废水生物处理技术

本书共分十一章，内容涵盖废水的特征与水处理基础理论、废水生物处理的核心原理、生物质的截留技术，以及好氧、厌氧、脱氮、除磷等各类生物处理工艺，同时系统介绍了氧化沟、 SBR、生物膜法及生态工程等典型工艺类型。每一章节均以问题为导向，通过逐层递进的设问形式，深入浅出地阐释复杂概念和技术要点。
本书内容丰富，资料翔实。可供从事废水生物处理行业的设计及管理人员阅读，也可作为相关领域在校学生、在职人员培训用书，还可供环保业余爱好者、宣传工作者参考。

“废水生物处理”是高等院校环境科学与工程、给排水科学与工程等专业的核心专业基础课程，同时也是污染控制工程知识体系的重要支撑模块。该技术以微生物的自然代谢机制为基础，将污染物作为微生物的“食物”，通过其生理生化过程转化为无害的稳定物质。这一本质原理使其展现出显著优势，不仅是对自然界物质循环过程的工程化延伸，也是实现污染物减量化、稳定化和资源化的关键技术途径。与物理、化学处理方法相比，生物处理法通常具备处理更彻底、能耗较低、二次污染少、运行经济性较好等突出特点，已成为现代废水处理系统中不可或缺的核心工艺环节。
本书致力于系统构建废水生物处理的知识体系与技术框架，在系统阐述核心理论的基础上，融入相关工程标准、设计规范与行业前沿动态，力求全面呈现该领域的技术全景与发展趋势。我们将以问题为导向，引导读者从废水特性及水处理宏观背景入手，逐步深入阐释废水生物处理的基本原理、生物质截留机制、有机污染物的好氧与厌氧处理、生物脱氮与强化除磷等技术方法与机理，并进一步剖析活性污泥法、生物膜法、自然处理系统等典型工艺。无论您是环境工程专业的学生、初入行业的技术人员，还是致力于工艺升级的行业决策者，本书旨在为您提供扎实的理论基础、清晰的工艺图谱，以及具有实践指导意义的技术指南。让我们共同走进这个由微生物主导的奇妙净水世界，探索“化污水为清流”背后蕴含的科学逻辑与工程艺术，以知识与智慧守护每一方碧水清波。
本书由梁继东和王文东主编，并承蒙宁丁莹、李改改、王莹、郭吾科四位同学协助完成书稿相关资料的查阅、整理与编辑工作，在此谨致谢忱。
由于废水生物处理领域涉及面广、技术更新迅速，加之编者水平有限，书中难免存在疏漏与不足，恳请广大读者批评指正，以便再版时修订完善。

编者 
2026年1月

一、废水的特征及水处理概述1
1. 废水来自哪里？ 1
2. 废水包含哪些污染物？ 1
3. 废水污染的传播与危害是怎样的？ 2
4. 如何评估水污染及水处理效果？ 2
5. 废水的物理特征有哪些？ 3
6. 废水的无机污染评估指标有哪些？ 3
7. 废水的有机污染评估指标有哪些？ 4
8. 废水的生物组成如何？ 6
9. 怎样分析废水的毒性？ 6
10. 什么是废水流量和污染负荷？ 7
11. 怎么确定废水处理目标？ 7
12. 废水处理如何分级？ 各级处理的目的是什么？ 8
13. 水处理技术与工艺选择需要考虑哪些因素？ 8
14. 废水生物处理发展历程如何？ 9
15. 废水生物处理的主要工艺类型有哪些？ 10

二、废水生物处理原理12
16.在废水处理中是什么角色？ 12
17. 废水生物处理微生物有何特点？ 12
18. 废水处理中的重要生物反应过程有哪些？ 13
19. 微生物组成和分类如何？ 13
20. 影响微生物生长的环境因素有哪些？ 13
21. 根据能源和碳源的不同如何划分微生物营养类型？ 14
22. 微生物增长的营养需求有哪些？ 15
23. 微生物的生长模式如何？ 15
24. 什么是微生物产率？ 16
25. 如何通过化学计量学估算生物产率？ 17
26. 如何通过化学计量学估算生化需氧量？ 17
27. 微生物生长动力学是怎样的？ 18
28. 什么是微生物衰减？ 18
29. 底物消耗与微生物生长的关系是怎样的？ 19
30. 什么是氧消耗速率？ 20
31. 温度对微生物反应有怎样的影响？ 20
32. 反应器中VSS 与活性生物质之间的关系是怎样的？ 20
33. 什么是生物净产率与表观产率？ 21

