傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，生物處理的主要功能是分解、穩(wěn)定有機(jī)物，即降低BOD。隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和對(duì)水環(huán)境的長(zhǎng)期觀察與研究表明，很多人工合成的有機(jī)物具有“三致”(致癌、致畸、致突變) 的嚴(yán)重危害，并且難以被微生物所降解，而無機(jī)性的營(yíng)養(yǎng)物如氮、磷則容易引起水體的富營(yíng)養(yǎng)化。因此，水處理的要求也在不斷變化，除要求水處理工藝具備脫氮除磷功能外，還要求將工業(yè)化生產(chǎn)、通過高溫高壓合成的各類污染物在污水處理過程中得到有效控制，因?yàn)檫@一類物質(zhì)在自然界的降解需要幾百年甚至上千年，還將不斷富集，濃度不斷增大，直接危害生態(tài)環(huán)境和人類生活的健康。生物處理技術(shù)對(duì)這種類型的污水處理是否有效，一些BOD、COD濃度很高，甚至高達(dá)數(shù)萬mg/L的污水，生物處理技術(shù)能否有效，這些新的問題和新的要求，推動(dòng)了世界污水生物處理技術(shù)和工藝方法的發(fā)展。

　　按照微生物的生長(zhǎng)方式，生物法可分為以活性污泥法為代表的懸浮生長(zhǎng)法和以生物膜法為代表的附著生長(zhǎng)法。目前，城市污水處理以活性污泥法的應(yīng)用最廣。但是，由于傳統(tǒng)活性污泥法運(yùn)行需要消耗大量的能源，運(yùn)行費(fèi)也較高，需要進(jìn)行革新。為開發(fā)高效、低耗的城市污水處理新技術(shù)、新工藝，國(guó)內(nèi)外開展了大量的研究，并取得了一定的成就。

　　1.生物處理微生物

　　傳統(tǒng)的污水生物處理技術(shù)主要依賴兩大類微生物，即異養(yǎng)型好氧微生物和異養(yǎng)型厭氧微生物。近幾十年來，科學(xué)家和工程師共同合作，對(duì)污水生物處理中的微生物進(jìn)行比較深人的研究，取得了很多成果，如: 對(duì)活性污泥中細(xì)菌和原生動(dòng)物的不同種類和特性及其協(xié)同作用的研究，推進(jìn)了AB法工藝的發(fā)展; 對(duì)于硝化、反硝化細(xì)菌的研究，以及聚磷菌特性的研究，推進(jìn)了具有脫氮功能的A/O法工藝以及具有脫氮除磷功能的A/A/O法工藝的發(fā)展; 對(duì)于厭氧微生物種群和特性的研究，以及發(fā)現(xiàn)了厭氧微生物具有部分降解大分子合成有機(jī)物的能力，推進(jìn)了厭氧生物處理工藝以及用厭氧/好氧串聯(lián)流程處理含難降解有機(jī)物廢水的工藝發(fā)展; 對(duì)于高效菌的篩選、培養(yǎng)和固定化的研究，為進(jìn)一步提高污水生物處理的效能，特別是為難生物降解有機(jī)物的處理提供了有效的途徑。

　　2.生物處理工藝

　　生物處理中的三大要素是微生物、氧和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。反應(yīng)器是微生物棲息生長(zhǎng)的場(chǎng)所，是微生物對(duì)污水中的污染物加以降解、利用的主要設(shè)備。高效的反應(yīng)器，要能保持最大的微生物量及其活性， 要能有效地供應(yīng)氧(或隔絕氧)，要使微生物、氧和污水中的有機(jī)物之間能充分接觸良好的傳質(zhì)條件。反應(yīng)器按其特性，大致可分為以下幾類:

　　①懸浮生長(zhǎng)型(如活性污泥法) 或附著生長(zhǎng)型(如生物膜法);

　　②推流式或完全混合式;

