摘要：現(xiàn)代人類的生產(chǎn)活動造成了很多環(huán)境污染，這已成為全世界的共同問題。本文將從城市垃圾生物處理技術(shù)，污水生物處理技術(shù)，懸浮細(xì)胞法，活性污泥法，生物膜法，這五個方面展開關(guān)于廢棄物生物處理的方法介紹。

關(guān)鍵詞：固體廢物，堆埋，堆肥，焚燒，生物處理，生活污水，環(huán)境污染，活性污泥，生物膜

前言：

在我國過去幾十年的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，由于忽視了發(fā)展中的環(huán)境保護(hù)問題，目前環(huán)境狀況十分嚴(yán)峻，已經(jīng)影響了我國經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。世界各國的科學(xué)家和工程技術(shù)人員，針對環(huán)境污染的問題和不同的環(huán)境污染類型，發(fā)展了各種處理辦法。主要可以分為三大類：化學(xué)法（如絮凝沉淀法）、物理法（過濾）和生物法（如活性污泥法）。這三類方法也可以結(jié)合使用。[1] 其中生物處理(Biotreatment)也叫生化處理，是指利用處理系統(tǒng)中的生物，特別是微生物的代謝活動以及各種特性來處理各種廢棄物的過程。主要是針對各種污染源和小范圍的環(huán)境污染。生物技術(shù)在處理環(huán)境污染物方面具有速度快、消耗低、效率高、成本低、反應(yīng)條件溫和以及無二次污染等顯著優(yōu)點(diǎn)，為從根本上解決環(huán)境問題提供了希望，因而越來越受到人們的青睞。

1.??? 城市垃圾生物處理技術(shù)

由于人類活動，每天都有大量的固體廢棄物，如各種垃圾的產(chǎn)生，特別是大城市的固體廢棄物的產(chǎn)量更是驚人。這些固體廢棄物都應(yīng)該進(jìn)行無害化處理，但目前幾乎95%的垃圾未經(jīng)這樣的處理，一般只是簡單地堆集起來或傾入江河中。固體廢棄物中不僅含有各種無機(jī)物，如玻璃、金屬等，還含有大量的有機(jī)物，包括可降解的淀粉、蛋白質(zhì)、廢紙、烴類等和很難降解的塑料等，其中的很大部分是可以回收利用的，因此提倡垃圾的分類包裝，回收可再生的資源，是一箭雙雕之舉。

固體廢棄物的處理有很多方法，如填埋、堆肥、焚燒、用來發(fā)電等。

垃圾的填埋處理不僅需要侵占大量的土地資源，而且需要很長時間（一般至少50-100年）才能完全使所填埋的垃圾無害化，因此填埋了垃圾的土地長期不能使用，甚至還可能引起火災(zāi)。由于填埋于地下的垃圾，絕大部分是有機(jī)物，在厭氧微生物的作用下進(jìn)行發(fā)酵，能產(chǎn)生大量的沼氣逸出地面，遇火即可發(fā)生火災(zāi)；填埋的垃圾還可能污染地下水。[2]

垃圾焚燒同樣也存在火災(zāi)的隱患，同時焚燒時還會產(chǎn)生大量廢氣，造成對環(huán)境的再次污染，我們稱這種污染為二次污染。[3]

較好的物理方法是利用垃圾發(fā)電。這在發(fā)達(dá)國家是一種比較普遍采用的處理城市垃圾的方法，我國也建立了幾座垃圾發(fā)電廠，但目前在我國還不能普遍推廣，因?yàn)槌杀竞芨摺?/p>

垃圾堆肥是較原始的簡易的固體垃圾生物處理方法。主要是利用垃圾中原本帶有的微生物進(jìn)行自然發(fā)酵。這種方法雖然可以采用，但所需的處理時間長，處理量小，發(fā)酵過程不易控制。[4]

現(xiàn)在發(fā)展了新的城市垃圾生物處理工藝。這種工藝是先經(jīng)過過篩，回收可再生資源后，引入具有特定功能的微生物（主要是一些能高效降解有機(jī)物質(zhì)，如纖維素、脂肪、蛋白質(zhì)的微生物）進(jìn)行好氧處理或厭氧發(fā)酵，加速發(fā)酵過程，同時還可以收集所產(chǎn)生的沼氣。經(jīng)過充分發(fā)酵后的垃圾是一種很好的農(nóng)業(yè)肥料。如果實(shí)現(xiàn)垃圾處理工廠化，可以使發(fā)酵周期縮短（1-2星期），并且處理量較大。發(fā)酵過程可以實(shí)現(xiàn)全自動化控制，發(fā)酵后形成的肥料的質(zhì)量也能得到保證。[5]

