国外废水处理活性污泥工艺进展

北极星环保网讯:摘要：介绍了活性污泥法的基本原理，比较了不同工艺流程，阐述了生物处理工艺步骤和去营养化能力以及强化去氮、磷的措施，分析了废水处理厂优势和缺点，对于生物废水处理的发展前景进行了展望。

1废水处理厂概述

包含不同功能反应器(池、罐)的污水处理系统称为污水处理厂，其污水流量是完全受控并经优化的。污水处理厂可包含物理、化学和生物工序。在物理处理工序中，较重颗粒沉淀于池底而悬浮于水面的较轻废物被除去。在化学处理工序中，可加入金属盐沉淀磷，磷的去除可以在处理工艺的不同阶段进行，早于、同时、晚于生物处理工序相应地被称为预沉淀、共沉淀、后沉淀。生物处理工序反应器可包含固体界面以支撑细菌生长和生物膜扩展，如生物滤池、生物转盘、流化床(图1(b));也可让细菌在水中自然悬浮固体上生长(即活性污泥工艺)(图1(a))。

活性污泥工艺可以设计成连续流动系统[1]或序批式反应器活性污泥系统。两种系统一般都包含生物曝气去营养工序和污泥沉降工序，不同之处在于，连续处理系统中两工序在两个不同的反应器中进行，而在序批式反应器活性污泥法中，两工序是在同一反应器中顺序进行。

2连续流系统和序批式反应器活性污泥法

传统连续流系统中，废水首先被输入曝气池(图2a)。废水和压缩空气可以从一端引入，整个曝气池溶氧和底物存在浓度梯度，也可以从多点引入，这样曝气池中溶氧和底物浓度较均一。另外，废水可流经几个开放式水池，在完全混合工艺中，废水也在水池间循环。在清水流出之前先经过一个澄清池使固体颗粒沉淀，含存活生物量的过量污泥分离出来单独处理，部分污泥会循环利用以保持系统处理能力稳定。整个过程与实验室和许多工业生产过程中的微生物连续培养相同。

序批式活性污泥系统由连续的进水-排水循环组成，每个循环包括进水、反应、沉降、排水、备用等一系列单元操作。因而，在反应阶段也就是菌体生长阶段后，产生的生物量可以沉淀，而上层清液可以排出。此过程类似于实验室细菌批培养。

3生物处理工艺控制

活性污泥系统的生物处理步骤需要适当地混合，以使悬浮固体、空气、营养成分密切接触，基于混合方式不同可分为柱塞流系统和完全混合系统。此时大量空气从下面通入反应器以有效混合并供给充分的氧气供好氧微生物呼吸，将溶氧应控制在2  mg/L左右，为微生物生长提供优良的环境，在此阶段形成了高活性微生物群落的三维聚集物，称为絮(图1a)，典型絮直径为100～500  μm。新的显微技术比如荧光显微镜、共聚焦激光扫描显微镜结合影像分析技术已应用于分析活性污泥聚集体，通常，絮中可辨别出四种主要结构：①活性和失活微生物细胞，主要是细菌、原生动物和后生动物;②胞外聚合物，如碳水化合物、蛋白质;③无机颗粒(沙);④水。从技术角度看，污泥特性至关重要。形成具有优良沉降特性的致密絮体将方便操作。丝状细菌总是出现在运转良好的工艺过程中，没有污泥膨胀或大量起泡的征兆。一般采用几个污泥指标来描述和表征污泥特性[2]。

偶尔，丝状细菌比例增加会形成沉降缓慢结构松散的菌絮团。这种膨胀现象导致不可控的固体损失(包括活性硝化菌)。虽然绝大多数丝状细菌是异养生物，但是极难培养，约10种丝状细菌看似涉及大多数膨胀事件。其中微丝菌似乎是特别重要的[3]，这种细菌长而细，卷曲的外观使它容易从活性污泥样品显微镜检中区分出来。微丝菌在溶氧大于6  mg/L时受到抑制而在0.4 mg/L时生长良好，因而应认为是一种微需氧菌。虽然8 ℃时也观察到它的生长，但据报道最适生长温度是25  ℃，喜欢偏碱性环境，最大生长速度范围在0.38～1.44  d-1。该细菌不能利用葡萄糖，但可利用长链脂肪酸，如油酸。它可以储存胞内PHA和脂类。活性污泥工艺中因丝状微生物增长引起的污泥膨胀没有可靠的控制策略。根据细菌生理特性，建议采取下面工艺措施来减少其丰度：缩短污泥停留时间，增加溶氧到2  mg/L以上，通过浮选法清除大量油脂。

引起固体分离困难的另一普遍问题是起泡[1]。稳定的泡沫将澄清池的污泥和固体残渣带到水池表面。泡沫通常由稠密丝状菌体和气泡组成。微丝菌比活性污泥中其它种类的菌更具疏水性，常常与起泡问题相关。污泥泡沫中确认的另一类菌是产分枝菌酸的放线菌。最常用的控制起泡方法与控制膨胀方法相同，但起泡问题的严重性迫使人们开发了物理和化学的应急措施来进行控制。

4去营养能力

恰当控制的活性污泥工艺能够高效除去有机碳并矿化、硝化氮。通常对城市废水的COD和BOD去除能力分别超过85%和95%。碳的减少依靠有氧呼吸消耗、生物量生长形成的沉淀污泥的去除以及溶解性和颗粒状有机物的絮凝。另外，分别有20%～30%的磷和氮随着沉降污泥工艺对减少氮和磷不太有效。通过引入化学沉淀和联合硝化-反硝化，磷和氮的去除率可分别提高到90%和70%以上。

活性污泥系统产生的大量污泥是一个需要解决的问题。虽然污泥富含植物营养素，是潜在的有机肥料，但由于存在病菌和化学毒物的风险，比如污泥中的重金属，将污泥循环用于耕地肥料是有问题的，因而，人们设法尽量减少污泥产量，可以增加曝气时间导致污泥驻留时间延长，内源代谢时间相应延长，也就是裂解细胞和颗粒物质的矿化以及胞内物质的微生物降解时间延长，也可以使用水生肉食寡毛类微生物减少过量污泥生成。减少污水处理系统污泥量的一个常用方法是采用厌氧反应器处理污泥以产生生物气(CO2和CH4)。

5强化清除氮、磷

人们早就知道联合应用硝化菌与反硝化菌是废水除氮的有效生物手段。为两种菌提供适宜环境条件的方案是在厌氧池前连上好氧池，即所谓的后置反硝化工艺(图2b)。不过，由于大多数有机物在好氧区分解，该设置因除氮菌缺乏易得能量而效率不高。更有效的方案是将厌氧区置于好氧区之前，并在两区循环污水。这种前置反硝化设计中，除氮菌既有缺氧环境，又有进水中的新鲜有机物。另一方案是用外部有机能源支撑反硝化。据报道，采用醋酸盐、乙醇、甲醇可有效反硝化。对醋酸盐和乙醇的利用是直接的，因为这些分子是有机营养菌正常代谢途径中的成分。用甲醇反硝化则需要较长的适应期，通常需要几个月。只有少数生长缓慢的特种菌，如生丝微菌属，能利用一碳化合物(CH3OH)，而且代谢途径复杂。

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