活性污泥工艺的技术现状及发展趋势环境保护论文.doc

活性污泥工艺的技术现状及发展趋势环境保护论文摘要：活性污泥工艺是污水处理的主要工艺，传统的活 性污泥工艺采用中等污泥负荷，曝气池为连续推流式对传 统工艺的改进可以充分满足各种不同的处理要求，这些改进 可以分为池形的改进、运行方式的改进、曝气方式的改进、 生物学方面的改进及投加填料等方面的改进本文从工艺改 进和污泥膨胀两个方面介绍了活性污泥工艺的技术发展，讨 论了该工艺未来的发展趋势关键词：活性污泥 池形 运 行方式曝气方式生物除磷膜分离分子生物学 活性污 泥工艺是污水处理的主要工艺在全球近6万座城市污水处 理厂中，有3万多座采用活性污泥工艺，而其余多为规模很 小的稳定塘系统活性污泥工艺本世纪初出现于英国，之后 迅速在欧美得到应用早在20年代初，我国上海就建成了 采用活性污泥工艺的污水处理厂30年代初，日本也开始采 用活性污泥工艺处理污水60年代以前，各地采用的活性污 泥工艺与最初形式基本一致，称为传统活性污泥工艺60年 代以来，日益严重的水污染问题迫切需要建设大批污水处理 厂，使活性污泥得到了较快的发展本文从工艺改进和污泥 膨胀两个方面，回顾了活性污泥工艺的技术发展，讨论了该 工艺未来的发展趋势。

1活性污泥工艺的改进传统活性污泥 工艺采用中等污泥负荷，曝气池为连续推流式目前仍有大 批采用传统活性污泥工艺的处理厂在运行若只要求去除有 机污染物时，传统活性污泥工艺仍是一种可行的选择对传 统活性污泥工艺进行的各种改进，产生了很多种不同的活性 污泥工艺一些工艺较传统工艺处理功能增强，一些工艺运 行更加稳定，而另外一些工艺的费用大大降低或运行更加方 便这些工艺上的改进，充分满足了各种不同的处理要求 这些改进可以分为池形的改进、运行方式的改进、曝气方式 的改进、生物学方面的改进以及投加填料等几个方面1.；1池形的改进传统工艺采用推流式曝气池，后来出现 了完全混合式曝气池推流流态和完全混合流态各有其优缺 点与推流相比，完全混合式流态抗冲击负荷能力强，但易 发生短流另外，完全混合活性污泥系统易产生丝状菌污泥 膨胀氧化沟为环流流态，介于完全混合与推流之间，兼具 二者的优点氧化沟工艺最显著的特点是运行管理简便，出 水稳定1.；2运行方式的改变传统工艺系连续流运行方 式，且从曝气池前端进水运行方式的早期改进是多点进水 工艺多点进水最初的目的是平衡沿池的污泥负荷及需氧 量，但后来被渐减曝气工艺所取代。

当采用串级反硝化工艺 时，多点进水被用来补充各缺氧段的碳源多点进水运行方 式的另一个新用途是缓冲水力冲击负荷当雨季进入活性污 泥系统的流量增大时，改为多点进水运行可有效防止污泥流 失SBR是间歇运行的活性污泥工艺，曝气和沉淀在同一池 内完成，省去了二沉池和回流系统，使运行简单化最初的 SBR系间歇进水间歇出水运行后来，在反应器内加入前置 区，实现了连续进水间歇出水运行这一改进的目的是为脱 氮除磷过程补充碳源，另外兼有抑制丝状菌增长的作用对 应的工艺有CASS和ICEASo CASS为周期循环活性污泥系统, 是Trausenviro公司的专利工艺ICEAS为间歇循环延时曝 气系统，是ABJ公司的专利工艺这两种工艺的本质特征都 是连续进水间歇出水，属同一种工艺另外还有多种SBRT 艺，如 Aqua SBR、Om N辻lo SBR、BPAS、Fluidyne 等所 有这些工艺都是在曝气设备和滝水器上作了改进，运行方式 上与最初SBR 一致T型氧化沟是另外一种间歇运行方式， 两个边沟周期性地处于曝气和沉淀状态，因此也省去了二沉 池和回流系统合理调整运行周期和程序，T型氧化沟也可 以进行硝化和反硝化。