2.污水生物處理技術(shù)

在廢水排放到環(huán)境中之前的處理，主要是控制廢水中的COD (化學(xué)需氧量)、BOD (生化需氧量)、總懸浮物、TN (總氮)等，使經(jīng)處理后排放的廢水的上述指標(biāo)達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。BOD值是廢水中可被生物氧化的有機(jī)物含量及氨的含量，它反映了廢水可進(jìn)行生物化學(xué)處理的程度；COD值是采用化學(xué)強(qiáng)氧化劑與廢水中有機(jī)物和氨進(jìn)行反映的總量，表明了廢水的污染程度。COD值總是大于BOD值。世界各國根據(jù)各自的國情制定的廢水排放標(biāo)準(zhǔn)不盡相同。[6]

污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)（GB8978-88，廢水部分，mg/L）[7]

廢水的處理方法主要可歸結(jié)為三類：物理法、化學(xué)法和生物法。

目前普遍使用生物法或生物法與其它方法結(jié)合。在廢水的生物處理中，雖然用于廢水處理的生物反應(yīng)器類型及工藝流程很多，如厭氧-好氧工藝、硫化床工藝、接觸氧化法、上流式厭氧污泥床(UASB)工藝、連續(xù)批式反應(yīng)器(SBR)工藝等，視廢水類型及污染程度而采取不同的處理策略，但其基本原理都是利用處理系統(tǒng)中的各種微生物群落的代謝作用，以去除污水中的污染物。[6]根據(jù)處理系統(tǒng)中微生物所處的狀況，則可以分為：懸浮細(xì)胞法、活性污泥法、生物膜法等?！∧壳白钇毡槭褂玫氖腔钚晕勰喾ǎ貏e是在城市污水處理中。而效率較好的是生物膜法，特別是在特殊行業(yè)廢水的處理中應(yīng)用最為常見。

3.活性污泥法

活性污泥(Activated sludge)可分為好氧活性污泥和厭氧顆?；钚晕勰?，不論是哪一種，活性污泥都是由各種微生物、有機(jī)物和無機(jī)物膠體、懸浮物構(gòu)成的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的肉眼可見的絨絮狀微生物共生體。這樣的共生體有很強(qiáng)的吸附能力和降解能力，可以吸附和降解很多的污染物，可以達(dá)到處理和凈化污水的目的。[8]活性污泥法是最常見的污水生物處理方法，污水在經(jīng)過初步沉淀去除各種大塊顆粒之后送到好氧反應(yīng)池，在池中通過曝氣或攪拌供給氧氣。在活性污泥法中，經(jīng)處理后排出的水中的大部分活性污泥被沉淀下來返回反應(yīng)池，這樣可以維持很高的微生物密度和活性。當(dāng)污水停留在好氧反應(yīng)池期間，一部分有機(jī)物被處理成無機(jī)物，即礦化；另一部分轉(zhuǎn)化為微生物細(xì)胞物質(zhì)。在活性污泥法中，嚴(yán)重影響處理效果的是污泥的沉降性能。如果活性污泥沉降性能差，由于絲狀細(xì)菌和真菌的過分繁殖將導(dǎo)致活性污泥膨脹。雖然活性污泥的膨脹機(jī)理尚不完全清楚，但通常在碳氮比(C：N)和碳磷比(C：P)的比值較高，水中溶解的氧氣濃度較低的條件下容易產(chǎn)生。為維持良好的處理效果，應(yīng)當(dāng)避免發(fā)生污泥膨脹，因此在活性污泥法中要嚴(yán)格控制進(jìn)入系統(tǒng)廢水的C：N和C：P的比值，并維持較高的溶解氧水平，這樣才能維持良好運(yùn)行狀態(tài)。產(chǎn)生的活性污泥除一部分回流利用外，其它多余的則需要另外處理。處理的方法是厭氧消化、填埋或干燥。干燥后的處理物可以用作農(nóng)業(yè)肥料。

