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生物处理适用于可以被微生物降解的废水，按微生物的生存环境可分为好氧法和厌氧法。好氧生物处理宜用于进水BODS/COD ≥0.3的废水。厌氧生物处理宜用于高浓度、难生物降解有机废水和污泥等的处理。
好氧处理包括传统活性污泥、氧化沟、序批式活性污泥法((SBR)、生物接触氧化、生物滤池、曝气生物滤池等，其中前三种方式属活性污泥法好氧处理，后三种属生物膜法好氧处理。
(1)传统活性污泥法。
适用于以去除污水中碳源有机物为主要目标，无氮、磷去除要求的情况。自从1914年Ardern和Lockett发明活性污泥法以来，已经出现了许多不同类型的活性污泥处理工艺。按反应器类型划分，有推流式活性污泥法、阶段曝气法、完全混合法、吸附再生法，以及带有微生物选择池的活性污泥法。按供氧方式以及氧气在曝气池中分布特点，处理工艺分为传统曝气工艺、渐减曝气工艺和纯氧曝气工艺。按负荷类型分为传统负荷法、改进曝气法、高负荷法、延时曝气法。
传统活性污泥处理法:传统(推流式)活性污泥法的曝气池为长方形，经过初沉的废水与回流污泥从曝气池的前端，并借助空气扩散管或机械搅拌设备进行混合。
一般沿池长方向均匀设置曝气装置。在曝气阶段有机物进行吸附、絮凝和氧化。活性污泥在二沉池进行分离。传统(推流式)活性污泥法工艺流程见图11-6。
阶段曝气法:阶段曝气法(又称为阶段进水法)通过阶段分配进水的方式避免曝气池中局部浓度过高的问题。采用阶段曝气后，曝气池沿程污染物浓度分布和溶解氧消耗明显改善。由于废水中常含有抑制微生物产生的物质，以及会出现浓度波动幅度大的现象，因此阶段曝气法得到较广泛的使用(图11-7)。
完全混合法:完全混合法活性污泥处理工艺(又称为带沉淀和回流的完全混合反应器工艺)。在完全混合系统中废水的浓度是一致的，污染物的浓度和氧气需求沿反应器长度没有发生变化。在完全混合法工艺中，只要污染物是可被微生物降解的，反应器内的微生物就不会直接暴露于浓度很高的进水污染物中。因此，该工艺适合于含可生物降解污染物及浓度适中的有毒物质的废水。与运行良好的推流式活性污泥法工艺相比，它的污染物去除率较低。
吸附再生法:吸附再生工艺(又称为接触稳定工艺)由接触池、稳定池和二沉池组成。来自初沉池的废水在接触反应器中与回流污泥进行短暂的接触(一般为10-60 min)，使可生物降解的有机物被氧化或被细胞吸收，颗粒物则被活性污泥絮体吸附，随后混合液流入二沉池进行泥水分离。分离后的废水被排放，沉淀后浓度较高的污泥则进入稳定池继续曝气，进行氧化过程。浓度较高的污泥回流到接触池中继续用于废水处理。吸附再生法适用于运行管理条件较好并无冲击负荷的情况。
带选择池的活性污泥法:该工艺在曝气池前设置一个选择池。回流污泥与污水在选择池中接触10-30 min，使有机物部分被氧化，改变或调节活性污泥系统的生态环境，从而使微生物具有更好的沉降性能。
传统负荷法经过不断地改进，对于普通城市污水，BODS和悬浮固体(SS)的去除率都能达到85%以上。传统负荷类型的经验参数范围是:混合液污泥浓度在1200-3 000 mg/L,曝气池的水力停留时间为6h左右，BODS负荷约为0.56 kg/ (m3 . d).
改进曝气类型适用于不需要实现过高去除率(BOD去除率>85%)，通过沉淀即可达到去除要求的情况。负荷经验参数范围是:混合液污泥浓度300-600 mg/L,曝气时间为1.5-2 h, BODS和SS的去除率在65%-75%0
高负荷类型是通过维持更高的污泥浓度，在不改变污泥龄的情况下，减小水力停留时间来减少曝气池的体积，同时保持较高的去除率。污泥浓度达到4000-10 000 mg/L时，BODS容积负荷可以达到1.63.2 kg/ (m3 - d)。在氧气供应充足并环境影响评价技术方法不存在污泥沉降问题的条件下，高负荷法可以有效地减小曝气池体积并达到90%以上的BOD:和SS去除率。目前，许多高负荷法使用纯氧曝气来提高传氧速率，以避免曝气池紊动度过大引起污泥絮凝性和沉降性变差。如果不能提供充足的氧气，会引起严重的污泥沉降，尤其是污泥膨胀的问题。
延时曝气工艺采用低负荷的活性污泥法以获取良好稳定出水水质。延时曝气法中停留时间一般为24 h，污泥质量浓度一般为3 0006 000 mg/L, BOD5负荷<0.24 kg/ (m3 - d )。由于污泥负荷低、停留时间长，污泥处于内源呼吸阶段，剩余污泥量少(甚至不产生剩余污泥)，因此污泥的矿化程度高，无异臭、易脱水，实际上是废水和污泥好气消化的综合体。典型的问题是污泥膨胀引起的污泥流失、硝化问题导致pH值降低以及出水悬浮物增高等。
(2)氧化沟。
氧化沟属延时曝气活性污泥法(图11-8)，氧化沟的池型，既是推流式，又具备完全混合的功能。氧化沟与其他活性污泥法相比，具有占地大、投资高、运行费用也略高的缺点，适用于土地资源较丰富地区;在寒冷地区，低温条件下，反应池表面易结冰，影响表面曝气设备的运行，因此不宜用于寒冷她区。
(3)序批式活性污泥法(SBR) 。
适用于建设规模为III类、IV类、V类的污水处理厂和中小型废水处理站，适合于间歇排放工业废水的处理。SBR反应池的数量不应少于2个。SBR以脱氮为主要目标时，应选用低污泥负荷、低充水比;以除磷为主要目标时，应选用高污泥负荷、高充水比。
(4)生物接触氧化。
适用于低浓度的生活污水和具有可生化性的工业废水处理，生物接触氧化池应根据进水水质和处理程度确定采用一段式或多段式。生物接触氧化池的个数不应少于2个。