脱氮 将硝酸盐还原为氮及其他最终气体产物的生物过程
在国内外处理生活污水的领域得到极广泛的 废水的生物处理技术已有上百年的历史，
应用，是各地污水处理厂不可缺少的二级处理。废水的生物处理过程可分为厌氧处理和好氧处理两大类，每一类又从实现的手段上分为悬浮生长工艺和附着生长（生物膜）工艺。现有的几十种具体生物处理工艺都是以此为基础发展的。
表7-24 用于废水处理的主要生物处理工艺 工艺类型 好氧法 悬浮生长 附着生长 悬浮及附着生长组合 厌氧法 悬浮生长 附着生长 好氧、缺氧、厌氧组合 悬浮生长 组合型 通用名称 活性污泥法 曝气塘 好氧消化 生物滤池 生物转盘 填料床反应器 生物滤池/活性污泥法 厌氧接触池 厌氧消化 厌氧填料床及流化床 单级或多级工艺 包含附着生长填料的 单级或多级工艺 用途 去除含碳BOD，硝化 去除含碳BOD，硝化 生物稳定，去除含碳BOD 去除含碳BOD，硝化 去除含碳BOD，硝化 去除含碳BOD，硝化 去除含碳BOD，硝化 去除含碳BOD 生物稳定，杀灭病原体 除含碳BOD，生物稳定，脱氮 去除含碳BOD，硝化，脱氮，除磷 去除含碳BOD，硝化，脱氮，除磷
由于生物法主要用于去除有机物以及进行硝化，脱氮，除磷，而有机物和氮、磷都不是电厂污水的主要污染物。所以在此只介绍可用于电厂的几个基本工艺。
1．活性污泥法
现在，活性污泥法用于生活污水和工业废水的生物处理是最常规的做法，它是利用悬浮生长的微生物絮体处理有机废水的好氧生物处理方法。这类生物絮体称作活性污泥，由好气性微生物（包括细菌、真菌、原生动物、后生动物）及其代谢的和吸附的有机物、无机物组成，具有降解水中有机污染物（也有些可部分利用无机物）的能力。 (1) 术语和参数
污泥沉降比（SV）：指一定量的曝气池混合液静置30min后，沉淀污泥与原混合液的体积比，用百分数来表示。通常曝气池混合液的沉降比正常范围是15～30%。
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污泥浓度： 指一升混合液内所含的悬浮固体（表示为MLSS）或挥发性悬浮固体（MLVSS）的重量，单位是g/L或mg/L。一般活性污泥曝气池内保持MLSS浓度在2～6g/L之间，多为3～4g/L。
污泥容积指数（SVI）：曝气池混合液经30min沉淀后，1克干污泥所占有沉淀污泥容积的毫升数。在一定的量污泥量下，通常，当SVI<100，SVI反映了活性污泥的凝聚沉降性。沉降性能良好；当SVI=10～200时，沉淀性能一般，当SVI>200时，沉降性较差，污泥易膨胀。研究表明：污泥回流比R、回流污泥容积指数（=0.8SVI）、混合液污泥容积指数SVI及混合液污泥浓度的关系如图7-24。利用该图，可确定污泥回流比或者计算曝气池混合液的污泥浓度。
图7-24 回流污泥SVI与MLSS及回流比的关系
固体停留时间（SRT）：代表了污泥在系统中停留的平均周期。是活性污泥运行管理时的一个参数。表7-25总结了不同情形下采用活性污泥工艺的最小SRT典型值。
表7-25 活性污泥法处理的最小SRT典型值 处理目标 在生活废水中除溶解性BOD 在生活废水中转换颗粒有机物 处理生活污水，形成絮凝生物体 处理工业污水，形成絮凝生物体 完全硝化 生物除磷 稳定活性污泥 SRT范围/d 1～2 2～4 1～3 3～5 3～18 2～4 20～40 影响SRT的因素 温度 温度 温度 温度/化合物 温度/化合物 温度 温度 营养比（F/M）：活性污泥法的实质是微生物将水里的含碳有机物用作食物，食物与微生物的量的比值等于有机底物与活性污泥的重量比值，又称作污泥负荷。污泥负荷与废水处理效率、活性污泥特性、污泥生成量、氧的消耗量有很大关系。 （2）基本过程
活性污泥法的处理过程包含三个基本组成，即反应池、固液分离组成（通常在沉淀池进行）、回流系统。运用这三个组成，发展出很多过程布置。图7-25列出基本的活性污泥流程。
图7-25 具有不同反应池的活性污泥过程
