目前生物法處理污水應用中具有代表性的工藝主要有活性污泥法和生物膜法。下面，根據多年的生產實踐和理論學習，就這兩種工藝方法進行分析與比較。


    一、活性污泥法


    流程與原理


    典型的活性污泥法是由曝氣池、沉淀池、污泥回流系統和剩余污泥排除系統組成。


    污水和回流的活性污泥一起進入曝氣池形成混合液。從空氣壓縮機站送來的壓縮空氣，通過鋪設在曝氣池底部的空氣擴散裝置，以細小氣泡的形式進入污水中，目的是增加污水中的溶解氧含量，還使混合液處于劇烈攪動的狀態，呈懸浮狀態。溶解氧、活性污泥與污水互相混合、充分接觸，使活性污泥反應得以正常進行。


    第一階段，污水中的有機污染物被活性污泥顆粒吸附在菌膠團的表面上，是由于其巨大的表面積和多糖類黏性物質的作用。同時一些大分子有機物在細菌胞外酶作用下分解為小分子有機物。


    第二階段，微生物在氧氣充足的條件下，吸收這些有機 物，并氧化分解，形成二氧化碳和水，一部分供給自身的增殖繁衍。活性污泥反應進行的結果，污水中有機污染物得到降 解而去除，活性污泥本身得以繁衍增長，污水則得以凈化處理。經過活性污泥凈化作用后的混合液進入二次沉淀池，混合液中懸浮的活性污泥和其他固體物質在這里沉淀下來與水分離，澄清后的污水作為處理水排出系統。經過沉淀濃縮的污泥從沉淀池底部排出，其中大部分作為接種污泥回流至曝氣池，以保證曝氣池內的懸浮固體濃度和微生物濃度；增殖的微生物從系統中排出，稱為“剩余污泥”。事實上，污染物很大程度上從污水中轉移到了這些剩余污泥中。


    活性污泥法的原理形象說法：微生物“吃掉”了污水中的有機物，這樣污水變成了干凈的水。它本質上與自然界水體自凈過程相似，只是經過人工強化，污水凈化的效果更好。


    二、生物膜法


    1．生物膜法工藝類型


    潤濕型：生物濾池、生物濾塔、生物轉盤。


    浸沒型：接觸氧化、濾料浸沒在濾池中。


    流動床型：生物活性碳，砂粒介質懸浮流動于池內。


    2．原理


    由于生活污水中含有大量的有機成分，生物膜法依靠固定于載體表面上的微生物膜來降解有機物，由于微生物細胞幾乎能在水環境中的任何適宜的載體表面牢固地附著、生長和繁殖，由細胞內向外伸展的胞外多聚物使微生物細胞形成纖維狀的纏結結構，因此生物膜通常具有孔狀結構，并具有很強的吸附性能。


    生物膜附著在載體的表面，是高度親水的物質，在污水不斷流動的條件下，其外側總是存在著一層附著水層。


    生物膜又是微生物高度密集的物質，在膜的表面上和內部生長繁殖著大量的微生物及微型動物，形成由有機污染物→細菌→原生動物（后生動物）組成的食物鏈。
    

    生物膜是由細菌、真菌、藻類、原生動物、后生動物和其他一些肉眼可見的生物群落組成。污水在流過載體表面時，污水中的有機污染物被生物膜中的微生物吸附，并通過氧向生物膜內部擴散，在膜中發生生物氧化等作用，從而完成對有機物的降解。


    生物膜 表層生長的是好氧和兼氧微生物，而在生物膜的內層微生物則往往處于厭氧狀態，當生物膜逐漸增厚，厭氧層的厚度超過好氧層時，會導致生物膜的脫落，而新的生物膜又會在載體表面重新生成，通過生物膜的周期更新，以維持生物膜反應器的正常運行。


    3．生物膜的更新與脫落


    維持生物膜反應器正常運行的重要環節是生物膜的更新與脫落，生物膜表層生長的是好氧和兼氧微生物，而在生物膜的內層微生物則往往處于厭氧狀態，當生物膜逐漸增厚，厭氧層的厚度超過好氧層時，會導致生物膜的脫落，而新的生物膜又會在載體表面重新生成。


    更新與脫落過程如下：


    首先，厭氧膜的出現過程：


    一是生物膜；


    二是成熟的生物膜一般厚度不斷增加，氧氣不能透入的內部深處將轉變為厭氧狀態；都由厭氧膜和好氧膜組成；


    三是好氧膜是有機物降解的主要場所，一般厚度為2 mm。


    其次，厭氧膜的加厚過程：


    一是厭氧的代謝產物增多，導致厭氧膜與好氧膜之間的平衡被破壞；


    二是氣態產物的不斷 逸出，減弱了生物膜在填料上的附著能力；


    三是成為老化生物膜，其凈化功能較差，且易于脫落。


    再次，生物膜的更新：


    一是老化膜脫落，新生生物膜又會生長起來；


    二是新生生物膜的凈化功能較強。


    三、活性污泥法與生物膜法的比較


    1．活性污泥法優缺點


    長期以來，城市生活污水的二級生 物處理多采用活性污泥法，它是當前世界各國應用最廣的一種二級生物處理工藝，具有以下幾個特點：


    一是采用傳統的活性污泥法，往往基建費、運行費高，能耗大，管理較復雜，易出現污泥膨脹現象；工藝設備不能滿足高效低耗的要求。


    二是隨著污水排放標準的不斷嚴格，對污水中氮、磷等營養物質的排放要求較高，傳統的具有脫氮除磷功能的污水處理工藝多以活性污泥法為主，往往需要將多個厭氧和好氧反應池串聯，形成多級反應池，通過增加內循環來達到脫氮除磷的目的，這勢必要增加基建投資的費用及能耗，并且使運行管理較為復雜。


    三是活性污泥法產生大量的剩余污泥，需要進行污泥無害化處理，增加了投資。


    2．生物膜法優缺點。


    生物膜法也是城市污水二級生物處 理的一種常用方法，與活性污泥法相比具有以下特點：


    一是生物膜對污水水質、水量的變化有較強的適應性，管理方便，不會發生污泥膨脹。


    二是微生物固著在載體表面、世代時間較長的微生物也能增殖，生物相對更為豐富、穩定，產生的剩余污泥少。


    三是能夠處理低濃度的污水。另外，生物膜法的不足之處在于生物膜載體增加了系統的投資；載體材料的比表面積小，反應裝置容積有限、空間效率低，在處理城市污水時處理效率比活性污泥法低；附著于固體表面的微生物量較難 控制，操作伸縮性差；靠自然通風供氧，不如活性污泥供氧充足，容易產生厭氧。