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高廷耀，顧國維，周琪.水污染控制工程（下冊(cè)）.高等教育出版社.2007 一、污水水質(zhì)和污水出路（總論）。 1． 簡(jiǎn)述水質(zhì)指標(biāo)在水體污染控制、污水處理工程設(shè)計(jì)中的作用。 答：水質(zhì)污染指標(biāo)是評(píng)價(jià)水質(zhì)污染程度、進(jìn)行污水處理工程設(shè)計(jì)、反映污水處理廠處理效果、開展水污染控制的基本依據(jù)。 2． 分析總固體、溶解性固體、懸浮性固體及揮發(fā)性固體指標(biāo)之間的相互聯(lián)系，畫出這些指標(biāo)的關(guān)系圖。 答：水中所有殘?jiān)目偤头Q為總固體（TS），總固體包括溶解性固體（DS）和懸浮性固體（SS）。水樣經(jīng)過濾后，濾液蒸干所得的固體即為溶解性固體（DS），濾渣脫水烘干后即是懸浮固體（SS）。固體殘?jiān)鶕?jù)揮發(fā)性能可分為揮發(fā)性固體（VS）和固定性固體（FS）。將固體在600℃的溫度下灼燒，揮發(fā)掉的即市是揮發(fā)性固體（VS），灼燒殘?jiān)鼊t是固定性固體（FS）。溶解性固體一般表示鹽類的含量，懸浮固體表示水中不溶解的固態(tài)物質(zhì)含量，揮發(fā)性固體反映固體的有機(jī)成分含量。 關(guān)系圖 3．生化需氧量、化學(xué)需氧量、總有機(jī)碳和總需氧量指標(biāo)的含義是什么？分析這些指標(biāo)之間 的聯(lián)系與區(qū)別。 答：生化需氧量（BOD）：水中有機(jī)污染物被好氧微生物分解時(shí)所需的氧量稱為生化需氧量。 化學(xué)需氧量（COD）：在酸性條件下，用強(qiáng)氧化劑將有機(jī)物氧化為CO2、H2O所消耗的氧量。 總有機(jī)碳（TOC）：水樣中所有有機(jī)污染物的含碳量。 總需氧量（TOD）：有機(jī)物除碳外，還含有氫、氮、硫等元素，當(dāng)有機(jī)物全都被氧化時(shí)，碳被氧化為二氧化碳，氫、氮及硫則被氧化為水、一氧化氮、二氧化硫等，此時(shí)需氧量稱為總需氧量。 這些指標(biāo)都是用來評(píng)價(jià)水樣中有機(jī)污染物的參數(shù)。生化需氧量間接反映了水中可生物降解的有機(jī)物量?；瘜W(xué)需氧量不能表示可被微生物氧化的有機(jī)物量，此外廢水中的還原性無機(jī)物也能消耗部分氧?？傆袡C(jī)碳和總需氧量的測(cè)定都是燃燒化學(xué)法，前者測(cè)定以碳表示，后者以氧表示。TOC、TOD的耗氧過程與BOD 的耗氧過程有本質(zhì)不同，而且由于各種水樣中有機(jī)物質(zhì)的成分不同，生化過程差別也大。各種水質(zhì)之間TOC或TOD與BOD不存在固定關(guān)系。在水質(zhì)條件基本相同的條件下，BOD與TOD或TOC之間存在一定的相關(guān)關(guān)系。 4．水體自凈有哪幾種類型？氧垂曲線的特點(diǎn)和使用范圍是什么？ 答：水體自凈從凈化機(jī)制來看，可分為：物理凈化、化學(xué)凈化和生物凈化。 氧垂曲線適用于一維河流和不考慮擴(kuò)散的情況。特點(diǎn) 5．試論排放標(biāo)準(zhǔn)、水環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)、環(huán)境容量之間的聯(lián)系。 答：環(huán)境容量是水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)指定的基本依據(jù)，而水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)則是排放標(biāo)準(zhǔn)指定的依據(jù)。 