①常规平推流式流程。沉降废水和回流活性污泥在曝气池的前端进入，由扩散器鼓风或机械曝气机搅拌并曝气。一般采用3～5条廊道。在早期设计中，空气是沿池长均匀投加，但通常在廊道始端出现低DO值。近代设计中，曝光系统的设计是按沿池长
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的需要量匹配，前端供气率高，末端供气率低，沿池长逐渐递减。在曝气期间，吸附、絮凝和有机物的氧化发生。在二次沉淀池中将活性污泥固体分离。
推流式曝气池是最早出现的池型，此工艺已是个成熟的过程。这种系统去除氨比完全混合式可能达到较高水平。适用于多种操作方式，如阶段进水、选择池设计以及缺氧/好氧过程。其局限性也很明显，如渐减曝气的设计和操作较复杂，在第一段中供养可能不易满足缺氧。
②完全混合式流程。完全混合过程应用了连续流搅拌反应池的流式。沉降废水和回流活性污泥在池中一般分几点投入。在全池内，池的有机负荷、MLSS浓度和需氧量是均匀分布的。在曝气池里实现吸附、絮凝和有机物的氧化过程，在二次沉淀池中将活性污泥固体分离。
完全混合式是普通而成熟的工艺，适用于各种类型的废水，所以目前用得最为广泛。它的优点是抗冲击负荷能力强，对水质水量变化的冲击以及有毒负荷有很大的稀释能力，在处理工业废水时有这种情况。因为需氧量是均匀分布的，设计相对不太复杂，适用于各种类型的曝气设备。此法较易操作，但有机基质浓：度较低(亦即F/M比低)，易致丝状生长，造成污泥膨胀问题。
③序批法流程。序批法是一种充水排水式的反应池系统，设单一完全混合反应池，在其中进行活性污泥法的所有步骤。对于连续流的城市废水处理，至少要用两座池子，一池在充水，另一池进行反应、固体沉降和排水。SBR池每天要通过几个周期，典型的周期包括3h充水、2h曝气、0.5h沉降、0.5h排掉上清液。可能还有闲置期，以备峰流时有灵活性。在所有周期内，混合液始终留在反应池内，因而，省掉一个独立的二次沉淀池。曝气可用射流曝气器或大泡扩散器带淹没搅拌机。分设的搅拌装置提供操作灵活型，在充水期间对缺氧操作很有用，排泥一般在曝气期内进行。
分设的搅拌装置提供操作灵活性（SBR）是近年来在传统的活性污泥流程基础上发展起来的较有应用前景的生物处理工艺。其先进性体现在流程简化，无需设置二沉池，设施紧凑，操作灵活，改变操作条件能去除营养性污染物。并且可通过对池子的操作，尽量减少污泥膨胀的可能。但此过程控制复杂，除非设计有所考虑，否则高峰流量时可能破坏运行。批量出水水质差别大，在后续的过滤和消毒前需均化。显然这项工艺队仪表、监测装置、以及自动阀门等的维修技能要求较高。
表7-25 活性污泥法典型设计参数 过程名称 常规推流式 完全反应池 类型 平推流 CMAS SRT /d F/M/ （kgBOD/ kgMLVSS·d） 0.2～0.4 0.2～0.6 容积负荷 （kgBOD/ m3·d） 0.3～0.7 0.3～1.6 MLSS/（mg/L） 总水力停留时间/h 回流污泥/（进水量的%） 3～15 3～1000～3000 1500～4000 4～8 3～5 25～75 25～100 38
混合式 序批法 批量 15 10～30 0.04～0.10 0.1～0.3 2000～5000 15～40 无
（3）活性污泥法的管理操作
活性污泥法处理废水的关键在于有足够数量性能良好的活性污泥，这些活性污泥是通过一定的方法培养和驯化出来的。通过培养，使微生物数量增加，达到一定的污泥浓度。驯化则是对混合微生物群进行淘汰和诱导，不能适应环境条件和所处理废水特性的微生物被抑制，具有分解废水有机物活性的微生物得到发育，并诱导出能利用废水有机物的酶体系。培养和驯化实质上是不可分割的。在培养过程中投加的营养料和少量废水，也对微生物起一定的驯化作用，而在驯化过程中，微生物数量也会增加，所以驯化过程也是一种培养增殖过程。
①培养与驯化。菌种和培养液除了采用纯菌种作为活性污泥的菌源外，活性污泥的菌种大多取自粪便污水，城市污水或性质相近的工业废水处理厂二次沉淀池剩余污泥，也有取自废水沟污泥、废水排放口或长期接触废水的土壤浸出液。培养液一般由上述菌液和一定比例的营养物如淘米水、尿素或磷酸盐等组成。
