污水处理主流技术发展史

AN/O (Anoxic/Oxic) 工艺流程图

在AN/O工艺流程中，原污水先进入缺氧池，再进入好氧池，并将好氧池的混合液与沉淀池的污泥同时回流到缺氧池。污泥和好氧池混合液的回流保证了缺氧池和好氧池中有足够数量的微生物，并使缺氧池得到好氧池中硝化产生的硝酸盐。而原污水和混合液的直接进入，又为缺氧池反硝化提供了充足的碳源有机物，使反硝化反应能在缺氧池中得以进行。反硝化反应后的出水又可在好氧池中进行BOD的进一步降解和硝化作用。

为了达到同时脱氨除磷的目的，在Ap/O工艺中增设缺氧区，构造了厌氧/缺氧/好氧(A/A/O) 工艺。

(A/A/O)脱氮除磷工艺流程

早期的生物脱氮除磷工艺是Bardenpho工艺，该工艺由两级A/O (Anoxic/Oxic) 工艺组成，共四个反应池。BOD的去除、氨氮氧化和磷的吸收都是在硝化(第一氧化) 段完成的。第二缺氧段提供足够的停留时间，通过混合液的内源呼吸作用，进一步去除残余的硝化氮。最终好氧段为混合液提供短暂的曝气时间，以降低二次沉淀池出现厌氧状态和释放磷的可能性。

由于发现混合液回流中硝酸盐对生物除磷有非常不利的影响，Banard (1976) 提出真正意义上的脱氮除磷工艺，即在Bardenpho工艺的前端增设一个厌氧区，混合液从第一好氧区回流到第一缺氧区，污泥回流到厌氧区的进水端。这一工艺流程在南非称为五段式Phoredox 工艺，在美国称为改良型Bardenpho工艺。Bardenpho工艺按低污泥负荷方式设计和运行，目的是提高脱氮率。改良Bardenpho工艺得到进一步改进，20世纪80年代Marais研究组开发了UCT工艺，将污泥回流到缺氧区而不是厌氧区，在缺氧区和厌氧区之间建立第二套混合液回流使进入厌氧区的硝态氮负荷降低。

二、生物膜法

生物膜法和活性污泥法一样，都是利用微生物去除污水中有机物的方法。但在活性污泥法中，微生物处于悬浮生长的状态，所以活性污泥法处理系统又称为悬浮生长系统。而生物膜法中的微生物则附着在某些物质的表面，所以生物膜法处理系统又称为附着生长系统。生物膜法主要包括生物滤池、生物转盘，生物流化床法等。

生物膜法的基本原理是通过污水与生物膜的相对运动，使污水与生物膜接触，进行固液两相的物质交换，并在膜内进行有机物的生物氧化，使污水得到净化。与微生物悬浮生长的活性污泥法相比，它有以下优点: 由于存在许多硝化细菌，因此具有较高的脱氮能力; 生物膜中存在的微生物具有多样性，包括好氧菌、厌氧菌、真菌和藻类等，使其在去除污染物方面具有广谱性；大量的微生物生长占据了整个反应器的空间，单位体积的生物量远比活性污泥法高，因此单位体积的处理能力也大；膜法中的微生物的食物链比活性污泥法长，产生的污泥大都被生物消耗，因此剩余污泥少；系统维护方便，能耗低，无需污泥回流；该系统的微生态复杂，对水力和有机负荷变化的承受能力强，操作稳定。

（2.1）生物滤池

1893年在英国尝试将污水在粗滤料上喷酒进行净化试验，取得良好的效果，这种工艺得到公认，命名为生物过滤法，处理构筑物则称为生物滤池，开始用于污水处理实践并迅速地在欧洲一些国家得到应用。早期出现的生物滤池处理负荷低，为了解决这个问题，高负荷生物滤池孕育而生。20世纪50年代，原民主德国有人按化学工业中填料塔方式，建造了塔式生物滤池，这种池子通风顺畅，净化功能良好，使占地面积大的问题进一步得到解决。

（2.2）生物转盘

生物转盘是于20世纪60年代由原联邦德国所开创的一种污水生物处理技术。原联邦德国斯图加特工业大学勃别尔(Popel) 教授和哈特曼(Hartman) 教授对生物转盘技术的实用化进行了大量的试验研究和理论探讨工作，并于1964 年发表了题为“生物转盘的设计、计算与性能”的论文，就此奠定了生物转盘技术发展的基础。生物转盘初期用于生活污水处理，后推广到城市污水处理和有机工业废水的处理。处理规模也不断扩大。当前，生物转盘处理技术已被公认为是一种净化效果好、能源消耗低的生物处理技术。

（2.3）生物接触氧化法

生物接触氧化法是20世纪70年代初开创的一种污水处理技术，在一些国家特别是日本、美国得到了迅速的发展和应用，广泛应用于处理生活污水和食品加工等工业废水，还可用于地表微污染原水的生物预处理，生物接触氧化法在我国也得到较为广泛的应用，除生活污水外，还应用于石油化工、农药、印染、纺织、造纸、食品加工等工业废水处理，都取得了良好的处理效果。生物接触氧化法处理技术可以分为两种：一是在池内填充填料，已经充氧的污水浸没全部填料并以一定的流速流经填料，污水与填料上布满的生物膜广泛接触，在生物膜上微生物新陈代谢功能的作用下，污水中的有机物得到去除，因此又称为“淹没式生物滤池”；二是采用与曝气池相同的曝气方法，向微生物提供所需的氧气并起到混合搅拌的作用，这种方式相当于在曝气池内填充微生物栖息的填料，因此又称为“接触曝气法”。