6．我國現(xiàn)行的排放標(biāo)準(zhǔn)有哪幾種？各標(biāo)準(zhǔn)的使用范圍及相互關(guān)系是什么？ 答：我國現(xiàn)行的排放標(biāo)準(zhǔn)有濃度標(biāo)準(zhǔn)和總量控制標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)地域管理權(quán)限又可分為國家排放標(biāo)準(zhǔn)、地方排放標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)。 我國現(xiàn)有的國家標(biāo)準(zhǔn)和地方標(biāo)準(zhǔn)基本上都是濃度標(biāo)準(zhǔn)。 國家標(biāo)準(zhǔn)按照污水排放去向，規(guī)定了水污染物最高允許排放濃度，適用于排污單位水污染物的排放管理，以及建設(shè)項(xiàng)目的環(huán)境影響評(píng)價(jià)、建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境保護(hù)設(shè)施設(shè)計(jì)、竣工驗(yàn)收及其投產(chǎn)后的排放管理。 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：根據(jù)部分行業(yè)排放廢水的特點(diǎn)和治理技術(shù)發(fā)展水平，國家對(duì)部分行業(yè)制定了國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 地方標(biāo)準(zhǔn)：省、直轄市等根據(jù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和管轄地水體污染空制需要，可以依據(jù)《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法》、《中華人民共和國水污染仿治法》制定地方污水排放標(biāo)準(zhǔn)。地方標(biāo)準(zhǔn)可以增加污染物控制指標(biāo)，但不能減少；可以提高對(duì)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，但不能降低標(biāo)準(zhǔn)。 二、污水的物理處理 1．試說明沉淀有哪幾種類型？各有何特點(diǎn)？并討論各種類型的內(nèi)在聯(lián)系與區(qū)別，各適用在哪些場(chǎng)合？ 課后習(xí)題有答案 2．設(shè)置沉砂池的目的是什么？曝氣沉砂池的工作原理與平流式沉砂池有何區(qū)別？ 答：沉砂池的設(shè)置目的是去除污水中泥砂、煤渣等相對(duì)密度較大的無機(jī)顆粒，以免影響后續(xù)處理構(gòu)筑物的正常運(yùn)行。 沉砂池的工作原理是以重力分離或離心力分離為基礎(chǔ)，即控制進(jìn)入沉砂池的污水流速或旋流速度，使相對(duì)密度大的無機(jī)顆粒下沉，而有機(jī)顆粒則隨水流帶走。 平流式沉砂池是通過控制進(jìn)入的污水流速，以重力分離無機(jī)顆粒；而曝氣沉砂池是由于曝氣作用，在池的橫斷面上產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，整個(gè)池內(nèi)水流產(chǎn)生螺旋狀前進(jìn)的流動(dòng)形式，無機(jī)砂粒由于離心力作用而沉入集砂槽中。 3．水的沉淀法處理的基本原理是什么？試分析球形顆粒的靜水自由沉降（或上浮）的基本規(guī)律，影響沉淀或上浮的因素有哪些？ 答：水的沉淀處理的基本原理是利用水中懸浮顆粒的密度比水大，在重力作用下，懸浮物下沉而實(shí)現(xiàn)懸浮物與廢水分離。 