污水處理的需求是伴隨著城市的誕生而產(chǎn)生的。城市污水處理技術(shù)，歷經(jīng)數(shù)百年變遷，從最初的一級(jí)處理發(fā)展到現(xiàn)在的三級(jí)處理，從簡(jiǎn)單的消毒沉淀到有機(jī)物去除、脫氮除磷再到深度處理回用。其中，活性污泥法的問(wèn)世更是具有劃時(shí)代的意義，而今年正值活性污泥法誕生100周年。城市污水處理技術(shù)今后究竟將如何發(fā)展?對(duì)此，不如先讓我們回顧一下那些年城市污水處理走過(guò)的路。

一級(jí)處理階段

城市污水處理歷史可追溯到古羅馬時(shí)期，那個(gè)時(shí)期環(huán)境容量大，水體的自?xún)裟芰σ材軌驖M(mǎn)足人類(lèi)的用水需求，人們僅需考慮排水問(wèn)題即可。而后，城市化進(jìn)程加快，生活污水通過(guò)傳播細(xì)菌引發(fā)了傳染病的蔓延，出于健康的考慮，人類(lèi)開(kāi)始對(duì)排放的生活污水處進(jìn)行處理。早期的處理方式采用石灰、明礬等進(jìn)行沉淀或用漂白粉進(jìn)行消毒。明代晚期，我國(guó)已有污水凈化裝置。但由于當(dāng)時(shí)需求性不強(qiáng)，我國(guó)生活污水仍以農(nóng)業(yè)灌溉為主。1762年，英國(guó)開(kāi)始采用石灰及金屬鹽類(lèi)等處理城市污水。

二級(jí)處理階段

有機(jī)物去除工藝

生物膜法

十八世紀(jì)中葉，歐洲工業(yè)革命開(kāi)始，其中，城市生活污水中的有機(jī)物成為去除重點(diǎn)。1881年，法國(guó)科學(xué)家發(fā)明了第一座生物反應(yīng)器，也是第一座厭氧生物處理池—moris池誕生，拉開(kāi)了生物法處理污水的序幕。1893年，第一座生物濾池在英國(guó)Wales投入使用，并迅速在歐洲北美等國(guó)家推廣。技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)生。1912年，英國(guó)皇家污水處理委員會(huì)提出以BOD5來(lái)評(píng)價(jià)水質(zhì)的污染程度。

活性污泥法

1914年，Arden和Lokett在英國(guó)化學(xué)工學(xué)會(huì)上發(fā)表了一篇關(guān)于活性污泥法的論文，并于同年在英國(guó)曼徹斯特市開(kāi)創(chuàng)了世界上第一座活性污泥法污水處理試驗(yàn)廠。兩年后，美國(guó)正式建立了第一座活性污泥法污水處理廠?；钚晕勰喾ǖ恼Q生，奠定了未來(lái)100年間城市污水處理技術(shù)的基礎(chǔ)。

活性污泥法誕生之初，采用的是充-排式工藝，由于當(dāng)時(shí)自動(dòng)控制技術(shù)與設(shè)備條件相對(duì)落后，導(dǎo)致其操作繁瑣，易于堵塞，與生物濾池相比并無(wú)明顯優(yōu)勢(shì)。之后連續(xù)進(jìn)水的推流式活性污泥法(CAs法)(如圖1)出現(xiàn)后很快就將其取代，但由于推流式反應(yīng)器中污泥耗氧速度沿池長(zhǎng)是變化的，供氧速率難以與其配合，活性污泥法又面臨局部供氧不足的難題。1936年提出的漸曝氣活性污泥法(TAAs)和1942年提出的階段曝氣法(SFAS)，分別從曝氣方式及進(jìn)水方式上改善了供氧平衡。1950年，美國(guó)的麥金尼提出了完全混合式活性污泥法。該方法通過(guò)改變活性污泥微生物群的生存方式，使其適應(yīng)曝氣池中因基質(zhì)濃度的梯度變化，有效解決了污泥膨脹的問(wèn)題。

隨著在實(shí)際生產(chǎn)生的廣泛應(yīng)用和技術(shù)上的不斷革新改進(jìn)，20世紀(jì)40-60年代，活性污泥法逐漸取代了生物膜法，成為污水處理的主流工藝。

1921年，活性污泥法傳播到中國(guó)，中國(guó)建設(shè)了第一座污水處理廠—上海北區(qū)污水處理廠。1926年及1927年又分別建設(shè)了上海東區(qū)及西區(qū)污水廠，當(dāng)時(shí)3座水廠的日處理量共為3.55萬(wàn)噸。

脫氮除磷工藝

20世紀(jì)50年代，水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題凸顯，脫氮除磷成為污水處理的另一主要訴求。于是，在活性污泥法的基礎(chǔ)上衍生出了一系列的脫氮除磷工藝。

1969年，美國(guó)的Barth提出采用三段法除氮，第一段是好氧段，主要去除有機(jī)物，第二段加堿硝化，第三段是厭氧反硝化，除氮。

A2O工藝

70年代，美國(guó)專(zhuān)家在A/O工藝的基礎(chǔ)上，再加上除磷就成了A2O工藝(如圖5)。我國(guó)1986年建廠的廣州大坦沙污水處理廠，采用的就是A2O工藝，當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)處理水量為15萬(wàn)噸，是當(dāng)時(shí)世界上最大的采用A2O工藝的污水處理廠。

