活性污泥法的發(fā)展和演變

活性污泥法自發(fā)明以來，根據(jù)反應(yīng)時(shí)間、進(jìn)水方式、曝氣設(shè)備、氧的來源、反應(yīng)池型等的不同，已經(jīng)發(fā)展出多種變型，這些變型方式有的還在廣泛應(yīng)用，同時(shí)新開發(fā)的處理工藝還在工程中接受實(shí)踐的考驗(yàn)，采用時(shí)需慎重區(qū)別對(duì)待，因地因時(shí)的加以選擇。

1. 傳統(tǒng)推流式

傳統(tǒng)推流式活性污泥法工藝流程，污水和回流污泥在曝氣池的前端進(jìn)入，在池內(nèi)呈推流形式流動(dòng)至池的末端，由鼓風(fēng)機(jī)通過擴(kuò)散設(shè)備或機(jī)械曝氣機(jī)曝氣并攪拌，因?yàn)槔鹊赖拈L(zhǎng)寬比要求在5~10，所以一般采用3~5條廊道。在曝氣池內(nèi)進(jìn)行吸附、絮凝和有機(jī)污染物的氧化分解，zui后進(jìn)入二沉池進(jìn)行處理后的污水和活性污泥的分離，部分污泥回流至曝氣池，部分污泥作為剩余污泥排放。傳統(tǒng)推流式運(yùn)行中存在的主要問題，一是池內(nèi)流態(tài)呈推流式，首端有機(jī)污染物負(fù)荷高，耗氧速率高；二是污水和回流污泥進(jìn)入曝氣池后，不能立即與整個(gè)曝氣池混合液充分混合，易受沖擊負(fù)荷影響，適應(yīng)水質(zhì)、水量變化的能力差；三是混合液的需氧量在長(zhǎng)度方向是逐步下降的，而充氧設(shè)備通常沿池長(zhǎng)是均勻布置的，這樣會(huì)出現(xiàn)前半段供氧不足，后半段供氧超過需要的現(xiàn)象。

1. 漸減曝氣法

為了改變傳統(tǒng)推流式活性污泥法供氧和需氧的差距，可以采用漸減曝氣方式，充氧設(shè)備的布置沿池長(zhǎng)方向與需氧量匹配，使布?xì)庋爻讨鸩竭f減，使其接近需氧速率，而總的空氣用量有所減少，從而可以節(jié)省能耗，提高處理效率。

1. 階段曝氣法

降低傳統(tǒng)推流式曝氣池中進(jìn)水端需氧量峰值要求，還可以采用分段進(jìn)水方式，入流污水在曝氣池中分3~4點(diǎn)進(jìn)入，均衡了曝氣池內(nèi)有機(jī)污染物負(fù)荷及需氧率，提高了曝氣池對(duì)水質(zhì)、水量沖擊負(fù)荷的能力。階段曝氣推流式曝氣池一般采用3條或更多廊道，在*個(gè)進(jìn)水點(diǎn)后，混合液的MLSS濃度可高達(dá)5000~9000mg/L，后面廊道污泥濃度隨著污水多點(diǎn)進(jìn)入而降低。在池體容積相同情況下，與傳統(tǒng)推流式相比，階段曝氣活性污泥法系統(tǒng)可以擁有更高的污泥總量，從而污泥齡可以更高。

階段曝氣法也可以只向后面的廊道進(jìn)水，使系統(tǒng)按照吸附再生法運(yùn)行。在雨季高流量時(shí)，可將進(jìn)水超越到后面廊道，從而減少進(jìn)入二沉池的固體負(fù)荷，避免曝氣池混合液懸浮固體的流失。

1. 高負(fù)荷曝氣法

高負(fù)荷曝氣法（又稱改良曝氣法）在系統(tǒng)與曝氣池構(gòu)造方面與傳統(tǒng)推流式活性污泥法相同，但曝氣停留時(shí)間僅1.5~3.0h，曝氣池活性污泥處于生長(zhǎng)旺盛期。本工藝的主要特點(diǎn)是有機(jī)物容積負(fù)荷或污泥負(fù)荷高，曝氣時(shí)間短，但處理效果低，一般BOD₅去除率不超過70％~75％，為了維護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定，必須保證充分的攪拌和曝氣。