圖1. 活性污泥法流程示意圖：

1、原污水；2、初次沉淀池；3、曝氣池；4、二次沉淀池；5、處理后污水；6、回流污泥；7、再生池；8、生污泥；9、剩余污泥；10、污泥濃縮池；11、脫水設(shè)備或污泥消化池等。

活性污泥法是一個連續(xù)的處理過程，因而易于采用計(jì)算機(jī)控制而實(shí)現(xiàn)監(jiān)控自動化。此外，活性污泥法處理廢水的效率可以根據(jù)具體條件而作較大的調(diào)整，因而可用于處理流速及濃度發(fā)生較大變化的污水。活性污泥法被廣泛用于處理城市生活污水和各種工業(yè)廢水。

活性污泥法的主要問題是產(chǎn)生大量剩余的污泥，需要用其它辦法處理。現(xiàn)在世界各國，包括我國都發(fā)展了各種處理系統(tǒng)以減少剩余污泥的產(chǎn)量，顆?；钚晕勰喾ň褪且环N行之有效的方法。這種方法是把活性污泥培養(yǎng)成顆粒狀，用顆?；钚晕勰嗤耆V化廢水中的有機(jī)物，而不形成新的微生物細(xì)胞，或者只在顆粒活性污泥內(nèi)部維持微生物細(xì)胞的新老更替。

4.懸浮細(xì)胞法

在這樣的處理系統(tǒng)中，微生物細(xì)胞懸浮在所需處理的污水中，而不是形成“生物膜”那樣的被固定起來。例如，氧化塘即是經(jīng)典的懸浮細(xì)胞污水處理系統(tǒng)。氧化塘的效率較低，并需要較大的空間位置，氧化有機(jī)物所需的氧氣來自于藻類的光合作用，主要通過擴(kuò)散而被其它微生物吸收利用。這種系統(tǒng)中氧化作用通常不完全，因而常常產(chǎn)生較大的臭味。由于它是一個開放系統(tǒng)，所以它的處理效率受季節(jié)溫度波動的影響很大，這種處理系統(tǒng)只能在溫暖的地方使用。北京高碑店污水處理廠的好氧池即采用此方法。

5.生物膜法

生物膜(Biofilm)是通過附著而固定于特定載體上的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的微生物共生體。相對于活性污泥來說，在單位體積生物膜中所含的微生物數(shù)量更高、比表面積更大。生物膜比活性污泥具有更強(qiáng)的吸附能力和降解能力，可以吸附和降解污水中的各種污染物，具有速度快、效率高的特點(diǎn)。[1]在使用生物膜法處理污水時，要求在處理系統(tǒng)的構(gòu)筑物中裝填一定數(shù)量的填料，這些填料一方面可以擴(kuò)大處理系統(tǒng)的比表面積，另一方面為微生物提供附著固定的載體。生物膜處理系統(tǒng)的性能、效率取決于其中微生物活性的高低和所裝填料的多少及其比表面積。一般來說，生物膜法較多應(yīng)用于特殊行業(yè)的廢水處理中，如印染廢水等。生物膜法可以分為以下幾種類型：滴濾系統(tǒng)，旋轉(zhuǎn)生物接觸氧化系統(tǒng)，流化床反應(yīng)器。[6]

5.1滴濾系統(tǒng)（Trickling filter system）

該系統(tǒng)是一種簡單且相對便宜的膜式好氧處理裝置。在該處理系統(tǒng)中，通過轉(zhuǎn)動的柵欄噴淋裝置將污水均勻分布于多孔處理床（例如由石子等鋪成）上。在多孔處理床上可生長多種微生物群落和原生動物。當(dāng)污水緩慢地流過處理床時，微生物就吸收并降解了其中的有機(jī)成分，使得污水得到處理。在這樣的處理系統(tǒng)中，天然形成了食物鏈，微生物利用有機(jī)物生長繁殖，原生動物等以微生物為食，從而維持在一個動態(tài)平衡中。如果污水中的營養(yǎng)（BOD）過高，就會導(dǎo)致微生物的過量生長繁殖從而引起多孔處理床的堵塞，這樣便會降低處理效果。