三、生物质的截留22
34. 什么是HRT？ 22
35. 怎样计算无生物质截留反应器的生物质质量平衡？ 22
36. 无生物质截留反应器出水浓度的决定因素是什么？ 23
37. 怎样计算无生物质截留反应器的底物质量平衡？ 23
38. 无生物质截留反应器微生物生长的决定因素是什么？ 23
39. 无生物质截留反应器的微生物生长与底物利用关系如何？ 24
40. 怎样计算无生物质截留反应器的最小HRT？ 24
41. 怎样计算无生物质截留反应器的最小出水浓度？ 25
42. 什么是SRT？ 25
43. 为什么需要生物质截留？ 25
44. 怎样计算有生物质截留反应器的生物质质量平衡？ 26
45. 有生物质截留反应器出水浓度的决定因素有哪些？ 26
46. 怎样计算有生物质截留反应器的底物质量平衡？ 27
47. 有生物质截留反应器微生物生长的决定因素是什么？ 27
48. 如何计算有生物质截留反应器的最小SRT 和最小出水浓度？ 27
49. 如何计算污泥产量？ 28
50. 什么是TSS、VSS 和TDS？ 它们之间的关系是怎样的？ 29
51. 如何测量TSS、VSS 和TDS？ 29
52. 实现生物质截留的常用方法有哪些？ 30
53. 什么是污泥的SVI30？ 如何测量？ 30
54. 什么是污泥的二次沉淀？ 污泥二次沉淀及污泥回流的意义是什么？ 31
55. 如何计算污泥沉淀速率？ 31
56. 污泥沉淀速率与污泥回流及生物反应器污泥浓度存在怎样的关系？ 32
57. 二沉池的典型设计参数有哪些？ 33

四、有机污染的好氧生物处理34
58. 好氧生物处理的基本原理是什么？ 34
59. 什么是生物反应器的OLR，决定最大OLR 的因素有哪些？ 34
60. 好氧生物处理工艺如何分类？ 35
61. 什么是传统活性污泥法？ 35
62. 传统活性污泥法的发展历程是怎样的？ 36
63. 影响活性污泥法处理效果的因素有哪些？ 36
64. 活性污泥微生物的增长规律是什么？ 37
65. 活性污泥是怎样形成的？ 38
66. 活性污泥的形态组成如何？ 38
67. 传统活性污泥法曝气池有哪几类？ 38
68. 常见活性污泥处理系统的运行参数有哪些？ 39
69. 活性污泥系统运行中有哪些常见的异常现象？ 可采取哪些对策？ 40
70. 污泥质量诊断参数及标准如何？ 41
71. 典型的污泥性状指示生物有哪些？ 43
72. 什么是污泥膨胀？ 导致污泥膨胀的常见因素有哪些？ 43
73. 如何进行传统活性污泥处理系统曝气池的设计计算？ 44
74. 如何计算活性污泥需氧量？ 45
75. 典型的曝气设备有哪些类型？ 46
76. 表示曝气装置技术性能的指标有哪些？ 46
77. 如何进行鼓风曝气系统的计算与设计？ 46
78. 如何控制曝气池内的溶解氧量？ 48
79. 怎样进行污泥的培养和驯化？ 49
80. 如何计算传统活性污泥处理系统的污泥龄？ 49
81. 怎样进行污泥回流系统的设计？ 50

五、有机污染的厌氧生物处理52
82. 什么是有机污染物的厌氧消化？ 52
83. 厌氧消化包括哪些基本过程？ 52
84. 什么是有机污染物的厌氧水解酸化？ 53
85. 有机污染物的水解动力学是怎样的？ 53
86. 产甲烷与产氢产乙酸之间存在怎样的依存关系？ 54
87. 产甲烷过程及类型有哪些？ 55
88. 产甲烷动力学是怎样的？ 55
89. 什么是产甲烷潜力（BMP）？ 如何测试？ 56
90. 常见的厌氧生物降解的电子受体有哪些？ 57
91. 厌氧生物降解的营养需求如何？ 57
92. 混合搅拌对厌氧生物降解有哪些作用？ 58
93. 厌氧生物降解的温度需求如何？ 58
94. 厌氧生物降解的pH 需求如何？ 59
95. 厌氧生物降解的常见抑制因素有哪些？ 如何应对？ 60
96. 厌氧生物处理技术经历了怎样的发展历程？ 60
97. 厌氧生物处理反应器的发展历程是怎样的？ 61
98. 什么是连续搅拌厌氧反应器（CSTR）？ 有何特点？ 61
99. 什么是厌氧生物滤池（AF）？ 有何特点？ 62
100. 什么是厌氧颗粒污泥？ 63
101. 厌氧颗粒污泥是如何形成的？ 63
102. 什么是升流式厌氧污泥床反应器（UASB）？有何特点？ 63
103. 什么是膨胀颗粒污泥床反应器（EGSB）？ 有何特点？ 64
104. 什么是厌氧内循环反应器（IC）？ 有何特点？ 65
105. 什么是厌氧折流板反应器（ABR）？ 有何特点？ 66
106. 什么是两段厌氧生物处理？ 与一段厌氧生物处理比较有何优缺点？ 66
107. 厌氧生物处理与好氧生物处理比较有何优点和缺点？ 67

