污水生化处理属于二级处理，以去除不可沉悬浮物和溶解性可生物降解有机物为主要目的，其工艺构成多种多样，可分成活性污泥法、AB法、A/O法、A2/O法、SBR法、氧化沟法、稳定塘法、土地处理法等多种处理方法。日前大多数城市污水处理厂都采用活性污泥法。生物处理的原理是通过生物作用，尤其是微生物的作用，完成有机物的分解和生物体的合成，将有机污染物转变成无害的气体产物(CO2)、液体产物(水)以及富含有机物的固体产物(微生物群体或称生物污泥);多余的生物污泥在沉淀池中经沉淀池固液分离，从净化后的污水中除去。

  在污水生化处理过程中，影响微生物活性的因素可分为基质类和环境类两大类：

  基质类包括营养物质，如以碳元素为主的有机化合物即碳源物质、氮源、磷源等营养物质、以及铁、锌、锰等微量元素;另外，还包括一些有毒有害化学物质如酚类、苯类等化合物、也包括一些重金属离子如铜、镉、铅离子等。

  环境类影响因素主要有：

  (1)温度。温度对微生物的影响是很一般的，尽管在高温环境(50℃～70℃)和低温环境(-5～0℃)中也活跃着某些类的细菌，但污水处理中绝大部分微生物一般适宜生长的温度范围是20-30℃。在适宜的温度范围内，微生物的生理活动旺盛，其活性随温度的增高而增强，处理效果也越好。超出此范围，微生物的活性变差，生物反应过程就会受影响。一般的，控制反应进程的一般和一般限值分别为35℃和10℃。

  (2)菌胶团解体，处理效果急剧恶化。

  (3)溶解氧。对好氧生物反应来说，保持混合液中一定浓度的溶解氧至关重要。当环境中的溶解氧高于0.3mg/l时，兼性菌和好氧菌都进行好氧呼吸;当溶解氧低于0.2-0.3mg/l接近于零时，兼性菌则转入厌氧呼吸，绝大部分好氧菌基本停止呼吸，而有部分好氧菌(多数为丝状菌)还可能生长良好，在系统中占据优势后常导致污泥膨胀。一般的，曝气池出口处的溶解氧以保持2mg/l左右为宜，过高则增加能耗，经济上不合算。

  水处理设备

  在所有影响因素中，基质类因素和PH值决定于进水水质，对这些因素的控制，主要靠日常的监测和有关条例、法规的严格执行。对一般城市污水而言，这些因素大都不会构成太大的影响，各参数基本能维持在适当范围内。温度的变化与气候有关，对于万吨级的城市污水处理厂，特别是采用活性污泥工艺时，对温度的控制难以实施，在经济上和工程上都不是十分可行的。因此，一般是通过设计参数的适当选取来满足不同温度变化的处理要求，以达到处理目标。因此，工艺控制的主要目标就落在活性污泥本身以及可通过调控手段来改变的环境因素上，控制的主要任务就是采取合适的措施，克服外界因素对活性污泥系统的影响，使其能持续稳定地发挥作用。

  实现对生物反应系统的过程控制关键在于控制对象或控制参数的选取，而这又与处理工艺或处理目标密切相关。

  前已述及溶解氧是生物反应类型和过程中一个非常重要的指示参数，它能直观且比较迅速地反映出整个系统的运行状况，运行管理方便，仪器、仪表的安装及维护也较简单，这也是近十年中国新建的污水处理厂基本都实现了溶解氧现场和在线监测的原因。

  沉淀过滤

  沉淀物过滤法的目的是将水源内之悬浮颗粒物质或胶体物质一般乾净。这些颗粒物质如果没有一般，会对透析用水其它精密的过滤膜造成破坏或甚至水路的阻塞。这是一般古老且一般简单的净水法，所以这个步骤常用在水纯化的初步处理，或有必要时，在管路中也会多加入几个滤器(filter)以一般体积较大的杂质。滤过悬浮的颗粒物质所使用的滤器种类很多，例如网状滤器，沙状滤器(如石英沙等)或膜状滤器等。只要颗粒大小大於这些孔洞之大小，就会被阻挡下来。对於溶解于水中的离子，就无法阻拦下来。如果滤器太久没有更换或清洗，堆积在滤器上的颗粒物质会愈来愈多，则水流量及水压会逐渐减少。人们就是利用入水压与出水压差来判断滤器被阻塞的程度。因此滤器要定时逆冲以排除堆积其上的杂质，同时也要在固定时间内更换滤器。