5.2旋轉(zhuǎn)生物接觸氧化系統(tǒng)(Rotating Biological Contactor，RBC)或生物轉(zhuǎn)盤

在這樣的處理系統(tǒng)中，一系列圓盤結(jié)構(gòu)裝置部分浸沒于污水中，部分在空氣中并不斷地旋轉(zhuǎn)，這樣便保持了良好的通氣效果及與污水的接觸，從而在圓盤上形成了“生物膜”。這樣的“生物膜”是由各種微生物、原生動物等構(gòu)成的微生物群落。在掃描電鏡下，典型的生物轉(zhuǎn)盤的“生物膜”有兩層結(jié)構(gòu)，外層主要由絲狀菌等好氧微生物組成，內(nèi)層由包括脫硫弧菌在內(nèi)的厭氧微生物構(gòu)成。因此這樣的“生物膜”具有去除BOD及無機(jī)物（主要是硫酸鹽）的功能。生物轉(zhuǎn)盤處理系統(tǒng)與滴濾系統(tǒng)相比，具有占地少、效率高、運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，但其前期投資較大。這種系統(tǒng)已經(jīng)成功地用于處理城市污水和各種工業(yè)廢水。[9]

5.3流化床反應(yīng)器(Fluidized Bed Reactor，F(xiàn)BR)

由于污水的泵入或曝氣（空氣或氧氣）作用，流化床反應(yīng)器中的載體物質(zhì)（浮石、砂子、塑料等）會在反應(yīng)器中不斷流動，因而得名。在這種系統(tǒng)中，由下向上進(jìn)入的廢水的流速或曝氣的程度被控制在足以使載體流動不互相接觸，但又不能破壞“生物膜”結(jié)構(gòu)的程度。該系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)是載體的比表面積被充分利用，但能耗較高，運(yùn)行成本也相對較高。該系統(tǒng)可用于BOD的去除，也可以用于廢水中硝酸鹽的處理。[10]

了解以上五種環(huán)境污染物的生物處理法后 ，我們發(fā)現(xiàn)，對于固體廢棄物，現(xiàn)在主要采用的是填埋、堆肥、焚燒、用來發(fā)電等處理方法。其中，垃圾填埋及垃圾堆肥技術(shù)都有侵占土地大，需時長的缺陷。同時填埋和垃圾焚燒技術(shù)還都存在火災(zāi)的隱患，而且會給環(huán)境造成二次污染。目前較好的處理方法是利用垃圾發(fā)電，但因?yàn)槌杀靖?，所以還未被普及。現(xiàn)在所使用的一種最先進(jìn)，卓越的垃圾處理方法是先經(jīng)過過篩，回收可再生資源后，引入具有特定功能的微生物，而后進(jìn)行好氧處理或厭氧發(fā)酵。經(jīng)過充分發(fā)酵后的垃圾還可以作為一種很好的農(nóng)業(yè)肥料。對于污水的處理，主要就是控制廢水中的COD、BOD、總懸浮物、TN等，使經(jīng)處理后排放的廢水指標(biāo)達(dá)到上述排放標(biāo)準(zhǔn)。文章中所介紹的活性污泥法，懸浮細(xì)胞法，生物膜法，雖然方法各有不同之處，但其基本原理都是利用系統(tǒng)中各種微生物群落的代謝作用，以去除污水中的污染物。其中活性污泥法具有很高的沉降性能，利于處理廢水，但其缺點(diǎn)就是容易產(chǎn)生絲狀膨脹，導(dǎo)致系統(tǒng)沉降性能減弱，降低處理效果。關(guān)于懸浮細(xì)胞法，就處理效果，效率和各方面因素而言，它都有一些缺陷，沒有活性污泥法高效。一般用懸浮細(xì)胞法處理的效率較低，而且需要較大的空間位置，并且受溫度影響。生物膜法一般適用于一些特殊行業(yè)的廢水處理中，具有速度快、效率高的特點(diǎn)。目前有：滴濾系統(tǒng)，旋轉(zhuǎn)生物接觸氧化系統(tǒng)，流化床反應(yīng)器等比較成熟的技術(shù)。綜上所述，各種生物處理法都有其特有的優(yōu)劣之處，所以我們只有更好的了解每一種處理方法的性能和優(yōu)缺點(diǎn)，并且結(jié)合污染物的性質(zhì)，加以選擇和利用，才能達(dá)到最好的處理效果。

參考文獻(xiàn)：

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[10] 劉湘華,環(huán)境生物技術(shù)原理與應(yīng)用,清華大學(xué)出版社,北京,2003,p138