六、生物脱氮69
108. 氮污染情况如何？ 69
109. 氮污染存在哪些危害？ 69
110. 氮污染控制目标如何？ 70
111. 自然界中氮存在形态有哪些？ 70
112. 自然界中氮转化包括哪些过程？ 71
113. 水处理中的主要氮转化过程有哪些？ 71
114. 硝化过程是怎样的？ 72
115. 反硝化过程是怎样的？ 72
116. 硝化代谢的化学计量学是怎样的？ 72
117. 硝化过程的环境影响因素有哪些？ 73
118. 硝化过程的污泥产量如何计算？ 74
119. 硝化过程的需氧量如何计算？ 74
120. 反硝化代谢的化学计量学是怎样的？ 75
121. 硝态氮作为电子受体与氧作为电子受体相比较如何？ 75
122. COD/NO-3-N 值对废水处理的意义是什么？ 75
123. 反硝化菌的生长动力学是怎样的？ 76
124. 后置反硝化生物脱氮过程（O/A） 是怎样的？ 76
125. 前置反硝化生物脱氮过程（A/O） 是怎样的？ 77
126. 回流对于A/O 脱氮的意义是怎样的？ 77
127. A/O 工艺有何特点和不足？ 78
128. A/O 生物脱氮工艺对进水水质有何要求？ 78
129. 影响A/O 系统脱氮效率的因素有哪些？ 80
130. A/O 脱氮系统的设计参数有哪些？ 80
131. 如何确定A/O 脱氮系统的污泥龄？ 81
132. 如何确定A/O 脱氮系统中的好氧池体积？ 81
133. 如何确定A/O 脱氮系统中的缺氧池体积？ 82
134. 如何实现同步硝化-反硝化？ 82
135. 什么是厌氧氨氧化（Anammox）？ 83
136. Anammox 经历了怎样的发展历程？ 83
137. Anammox 的化学计量学如何？ 84
138. Anammox 的特点及影响因素有哪些？ 84
139. 什么是部分硝化-Anammox 脱氮工艺（PN/A）？ 85
140. 什么是部分反硝化-Anammox 脱氮工艺（PDN/A）？ 85
141. 什么是同步硝化-Anammox-反硝化脱氮工艺（SNAD）？ 85

七、强化生物除磷87
142. 磷污染存在怎样的现实问题？ 87
143. 废水除磷的目标是什么？ 87
144. 生物除磷是如何被发现的？ 88
145. 什么是聚磷菌（PAOs）？ 88
146. PAOs 的新陈代谢特征如何？ 88
147. 生物除磷的基本原理和过程如何？ 89
148. 生物除磷的化学计量学是什么？ 90
149. 生物除磷需要的环境条件是怎样的？ 90
150. 生物除磷工艺发展如何？ 91
151. 强化生物除磷对水处理整体工艺的影响是怎样的？ 93
152. 影响强化生物除磷效果的因素有哪些？ 93
153. A2 /O 系统的基本过程是怎样的？ 94
154. A2 /O 在运行中存在哪些问题？ 95
155. A2 /O 脱氮除磷系统的设计参数如何？ 95
156. 如何进行A2 /O 脱氮除磷系统好氧池容积的计算？ 96
157. 如何进行A2 /O 脱氮除磷系统缺氧池容积的计算？ 96
158. 如何进行A2 /O 脱氮除磷系统厌氧池容积的计算？ 97

