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傳統(tǒng)的生物化學(xué)法運轉(zhuǎn)時必須考慮到反應(yīng)速率和污泥的沉降性能。反應(yīng)速率主要取決于活性污泥的濃度 ，污泥濃度高 ，則反應(yīng)速度就快。但考慮到二沉池不能過大 ，所以活性污泥的濃度就不能太大 ，從而影響了反應(yīng)速率。污泥的沉降性能則取決于曝氣池的運行條件。嚴格控制曝氣池的操作條件是首要條件 ，因此也限制了生物化學(xué)法的應(yīng)用范圍。為了克服這些不足 ，科學(xué)家們首先想到了用膜來進行固液分離。超濾膜分離技術(shù)正是在這樣的情形下發(fā)展起來的。其原理是在一定壓力下，采用具有一定孔徑的分離膜，將溶液中的大分子物質(zhì)、膠體、細菌和微生物截留下來，從而達到濃縮與分離的目的。

物理化學(xué)處理既可以是獨立的處理系統(tǒng)，也可以是生物處理的后續(xù)處理措施。其工藝的選擇取決于廢水水質(zhì)、排放或回收利用的水質(zhì)要求、處理費用等。為除去懸浮的和溶解的污染物而采用的化學(xué)混凝-沉淀和活性炭吸附的兩級處理，就是比較典型的一種物理化學(xué)處理系統(tǒng)。處理過程是在廢水中投加石灰，快速混合后，進行絮凝沉淀，除去大部分懸浮的和膠體的物質(zhì)，同時除去一部分磷酸鹽。沉淀后的出水，流過活性炭接觸床，由于活性炭的吸附作用，除去溶解的污染物，如溶解的有機物等。活性炭要進行反沖洗和再生。沉淀池的沉渣經(jīng)脫水、煅燒后，其中石灰可回收利用；煅燒產(chǎn)生的二氧化碳氣體可用作調(diào)整沉淀出水的pH。通過這個系統(tǒng)處理后，出水水質(zhì)的代表性數(shù)據(jù)是：BOD(生化需氧量)5mg／L、COD(化學(xué)需氧量)15mg／L、懸浮物5mg／L、磷0.15mg／L、氮2.6mg／L。假若對水質(zhì)有其他要求，還可增加相應(yīng)的處理過程，如為了進一步脫氮，可以增加氨解析、離子交換或折點氯化。 和生物處理法相比，物理化學(xué)處理法的優(yōu)點是：占地面積可少1／4至1／2；出水水質(zhì)好，而且效果比較穩(wěn)定；對廢水水量、水溫和濃度變化的適應(yīng)性較強；可以除去有害的重金屬離子；除磷、脫氮和脫色的效果好；可根據(jù)不同要求，選擇處理方案；處埋系統(tǒng)的操作管理易于實現(xiàn)自動檢測和自動控制。但這種處理系統(tǒng)的設(shè)備費和日常運轉(zhuǎn)費較高，要比生物處理法消耗較多的能源和物料，因此決定處理工藝方案時要根據(jù)對出水水質(zhì)的要求，進行技術(shù)、經(jīng)濟比較和對環(huán)境影響的全面分析。

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聚磷菌利用廢水中的可降解有機物提供自身生長繁殖的能量，吸收環(huán)境中溶解的磷酸鹽，通過聚合磷酸鹽形式儲存于體內(nèi)，聚磷菌通過對磷的吸收達到生物除磷目的。水中的有機碳經(jīng)過厭氧段和缺氧段時分別被利用，進入好氧段后濃度很低，其有助于自養(yǎng)硝化細菌生長，其將氨氮進行消化作用形成硝酸鹽。有機碳通過降解后達到有機物排放標(biāo)準(zhǔn)。AAO工藝各個單元區(qū)域分布明確，此工藝與其他工藝相比有以下優(yōu)點：
①運行價格低，構(gòu)造簡單，三個區(qū)域交替運行，總水力停留時間短，防止絲狀菌大量生長，不容易出現(xiàn)污泥膨脹現(xiàn)象。
②統(tǒng)剩余污泥量較少，并且有很好的沉降性。
③在脫氮除磷的同時能夠有效去除有機物。
④運行系統(tǒng)比較穩(wěn)定，管理方便，容易控制。
⑤工藝相對其他工藝來說相對成熟，技術(shù)風(fēng)險相對較小，便于老廠改造，運行方式靈活。此方法在除磷、脫氮時也存在矛盾，比如硝化菌、聚磷菌和反硝化菌在對污泥齡、水碳源和有機負荷上存在競爭與矛盾，使其在同一系統(tǒng)很難達到高效脫氮除磷，所以我們想要提高效率，需要從優(yōu)化和利用碳源，控制好污泥齡和根據(jù)水質(zhì)調(diào)節(jié)污泥負荷等方面進行改良。
在厭氧區(qū)，聚磷菌釋放出磷、吸收低分子有機物并儲存于細胞內(nèi);在缺氧區(qū)，通過反硝化細菌對硝酸鹽與可生物降解的有機物進行反硝化反應(yīng)形成氮氣溢出，達到脫氮除磷的目的;在好氧區(qū)，廢水通過好氧區(qū)一邊繼續(xù)降解而有機物，一邊將氨氮物質(zhì)通過生物硝化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為硝酸鹽。