T型氧化沟的缺点是转刷利用率太低, 脱氮效率也不高为此，Kruger公司又开发了 De型氧化沟 该种氧化沟属半间歇式运行，设有二沉池及回流系统两个 沟为一组，交替处于硝化反硝化状态只脱氮的De氧化沟 称之为Biodenitro工艺；在氧化沟外设厌氧池，实现除磷 时，称之为Biodenpho工艺由于增设了二沉池及回流系统, DE沟的转刷利用率明显提高间歇运行一个最新的改进是 Seghers公司的Unitank工艺该工艺的运行方式类似于T 型氧化沟，但运行程序似乎更趋优化1.；3曝气方式的 改变传统活性污泥工艺既采用鼓风曝气又采用机械表曝鼓 风曝气又有穿孔管曝气和微孔曝气两种形式穿孔管鼓风曝 气由于氧转移效率及动力效率太低，实际上已很少采用曝 气方式的改进主要是为了提高充氧性能，并方便运行维护射流曝气是曝气方式一种较早的改进其充氧性能高于穿孔 管曝气，且维护方便目前，仍有新型的射流曝气装置出现 陶瓷微孔曝气器早在80年代就已采用，但一直没有得到广 泛应用80年代中期，大批污水处理厂改造成了陶瓷微孔曝 气器，但至90年代很快又被橡胶膜片曝气器所取代膜片 曝气器的显著特点是不堵塞不积垢，但由于材质原因，其寿 命和理化稳定性仍是一个待解决的问题。

纯氧曝气也是一种 较早的曝气方式的改进，它的显著特点是充氧性能大大提 高其原因是由于氧分压提髙，使氧在污水中的饱和溶解度 增大，进而增大了氧传质扩散的推动力深层曝气的充氧性 能也大大提高，但原因是由于压力的提高，导致扩散传质推 动力的增大目前出现的气提反应器使深层曝气工艺趋于优 化1.；4生物学方面的改进传统活性污泥工艺采用中等 污泥负荷较早的改进方式是高负荷工艺和低负荷工艺高 负荷工艺又称高速曝气工艺，主要是利用活性污泥强大的吸 附性能在较短的时间内去除大部分有机物吸附再生工艺和 AB工艺的A段严格上也属于高速曝气工艺低负荷工艺又 称延时曝气工艺，除能去除有机物以外，还能实现污泥好氧 稳定传统活性污泥工艺的最大改进是各种脱氮除磷工艺的 出现早期的脱氮工艺采用二阶段或三阶段活性污泥工艺， 有机物分解、硝化和反硝化分别在不同的活性污泥系统中完 成，且反硝化过程需外加碳源70年代初，Wuhrmann工艺 将有机物分解、硝化和反硝化合并到一套活性污泥系统中， 形成了早期的OA脱氮工艺Ludzack Ettinger工艺将反硝 化段移至硝化段首端，将OA工艺改进为AO工艺之后， Baranard 提出了 MLE 工艺，在 Ludzack Ettinger 工艺中加 入了混合液内循环，形成了现在普遍采用的AO脱氮工艺。

生物除磷工艺的发展基本与生物脱氮同步早在50年代， 就已发现活性污泥"过度吸磷"(Luxuryup Tank)现象，但 60年代中期，才开始理论上的研究，到70年代，才形成了 现在的A0除磷工艺，又称为Phoredox工艺A0生物除磷工 艺有两类：主流除磷和侧流除磷主流(Main Stream)除磷 工艺将放磷的厌氧段设在主工艺流程上，而侧流 (SIDESTREAM) X艺的厌氧段则不在工艺主路上，称为Strip 池侧流工艺也称为Phostrip工艺，改进的目的是增加一 个放磷口，提高除磷率A20工艺将生物脱氮生物除磷综合 到了同一活性污泥系统中，是生物脱氮和生物除磷的最初结 合点A20工艺是美国Air Products公司的专利，但在生物 脱氮除磷领域很快被其他很多专利工艺所取代对A20工艺 的改进基于生物脱氮除磷的大量基础研究改进的目的集中 在消除脱氮与除磷的相互干扰，提高脱氮除磷效率、降低运 行费用等方面UCT工艺和MUCT工艺的主要特征是消除了回 流污泥中的硝酸氮或DO对聚磷菌放磷过程的影响MUCT设 置两个独立的缺氧区，使这种影响降至最低，并可增大内回 流比，提高脱氮率能起同样作用的还有VIP工艺。