F1、F2分別表示球形顆粒的重力和水對(duì)顆粒的浮力，則顆粒在水中的有效重量為 （1） 式中：d為球體顆粒的直徑；ρs、ρ分別表示顆粒及水的密度；g為重力加速度。 以F3表示水對(duì)顆粒沉淀的摩擦阻力，則 （2） 式中：A為顆粒在沉淀方向上的投影面積，對(duì)球形顆粒，A ；u為顆粒沉速；λ為阻力系數(shù)。 對(duì)于層流，結(jié)合式（1）和（2），在Re﹤1時(shí)， u 式中：μ為水的黏度。上式表明：（1）顆粒與水的密度差（ρs-ρ）愈大，沉速愈快，成正比關(guān)系。當(dāng)ρs﹥?chǔ)褧r(shí)，顆粒下沉；當(dāng)ρs﹤ρ時(shí)，顆粒上?。划?dāng)ρs=ρ時(shí)，顆粒既不上浮也不下沉；（2）顆粒直徑愈大，沉速愈快，成正比的平方關(guān)系；（3）水的黏度愈小，沉速愈快，成反比關(guān)系。因水的黏度與水溫成反比，故提高水溫有利于加速沉淀。 4．已知某小型污水處理站設(shè)計(jì)流量為Q=400m3/h，懸浮固體濃度ss=250mg/L。設(shè)沉淀效率為55%。根據(jù)試驗(yàn)性能曲線查得μ0=2.8m/h，污水的含水率為98%，試為該處理站設(shè)計(jì)豎流式初沉池。 5．已知某城鎮(zhèn)污水處理廠設(shè)計(jì)平均流量為Q=20000m3/d，服務(wù)人口100000人，初沉污泥量按25g/（人日），污泥含水率按97%計(jì)算，試為該處理站設(shè)計(jì)曝氣沉砂池和平流式沉淀池。 6．加壓溶氣氣浮的基本原理是什么？有哪幾種基本流程與溶氣方式？各有何特點(diǎn)？ 答案見課后習(xí)題 7．微氣泡與懸浮顆粒相黏附的基本條件是什么？有哪些影響因素？如何改善微氣泡與顆粒的黏附性能？ 答：見1-6章內(nèi)容概要。 8．氣固比的定義是什么？如何確定適當(dāng)?shù)臍夤瘫龋? 答：氣固比（а）的定義是溶解空氣量（A）與原水中懸浮固體含量（S）的比值，可用下式表示： 氣固比選用涉及原水水質(zhì)、出水要求、設(shè)備、動(dòng)力等因素，對(duì)于所處理的廢水最好金國氣浮試驗(yàn)來確定氣固比，無試驗(yàn)資料時(shí)一般取0.005-0.06，廢水中懸浮固體濃度不高時(shí)取下限，如選用0.005-0.006；但懸浮固體較高時(shí)，可選用上限，如氣浮用語剩余污泥濃縮時(shí)氣固比一般采用0.03-0.04。 9．在廢水處理中，氣浮法與沉淀法相比較，各有何缺點(diǎn)？ 答： 10．某工業(yè)廢水水量為1200 m3/d，水中懸浮固體濃度為800 mg/L，需要進(jìn)行氣浮法預(yù)處理，請(qǐng)為其設(shè)計(jì)平流式氣浮池處理系統(tǒng)。 11．如何改進(jìn)及提高沉淀或氣浮分離效果？ 答：由式 可知，通過采取相應(yīng)的措施，增大懸浮顆粒的直徑，減小流體的黏度等都能提高沉淀或氣浮分離效果。如：通過混凝處理增大顆粒粒徑，提高水溫以減小水的黏度。另外，也可以減小氣泡直徑來提高氣浮分離效果。 三、污水的生物處理基本概念 1．簡(jiǎn)述好氧和厭氧生物處理有機(jī)污水的原理和使用條件。 答：污水生物處理是利用自然界中廣泛分布的個(gè)體微小、代謝營(yíng)養(yǎng)類型多樣、適應(yīng)能力強(qiáng)的微生物的新陳代謝作用，對(duì)污水進(jìn)行凈化的處理方法。 好氧生物處理是在水中存在溶解氧的條件下（即水中存在分子氧）。利用好氧微生物降解有機(jī)物，使其穩(wěn)定、無害化的處理方法；厭氧生物處理是在水中既無分子氧又無化合態(tài)氧存在的條件下，兼性細(xì)菌與厭氧細(xì)菌降解和穩(wěn)定有機(jī)物的生物處理方法。 2．