氧化溝工藝

A2O工藝是將生物處理厭氧段和好氧段進(jìn)行了空間分割，而氧化溝則為封閉的溝渠型結(jié)構(gòu)，結(jié)合了推流式和完全混合式活性污泥法的特點(diǎn)，集曝氣、沉淀和污泥穩(wěn)定于一體。污水和活性污泥的混合液不斷地循環(huán)流動(dòng)，系統(tǒng)中能夠形成好氧區(qū)和缺氧區(qū)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)生物脫氮除磷(如圖6)。氧化溝白天進(jìn)水曝氣，夜間用作沉淀池。活性污泥法相比,其具有處理工藝及構(gòu)筑物簡(jiǎn)單、泥齡長(zhǎng)、剩余污泥少且容易脫水、處理效果穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)。

1953年，荷蘭的公共衛(wèi)生工程研究協(xié)會(huì)的Pasveer研究所提出了氧化溝工藝，也被稱(chēng)為“帕斯維爾溝”。1954年，在荷蘭的伏肖汀(Voorshoten)建造了第一座氧化溝污水處理廠，當(dāng)時(shí)服務(wù)人口僅為360人。60年代，這項(xiàng)技術(shù)在歐洲、北美和南非等各國(guó)得到了迅速推廣和應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，到1977年為止，在西歐有超過(guò)2000多座的帕斯維爾型氧化溝投入運(yùn)行。

1967年，荷蘭DHV公司開(kāi)發(fā)研制了卡魯塞爾(Carroussel)氧化溝。它是一個(gè)由多渠串聯(lián)組成的氧化溝系統(tǒng)。卡魯塞爾氧化溝的發(fā)展經(jīng)歷了普通卡魯塞爾氧化溝、卡魯塞爾2000氧化溝和卡魯塞爾3000氧化溝三個(gè)階段。

1970年，美國(guó)的Envirex公司投放生產(chǎn)了奧貝爾(Orbal)氧化溝。它由3條同心園形或橢圓形渠道組成，各渠道之間相通，進(jìn)水先引入最外的渠道，在其中不斷循環(huán)的同時(shí)，依次進(jìn)入下一個(gè)渠道，相當(dāng)于一系列完全混合反應(yīng)池串聯(lián)在一起，最后從中心的渠道排出。

交替式工作氧化溝是由丹麥克魯格(Kruger)公司研制，該工藝造價(jià)低，易于維護(hù)，通常有雙溝交替和三溝交替(T型氧化溝)的氧化溝系統(tǒng)和半交替工作式氧化溝。

兩段法工藝

早期的兩段法只是將一套活性污泥法的兩組構(gòu)筑物串聯(lián)，一段和二段曝氣池體積相同，且多合并建設(shè)，大部分有機(jī)物在第一段被吸附降解，第二段的污泥負(fù)荷很低，其出水水質(zhì)要優(yōu)于相同體積曝氣池的單級(jí)活性污泥法(如圖7)。然而，由于第一段曝氣池體積減小了一倍，相當(dāng)于污泥負(fù)荷增加了一倍，處在易發(fā)生污泥膨脹的階段，運(yùn)行管理較為困難。

20世紀(jì)70年代中期，德國(guó)的BothoBohnke教授開(kāi)發(fā)了AB工藝(如圖8)。該工藝在傳統(tǒng)兩段法的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高了第一段即A段的污泥負(fù)荷，以高負(fù)荷、短泥齡的方式運(yùn)行，而B(niǎo)段與常規(guī)活性污泥法相似，負(fù)荷較低，泥齡較長(zhǎng)，A段由于泥齡短、泥量大對(duì)磷的去除效果很好，經(jīng)A段去除了大量的有機(jī)物以后B段的體積可大大減小，其低負(fù)荷的運(yùn)行方式可提高出水水質(zhì)。但是由于A段去除了大量的有機(jī)物導(dǎo)致B段碳源缺失，所以在處理低濃度的城市污水時(shí)該工藝的優(yōu)勢(shì)并不明顯。

在AO-A2O工藝基礎(chǔ)上奧地利研發(fā)出了Hybrid工藝(如圖10)，該工藝的兩段之間有三個(gè)內(nèi)回流裝置，可以為第一段曝氣池提供硝態(tài)氮、硝化菌以及為第二段曝氣池提供碳源。第一段主要是去除有機(jī)物和磷，第二段是硝化功能，并靠第一段曝氣池回流混合液進(jìn)行反硝化脫氮。

SBR工藝

序批式活性污泥法(SBR)工藝是在時(shí)間上將厭氧段與好氧段進(jìn)行分割。20世紀(jì)70年代初由美國(guó)Irvine公司開(kāi)發(fā)。它在流程上只有一個(gè)基本單元，集調(diào)節(jié)池、曝氣池和二沉池的功能于一池，進(jìn)行水質(zhì)水量調(diào)節(jié)、微生物降解有機(jī)物和固液分離等。經(jīng)典SBR反應(yīng)器的運(yùn)行過(guò)程為：進(jìn)水→曝氣→沉淀→潷水→待機(jī)

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