八、氧化沟生物处理工艺98
159. 什么是氧化沟处理工艺？ 98
160. 氧化沟废水处理工艺的发展过程如何？ 98
161. 氧化沟工艺的特点是什么？ 99
162. 氧化沟工艺有哪几部分？ 99
163. 氧化沟如何分类？ 100
164. 什么是Carrousel 氧化沟？ 100
165. Carrousel 氧化沟的原理是什么？ 101
166. Carrousel 氧化沟的发展历程如何？ 101
167. Carrousel 氧化沟在运行中存在哪些问题？应如何解决？ 102
168. 交替工作式氧化沟的分类和特点是什么？ 104
169. VR 型氧化沟的工作原理是什么？ 104
170. D 型和DE 型氧化沟的工作原理是什么？ 104
171. T 型氧化沟的构造是怎样的？ 105
172. 三沟式氧化沟是如何实现脱氮除鳞的？ 105
173. Orbal 氧化沟的工艺流程是怎样的？ 106
174. Orbal 氧化沟的典型构造是怎样的？ 106
175. Orbal 氧化沟有何特点？ 107
176. Orbal 氧化沟的曝气设备有何特点？ 107
177. Orbal 氧化沟的适用范围是什么？ 108
178. Orbal 氧化沟是如何实现脱氮功能的？ 108
179. 什么是一体式氧化沟？ 109
180. 一体式氧化沟有何特点？ 109
181. 一体式氧化沟是如何实现固液分离的？ 109
182. 如何选择船形氧化沟的设计参数？ 110
183. 如何确定挡流板的安装位置？ 110
184. 氧化沟沟池水位的变化对挡流板有何影响？ 111
185. 氧化沟工艺的曝气方式有哪些？ 111
186. 不同形式的氧化沟工艺曝气设备的能耗如何？ 112
187. 如何选择氧化沟工艺的曝气设备？ 112
188. 如何确定氧化沟的设计参数？ 113
189. 如何确定常规氧化沟的污泥龄？ 113
190. 如何计算常规氧化沟的池体容积？ 114

九、SBR 生物处理技术115
191. 什么是SBR 生物处理工艺？ 115
192. SBR 工艺的基本工艺流程是怎样的？ 115
193. SBR 工艺有什么特点？ 115
194. SBR 工艺的运行操作有何特点？ 116
195. SBR 有哪些改进的工艺？ 117
196. SBR 及几种SBR 变形工艺有哪些异同点？ 118
197. ICEAS 工艺的原理是什么？ 119
198. DAT-IAT 工艺的特点是什么？ 119
199. DAT-IAT 工艺的原理是什么？ 120
200. 如何确定DAT-IAT 工艺的设计参数？ 120
201. CASS 工艺的流程及特点是什么？ 120
202. 如何确定CASS 工艺的设计参数？ 121
203. UNITANK 工艺的流程及特点是什么？ 122
204. 什么是MSBR 工艺？ 123
205. MSBR 工艺的特点是什么？ 123
206. MSBR 工艺的脱氮除磷机理是什么？ 124
207. SBR 工艺有哪些专用设备？ 124
208. 鼓风设备的分类和规格如何？ 124
209. SBR 曝气设备的分类和性能如何？ 125
210. 什么是两用曝气器？ 125
211. 两用曝气器有什么优点？ 126
212. 滗水器有哪些类型？ 126
213. 套筒式滗水器的工作原理是什么？ 126
214. 虹吸式滗水器的工作原理是什么？ 127
215. 旋转式滗水器的工作原理是什么？ 127
216. SBR 运行过程中需要注意哪些问题？ 128
217. 影响SBR 生物除磷效果的因素有哪些？ 129
218. SBR 工艺运行过程中引起污泥膨胀的因素有哪些？ 129
219. 如何控制SBR 工艺运行过程中的污泥膨胀？ 130
220. 曝气方式对SBR 运行效果有哪些影响？ 130
221. DO 对SBR 运行效果有哪些影响？ 130
222. SBR 运行费用情况如何？ 131
223. SBR 工艺运行的控制策略有哪些？ 132
224. SBR 工艺在线控制的主要内容有哪些？ 132
225. 如何进行SBR 工艺的设计计算？ 132
226. 影响SBR 工艺设计计算的因素有哪些？ 133
227. 不同的SBR 工艺设计计算的动力学基础如何？ 134