某種污水在一連續(xù)進(jìn)水和完全均勻混合的反應(yīng)器進(jìn)行處理，假設(shè)反應(yīng)是不可逆的，且符合一級(jí)反應(yīng)（v=kSA），反應(yīng)速率常數(shù)k為0.5d-1,求解當(dāng)反應(yīng)池容積為20 m3、反應(yīng)效率為98%時(shí)，該反應(yīng)器能夠處理的污水流量為多大？ 3．簡(jiǎn)述城鎮(zhèn)污水生物脫氮過程的基本步驟。 答：污水生物脫氮過程氮的轉(zhuǎn)化主要包括氨化、硝化和反硝化作用。 （1）氨化：微生物分解有機(jī)氮化合物產(chǎn)生氨的過程稱為氨化反應(yīng)。在氨化微生物作用下，有機(jī)氮化合物在好氧或厭氧條件下分解、轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮。 （2）硝化反應(yīng)：在亞硝化菌和硝化菌的作用下，將氨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽（NO2-—）和硝酸鹽（NO3-）。 （3）反硝化反應(yīng)：在缺氧條件下，NO2-和NO3-在反硝化菌的作用下被還原為氮?dú)狻? 4．簡(jiǎn)述生物除磷的原理。 四、活性污泥法 1．活性污泥法的基本概念和基本流程是什么？ 答：活性污泥法是利用懸浮生長(zhǎng)的微生物絮體處理有機(jī)廢水一類好氧生物的處理方法。 活性污泥法處理流程包括曝氣池、沉淀池、污泥回流及剩余污泥排除系統(tǒng)等基本組成部分。圖如書251 廢水經(jīng)過預(yù)處理后，進(jìn)入曝氣池與池內(nèi)的活性污泥混合成混合液，并在池內(nèi)充分曝氣，一方面使活性污泥處于懸浮狀態(tài)，廢水與活性污泥充分接觸；另一方面，通過曝氣，向活性污泥供氧，保持好氧條件，保證微生物的正常生長(zhǎng)。廢水中有機(jī)物在曝氣池內(nèi)被活性污泥吸附、吸收和氧化分解后，混合液進(jìn)入二次沉淀池，進(jìn)行固液分離，凈化的廢水排出。大部分二沉池的沉淀污泥回流到曝氣池進(jìn)口，與進(jìn)入曝氣池的廢水混合。 2．常用的活性污泥法曝氣池的基本形式有哪些？ 答：曝氣池實(shí)質(zhì)上是一個(gè)反應(yīng)器，它的池型與所需的水力特征及反應(yīng)要求密切相關(guān)，主要分為推流式、完全混合式、封閉環(huán)流式及續(xù)批式四大類。 3．活性污泥法有哪些主要運(yùn)行方式？各運(yùn)行方式有何特點(diǎn)？ 答：活性污泥法主要運(yùn)行方式有：普通曝氣法、漸減曝氣法、階段曝氣法、吸附再生（接觸穩(wěn)定）法、吸附—生物降解工藝、延時(shí)曝氣法、純氧曝氣法和間歇活性污泥法。 特點(diǎn)： 普通曝氣法：在曝氣池內(nèi)，廢水有機(jī)物濃度和需氧量沿池長(zhǎng)逐步下降，而供氧量沿池長(zhǎng)均勻分布，可能出現(xiàn)前段供氧不足，后段供氧過剩的現(xiàn)象。這種活性污泥法的優(yōu)點(diǎn)在于因曝氣時(shí)間長(zhǎng)而處理效率高，一般BOD去除率為90%—95%，特別適用于處理要求高而水質(zhì)比較穩(wěn)定的廢水；但它存在著較為嚴(yán)重的缺陷。（其他在課后習(xí)題） 4．解釋污泥泥齡的概念，說明它在污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理中的作用。 答：污泥泥齡為在處理系統(tǒng)中微生物的平均停留時(shí)間。 污泥泥齡是活性污泥處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)、運(yùn)行的重要參數(shù)，在理論上也有重要意義。以污泥泥齡作為生物處理的控制參數(shù)，其重要性是明顯的，因?yàn)橥ㄟ^控制污泥泥齡，可以控制微生物的比增長(zhǎng)速率及系統(tǒng)中微生物的生理狀態(tài)。 