  沉淀物过滤法还有一个问题值得注意，因为颗粒物质不断被阻拦而堆积下来，这些物质 面或许有细菌在此繁殖，并释放毒性物质通过滤器，造成热原反应，所以要经常更换滤器，原则上进水与出水的压力落差升高达到原先的五倍时，就需要换掉滤器。

  硬水软化

  硬水的软化需使用离子交换法，它的目的是利用阳离子交换树脂以钠离子来交换硬水中的钙与镁离子，以此来降低水源内之钙镁离子的浓度。其软化的反应式如下：

  Ca2++2Na-EX→Ca-EX2+2Na+1

  title Mg2++2Na-EX→Mg-EX2+2Na+1

  式中的EX表示离子交换树脂，这些离子交换树脂结合了Ca2+及Mg2+之後，将原本含在其内的Na+离子释放出来。

  树脂基质(resin matrix)内藏氯化钠，在硬水软化的过程中，钠离子会逐渐被使用耗尽，则交换树脂的软化效果也会逐渐降低，这时需要作还原(regeneration)的工作，也就是每隔固定时间加入特定浓度的盐水，一般是10%，其反应方式如下：

  Ca-EX2+2Na+ (浓盐水)→ 2Na-EX+Ca2+

  Mg-EX2+2Na+ (浓盐水)→ 2Na-EX+Mg2+

  如果水处理的过程中没有阳离子的软化，不只是逆渗透膜上会有钙镁体的沉积以致降低功效甚至破坏逆渗透膜，同时病人也容易得到硬水症候群。硬水软化器也会引起细菌繁殖的问题，所以设备上需要有逆冲的功能，一段时间後就要逆冲一次以防止太多杂质吸附其上。另一个值得注意问题的是高血钠症，因为透析用水的软化与再还原过程是*计时器来控制，正常情况还原作用大多发生在半夜，这是*阀门在控制，如果发生故障，大量盐水就会涌进水源，进而造成病人的高血钠症。全自动钠离子交换器采用离子交换原理，去除水中的钙、镁等结垢离子。当含有硬度离子的原水通过交换器内树脂层时，水中的钙、镁离子便与树脂吸附的 钠离子发生置换，树脂吸附了钙、镁离子而钠离子进入水中，这样从交换器内流出的水就是去掉了硬度的软化水。

  活性炭

  活性炭是由木头，残木屑，水果核，椰子壳，煤炭或石油底渣等物质在高温下乾馏炭化而成，制成後还需以热空气或水蒸气加以活化。它的主要作用是一般氯与氯氨以及其它分子量在60到300道尔顿的溶解性有机物质。活性炭的表面呈颗粒状，内部是多孔的，孔内有许多约1Onm~lA大小的毛细管，1g的活性炭内部表面积高达700-1400m2，而这些毛细管内表面及颗粒表面就是吸附作用之所在。影响活性炭一般有机物能力的因素有活性炭本身的面积，孔洞大小以及被一般有机物的分子量及其极性(Polarity)，它主要*物理的吸附能力来排除杂物，当吸附能力达饱合之後，吸附过多的杂质就会掉落下来污染下游的水质，所以必须定时利用逆冲的方式来一般吸附其上的杂质。

  这种活性炭滤器如果吸附能力明显下降，必须更新。测定进水及出水的TOC浓度差(或细菌数量差)是考量更换活性炭的依据之一。有些逆渗透膜对氯的耐受性不佳，所以在逆渗透之前要有活性碳的处理，使氯能够有效的被活性炭吸附，但是活性碳上的孔洞吸附的细菌容易繁殖滋长，同时对於分子较大有机物的一般，活性炭的功效有限，所以必须*逆渗透膜在後面补强。

  去离子法

  去离子法的目的是将溶解於水中的无机离子排除，与硬水软化器一样，也是利用离子交换树脂的原理。在这 使用两种树脂-阳离子交换树脂与阴离子交换树脂。阳离子交换树脂利用氢离子(H+)来交换阳离子;而阴离子交换树脂则利用氢氧根离子(OH-)来交换阴离子，氢离子与氢氧根离子互相结合成中性水，其反应方程式如下：

