摘要：现代人类的生产活动造成了很多环境污染，这已成为全世界的共同问题。本文将从城市垃圾生物处理技术，污水生物处理技术，悬浮细胞法，活性污泥法，生物膜法，这五个方面展开关于废弃物生物处理的方法介绍。

关键词：固体废物，堆埋，堆肥，焚烧，生物处理，生活污水，环境污染，活性污泥，生物膜

前言：

在我国过去几十年的经济发展中，由于忽视了发展中的环境保护问题，目前环境状况十分严峻，已经影响了我国经济的可持续发展。世界各国的科学家和工程技术人员，针对环境污染的问题和不同的环境污染类型，发展了各种处理办法。主要可以分为三大类：化学法（如絮凝沉淀法）、物理法（过滤）和生物法（如活性污泥法）。这三类方法也可以结合使用。[1] 其中生物处理(Biotreatment)也叫生化处理，是指利用处理系统中的生物，特别是微生物的代谢活动以及各种特性来处理各种废弃物的过程。主要是针对各种污染源和小范围的环境污染。生物技术在处理环境污染物方面具有速度快、消耗低、效率高、成本低、反应条件温和以及无二次污染等显著优点，为从根本上解决环境问题提供了希望，因而越来越受到人们的青睐。

1.    城市垃圾生物处理技术

由于人类活动，每天都有大量的固体废弃物，如各种垃圾的产生，特别是大城市的固体废弃物的产量更是惊人。这些固体废弃物都应该进行无害化处理，但目前几乎95%的垃圾未经这样的处理，一般只是简单地堆集起来或倾入江河中。固体废弃物中不仅含有各种无机物，如玻璃、金属等，还含有大量的有机物，包括可降解的淀粉、蛋白质、废纸、烃类等和很难降解的塑料等，其中的很大部分是可以回收利用的，因此提倡垃圾的分类包装，回收可再生的资源，是一箭双雕之举。

固体废弃物的处理有很多方法，如填埋、堆肥、焚烧、用来发电等。

垃圾的填埋处理不仅需要侵占大量的土地资源，而且需要很长时间（一般至少50-100年）才能完全使所填埋的垃圾无害化，因此填埋了垃圾的土地长期不能使用，甚至还可能引起火灾。由于填埋于地下的垃圾，绝大部分是有机物，在厌氧微生物的作用下进行发酵，能产生大量的沼气逸出地面，遇火即可发生火灾；填埋的垃圾还可能污染地下水。[2]

垃圾焚烧同样也存在火灾的隐患，同时焚烧时还会产生大量废气，造成对环境的再次污染，我们称这种污染为二次污染。[3]

较好的物理方法是利用垃圾发电。这在发达国家是一种比较普遍采用的处理城市垃圾的方法，我国也建立了几座垃圾发电厂，但目前在我国还不能普遍推广，因为成本很高。

垃圾堆肥是较原始的简易的固体垃圾生物处理方法。主要是利用垃圾中原本带有的微生物进行自然发酵。这种方法虽然可以采用，但所需的处理时间长，处理量小，发酵过程不易控制。[4]

现在发展了新的城市垃圾生物处理工艺。这种工艺是先经过过筛，回收可再生资源后，引入具有特定功能的微生物（主要是一些能高效降解有机物质，如纤维素、脂肪、蛋白质的微生物）进行好氧处理或厌氧发酵，加速发酵过程，同时还可以收集所产生的沼气。经过充分发酵后的垃圾是一种很好的农业肥料。如果实现垃圾处理工厂化，可以使发酵周期缩短（1-2星期），并且处理量较大。发酵过程可以实现全自动化控制，发酵后形成的肥料的质量也能得到保证。[5]

2.污水生物处理技术

在废水排放到环境中之前的处理，主要是控制废水中的COD (化学需氧量)、BOD (生化需氧量)、总悬浮物、TN (总氮)等，使经处理后排放的废水的上述指标达到排放标准。BOD值是废水中可被生物氧化的有机物含量及氨的含量，它反映了废水可进行生物化学处理的程度；COD值是采用化学强氧化剂与废水中有机物和氨进行反映的总量，表明了废水的污染程度。COD值总是大于BOD值。世界各国根据各自的国情制定的废水排放标准不尽相同。[6]

污水综合排放标准（GB8978-88，废水部分，mg/L）[7]

