国外废水处理活性污泥工艺进展

伴随着新菌株的发现，生物除氮技术开发了一些新方法。通过部分硝化结合厌氧氨氧化工艺，建立了一些低消耗除氮技术(图3b和e)[4，5]。在部分硝化工艺中，阻止亚硝酸盐氧化菌将亚硝酸盐氧化成硝酸盐，而是通过异养反硝化直接去除亚硝酸盐。在高效去除亚硝酸铵的单一反应器系统，使用比氨氧化菌生长速度慢的亚硝酸盐氧化菌在较高温度(大于26  ℃)下实现了不完全硝化。应用高水压驻留时间，亚硝酸盐氧化菌被洗出，积累的亚硝酸盐在后续反应器厌氧氨氧化工序中去除。在此过程中，氨作为电子供体，亚硝酸盐被氧化。部分硝化工艺中，半数氨转化成亚硝酸盐。此工艺的一个优点是反硝化工序不需要额外的有机能。另一变化是硝化菌在单一反应器中将铵氧化成硝酸盐，消耗氧造成厌氧氨氧化菌需要的缺氧环境。该工艺称为全自养亚硝酸盐脱氮，简称CANON。

既然生物除氮和强化生物除磷都需要交替循环的好氧和厌氧条件，将两者结合起来顺理成章。不过，事情并不像看起来那么容易。除了变换厌氧和好氧机制，厌氧区必须保持完全无氧以提供脂肪酸类的发酵终产物，并筛选聚磷菌。厌氧区硝酸盐含量必须较低，否则，异养反硝化菌会消耗聚磷菌需要的有机分子。在所谓的三阶段PHOREDOX工艺中，进水首先进入厌氧反应器，然后转入兼氧反应器，同时补入最后好氧反应器循环过来的活性污泥(图2c)。这种方式，很少硝酸盐随着澄清池污泥返回系统前部。因而，这种设计既能除磷又能除氮。

6调控模型

活性污泥工艺不只包含多个工序，进水特性也随时变化。这就使工艺调控和优化十分必要。由活性污泥模型、水力模型、氧传递模型、沉淀池模型组合的总模型可描述真实的污水处理厂。活性污泥模型用一组微分方程描述过程中发生的生物反应。污水处理厂模型除了用于控制和优化，还用于模拟不同情景以学习或评估新的设计方案[6]。

7废水处理厂的优缺点

活性污泥工艺的基础设计方案具有较高的生物氧化碳和氮的能力，而且是在较小的单元里完成，也就是需要空间小，这常常是城区污水处理的先决条件。通过调整设计，大量的氮和磷也可用生物工艺除去。SBR工艺是既稳定又灵活的活性污泥工艺，生物量没有洗出损失，处理有机物和水负荷变化的适应性良好。另外，维持SBR工艺需要的设备和人工更少。

活性污泥法污水处理工艺操作需要很多知识和经验。活性污泥工艺设计重点大多放在去营养效率方面。虽然病菌一般可有效去除，但大多数污水处理厂不是为处理致病微生物设计的，而且，对微生物菌群的环境筛选压力可能造成高度特化的生态系统，因此，处理工艺可能易被环境变化干扰，如污水负荷、组成以及毒物的变化，造成维护成本升高。系统中氮这种有价值的植物营养素以气态散发出去，而不是用于作物生产。另外，富含植物营养素的污泥可能含有重金属以及人为的有机污染物，可能对生态系统造成风险，因而常常必须谨慎存放或焚烧。

活性污泥工艺设计仍在持续地改进中，以应对各种废水高效低耗的处理要求。

8生物污水处理展望

最初的污水处理是因卫生需求引入。当今工业化社会，污水处理厂和耕地贡献了相当比例的氮，使水环境严重富营养化。大多自然生态环境在磷和氮等主要营养元素缺乏情况下可控，意味着富营养化经常直接影响生态系统的反应。因而使污水处理系统适应自然生物地球化学循环并和可持续发展社会愿景一致非常重要。

城市污水污泥应被视为有价值的资源而循环利用于作物和能量生产。无论磷的提取还是无机氮肥生产都要消耗大量矿石燃料。因而，未来一个重要的目标就是形成一个可持续的植物营养循环，通过食物生产、精制、消费、废物处理再返回耕地。为此，排放的废水必须含有尽可能多的磷和氮，同时有机和无机毒物含量降到最少。

这样的全球目标需要具备处理不断增多的污水的能力。不但就具体问题选择具体方案很重要，而且要考虑到水动力学和生物工艺学包含的广泛的科学基础知识，同时优化处理方案的能力也是至关重要的。科学知识对于深入理解生物处理系统优化中的关键微生物过程非常重要，但最重要的是大家要形成废水也是资源的意识，并鼓励全社会为此献计献策。

延伸阅读：

活性污泥是什么?污泥膨胀现象的原因和控制措施