  M+x+xH-Re→M-M-Rex+xH+1

  A-z+zOH-Re→A-Rez+zOH-1

  上式中的的M+x表阳离子，x表电价数，M+x阳离子与阳离子树脂上H-Re的氢离子交换，A-z则表阴离子，z表电价数，A-z与阴离子交换树脂结合後，释放出OH-离子。H+离子与OH-离子结合後即成中性的水。

  这些树脂之吸附能力耗尽之後也需要再还原，阳离子交换树脂需要强酸来还原;相反的，阴离子则需要强碱来还原。阳离子交换树脂对各种阳离子的吸附力有所差异，它们的强弱程度及相对关系如下：

  Ba2+>Pb2+>Sr2+>Ca2+>Ni2+>Cd2+>CU2+>Co2+>Zn2+>Mg2+>Ag1+>Cs1+>K1+>NH41+>Na1+>H1+

  阴离子交换树脂与各阴离子的亲合力强度如下：

  S02-4+>I->NO3->NO2->Cl->HCO3->OH->F-

  如果阴离子交换树脂消耗殆尽而没有还原，则吸附力一般弱的氟就会逐渐出现在透析用水中，造成软骨病，骨质疏松症及其它骨病变;如果阳离子交换树脂消耗尽了，氢离子也会出现在透析用水之中，造成水质酸性的增加，所以去离子功能是否有效，需要时常监视。一般是*水质的电阻系数(resistivity)或传导度(conductivity)来判断。去离子法所使用的离子交换树脂同样也会造成细菌的繁殖引起菌血症，这是值得注意的一点。

  反渗透法

  水 反渗透法可以有效的一般溶解於水中的无机物，有机物，细菌，热原及其它颗粒等，是透析用水之处理中一般重要的一环。要了解"反渗透"原理之前，要先解释"渗透(osmosis)的观念。所谓渗透是指以半透膜隔开两种不同浓度的溶液，其中溶质不能透过半透膜，则浓度较低的一方水分子会通过半透膜到达浓度较高的另一方，直到两侧的浓度相等为止。在还没达到平衡之前，可以在浓度较高的一方逐渐施加压力，则前述之水分子移动状态会暂时停止，此时所需的压力叫作 "渗透压 (osmotic pressure)"，如果施加的力量大於渗透压时，则水份的移动会反方向而行，也就是从高浓度的一侧流向低浓度的一侧，这种现象就叫作"反渗透"。反渗透的纯化效果可以达到离子的层面，对於单价离子(monovalent ions)的排除率(rejection rate)可达90%-98%，而双价离子(divalent ions)可达95%-99%左右(可以防止分子量大於200道尔敦的物质通过)。

  反渗透水处理常用的半透膜材质有纤维质膜(cellulosic)，芳香族聚酝胺类(aromatic polyamides)，polyimide或polyfuranes等，至於它的结构形状有螺旋型(spiral wound)，空心纤维型(hollow fiber)及管状型(tubular)等。至於这些材质中纤维素膜的优点是耐氯性高，但在碱性的条件下(pH ≥8.0)或细菌存在的状况下，使用寿命会缩短。polyamide的缺点是对氯及氯氨之耐受性差。

  如果反渗透前没有作好前置处理则渗透膜上容易有污物堆积，例如钙，镁，铁等离子，造成反渗透功能的下降;有些膜(如polyamide)容易被氯与氯氨所破坏，因此在反渗透膜之前要有活性碳及软化器等前置处理。反渗透虽然价钱较高，因为一般反渗透膜的孔径约在l0A以下，它可以排除细菌，病毒及热原甚至各种溶解性离子等，所以在准备血液透析析释用水一般准备这一道步骤。

  反渗透系统的调试工作显得尤为重要。腾博会可以从以下几个方面来掌握：

  运行条件

  运行前准备

  试车运行

  分离流程

  反渗透膜分离工艺设计中常见的流程有如下几种：

  ①一级一段法这种方式是料液进入膜组件后，浓缩液和产水被连续引出，这种方式水的回收率不高，工业应用较少。另一种形式是一级一段循环式工艺，它是将浓水一部分返回料液槽，这样浓溶液的浓度不断提高，因此产水量大，但产水水质下降。