1. 延時(shí)曝氣法

延時(shí)曝氣法與傳統(tǒng)推流式類似，不同之處在于本工藝的活性污泥處于生長(zhǎng)曲線的內(nèi)源呼吸期，有機(jī)物負(fù)荷非常低，曝氣反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，一般多在24h以上，污泥泥齡長(zhǎng)，SRT在20~30d，曝氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)決定于系統(tǒng)的攪拌要求而不是需氧量。由于活性污泥在池內(nèi)長(zhǎng)期處于內(nèi)源呼吸期，剩余污泥量少且穩(wěn)定，剩余污泥主要是一些難于生物降解的微生物內(nèi)源代謝的殘留物，因此也可以說該工藝是污水、污泥綜合好氧處理系統(tǒng)。本工藝還具有處理過程穩(wěn)定性高，對(duì)進(jìn)水水質(zhì)、水量變化適應(yīng)性強(qiáng)，不需要初沉池等優(yōu)點(diǎn)；但也存在需要池體容積大，基建費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用都較高等缺點(diǎn)，一般適用于小型污水處理系統(tǒng)。

1. 吸附再生法

吸附再生法又名穩(wěn)定接觸法，出現(xiàn)于20世紀(jì)40年代后期美國(guó)的污水處理廠擴(kuò)建改造中。

本工藝的特點(diǎn)是污水與活性污泥在吸附池內(nèi)吸附時(shí)間較短（30~60min），吸附池容積較小，而再生池接納的是已經(jīng)排除剩余污泥的回流污泥，且污泥濃度較高，因此，再生池的容積也較小；吸附再生法具有一定的抗沖擊負(fù)荷能力，如果吸附池污泥遭到破壞，可以由再生池進(jìn)行補(bǔ)充。

但由于吸附接觸時(shí)間短，限制了有機(jī)物的降解和氨氮的硝化，處理效果低于傳統(tǒng)法，對(duì)于含溶解性有機(jī)污染物較多的污水處理，本工藝并不適用。

1. *混合法

污水與回流污泥進(jìn)入曝氣池后，立即與池內(nèi)的混合液充分混合，池內(nèi)的混合也是有待泥水分離的處理水。

該工藝具有如下特征：

1. 進(jìn)入曝氣池的污水很快即被池內(nèi)已存在的混合液所稀釋、均化，入流出現(xiàn)沖擊負(fù)荷時(shí)池液的組成變化較小，因?yàn)轶E然增加的負(fù)荷可為全池混合液所分擔(dān)，而不是像推流中僅僅由部分回流污泥來承擔(dān)，所以該工藝對(duì)沖擊負(fù)荷具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，適用于處理工業(yè)廢水，特別是濃度較高的工業(yè)廢水。
2. 污水在曝氣池內(nèi)分布均勻，F(xiàn)/M值均等，各部位有機(jī)污染物降解工況相同，微生物群體的組成和數(shù)量幾近一致，因此，有可能通過對(duì)F/M值的調(diào)整，將整個(gè)曝氣池的工況控制在*條件，以更好發(fā)揮活性污泥的凈化功能。
3. 曝氣池內(nèi)混合液的需氧速率均衡。

*混合活性污泥法系統(tǒng)因?yàn)橛袡C(jī)物負(fù)荷較低，微生物生長(zhǎng)通常位于生長(zhǎng)曲線的靜止期或衰老期，活性污泥易于產(chǎn)生膨脹現(xiàn)象。

*混合活性污泥法池體形狀可采用圓形或方形，與沉淀池可以合建或分建。

1. 深層曝氣法

曝氣池的經(jīng)濟(jì)深度是按基建費(fèi)和運(yùn)行費(fèi)用來決定的。根據(jù)長(zhǎng)期的經(jīng)驗(yàn)，并經(jīng)過多方面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，經(jīng)濟(jì)深度一般為5~6m。但隨著城市的發(fā)展，普遍感到用地緊張，為了節(jié)約用地，從20世紀(jì)60年代開始研究發(fā)展了深層曝氣法。