自20世纪80年代以来，污水生物处理新工艺新技术的研究、开发和应用，已在全世界范围内得到了长足的发展且出现了许多新型的污水生物处理技术，并正朝着自动控制的方向发展。

三、化学氧化处理技术

化学处理，即通过化学反应改变污水中污染物的化学性质或物理性质，使它从溶解、胶体或悬浮状态转变为沉淀或漂浮状态，或从固态转变为气态，进而从水中除去的污水处理方法。污水化学处理法可分为：污水中和处理法、污水混凝处理法、污水化学沉淀处理法、污水氧化处理法、污水萃取处理法等。

1. 新型高效化学试剂的发展

近年来，世界新型无机化学混凝剂如聚合铝、聚合铁和复合型无机混凝剂的开发成功以及新型有机高分子絮凝剂的开发，如各种离子型的分子量高达2000万的聚丙烯酰胺的开发应用，使化学法处理可以采用较少的药剂就能达到较高的处理效果，并且产生较少的污泥。

2. 化学氧化技术的发展

随着工业的迅猛发展，工业废水的排放量逐年增加，且大都具有有机物浓度高、生物降解性差甚至有生物毒性等特点，国内外技术人员对此类高浓度、难降解有机废水的综合治理予以了高度重视。目前部分成分简单、生物降解性略好、浓度较低的废水都可以通过组合传统工艺得到处理，而浓度高、难生物降解的废水治理工作在技术和经济上都存在很大困难，为此，开发研究了一些水处理高级氧化技术。

（2.1）湿式氧化技术

针对一些工业废水浓度高、难生物降解等难题，开发了湿式氧化法。湿式氧化法(WAO)是在高温高压下，利用氧化剂将废水中的有机物氧化成二氧化碳和水，从而达到去除污染物的目的。该法具有适用范围广，处理效率高，极少有二次污染，氧化速率快，可回收能量及有用物料等特点。进人20 世纪70 年代后，湿式氧化法工艺得到迅速发展，应用范围从回收有用化学品和能量进一步扩展到有毒有害废弃物的处理，尤其是在处理含酚、磷、氰等有毒有害物质方面已有大量文献报道。在国外，WAO技术已实现工业化，主要应用于活性炭再生，含氰废水、煤气化废水、造纸黑液和城市污泥及垃圾渗出液处理。国内从20世纪80年代才开始进行WAO的研究，先后进行了造纸黑液、含硫废水、含酚废水、煤制气废水、农药废水和印染废水等试验研究，目前，WAO在国内仍处于试验阶段。

为了降低反应温度和压力，同时提高处理效果，出现了使用高效、稳定催化剂的催化湿式氧化法(CWAO) 和加入更强氧化剂（过氧化物）的湿式氧化法（WPO），为了彻底去除一些WAO难以去除的有机物，还出现了将废水温度升至水的临界温度以上的超临界湿式氧化法（SCWO）。

（2.2）光化学氧化技术

1972年Fujishima 和Honda发现光照下的TiO2 单品电极能分解水，引起人们对光诱导氧化还原反应的兴趣，由此推进了有机物和无机物光氧化还原反应的研究。20 世纪80 年代初，开始研究光化学应用于环境保护，其中光化学降解治理污染尤受重视。光催化降解在环境污染治理中的应用研究更为活跃。目前有关光催化降解的研究报道中，以应用人工光源的紫外辐射为主，对分解有机物效果显著，但费用较高且需要消耗电能，因此国内外研究者均提出应开发利用自然光源或自然、人工光源相结合的技术，充分利用清洁的可再生能源，使太阳能利用和环境保护相结合,发挥光化学降解在环境污染治理中的优势。

（2.3）新型高效催化氧化技术

新型高效催化氧化的原理就是在表面催化剂存在的条件下，利用强氧化剂二氧化氯在常温常压下催化氧化废水中的有机物，或直接氧化有机污染物，或将大分子有机污染物氧化成小分子有机物，提高废水的可生化性，更好地去除有机污染物。除二氧化氯外，还有臭氧类氧化法，采用臭氧氧化法处理有机废水，反应速度快，无二次污染，在废水处理中应用较广泛。近年来又广泛开展了提高臭氧化处理效率的研究，其中，紫外/臭氧法、臭氧/双氧水法、草酸/Mn2+/臭氧法三种组合方式被证明最为有效。

与生物处理法相比，化学处理法能迅速、有效地去除更多种类的污染物，特别是生物处理法不能处理的一些污染物，同时也可以作为生物处理单元的预处理，提高可生化性。在水和其他资源日渐短缺的现状下，污水化学处理法将获得更大的发展。

四、传统技术科学设计和优化组合

1. 化学法与生物处理法的结合

近年来，世界各国已较多地采用在生物处理的曝气池中投加铁盐的方法，使除磷的效果明显提高，并使活性污泥的浓度提高，污泥颗粒紧实，使生物处理的效果更加稳定。在生物处理工艺中加入混凝沉淀等工艺，使处理后的出水达到更高的标准，可以满足回用的要求。

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