废水的处理方法主要可归结为三类：物理法、化学法和生物法。

目前普遍使用生物法或生物法与其它方法结合。在废水的生物处理中，虽然用于废水处理的生物反应器类型及工艺流程很多，如厌氧-好氧工艺、硫化床工艺、接触氧化法、上流式厌氧污泥床(UASB)工艺、连续批式反应器(SBR)工艺等，视废水类型及污染程度而采取不同的处理策略，但其基本原理都是利用处理系统中的各种微生物群落的代谢作用，以去除污水中的污染物。[6]根据处理系统中微生物所处的状况，则可以分为：悬浮细胞法、活性污泥法、生物膜法等。　目前最普遍使用的是活性污泥法，特别是在城市污水处理中。而效率较好的是生物膜法，特别是在特殊行业废水的处理中应用最为常见。

3.活性污泥法

活性污泥(Activated sludge)可分为好氧活性污泥和厌氧颗粒活性污泥，不论是哪一种，活性污泥都是由各种微生物、有机物和无机物胶体、悬浮物构成的结构复杂的肉眼可见的绒絮状微生物共生体。这样的共生体有很强的吸附能力和降解能力，可以吸附和降解很多的污染物，可以达到处理和净化污水的目的。[8]活性污泥法是最常见的污水生物处理方法，污水在经过初步沉淀去除各种大块颗粒之后送到好氧反应池，在池中通过曝气或搅拌供给氧气。在活性污泥法中，经处理后排出的水中的大部分活性污泥被沉淀下来返回反应池，这样可以维持很高的微生物密度和活性。当污水停留在好氧反应池期间，一部分有机物被处理成无机物，即矿化；另一部分转化为微生物细胞物质。在活性污泥法中，严重影响处理效果的是污泥的沉降性能。如果活性污泥沉降性能差，由于丝状细菌和真菌的过分繁殖将导致活性污泥膨胀。虽然活性污泥的膨胀机理尚不完全清楚，但通常在碳氮比(C：N)和碳磷比(C：P)的比值较高，水中溶解的氧气浓度较低的条件下容易产生。为维持良好的处理效果，应当避免发生污泥膨胀，因此在活性污泥法中要严格控制进入系统废水的C：N和C：P的比值，并维持较高的溶解氧水平，这样才能维持良好运行状态。产生的活性污泥除一部分回流利用外，其它多余的则需要另外处理。处理的方法是厌氧消化、填埋或干燥。干燥后的处理物可以用作农业肥料。

图1. 活性污泥法流程示意图：

1、原污水；2、初次沉淀池；3、曝气池；4、二次沉淀池；5、处理后污水；6、回流污泥；7、再生池；8、生污泥；9、剩余污泥；10、污泥浓缩池；11、脱水设备或污泥消化池等。

活性污泥法是一个连续的处理过程，因而易于采用计算机控制而实现监控自动化。此外，活性污泥法处理废水的效率可以根据具体条件而作较大的调整，因而可用于处理流速及浓度发生较大变化的污水。活性污泥法被广泛用于处理城市生活污水和各种工业废水。

活性污泥法的主要问题是产生大量剩余的污泥，需要用其它办法处理。现在世界各国，包括我国都发展了各种处理系统以减少剩余污泥的产量，颗粒活性污泥法就是一种行之有效的方法。这种方法是把活性污泥培养成颗粒状，用颗粒活性污泥完全矿化废水中的有机物，而不形成新的微生物细胞，或者只在颗粒活性污泥内部维持微生物细胞的新老更替。

4.悬浮细胞法

在这样的处理系统中，微生物细胞悬浮在所需处理的污水中，而不是形成“生物膜”那样的被固定起来。例如，氧化塘即是经典的悬浮细胞污水处理系统。氧化塘的效率较低，并需要较大的空间位置，氧化有机物所需的氧气来自于藻类的光合作用，主要通过扩散而被其它微生物吸收利用。这种系统中氧化作用通常不完全，因而常常产生较大的臭味。由于它是一个开放系统，所以它的处理效率受季节温度波动的影响很大，这种处理系统只能在温暖的地方使用。北京高碑店污水处理厂的好氧池即采用此方法。

5.生物膜法

生物膜(Biofilm)是通过附着而固定于特定载体上的结构复杂的微生物共生体。相对于活性污泥来说，在单位体积生物膜中所含的微生物数量更高、比表面积更大。生物膜比活性污泥具有更强的吸附能力和降解能力，可以吸附和降解污水中的各种污染物，具有速度快、效率高的特点。[1]在使用生物膜法处理污水时，要求在处理系统的构筑物中装填一定数量的填料，这些填料一方面可以扩大处理系统的比表面积，另一方面为微生物提供附着固定的载体。生物膜处理系统的性能、效率取决于其中微生物活性的高低和所装填料的多少及其比表面积。一般来说，生物膜法较多应用于特殊行业的废水处理中，如印染废水等。生物膜法可以分为以下几种类型：滴滤系统，旋转生物接触氧化系统，流化床反应器。[6]

