目前生物法处理污水应用中具有代表性的工艺主要有活性污泥法和生物膜法。下面，根据多年的生产实践和理论学习，就这两种工艺方法进行分析与比较。


    一、活性污泥法


    流程与原理


    典型的活性污泥法是由曝气池、沉淀池、污泥回流系统和剩余污泥排除系统组成。


    污水和回流的活性污泥一起进入曝气池形成混合液。从空气压缩机站送来的压缩空气，通过铺设在曝气池底部的空气扩散装置，以细小气泡的形式进入污水中，目的是增加污水中的溶解氧含量，还使混合液处于剧烈搅动的状态，呈悬浮状态。溶解氧、活性污泥与污水互相混合、充分接触，使活性污泥反应得以正常进行。


    第一阶段，污水中的有机污染物被活性污泥颗粒吸附在菌胶团的表面上，是由于其巨大的表面积和多糖类黏性物质的作用。同时一些大分子有机物在细菌胞外酶作用下分解为小分子有机物。


    第二阶段，微生物在氧气充足的条件下，吸收这些有机 物，并氧化分解，形成二氧化碳和水，一部分供给自身的增殖繁衍。活性污泥反应进行的结果，污水中有机污染物得到降 解而去除，活性污泥本身得以繁衍增长，污水则得以净化处理。经过活性污泥净化作用后的混合液进入二次沉淀池，混合液中悬浮的活性污泥和其他固体物质在这里沉淀下来与水分离，澄清后的污水作为处理水排出系统。经过沉淀浓缩的污泥从沉淀池底部排出，其中大部分作为接种污泥回流至曝气池，以保证曝气池内的悬浮固体浓度和微生物浓度；增殖的微生物从系统中排出，称为“剩余污泥”。事实上，污染物很大程度上从污水中转移到了这些剩余污泥中。


    活性污泥法的原理形象说法：微生物“吃掉”了污水中的有机物，这样污水变成了干净的水。它本质上与自然界水体自净过程相似，只是经过人工强化，污水净化的效果更好。


    二、生物膜法


    1．生物膜法工艺类型


    润湿型：生物滤池、生物滤塔、生物转盘。


    浸没型：接触氧化、滤料浸没在滤池中。


    流动床型：生物活性碳，砂粒介质悬浮流动于池内。


    2．原理


    由于生活污水中含有大量的有机成分，生物膜法依靠固定于载体表面上的微生物膜来降解有机物，由于微生物细胞几乎能在水环境中的任何适宜的载体表面牢固地附着、生长和繁殖，由细胞内向外伸展的胞外多聚物使微生物细胞形成纤维状的缠结结构，因此生物膜通常具有孔状结构，并具有很强的吸附性能。


    生物膜附着在载体的表面，是高度亲水的物质，在污水不断流动的条件下，其外侧总是存在着一层附着水层。


    生物膜又是微生物高度密集的物质，在膜的表面上和内部生长繁殖着大量的微生物及微型动物，形成由有机污染物→细菌→原生动物（后生动物）组成的食物链。
    

    生物膜是由细菌、真菌、藻类、原生动物、后生动物和其他一些肉眼可见的生物群落组成。污水在流过载体表面时，污水中的有机污染物被生物膜中的微生物吸附，并通过氧向生物膜内部扩散，在膜中发生生物氧化等作用，从而完成对有机物的降解。


    生物膜 表层生长的是好氧和兼氧微生物，而在生物膜的内层微生物则往往处于厌氧状态，当生物膜逐渐增厚，厌氧层的厚度超过好氧层时，会导致生物膜的脱落，而新的生物膜又会在载体表面重新生成，通过生物膜的周期更新，以维持生物膜反应器的正常运行。


    3．生物膜的更新与脱落


    维持生物膜反应器正常运行的重要环节是生物膜的更新与脱落，生物膜表层生长的是好氧和兼氧微生物，而在生物膜的内层微生物则往往处于厌氧状态，当生物膜逐渐增厚，厌氧层的厚度超过好氧层时，会导致生物膜的脱落，而新的生物膜又会在载体表面重新生成。


    更新与脱落过程如下：


    首先，厌氧膜的出现过程：


    一是生物膜；


    二是成熟的生物膜一般厚度不断增加，氧气不能透入的内部深处将转变为厌氧状态；都由厌氧膜和好氧膜组成；


    三是好氧膜是有机物降解的主要场所，一般厚度为2 mm。


    其次，厌氧膜的加厚过程：


    一是厌氧的代谢产物增多，导致厌氧膜与好氧膜之间的平衡被破坏；


    二是气态产物的不断 逸出，减弱了生物膜在填料上的附着能力；


    三是成为老化生物膜，其净化功能较差，且易于脱落。


    再次，生物膜的更新：


    一是老化膜脱落，新生生物膜又会生长起来；


    二是新生生物膜的净化功能较强。


    三、活性污泥法与生物膜法的比较


    1．活性污泥法优缺点


    长期以来，城市生活污水的二级生 物处理多采用活性污泥法，它是当前世界各国应用最广的一种二级生物处理工艺，具有以下几个特点：


    一是采用传统的活性污泥法，往往基建费、运行费高，能耗大，管理较复杂，易出现污泥膨胀现象；工艺设备不能满足高效低耗的要求。


    二是随着污水排放标准的不断严格，对污水中氮、磷等营养物质的排放要求较高，传统的具有脱氮除磷功能的污水处理工艺多以活性污泥法为主，往往需要将多个厌氧和好氧反应池串联，形成多级反应池，通过增加内循环来达到脱氮除磷的目的，这势必要增加基建投资的费用及能耗，并且使运行管理较为复杂。


    三是活性污泥法产生大量的剩余污泥，需要进行污泥无害化处理，增加了投资。


    2．生物膜法优缺点。


    生物膜法也是城市污水二级生物处 理的一种常用方法，与活性污泥法相比具有以下特点：


    一是生物膜对污水水质、水量的变化有较强的适应性，管理方便，不会发生污泥膨胀。


    二是微生物固着在载体表面、世代时间较长的微生物也能增殖，生物相对更为丰富、稳定，产生的剩余污泥少。


    三是能够处理低浓度的污水。另外，生物膜法的不足之处在于生物膜载体增加了系统的投资；载体材料的比表面积小，反应装置容积有限、空间效率低，在处理城市污水时处理效率比活性污泥法低；附着于固体表面的微生物量较难 控制，操作伸缩性差；靠自然通风供氧，不如活性污泥供氧充足，容易产生厌氧。