5．從氣體傳遞的雙膜理論，分析氧傳遞的主要影響因素。 答：影響氧傳遞速率的主要因素為氣相中氧分壓、液相中氧的濃度梯度、氣液之間的接觸面積和接觸時(shí)間、水溫、污水的性質(zhì)、水流的紊亂程度等。 （1）廢水水質(zhì)：污水中含有各種雜質(zhì)，對(duì)氧的傳遞會(huì)產(chǎn)生一定的影響。其中主要是溶解性有機(jī)物，特別是某些表面活性物質(zhì)，他們會(huì)在氣液界面處集中，形成一層分子膜，增加氧傳遞的阻力，影響氧分子的擴(kuò)散。 （2）水溫：水溫對(duì)氧傳遞影響較大，水溫上升，水的餓黏度降低，液膜厚度減小，擴(kuò)散系數(shù)提高，KLa值增高；反之，則KLa值降低。水溫對(duì)溶解氧飽和度Cs值也會(huì)產(chǎn)生影響。隨著溫度的增加，KLa值增大，Cs值降低，液相中氧的濃度梯度有所減小。因此，水溫對(duì)氧轉(zhuǎn)移有兩種相反的影響，但并不是完全抵消，總的來說，水溫降低有利于氧的轉(zhuǎn)移。 （3）氧分壓：Cs值除了受到污水中溶解鹽及溫度的影響外，自然還受到氧分壓或氣壓的影響，氣壓降低，Cs值也隨之下降；反之則提高。 6．生物脫氮、除磷的環(huán)境條件要求和主要影響因素是什么？說明主要生物脫氮、除磷工藝的特點(diǎn)。 答：生物脫氮、除磷影響因素有：（1）環(huán)境因素，如溫度、pH、DO；（2）工藝因素，如污泥泥齡、各反應(yīng)區(qū)的水力停留時(shí)間、二沉池的沉淀效果；（3）污水成分，如污水中易降解有機(jī)物濃度，BOD5與N、P的比值等。 常用脫氮除磷工藝性能特點(diǎn) 工藝名稱 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) AN/O 在好氧前去除BOD，節(jié)能； 硝化前產(chǎn)生堿度； 前缺氧具有選擇池的作用 脫氮效果受內(nèi)循環(huán)比影響； 可能存在諾卡氏菌的問題； 需要控制循環(huán)混合液的DO AP/O 工藝過程簡(jiǎn)單；水力停留時(shí)間短；污泥沉降性能好；聚磷菌碳源豐富，除磷效果好 如有硝化發(fā)生除磷效果會(huì)降低；工藝靈活性差 A2/O 同時(shí)脫氮除磷；反硝化過程為硝化提供堿度；水力停留時(shí)間短；反硝化過程同時(shí)除去有機(jī)物；污泥沉降性能好 回流污泥含有硝酸鹽進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)，對(duì)除磷效果有影響；脫氮受回流比影響；聚磷菌和反硝化菌都需要易降解有機(jī)物 倒置A2/O 同時(shí)脫氮除磷；厭氧區(qū)釋磷無硝酸鹽的影響；無混合液回流，流程簡(jiǎn)單，節(jié)能；反硝化過程同時(shí)除去有機(jī)物；好氧吸磷充分；污泥沉降性能好； 厭氧釋磷得不到優(yōu)質(zhì)降解碳源；無混合液回流時(shí)總氮去除效果不高 UCT 減少了進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)的硝酸鹽量，提高了除磷效率；對(duì)有機(jī)物濃度偏低的污水，除磷效率有所改善；脫氮效果好 操作較為復(fù)雜； 需增加附加回流系統(tǒng) 改良Bardenpho 脫氮效果優(yōu)秀； 污泥沉降性能好 池體分隔較多； 池體容積較大 PhoStrip 易于與現(xiàn)有設(shè)施結(jié)合及改造； 過程靈活性好；除磷性能不受進(jìn)水有機(jī)物濃度限制；加藥量比采用化學(xué)沉淀法小很多；出水磷酸鹽濃度可穩(wěn)定小于1mg/L 需要投加化學(xué)藥劑；混合液需保持較高DO濃度，以防止磷在二沉池中釋放；需附加的池體用于磷的解吸；如使用石灰可能存在結(jié)垢問題 SBR及變形工藝 可同時(shí)脫氮除磷；靜置沉淀可獲得低SS出水；耐受水力沖擊負(fù)荷；操作靈活性好 同時(shí)脫氮除磷時(shí)操作復(fù)雜；潷水設(shè)施的可靠性對(duì)出水水質(zhì)影響大；設(shè)計(jì)過程復(fù)雜；維護(hù)要求高，運(yùn)行對(duì)自動(dòng)控制依賴性強(qiáng)；池體容積較大 7．