Eimco 公司的Bardenpho工艺在A0和A20基础上又增加一个缺氧 区和好氧区，起到了精脱氮的作用Bardenpho工艺包括四 区工艺和五区工艺两种，四区工艺用于脱氮，五区工艺用于 脱氮除磷另一类A20的改进工艺是利用污泥发酵产生的易 降解有机物(VFA),补充到A20工艺中的厌氧段或缺氧段， 以提髙脱氮除磷效率主要有NTH、Hypro Concept、Owasa、 UBC和EASC等工艺类型Owasa是美国工艺，特点是初沉污 泥经发酵之后，进行重力浓缩，上清液进入曝气池的厌氧或 缺氧段NTH是挪威工艺，特点是将初污泥首先进行浓缩， 将浓缩后的污泥进行热水解（100〜180°C）,之后再进行离心 分离，将分离液回流至曝气池的缺氧段挪威污水的B0D5/TN 极低，脱氮所需VFA严重不足，而热水解可提供较大的VFA 量，能满足脱氮需要Hypro Concept是一种丹麦工艺流程 当采用前置化学除磷时，初沉池出水中的B0D5会大大降低, 必定满足不了后续脱氮的需要，因而必须将初沉污泥进行发 酵，并离心浓缩，将富含VFA的离心液回至反硝化区UBC 是加拿大工艺，其特点是初沉污泥经发酵后，将部分污泥回 至初沉池前端，另一部分去污泥处理区，不设发酵污泥的浓 缩单元。

实际上，回至初沉池的发酵污泥在沉淀过程中，将 VFA与污水充分混合，进入后续脱氮除磷系统在UBC工艺 中，初沉池代替了浓缩单元EASC出现于德国，称之为延时 厌氧污泥接触工艺其特点是回流污泥排至初沉池，初沉污 泥排入曝气池在EASC工艺中，回流污泥中的硝酸氮和DO, 入流污水中的硝酸氮、NX0等均将在初沉池被消耗掉，从而 不影响后续的脱氮除磷同时，初沉污泥中的VFA进入曝气 池后，也能补充脱氮除磷所需的磷源另外还有一些脱氮除 磷工艺，虽然机理上并无新意，但却能降低系统的总水力停 留时间，节省投资如多级串联脱氮工艺以及RDN工艺等 多级串联生物脱氮工艺有两种：Cascade NdN和Cascade dNN 工艺前者为多级串联的后置脱氮工艺，不需内回流，但需 多点进水运行后者为多级串联的前置脱氮工艺，每一级均 需设置内回流RDN是捷克开发的一种工艺，特点是在A0脱 氮系统中，增设一个污泥再曝气池，增大了系统的好氧污泥 龄在同样的脱氮效率下，RDN较A0水力停留时间可缩短， 从而使投资节省以上生物脱氮除磷工艺大多开发于80年 代末90年代初，已在污水处理厂获得广泛应用自1994年 以来，对生物脱氮除磷机理的研究有了新的进展，在此基础 上出现了一些新工艺缺氧与反硝化是联系紧密的两个概念。

缺氧是指混合液中只存在化合态氧(NO-X)而不存在分子态 氧的一种状态当既无NO-X又无DO时，则为厌氧状态在 缺氧状态下，NO-X是唯一的最终电子受体如果存在可利用 的碳源，则微生物必然进行反硝化但此时如果存在溶解氧, 微生物将优先利用02作为最终电子，从而抑制反硝化因 此，在实际污水处理中，N20工艺一般要求缺氧段的 D0<；0.；5mg/lo 但近年来发现 DO>；0.； 5mg/l 时, 缺氧段也能继续保持反硝化同时，由于D0的提高，硝化 也同时存在由此人们认识到，硝化和反硝化可以在某个较 高的D0范围(如1 10〜15mg/l)内同步进行对同步硝化和反 硝化现象可能的解释是：活性污泥中的硝化细菌易于脱离污 泥絮体而游离存在，或主要生存在絮体的外层，而进行反硝化的异氧菌则主要集中在絮体内部当控制DO在合适的范 围时，混合液主体以及污泥絮体外层处于好氧状态，硝化细 菌进行硝化，而污泥絮体内部处于缺氧状态，异氧菌进行反 硝化基于同步硝化反硝化的工艺有：NdeN工艺、Orbalsim Pre工艺和0A0工艺NdeN是美国Enviro公司的专利工艺， 流程如图lo 3-为最终电子受体。

即聚磷菌在缺氧状态下的 吸磷速率要高于好氧状态下的吸磷速率，亦即聚磷菌也能进 行反硝化虽然这一现象的原因尚不清楚，但已经出现基于 这一现象的两种最新脱氮除磷工艺：Dephanox工艺和BCFS 工艺De Phanox工艺的流程如图3 在该工艺流程中，硝化后的污水与充分放磷后的聚磷菌在Depha。