5.1滴滤系统（Trickling filter system）

该系统是一种简单且相对便宜的膜式好氧处理装置。在该处理系统中，通过转动的栅栏喷淋装置将污水均匀分布于多孔处理床（例如由石子等铺成）上。在多孔处理床上可生长多种微生物群落和原生动物。当污水缓慢地流过处理床时，微生物就吸收并降解了其中的有机成分，使得污水得到处理。在这样的处理系统中，天然形成了食物链，微生物利用有机物生长繁殖，原生动物等以微生物为食，从而维持在一个动态平衡中。如果污水中的营养（BOD）过高，就会导致微生物的过量生长繁殖从而引起多孔处理床的堵塞，这样便会降低处理效果。

5.2旋转生物接触氧化系统(Rotating Biological Contactor，RBC)或生物转盘

在这样的处理系统中，一系列圆盘结构装置部分浸没于污水中，部分在空气中并不断地旋转，这样便保持了良好的通气效果及与污水的接触，从而在圆盘上形成了“生物膜”。这样的“生物膜”是由各种微生物、原生动物等构成的微生物群落。在扫描电镜下，典型的生物转盘的“生物膜”有两层结构，外层主要由丝状菌等好氧微生物组成，内层由包括脱硫弧菌在内的厌氧微生物构成。因此这样的“生物膜”具有去除BOD及无机物（主要是硫酸盐）的功能。生物转盘处理系统与滴滤系统相比，具有占地少、效率高、运行稳定等优点，但其前期投资较大。这种系统已经成功地用于处理城市污水和各种工业废水。[9]

5.3流化床反应器(Fluidized Bed Reactor，FBR)

由于污水的泵入或曝气（空气或氧气）作用，流化床反应器中的载体物质（浮石、砂子、塑料等）会在反应器中不断流动，因而得名。在这种系统中，由下向上进入的废水的流速或曝气的程度被控制在足以使载体流动不互相接触，但又不能破坏“生物膜”结构的程度。该系统的最大优点是载体的比表面积被充分利用，但能耗较高，运行成本也相对较高。该系统可用于BOD的去除，也可以用于废水中硝酸盐的处理。[10]

了解以上五种环境污染物的生物处理法后 ，我们发现，对于固体废弃物，现在主要采用的是填埋、堆肥、焚烧、用来发电等处理方法。其中，垃圾填埋及垃圾堆肥技术都有侵占土地大，需时长的缺陷。同时填埋和垃圾焚烧技术还都存在火灾的隐患，而且会给环境造成二次污染。目前较好的处理方法是利用垃圾发电，但因为成本高，所以还未被普及。现在所使用的一种最先进，卓越的垃圾处理方法是先经过过筛，回收可再生资源后，引入具有特定功能的微生物，而后进行好氧处理或厌氧发酵。经过充分发酵后的垃圾还可以作为一种很好的农业肥料。对于污水的处理，主要就是控制废水中的COD、BOD、总悬浮物、TN等，使经处理后排放的废水指标达到上述排放标准。文章中所介绍的活性污泥法，悬浮细胞法，生物膜法，虽然方法各有不同之处，但其基本原理都是利用系统中各种微生物群落的代谢作用，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，利于处理废水，但其缺点就是容易产生丝状膨胀，导致系统沉降性能减弱，降低处理效果。关于悬浮细胞法，就处理效果，效率和各方面因素而言，它都有一些缺陷，没有活性污泥法高效。一般用悬浮细胞法处理的效率较低，而且需要较大的空间位置，并且受温度影响。生物膜法一般适用于一些特殊行业的废水处理中，具有速度快、效率高的特点。目前有：滴滤系统，旋转生物接触氧化系统，流化床反应器等比较成熟的技术。综上所述，各种生物处理法都有其特有的优劣之处，所以我们只有更好的了解每一种处理方法的性能和优缺点，并且结合污染物的性质，加以选择和利用，才能达到最好的处理效果。

参考文献：

[1] 孙成,环境监测学,科学出版社,北京,2003年,p32

[2] 王海福,我国垃圾焚烧技术和装备的现状及发展方向,中国环保互联网,

[3] 王华,城市生活垃圾焚烧技术,冶金工业出版社,北京, 2001,p139

[4] 张宝国,堆肥工艺,资源与环境网站,

[5] 孙宁,固体垃圾的处理及填埋方法,中国投资项目超市网站,

[6] 何强,环境学导论,清华大学出版社,北京,2001年,p78

[7] 高艳玲,污水生物处理新技术,中国建材工业出版社,陕西,2004年,p106

[8] 程光胜,活性污泥的培养步骤,中国污泥网站,

[9] 石峰,生物接触氧化法在水处理实际应用中的分析,环境技术网站,

[10] 刘湘华,环境生物技术原理与应用,清华大学出版社,北京,2003,p138