污水處理中活性污泥法與生物膜法的比較分析

陳燕飛

1 活性污泥法處理污水

1.1 活性污泥法處理污水的發展進程

活性污泥法處理污水1912年由英國人發明，1916年正式在美國建立第一座活性污泥污水處理廠，1941年在英國曼徹斯特建立試驗場。在90余年的歷史中，隨著在實際生產中的廣泛應用和技術上的不斷革新，特別是近幾十年來，在對其生物反應和凈化處理深入研究探討的基礎上，活性污泥法在生物學、反應動力學的理論方面和工藝方面都有了長足的發展，出現了能適應各種條件的工藝流程。目前，活性污泥法是生活污水、城市污水和機械工業廢水處理中最常用的工藝。就目前形勢來看，活性污泥法的發展方向正向著大型、超大型化和微型化、高效節能化、多功能化、運行自動化和智能化的方向發展[1]。

1.2 活性污泥法在污水處理中的作用

活性污泥法是去除有機污染物最有效的方法之一，目前國內外95%以上的城市污水處理和50%左右的工業廢水處理都采用活性污泥法。具有很強的凈化功能，去除BOD（生化需氧量）及混合液中活性污泥濃度的效率高，均可達到95%以上。適合于各種有機廢水，大中小型污水處理廠，高中低負荷。由于是依靠微生物處理，運行費用較低。可實現生物脫氮除磷[2]。

1.3 活性污泥及活性污泥法的概念

向生活污水中注入空氣進行曝氣，并持續一段時間后，污水中即生成一種絮凝體，是一種黃褐色的絮絨顆粒狀，主要是有大量繁殖的微生物群體構成，它易于沉淀分離，并使污水得到澄清，這就是活性污泥。利用污水中的有機質為基質，在DO（溶氧）存在的條件下，即人工充氧條件下，對污水和各種微生物群體進行連續混合培養，形成活性污泥。利用活性污泥的生物凝聚、吸附和氧化作用，以分解去除污水中的有機污染物，然后使污泥與水分離，大部分污泥再回流到曝氣池，多余部分則排出活性污泥系統。該方法的運行條件要求具有良好的活性污泥和充足的氧，具有較大的比表面積20～100cm2/mL，99%以上含水率。

1.4 活性污泥法處理污水的原理及流程

活性污泥法的基本原理：向生活污水中不斷注入空氣，維持水中足夠的溶解氧，一段時間后污水中形成一種絮凝體——活性污泥，其由大量繁殖的微生物構成，易于沉淀分離，使污水澄清。活性污泥法就是以懸浮在水中的活性污泥為主體，在微生物生長有利的環境條件下和污水充分接觸，使污水凈化。其主要構筑物是曝氣池和二次沉淀池。需處理的污水和回流性污泥一起進入曝氣池，成為懸浮混合液，沿曝氣池注入壓縮空氣曝氣，使污水與活性污泥充分混合，并供給混合液足夠的溶解氧。這時污水中的有機物被活性污泥中的好氧微生物分解，然后混合液進入二沉池，活性污泥與水澄清分離，部分活性污泥回到曝氣池，繼續進行凈化過程，澄清的水排放。由于處理過程中活性污泥不斷增長，部分剩余污泥從系統中排出，以維持系統穩定[3-4]。

2 生物膜法處理污水

2.1 生物膜法處理污水的發展進程

生物膜法是一種古老又在不斷發展中的處理技術，1865年德國科學家發現生物過濾作用，1893年英國將污水噴灑在粗濾料上，作為膜生物反應器的生物濾池問世，20世紀二三十年代建造了許多生物膜反應器，四五十年代生物濾池逐漸被活性污泥取代的趨勢，70年代新的反應器以獨特的優勢受關注[5]。

2.2 生物膜法的概念

生物膜法模擬了自然界中土壤自凈的一種污水處理法，使游離態的微型動物，通過吸附作用附著在濾料或某些載體上，如天然材料（如卵石）、合成材料（如纖維），在那里生長繁育，并形成膜狀生物污泥生物膜。污水與生物膜接觸，污水中的有機污染物作為營養物質，為生物膜生的微生物所攝取，污水得到凈化，微生物自身也得到繁殖增殖。生物膜表面積增大，可為微生物提供較大的附著表面，有利于加強對污染物的降解。

2.3 生物膜法中的微生物

生物膜中微生物群體包括好氧菌、厭氧菌和兼性菌，其中有真菌、藻類、原生菌以及蚊蠅的幼蟲等較高等的動物，在生物濾池中兼性菌常占優勢。無色桿菌屬、假單孢菌屬、產黃菌屬以及產堿桿菌屬等是生物膜中常見的細菌。在生物黏層內，微生物生長條件差，常會出現絲狀浮游球衣細菌和白硫菌屬，在濾池較低部位還存在著硝化菌，如亞硝化單孢菌屬和硝化菌屬。若生物濾池中pH值較低，則真菌起到重要的作用。在濾池頂部有陽光照射處常有藻類生物。藻類一般不直接參與廢物降解，只是通過光合作用向生物膜提供氧，但若太多則會堵塞濾池，不利于操作。在生物膜濾池中原生動物和一些較高等的動物均以細菌為食物，它們起著控制細菌群體數量的作用，能促使細菌群體以較高速率產生新細胞，有利于污水凈化[6]。