十、生物膜处理工艺135
228. 什么是生物膜处理工艺？ 135
229. 与传统活性污泥法相比生物膜法具有哪些特点？ 135
230. 什么是接触氧化法？ 136
231. 生物接触氧化工艺常用的填料有哪些？ 136
232. 什么是生物转盘工艺？ 137
233. 生物转盘与生物滤池相比有何优缺点？ 138
234. 影响生物转盘处理效果的因素有哪些？ 138
235. 生物滤池主要由哪几部分组成？ 138
236. 生物滤池如何分类？ 139
237. 生物滤池中的生物主要有哪些？ 140
238. 生物滤池的净化机理是什么？ 140
239. 生物滤池的基本流程有哪些？ 141
240. 影响生物滤池性能的主要因素是什么？ 143
241. 塔式生物滤池的构造是什么？ 143
242. 塔式生物滤池在工艺上有何特征？ 144
243. 什么是曝气生物滤池？ 145
244. 曝气生物滤池的应用情况如何？ 145
245. 曝气生物滤池有哪些优点？ 146
246. 曝气生物滤池的工作原理是什么？ 146
247. 曝气生物滤池的常见工艺流程有哪些？ 146
248. 曝气生物滤池与生物接触氧化工艺有何异同？ 147
249. 曝气生物滤池的设计参数有哪些？ 147
250. 曝气生物滤池对进水水质有哪些要求？ 148
251. 曝气生物滤池运行过程中需要注意哪些问题？ 148
252. 什么是生物流化床？ 148
253. 两相生物流化床的工艺流程和特点是什么？ 149
254. 三相生物流化床的工艺流程和特点是什么？ 149
255. 生物流化床的优缺点是什么？ 150
256. 如何进行生物膜的培养和驯化？ 150
257. 如何进行生物滤池的维护管理？ 151
258. 如何选择滤料？ 151
259. 什么是生物滤池的负荷？ 151
260. 如何计算生物滤池的负荷？ 152
261. 怎么进行生物滤池旋转布水器计算？ 152
262. 怎样确定生物滤池的尺寸？ 154
263. 如何进行塔式生物滤池的设计计算？ 154
264. 如何确定生物转盘工艺的BOD 盘面负荷？ 155
265. 如何进行生物转盘的设计计算？ 155
266. 如何确定生物接触氧化池的尺寸？ 156

十一、生态工程处理工艺157
267. 什么是氧化塘废水处理？ 157
268. 氧化塘的发展历程如何？ 157
269. 氧化塘进行废水处理的机理是什么？ 158
270. 影响氧化塘水质净化效果的因素有哪些？ 159
271. 碳在氧化塘处理系统中是如何转化的？ 160
272. 氮在氧化塘处理系统中是如何转化的？ 160
273. 磷在氧化塘处理系统中是如何转化的？ 161
274. 有害物质在氧化塘中是怎样转化的？ 162
275. 氧化塘有哪些类型？ 162
276. 好氧塘的特点是什么？ 163
277. 好氧塘的常见类型有哪些？ 163
278. 进行好氧塘设计时需要注意什么？ 164
279. 如何进行好氧塘的设计计算？ 164
280. 兼性塘的特点是什么？ 165
281. 如何进行兼性塘的设计计算？ 165
282. 厌氧塘的特点是什么？ 167
283. 如何确定厌氧塘的尺寸？ 167
284. 曝气塘的特点是什么？ 168
285. 如何进行曝气塘的设计计算？ 169
286. 什么是深度处理塘？ 170
287. 如何进行深度处理塘的设计计算？ 170
288. 如何解决氧化塘占地面积大的问题？ 171
289. 如何解决氧化塘底泥淤积的问题？ 171
290. 什么是湿地处理系统？ 172
291. 什么是人工湿地处理系统？ 172
292. 湿地处理的常见工艺流程有哪些？ 172
293. 人工湿地处理系统与一般工艺相比经济性如何？ 173
294. 人工湿地由哪些单元组成？ 173
295. 人工湿地处理系统的特点是什么？ 174
296. 人工湿地如何分类？ 174
297. 人工湿地处理系统去除有机物的机理是什么？ 175
298. 人工湿地处理系统是如何实现脱氮除磷的？ 175
299. 人工湿地处理系统对重金属的去除能力如何？ 176
300. 人工湿地处理系统的微生物有哪些特征？ 176
301. 人工湿地系统中水生植物有哪些类型？ 其作用是什么？ 176
302. 人工湿地净化效果的影响因素有哪些？ 177
303. 如何选择栽种植物的类型？ 177
304. 如何设计人工湿地的进出水系统？ 178
305. 如何铺设人工湿地系统的填料？ 178
306. 怎样控制潜流人工湿地的水位？ 178
307. 如何确定人工湿地系统的设计参数？ 179
308. 如何运行人工湿地处理系统？ 180
309. 潜流人工湿地的常见运行问题有哪些？ 181

附录182
附录一污水综合排放标准（GB 8978—1996）（摘录） 182
附录二地表水环境质量标准（GB 3838—2002）（摘录） 192
附录三城镇污水处理厂污染物排放标准（GB 18918—2002）（摘录） 196

参考文献202