氧条件下生物难降解有机物质的特点等，近年来已成为国内外环境科学与工程领域研究的热点。
与其他水处理的技术相比，水的生物处理技术具有以下优势：
①与物理和化学净化技术相比，生物处理更为经济有效。就现代净水技术而言。生物预处理已成物理化学处理工艺的必要补充。该方法投资少。见效快，能去除常规传统工艺不能去除的污染物，操作管理简单，只需增加预处理单元，对后续常规处理单元影响小，同时能使后续工艺简单易行，运行费用增加少，处理效果比较理想，出水水质明显改善，适于大规模推广，适合中国国情。
②对铁、锰、酚、色、嗅、味、浊度及色等均有较好的去除效果。如果设置在沉淀出水后，则可以减轻后续处理的负荷，还可以和其他工艺联合使用，延长过滤或活性炭吸附等物化处理工艺的使用周期，使炭不必再生，仅需经常地反复冲洗即可长期运行，并且可以和臭氧等结合进行深度处理，优势互补，最大可能地发挥水处理工艺的整体作用，提高出水水质，
降低水处理费用。
2. 生物处理技术
水源水生物处理技术的本质是水体天然净化的人工化，通过微生物的降解，去除水源水中包括腐殖酸在内的可生物降解的有机物及可能在加氯后致突变物质的前驱物和NH3—N ，NO2—等污染物，再通过改进的传统工艺的处理，使水源水水质大幅度提高。常用方法有生物滤池、生物转盘、生物流化床，生物接触氧化池和生物活性炭滤池。这些处理技术可有效去除有机碳及消毒副产物的前体物，并可大幅度的降低NH3—N ，对铁、锰、酚、浊度、色、嗅、味均有较好的去除效果，费用较低，可完全代替预氯化。
一、 塔式生物滤池
轻质滤料的开发与采用，为塔式生物滤池的应用创造了条件。生物塔滤增加了滤池高度，分层放置填料，通风良好克服了普通生物滤池（非曝气）溶解氧不足的缺陷。国外广泛采用塑料材质大孔径波纹孔板滤料，我国常采用环氧树脂固化玻璃钢蜂窝填料。塔式生物滤池的净化作用也是通过填料表面的生物膜的新陈代谢活动来实现的。塔式滤池的优点是负荷高、产水量大、占地面积小，对冲击负荷水量和水质的突变适应性较强。缺点是动力消耗较大，基建投资高，运行管理不便。
二、 生物转盘反应器
生物转盘在污水处理中已广泛采用，目前在给水处理领域，对某些污染程度较为严重的微污染水进行了一些研究。日本、我国台湾地区以及国内学者的试验研究表明，采用生物转盘预处理在适宜水力负荷下改善微污染水水质是有效的。
生物转盘的特点表现为，生物膜能够周期的运行于空气与水相两者之中，微生物能直接从大气中吸收需要的氧气（减少了溶液中氧传质的困难性），使生物过程更为有利的进行。转盘上生物膜生长面积大，生物量丰富，不存在类似于生物滤池的堵塞情况，有较好的耐冲击负荷的能力，脱落膜易于清理处置。但存在的不足是生物氧化接触时间较长，构筑物占地面积大，盘片价格较贵，基建投资高。
三、生物膨胀床与流化床
生物膨胀床是介于固定床和流化床之间的一种过渡状态，流化床中的填料随水、气流的上升流速的增加而逐渐由固定床经膨胀床最后成为流化床。生物膨胀床与流化床通过选用适度规格粒径（约为0.2~1.0mm）的生物载体，如砂、焦碳、活性炭、陶粒等，采用气、水同向混合自下而上，使载体保持适度膨胀或流化的运转状态。与固定床相比，从两个方面强化了生物处理过程：一方面，载体粒径变小，比表面积增大，单位溶剂的比表面积可达到2000~3000m2/m3，这大大提高了单位生物池的生物量。另一方面，由于颗粒在反应器中处于自由运动（膨胀或流化）状态，避免了生物滤池的堵塞现象，提高了水与生物颗粒的接触机会；同时可采用控制膨胀率的办法来控制水流紊动对生物颗粒表面的剪力水平，进而控制填料上生物膜的厚度，有利于形成均匀、致密、厚度较薄且活性较高的生物膜。这些都大大的强化了水中可生物降解基质向生物膜内的传递过程，使生物膨胀床、流化床的单位容积的基
质降解速率得到提高。生物膨胀床、流化床含有活性高的较大生物量，处理水力负荷增大，并保证出水水质良好。
采用生物膨胀床与流化床，可解决固定填料床中常出现的堵塞问题，进一步提高净化效率，且占地面积少。但由于保持膨胀或流化状态，消耗的动力费用较高，且维护管理复杂，尤其是当池体比较大的情况，如一旦停止运行，再启动很困难，运行中水力学条件难以控制等。在运行过程中还存在流化介质跑料现象，其工程应用还很少见。
四、 生物接触氧化法