如何計(jì)算生物脫氮、除磷系統(tǒng)的曝氣池容積、曝氣池需氧量和剩余污泥量？ 8．如何計(jì)算生物脫氮系統(tǒng)反硝化池的容積？ 9．仔細(xì)分析污水中COD的組成，并說明它們?cè)谖鬯幚硐到y(tǒng)中的去除途徑。 答：污水中COD的組成如下圖。其中可生物降解的大多數(shù)被微生物降解；不可生物降解的溶解態(tài)COD隨出水流走，顆粒態(tài)COD進(jìn)入剩余污泥。 總COD 可生物降解 COD 不可生物 降解COD 易生物降解 (溶解態(tài)) 復(fù)雜有機(jī)物 揮發(fā)性脂肪酸 慢速生物 降解(顆粒態(tài)) 膠體態(tài) 顆粒態(tài) 溶解態(tài) 顆粒態(tài) 10．二沉池的功能和構(gòu)造與一般沉淀池有什么不同？在二沉池中設(shè)置斜板為什么不能取得理想效果？ 答：二沉池的功能要考慮固液分離和污泥濃縮的要求； 二沉池的構(gòu)造可與污水處理廠的初沉池類似，可以采用平流式、豎流式和輻流式。但在構(gòu)造上要注意以下幾點(diǎn)： （1）二沉池的進(jìn)水部分要仔細(xì)考慮，應(yīng)使布水均勻并造成有利于絮凝的條件，使污泥絮凝結(jié)大。 （2）二沉池中污泥絮凝體較輕，容易被水挾走，因此要限制出流堰處的流速，可在池面設(shè)置更多的出水堰槽，使單位堰長(zhǎng)的出水量符合規(guī)范要求，一般二沉池出水堰最大負(fù)荷不大于1.17L/(sm)。 （3）污泥斗的容積，要考慮污泥濃縮的要求。 （4）二沉池應(yīng)設(shè)置浮渣的收集、撇除、輸送和處置裝置。 斜板可以提高沉淀效能的原理主要適用于自由沉淀，但在二沉池中，沉淀形式主要屬于成層沉淀而非自由沉淀。 五、生物膜法 1．什么是生物膜法？生物膜法有哪些特點(diǎn)？ 答：生物膜法處理廢水就是使廢水與生物膜接觸，進(jìn)行固、液相的物質(zhì)交換，利用膜內(nèi)微生物將有機(jī)物氧化，使廢水獲得凈化，同時(shí)，生物膜內(nèi)的微生物不斷生長(zhǎng)與繁殖。 生物膜法具有以下特點(diǎn)： （1）固著于固體表面的生物膜對(duì)廢水水質(zhì)、水量的變化有較強(qiáng)的適應(yīng)性，操作穩(wěn)定性好。 （2）不會(huì)發(fā)生污泥膨脹，運(yùn)轉(zhuǎn)管理較方便。 （3）由于微生物固著于固體表面，即使增殖速度慢的微生物也能生長(zhǎng)繁殖。 （4）因高營(yíng)養(yǎng)級(jí)的微生物存在，有機(jī)物代謝時(shí)較多的轉(zhuǎn)化為能量，合成新細(xì)胞即剩余污泥量較少。 （5）多采用自然通風(fēng)供氧。 （6）活性生物量難以人為控制，因而在運(yùn)行方面靈活性較差。 （7）由于載體材料的比表面積小，故設(shè)備容積負(fù)荷有限，空間效率較低。 2．試述生物膜法處理污水的基本原理？ 答：生物膜法是使細(xì)菌和菌類一類的微生物和原生動(dòng)物、后生動(dòng)物一類的微型動(dòng)物附著在濾料或某些載體上生長(zhǎng)繁殖，并在其上形成膜狀生物污泥—生物膜。污水與生物膜接觸，污水中的有機(jī)物，作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，為生物膜上的微生物所攝取，污水得到凈化，微生物自身也得到繁衍增殖。