  ②一级多段法当用反渗透作为浓缩过程时，一次浓缩达不到要求时，可以采用这种多步式方式，这种方式浓缩液体体积可减少而浓度提高，产水量相应加大。

  ③两级一段法当海水除盐率要求把NaCl从35000 mg/L降至500mg/L时，则要求除盐率高达98.6%如一级达不到时，可分为两步进行。即一般步先除去NaCl 90%，而第二步再从一般步出水中去除NaCl 89%，即可达到要求。如果膜的除盐率低，而水的渗透性又高时，采用两步法比较经济，同时在低压低浓度下运行时，可提高膜的使用寿命。

  ④多级反渗透流程在此流程中，将一般级浓缩液作为第二级的供料液，而第二级浓缩液再作为下一级的供料液，此时由于各级透过水都向体外直接排出，所以随着级数增加水的回收率上升，浓缩液体体积减少浓度上升。为了保证液体的一定流速，同时控制浓差极化，膜组件数目应逐渐减少。

  超过滤法

  超过滤法与逆渗透法类似，也是使用半透膜，但它无法控制离子的一般，因为膜之孔径较大，约10-200A之间。只能排除细菌，病毒，热原及颗粒状物等，对水溶性离子则无法滤过。超过滤法主要的作用是充当逆渗透法的前置处理以防止逆渗透膜被细菌污染。它也可用在水处理的一般後步骤以防止上游的水在管路中被细菌污染。一般是利用进水压与出水压差来判断超过滤膜是否有效，与活性碳类似，平时是以逆冲法来一般附着其上的杂质。

  蒸馏法

  蒸馏法是古老却也是有效的水处理法，它可以一般任何不可挥发性的杂质，但是无法排除可挥发性的污染物，它需要很大的储水槽来存放，这个储水槽与输送管却是造成污染的重要原因，血液透析用水不用这种方式来处理。

  紫外消毒

  它的杀菌机理是破坏细菌核酸的生命遗传物质，使其无法繁殖，其中一般重大的反应是核酸分子内的pyrimidine盐基变成双合体(dimer)。一般是使用低压一般放电灯(杀菌灯)的人工253.7nm波长的紫外线能量。紫外线杀菌灯的原理与日光灯相同，只是灯管内部不涂萤光物质，灯管的材质是采用紫外线穿透率高的石英玻璃。一般紫外线装置依用途分照射型，浸泡型及流水型。

  水处理紫外线杀菌灯 在血液透析稀释用水所使用的紫外线是安放在储水槽到透析机器之间的管路上，也就是所有的透析用水在使用之前都要接受一次紫外线的照射，以达到彻底杀菌的效果。对紫外线的感受性一般的是绿脓菌、大肠菌;相反的，耐受性较大的则是枯草菌芽胞体。因为紫外线消毒法安全，经济，对菌种的选择性少，水质也不会改变，所以已一般使用这种方法，例如船上的饮用水就常使用这种消毒法。水中的依哥拉菌、巴斯拉菌、沙门氏菌等等全杀光，能潜入水中心360度杀菌，功效等于水面杀菌灯的三倍。能消除水中禄藻，效果一般，使用方便，紫外线杀菌灯适用于：各种大小渔场过滤，水处理，大小型水池，游泳场、温泉。杀菌效率可达99%-99.99%。

  紫外线水处理技术--杀菌

  紫外线杀菌主要是利用254纳米波长的紫外线光。此波长的紫外线光，即使是在微量的紫外线投射剂量下，也可以破坏一个细胞的生命一般——DNA，因此阻止一般，丧失再生能力使细菌变得无害，从而达到灭菌的效果。象所有其它紫外线应用技术一样，这种系统的规模取决于紫外线的强度(照射器的强度和功率)和接触时间(水、液体、或空气暴露在紫外线下的时间长短)。

  紫外线水处理技术--消除臭氧

  在工业生产中，臭氧常被用于消毒和净化水体。但是，由于臭氧有极强的氧化能力，水中剩余的臭氧如果不被去除会有可能对下一般程有所影响，因此，通常臭氧处理过的水在进入主要的工艺流程之前必须将水中剩余臭氧去除掉。254纳米波长的紫外线对于破坏剩余臭氧非常有效，它可以把臭氧分解成氧气。尽管不同的系统所需要的规模不同，但通常来讲，一个典型的臭氧消除系统所需的紫外线放射量是一个传统的灭菌消毒系统的三倍左右。