生物接触氧化工艺是利用填料作为生物载体，微生物在曝气充氧的条件下生长繁殖，富集在填料表面上形成生物膜，其生物膜上的生物相丰富，有细菌、真菌、丝状菌、原生动物、后生动物等组成比较稳定的生态系统，溶解性的有机污染物与生物膜接触过程中被吸附、分解和氧化，氨氮被氧化或转化成高价形态的硝态氮。反应过程如下：
有机污染物氧化反应： 4CxHyOz+(4x+y-2z)O2——4xCO2+2yH2O+Q （1）
氨氮氧化方程式： 2NH4++3O2——2NO2—+4H++2H2O+Q （2）
2NO2—+ O2——2NO3—+Q （3）
生物接触氧化法的主要优点是处理能力大，对冲击负荷有较强的适应性，污泥生成量少；缺点是填料间水流缓慢，水力冲刷小，如果不另外采取工程措施，生物膜只能自行脱落，更新速度慢，膜活性受到影响，某些填料，如蜂窝管式填料还易引起堵塞，布水布气不易达到均匀。另外填料价格较贵，加上填料的支撑结构，投资费用较高。
现有生物接触氧化法在曝气充氧方式、生物填料上都有所改进。国内填料已从最初的蜂窝管式填料，经软性填料、半软性填料，发展到近几年的YDT 弹性立体填料；曝气充氧方式也从最初的单一穿孔管式，发展到现在的微孔曝气头直接充氧以及穿孔管中心导流筒曝气循环式。在一定程度上，促进了膜的更新，改善了传质效果。
五、 膜生物反应器
膜生物反应器是指以超滤膜组件作为取代二沉池的泥水分离单元设备，并与生物反应器组合构成的一种新型生物处理装置，英文称之为Membrane Bioreactor 。由于超滤膜能够很好的截留来自生物反应器混合液中的微生物絮体、分子量较大的有机物及其他固体悬浮物质，并使之重新返回生化反应器中，这就使反应器内的活性污泥浓度得以大大提高，从而能够有效的提高有机物的去除率。用于膜生物反应器的膜有微滤膜和超滤膜。
水处理容量小是膜生物反应器法经济，水处理容量大时活性污泥法经济。
六、 电生物反应器
将电极装置与生物反应器组合起来就构成了所谓电生物反应器（英文名称为
Electro-Bioreactor ）。Mellor 等的研究表明，在外加电流的条件下，由于电子的产生，生物膜和固定化酶的反硝化作用得以强化，其反应方程为：
2H++2e—H2 （1）
2H2O+2e—H2+2OH— （2）
2NO3—+5H2+2H+—N2+6H2O （3）
显然，通过对水的电解，阴极提供电子，产生氢，而氢作为电子供体与硝酸盐发生了方程
（3）所示的反应，使生化反应速率及去除率得以提高，从而减少了水中硝酸盐的含量。从原理上讲，这种方法除了可以实现反硝化处理外，还可以去除水体中的有机物，但目前对电生物反应器尚处于基础理论和动力学研究阶段，离实际应用还有相当一段距离。
3、技术展望
水源水的水质问题越来越受到人们的重视。上述这些工艺去除有机物的原理是吸附、氧化、生物降解、膜滤等，几种工艺组合起来，互相取长补短，可以综合起到多种去除作用，效果更好。因此，生物处理和其他水处理技术联合应用是目前国内水厂改善出水水质的发展趋势。
此外，生物预处理工艺出水对人体健康的影响还有待进一步研究，如果要从根本上解决水源水水质问题，还须加强污水处理。提高污水处理率．从源头上控制污染物，即加强水源保护。这不仅有利于饮用水水质的提高，水源水水质的改善，更是恢复生态平衡，造福子孙后代的大事。综上所述，可知生物处理工艺，有着十分广阔的发展前景，对于获得有利于人类健康优质水和消除环境污染具有重大的意义。
4、参考文献
［ 1 ］王文祥，齐水冰，刘铁梅等编 《厌氧生物处理技术发展概况》广东省环境保护职业技术学校，文章编号：1007-0370(2009)02-0078-09
［ 2 ］黄源伟。《微污染水源水的生物处理技术》湖南省司法警官学院，文章编号：1006—8937(2008)ll一0035—03
［ 3 ］宋海亮，杨小丽。《膜生物处理技术的机理及应用研究》东南大学，文章编号：1005- 8 29X( 2006)0 8- 0 001-0
［ 4 ］赵立军，滕登用，刘金玲，沈凤丹，栗 毅。《废水厌氧生物处理技术综述与研究进展》中国地质科学院环境工程技术设计研究院，2001
［ 5 ］马伟，王增长。《SBR 污水生物处理技术研究》太原理工大学环境工程学院，文章编号:1005-6033(2007)02-0169-0
［ 6 ］肖本益，曲久辉，林估侃。《常温厌氧生物处理技术》国科学院生态环境研究中，2007