　　③連續(xù)運(yùn)行式(如傳統(tǒng)活性污泥法) 或間歇運(yùn)行式(如SBR法)。

　　(1) 活性污泥法

　　活性污泥法自1914 年由Arden和Lockett 開創(chuàng)至今，已經(jīng)過104年的發(fā)展與實(shí)踐，在供氧方式、運(yùn)轉(zhuǎn)條件、反應(yīng)器形式等方面不斷得到革新和改進(jìn)。最早出現(xiàn)的傳統(tǒng)活性污泥法屬于推流式曝氣池，由于靠近水池進(jìn)水口的基質(zhì)濃度高于出口端的基質(zhì)濃度，而最初的設(shè)計(jì)沒有考慮到這種需氧量的變化，結(jié)果造成了一些部位氧的不足。為改進(jìn)供氧不均勻的缺點(diǎn)，1936 年將均勻曝氣的方式改為沿推流方向漸減曝氣的方式，大部分的氧量在基質(zhì)去除相當(dāng)快的進(jìn)水端輸人，而以內(nèi)源代謝和衰減為主要反應(yīng)作用的出水端僅需少量的氧，這也就是傳統(tǒng)活性污泥法比較標(biāo)準(zhǔn)的形式一一漸減曝氣活性污泥法。

　　活性污泥法的另一個(gè)變種一一階段曝氣法于1942 年出現(xiàn)。階段曝氣法又稱多點(diǎn)進(jìn)水法，進(jìn)水分成幾股，然后幾股污水從曝氣池的不同點(diǎn)進(jìn)人，從而使需氧量分配均勻。在污泥同原水混合前，使污泥進(jìn)行再曝氣的想法得到了更進(jìn)一步的發(fā)展。

　　1951年出現(xiàn)了接觸穩(wěn)定活性污泥法，它是傳統(tǒng)活性污泥法的另外一種發(fā)展形式。為了避免在推流式曝氣池中因基質(zhì)濃度梯度造成的微生物不適應(yīng)，使微生物群落保持相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。

　　到20世紀(jì)50年代末，出現(xiàn)了完全混合式活性污泥法，這種形式的優(yōu)點(diǎn)是提供了一個(gè)有利于細(xì)菌絮體生長(zhǎng)，不利于絲狀菌生長(zhǎng)的環(huán)境，污泥的沉降和密實(shí)性都很好，但是由于基質(zhì)梯度的變化使系統(tǒng)容易受有毒物質(zhì)的千擾。為了克服其他幾種改進(jìn)形式的缺點(diǎn)(必須處置大量的污泥，流程的運(yùn)行控制要求嚴(yán)格)，出現(xiàn)了延時(shí)曝氣法，由于有一個(gè)完整的細(xì)胞平均停留時(shí)間，所以，穩(wěn)定程度相當(dāng)高，然而由于經(jīng)濟(jì)問題的限制，它僅用于污水濃度低的小型設(shè)施。另外，還出現(xiàn)了純氧曝氣法、深井曝氣法等。

　　1) SBR法的發(fā)展

　　作為傳統(tǒng)活性污泥法的改進(jìn)，SBR法有著廣泛的應(yīng)用前景。SBR法是序批式間歇活性污泥祛(又稱序批式反應(yīng)器) 的簡(jiǎn)稱，它是目前受到國(guó)內(nèi)外廣泛重視、研究和應(yīng)用較多的一種污水生物處理技術(shù)，特別是隨著先進(jìn)的自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，污水處理廠的自動(dòng)化管理程度大大提高，為SBR活性污泥法的推廣應(yīng)用提供了更為有利的條件。