一般深層曝氣池水深可達(dá)10~20m，但超深層曝氣法，又稱豎井或深井曝氣，直徑為1.0~6.0m，水深可達(dá)150~300m，大大節(jié)省了用地面積。同時(shí)由于水深大幅度增加，可以促進(jìn)氧傳遞速率，處理功能幾乎不受氣候條件的影響。本工藝適用于處理高濃度有機(jī)廢水。

深井曝氣法中，活性污泥經(jīng)受壓力的變化較大，有時(shí)加壓，有時(shí)減壓，實(shí)踐表明這時(shí)微生物的活性和代謝能力并沒有異常變化。但合成和能量的分配有一定變化，運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)二氧化碳產(chǎn)生量比常曝氣多30％，污泥產(chǎn)量低。

深井曝氣池內(nèi)，氣液紊流大，夜膜更新快，促使K_La值增大，同時(shí)氣液接觸時(shí)間增長(zhǎng)，溶解氧的飽和濃度也隨深度的增加而增加。國(guó)外已建成了幾十個(gè)深井曝氣處理廠，國(guó)內(nèi)也有應(yīng)用。但是，當(dāng)井壁腐蝕或受損時(shí)污水是否會(huì)通過井壁滲透，污染地下水，這個(gè)問題必須嚴(yán)肅認(rèn)真地對(duì)待。

1. 純氧曝氣法

以純氧代替空氣，可以提高生物處理的速率。純氧曝氣采用密閉的池子。曝氣時(shí)間較短，約1.5~3.0h，MLSS較高，約6000~8000mg/L，因而二沉池的設(shè)計(jì)和運(yùn)行要引起注意。

純氧曝氣池的主要優(yōu)點(diǎn)之一是：氧的純度達(dá)90％以上，在密閉的容器中，溶解氧飽和濃度可提高，氧轉(zhuǎn)移的推動(dòng)力也隨之提高，氧傳遞速率增加了，因而處理效果好，污泥的沉淀性能好，產(chǎn)生的剩余污泥量少。純陽曝氣并沒有改變活性污泥或微生物的性質(zhì)，但使微生物充分發(fā)揮了作用。

純氧曝氣的缺點(diǎn)主要是純氧發(fā)生器容易出現(xiàn)故障，裝置復(fù)雜，運(yùn)轉(zhuǎn)管理較麻煩。水池頂部必須密閉不漏氣，結(jié)構(gòu)要求高。如果進(jìn)水中混入大量易揮發(fā)的碳?xì)浠衔?，容易引起爆炸。同時(shí)生物代謝中生成的二氧化碳，將使氣體的二氧化碳分壓上升，溶解于溶液中，會(huì)導(dǎo)致pH的下降，妨礙生物處理的正常運(yùn)行，特別是影響硝化反映的過程，因而要適時(shí)排氣和進(jìn)行pH的調(diào)節(jié)。

1. 克勞斯（Kraus）法

克勞斯工程師把厭氧消化富含氨氮的上清液加到回流污泥中一起曝氣硝化，然后再加入曝氣池，除了提供氮源外，硝酸鹽也可以作為電子受體，參與有機(jī)物的降解。工藝改造后成功地克服了高碳水化合物所帶來的污泥膨脹問題。此外，消化池上清液挾帶的消化污泥量較大，有改善混合液沉淀性能的功效。

1. 吸附-生物降解工藝（AB法）

AB處理工藝的主要特征是：

1. 整個(gè)污水處理系統(tǒng)共分為預(yù)處理段、*、B級(jí)三段，在預(yù)處理段只設(shè)格柵、沉沙等處理設(shè)備，不設(shè)初沉池；
2. A級(jí)由吸附池和中間沉淀池組成，B級(jí)由曝氣池及二沉池組成；
3. A級(jí)與B級(jí)各自擁有獨(dú)立的污泥回流系統(tǒng)，每級(jí)能夠培育出各自*的、適合本級(jí)水質(zhì)特征的微生物種群。

A級(jí)以高負(fù)荷或超高負(fù)荷運(yùn)行，曝氣停留時(shí)間在2~4h，污泥泥齡15~20d。

該工藝處理效果穩(wěn)定，具有抗沖擊負(fù)荷能力，在歐洲有廣泛的應(yīng)用。該工藝還可以根據(jù)經(jīng)濟(jì)實(shí)力進(jìn)行分期建設(shè)。