2.4 生物膜結構及處理污水的原理

生物膜法是模擬了自然界中土壤自凈的一種污水處理法，它使微生物群體附著于固體填料的表面，形成生物膜。當廢水流經新設置的濾料表面，游離態的微生物及懸浮物通過吸附作用附著在濾料表面，構成了生物膜。隨著污水的流入，微生物不斷生長繁殖從而使生物膜逐步增厚，經過10～30d左右，就可形成成熟的工作正常的生物膜。生物膜一般呈蓬松的絮狀結構，微孔較多，表面積很大，因此具有很強的吸附作用，有利于微生物進一步對這些被吸附的有機物的分解和利用。當生物膜增厚到一定程度，將受到水力的流涮作用而發生剝落。適當的剝落可使生物膜得到更新。生物膜的外表層的微生物一般為好氣菌，因而稱好氣層。內層因受氧擴散的影響而供氧不足，因而使厭氧菌大量繁殖形成厭氧層。

生物膜微生物以吸附和沉積于膜上的有機物為營養物質，將一部分物質轉化為細胞物質進行繁殖生長，成為生物膜中新的活性物質，另一部分物質轉化為排泄物，在轉化過程中釋放能量，滿足微生物生長的需要。增殖的生物膜脫落后進入廢水，在二次沉淀池中被截留下來，成為污泥。如果有機物負荷比較高，生物膜對吸附的有機物來不及氧化分解時，能形成不穩定的污泥，這類污泥需要進行再處理[7]。

3 污水處理中活性污泥法與生物膜法的比較

3.1 活性污泥法與生物膜法具有不同的工藝特點

固著于固體表面上的生物膜對廢水水質、水量的變化有較強的適應性，操作穩定性好；而活性污泥法常用于特定水質、低濃度的污水處理，而且污水中含有足夠的可溶性、易分解的有機物，但處理廢水中的膠狀污染物較為理想。

生物膜法不會發生污泥膨脹，產生的污泥量少，運行管理較方便，且節能，易于維護管理，動力費用低；而活性污泥法在第一步中要攪動，導致曝氣池會產生大量泡沫，污泥膨脹，而且還需要空氣壓縮、攪動、污泥回流等耗費動力設備的過程，所以在動力方面則花費較大。

活性污泥法需要人為地從空氣壓縮機站送入壓縮空氣，通過鋪設在曝氣池底部的空氣擴散裝置，以細小氣泡的形式進入污水中；生物膜法則采用自然通風供氧。

活性污泥法對污水的沖擊負荷比較敏感；生物膜法有一定的抗沖擊負荷能力。

活性污泥法污水與污泥一直處在接觸混合狀態，而且是絮凝狀態，導致污泥沉降性能較差，有時會出現污泥上浮；生物膜法的污泥沉降性能良好，宜于固液分離。

活性污泥法需要水溫在15～20℃；生物膜法在低水溫條件下能保持一定的凈化功能。

活性污泥法具有很好的脫氮除磷功能，生物膜法則具有較好的硝化與脫氮功能。

生物膜法有膜，有固體濾料存在，時間長了就存在污水腐蝕問題，而活性污泥法就不存在此問題。

3.2 活性污泥法與生物膜法中的生物相不同[8]

生物膜法參與凈化反應微生物多樣化，生物的食物鏈長；而活性污泥法則相對較少，但微生物和污水中的物質也可以形成相對復雜的生物鏈。

由于微生物附著于固體表面，即使增殖速度慢的微生物也能生長繁殖。而在活性污泥法中，世代期比停留時間長的微生物被排出曝氣池，因此，生物膜中的生物相更為豐富，且沿水流方向膜中生物種群具有一定分布。

生物膜法中高營養級的微生物存在，有機物代謝較多的轉移為能量，合成新細胞即剩余污泥量較少；經過沉淀濃縮的污泥從沉淀池底部排出，其中大部分作為接種污泥回流至曝氣池，以保證曝氣池內的懸浮固體濃度和微生物濃度都是同營養級的微生物，而且污染物在很大程度上從污水中轉移到了這些剩余污泥中，所以活性污泥法的剩余污泥量則較多。

活性污泥中的微生物可事先人為培養控制其生長，運行靈活性較強。生物膜法中的微生物難以人為控制，運行靈活性較差。

［1］ 張磊.生物膜法在污水處理中的研究進展［J］.水科學與工程技術，2010（5）：38-41.

［2］ 閆曉，夏清占.常用污水生物脫氮除磷工藝［J］.河南科技，2008（10）：67.

［3］ 李粉嶺，趙慶鵬.城市生活污水處理中活性污泥法與生物膜法工藝綜述與比較［J］.河北企業，2010（9）：68-69.

［4］ 崔衍立.城市污水處理常用方法分析比較研究［J］.內江科技，2010（4）：27.

［5］ 胡小芳.生物膜法的研究進展及應用前景［J］.中國科技博覽，2010（4）：536.

［6］ 石小蒙.淺析廢水生物處理的兩種方法［J］.科技促進發展，2010（8）：70-71.

［7］ 趙渝.分析比較活性污泥法、生物膜法、氧化法［J］.城市建設，2010（7）：473.

［8］ 沈萍，陳向東.微生物學[M].北京：高等教育出版社，2006：319-320.