　　SBR工藝在設(shè)計(jì)和運(yùn)行中，根據(jù)不同的水質(zhì)條件、使用場(chǎng)合和出水要求，有了許多新的變化和發(fā)展，產(chǎn)生了許多變型。ICEAS與傳統(tǒng)SBR相比，增加了一個(gè)預(yù)反應(yīng)區(qū)。且連續(xù)進(jìn)水、間歇排水，但由于在沉淀期進(jìn)水影響了泥水分離，使進(jìn)水水質(zhì)受到了限制。DAT-IAT 工藝克服了ICEAS的缺點(diǎn)，將預(yù)反應(yīng)區(qū)改為與SBR反應(yīng)池IAT 分立的預(yù)曝氣池DAT, DAT 連續(xù)進(jìn)水、連續(xù)曝氣，主體間歇反應(yīng)器IAT在沉淀階段不受進(jìn)水的影響，且增加了從IAT到DAT的回流。但是對(duì)于含生物難降解有機(jī)物污水的處理，DAT IAT并不能取得好的效果，而CASS工藝克服了這個(gè)缺點(diǎn)，將ICEAS的預(yù)反應(yīng)區(qū)革新為容積小、設(shè)計(jì)更加優(yōu)化合理的生物選擇器，并將主反應(yīng)區(qū)的部分剩余污泥回流至選擇器，沉淀階段不進(jìn)水，因而系統(tǒng)更加穩(wěn)定，且具有良好的脫氮除磷效果。IDEA 又是CASS的發(fā)展，主要是將生物選擇器改為與SBR 主體構(gòu)筑物分立的預(yù)混合池。但以上工藝均只能做到進(jìn)水連續(xù)，而排水間歇。為了克服間歌排水這個(gè)缺點(diǎn)，UNITANK工藝集合了SBR和三溝式氧化溝的優(yōu)點(diǎn)，一體化設(shè)計(jì)，做到連續(xù)進(jìn)水連續(xù)出水，并且污泥自動(dòng)回流，與CASS相比省去了污泥回流設(shè)備。但UNITANK 工藝還存在中溝污泥濃度低及過分依賴于儀表裝置等缺點(diǎn)，如一旦進(jìn)水閥門損壞，整個(gè)系統(tǒng)無法工作。為了克服UN-TANK 工藝的缺點(diǎn)，又產(chǎn)生了一種新型的SBR系統(tǒng)MSBR,它實(shí)質(zhì)上是將A/A/O工藝與SBR系統(tǒng)串聯(lián)而成，采用單池多格方式，省去了許多閥門儀表等，增加了污泥回流又保證了較高的污泥濃度，有很好的脫氮除磷效果。近幾年，其他許多SBR系統(tǒng)的研究也得到了深人，如厭氧SBR、多級(jí)SBR等，均取得了良好的效果。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和深人研究，將出現(xiàn)更多的SBR變型工藝。

　　2) 氧化溝的發(fā)展

　　氧化溝是活性污泥法的一種改型，其曝氣池呈封閉的溝渠型，污水和活性污泥的混合液在其中進(jìn)行不斷的循環(huán)流動(dòng)，因此又被稱為“環(huán)形曝氣池”、“無終端的曝氣系統(tǒng)”。

　　氧化溝工藝形式的改進(jìn)和發(fā)展與其曝氣設(shè)備的開發(fā)和研究是分不開的。20 世紀(jì)60 年代末，荷蘭的DHV公司將立式低速表曝機(jī)應(yīng)用于氧化溝工藝，將其安裝在氧化溝中心隔墻的末端，利用其所產(chǎn)生的攪拌推動(dòng)力使水流循環(huán)流動(dòng)，使氧化溝的有效水深增加至4.5m,該工藝即為Carrousel氧化溝工藝，幾乎與此同期，Lecmple和Mandt 首次將水下曝氣和推動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用于氧化溝工藝，開發(fā)了射流曝氣氧化溝工藝，使氧化溝的有效水深和寬度相互獨(dú)立，其深度可達(dá)7~8m。1970年，南非開發(fā)了轉(zhuǎn)盤曝氣機(jī)而出現(xiàn)了Orbal氧化溝工藝。近年來，荷蘭DHV公司推出了兩層渦輪立式曝氣機(jī); 德國(guó)Passavant 公司開發(fā)了具有抗腐蝕強(qiáng)、強(qiáng)度高、重量小的玻璃鋼強(qiáng)化型轉(zhuǎn)刷葉片; 美國(guó)USFilter Envirex公司開發(fā)了以曝氣轉(zhuǎn)碟(推動(dòng)水流) 和粗泡曝氣相結(jié)合的垂直循環(huán)流反應(yīng)器(VLR) 氧化溝工藝。

　　目前，國(guó)外研究開發(fā)氧化溝工藝和生產(chǎn)氧化溝噪氣裝置的公司及機(jī)構(gòu)日趨增多，氧化溝技術(shù)還將得到發(fā)展。