12、序批式活性污泥法（SBR法）

序批式活性污泥法比連續(xù)活性污泥法出現(xiàn)得更早，但由于當(dāng)時(shí)運(yùn)行管理?xiàng)l件限制而被連續(xù)流系統(tǒng)所取代。隨著自動(dòng)控制水平的提高，SBR法又引起人們的重視，并對(duì)它進(jìn)行了更加深入的研究與改進(jìn)。

SBR工藝與連續(xù)流活性污泥法工藝相比有一些優(yōu)點(diǎn)：①工藝系統(tǒng)組成簡(jiǎn)單，曝氣池兼具二沉池的功能，無污泥回流設(shè)備；②耐沖擊負(fù)荷，在一般情況下（包括工業(yè)廢水處理）無需設(shè)置調(diào)節(jié)池；③反應(yīng)推動(dòng)力大，易于得到優(yōu)于連續(xù)流系統(tǒng)的出水水質(zhì)；④運(yùn)行操作靈活，通過適當(dāng)調(diào)節(jié)各階段操作狀態(tài)可達(dá)到脫氮除磷的效果；⑤活性污泥在一個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)，經(jīng)過不同的運(yùn)行環(huán)境條件，污泥沉降性能好，SVI值較低，能有效的防止絲狀菌膨脹；⑥該工藝可通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動(dòng)控制，易于維護(hù)管理。

1. 氧化溝

20世紀(jì)50年代開發(fā)的氧化溝是延時(shí)曝氣法的一種特殊形式，一般采用圓形或橢圓形廊道，池體狹長(zhǎng)，池深較淺，在溝槽中設(shè)有機(jī)械曝氣和推進(jìn)裝置，近年來也有采用局部區(qū)域鼓風(fēng)曝氣外加水下推進(jìn)器的運(yùn)行方式。池體的布置和曝氣、攪拌裝置都有利于廊道內(nèi)的混合液?jiǎn)蜗蛄鲃?dòng)。通過曝氣或攪拌作用在廊道中形成0.25~0.30m/s的流速，使活性污泥呈懸浮狀態(tài)，在這樣的廊道流速下，混合液在5~15min內(nèi)完成一次循環(huán)，而廊道中大量的混合液可以稀釋進(jìn)水20~30倍，廊道中水流雖然呈推流式，但過程動(dòng)力學(xué)接近*混合反應(yīng)池。當(dāng)污水離開曝氣區(qū)后，溶解氧濃度降低，有可能發(fā)生反硝化反應(yīng)。

大多數(shù)情況下，氧化溝系統(tǒng)需要二沉池，但有些場(chǎng)合可以在廊道內(nèi)進(jìn)行沉淀以完成泥水分離過程。

1. 循環(huán)活性污泥工藝（CAST或稱CASS）

CAST工藝是SBR工藝的一種變形，池體內(nèi)用隔墻隔出生物選擇區(qū)、兼性區(qū)和主反應(yīng)區(qū)三個(gè)區(qū)域，三個(gè)區(qū)域的體積比大致為1：2：20，混合液由第三區(qū)回流到*區(qū)，回流比一般為20％，在*區(qū)內(nèi)活性污泥與進(jìn)入的新鮮污水混合、接觸，創(chuàng)造微生物種群在高濃度、高負(fù)荷環(huán)境下競(jìng)爭(zhēng)生存的條件，從而選擇出適合該系統(tǒng)的*的為生物種群，并有效抑制絲狀菌的過分增殖，避免污泥膨脹現(xiàn)象的發(fā)生，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

生物選擇區(qū)在高污泥濃度和新鮮進(jìn)水條件下具有釋放磷的作用，兼性區(qū)可以進(jìn)一步促進(jìn)磷的釋放和反硝化作用，如果要求系統(tǒng)達(dá)到一定的脫氮除磷目的，主反應(yīng)區(qū)需對(duì)應(yīng)進(jìn)行缺氧、厭氧、好氧環(huán)境設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的反硝化反應(yīng)除了在兼性區(qū)進(jìn)行外，在沉淀和潷水階段的污泥層中也觀察到很高的水平，同時(shí)還可以控制好氧階段的溶解氧水平實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化。

摘自《水污染控制工程》

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