培养与驯化的方法根据培养和驯化的程序，有异步法和同步法两种。异步法是采用先培养，使细菌增殖到足够数量后再用工业废水驯化；同步法是培养和驯化同时进行的方法。根据培养液的进入方式，过程也可分为间歇式和连续式。
以粪便污水作培养液，异步法的培养程序为：将经过粗滤的浓粪便水投入曝气池，用生活污水(或河水、自来水)稀释，控制池内BOD在300～500mg/L，先进行连续曝气，经1～2天后，池内出现模糊不清的絮凝物，此时，为补充营养物和及时排除代谢产物，应停止曝气，静置沉淀l～1.5h后，排除上清液(排除量约为全池容积的50%～70%)。然后再往曝气池投加新鲜粪便水和稀释水，并继续曝气。为了防止池内出现厌氧发酵，停止曝气到重新曝气的时间不应超过2h。
开始培养时宜每天换水一次，以后可增至两次，以便及时补充营养。如果采用连续培养，则要求有足够的生活污水。在第一次投料曝气后或经数次间歇曝气换水后即开始连续投加生活污水，并不断从二次沉淀池排出清液，污泥再回流至曝气池。污泥回流量应比设计值大，污水进入量应比设计值小。
经过1～2周，混合液SV=10%～20%，活性污泥的絮凝和沉淀性能良好，污泥中含大量菌胶团和固着型纤毛虫，BOD去除率达90%左右，即可进入驯化阶段。开始驯化时，宜向培养液中投加10%～20%的待处理废水，获得较好的处理效果后，再继续增加废水的比例，每次增加的比例以设计水量的10%～20%为宜，直至满负荷为止。污泥经驯化成熟后，系统即可转入试运转。
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为了缩短培养和驯化时间，也可采用同步操作。即在第一次投料或头几次投料后开始投加待处理废水，废水的比例逐步增加，一边培养一边驯化。同步法要求操作人员有较丰富的经验，否则难以判断培养驯化过程中的异常现象的原因，甚至导致培驯失败。
在培养与驯化过程中应保证良好的微生物生存条件，如温度、溶解氧、pH值、营养比（F/M）等。池内水温应在15～35℃范围内，DO=0.5～3mg/L，pH=6.5～7.5为宜。如氮和磷等不足时，应加生活污水或人工营养物。
②日常管理。活性污泥系统的操作管理，核心在于维持系统中微生物、营养、供氧三者的平衡，即维持曝气池内污泥浓度、进水浓度及流量和供氧量的平衡。当其中任一项出现变动(通常是进水量和水质变化)，应相应调整另外二项；当出现异常情况或故障时，应判明原因并采取相应的对策，使系统处于最佳状态。
对不同的废水和处理系统，日常管理的内容不尽相同。一般包括设备(污水泵、回流泵、刮泥机、鼓风机、曝气机、污泥脱水机等)的管理、药剂管理、构筑物(曝气池、沉淀池、调节池、集水池、污泥池等)的管理。
为了保证系统正常运转，需要进行一定的监测分析和测算。快速准确的监测结果对系统运行起着指示与指导作用，是定量考核的重要依据。有条件的地方，应进行自动监测和计算机控制。一般人工控制所需监测的项目有四项。
a．反映活性污泥性状的项目：
SV，每天分析，控制15%～30%；MLSS或MLVSS、SVI 2次/周； 污泥生物相观察及污泥形态观察，经常；
污泥回流量及回流比R。
b．反映活性污泥营养状况及环境条件的项目：
氨氮，隔天分析，出水氨氮不应小于lmg/L； 磷，每周分析，出水含磷不应小于lmg/L； 溶解氧，1次/2h，控制l～4mg/L； 水温，4次/班，不超过35℃； pH值，1～2次/班，中性范围。 c．反映活性污泥处理效率的项目：
进水及出水的COD，BOD5，SS，每天或隔天分析； 进水及出水中有毒及有害物质浓度，不定期分析。 d．反映运转经济性指标： 空气耗量；
电能及机电设备运行情况； 药剂耗量。
上述的多数项目可以在操作岗位监测，以便尽早发现问题，及时上报和处理，其他项目应由专门的化验室按规定程序进行测定，操作及管理人员应做好详细记录、编制日志和报表。
（4）异常现象与控制措施
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