活性污泥法處理生活廢水介紹及其展望

劉善東，鐘　輝，鄒　賢，朱佳兵，徐文軒（.成都理工大學材料與化學化工學院，四川　成都　60059；.四川景星科技有限公司，四川　成都　60037）

?

活性污泥法處理生活廢水介紹及其展望

劉善東1，鐘輝1，鄒賢2，朱佳兵1，徐文軒1
（1.成都理工大學材料與化學化工學院，四川成都610059；2.四川景星科技有限公司，四川成都610037）

摘要：生活廢水應用生物處理技術已經應用和實施，其中活性污泥法優勢更大，使用面最廣。出水水質要求的不斷提高，使新技術也得到不斷發展。這些新技術應用到不同的工程實例中得到檢驗?；钚晕勰喾ㄖ饕譃檫B續流活性污泥法和間歇式活性污泥法，并對各處理工藝的優缺點進行分析。

關鍵詞：生物處理技術；活性污泥法；污水處理

0　前言

隨著“農村城市化”的快速發展，城市人口不斷增多，對水資源要求也在不斷加大。同時由于農村人口數量大，居住分散，生活污水隨意排放，沒有專門的收集和處理設施，導致農村水環境惡化，農村生活水質量不斷下滑。在人類“無意識”的活動下，大量的的含氮、磷等高營養物質進入水庫、河流、湖泊等水域內，藻類和浮游生物獲得營養物質導致高速繁殖，水中的溶解氧量減少，水體富營養化。推進污水處理工作有利于城市化建設，實現水資源的合理配置，促進城市化進程，實現國家經濟的可持續發展[1]。我國超過4/5的城市污水處理廠采用的處理方法是活性污泥法。此方法為通過人工強化措施，保持反應容器中一定的溶解氧和懸浮微生物濃度，利用微生物的生物代謝去除污水中污染物質的一種生物方法。該方法以按空間分割的連續流活性污泥法和按時間分割的間歇式活性污泥法。連續流活性污泥法以空間分割是指各階段在不同的反應池中完成。目前較成熟的工藝有氧化溝法、A2/O法等[2]。間歇式活性污泥法或稱作序批式活性污泥法是嚴格按照時間有序進行和間歇操作的，代表工藝有：ICEAS法、改良型SBR（MSBR）法等[3]。

1　連續流活性污泥法

1.1氧化溝工藝

氧化溝是活性污泥法的一種改進方式，由荷蘭衛生工程研究所于1950年左右研發成功的。其原理是污水通過氧化溝進行處理，出來的水利用二次沉淀池沉淀，分離固液后排放，一部分上層污泥通過污泥回流泵帶回氧化溝，底層污泥在下一單元脫水、擠壓被輸出。氧化溝工藝一般由溝體、曝氣設備、導流、混合設備和進出水裝置組成。基本參數為水力停留時間在10到40 h之間；污泥齡一般大于20 d；有機負荷為0.05～0.15 kgBOD5/（kg MLSS·d）；容積負荷為0.2～0.4 kg BOD5/（m3·d）；活性污泥濃度為2000～6000 mg/L。近年來，氧化溝采用曝氣器和水底混合器獨立運行，這樣使反應池交替處于好氧與缺氧狀態來達到脫氮除磷功能和節能[4]。國內應用合建式一體化氧化溝的污水處理廠已有十座以上，四川新都污水處理廠己經運行超過8年，對未來氧化溝工藝的發展起到很好的指導作用。

1.2A2/O工藝

A2/O法是以厭氧（A1）—缺氧（A2）—好氧（O）三個階段的活性污泥法。該工藝是由硝化菌、反硝化菌和聚磷菌組成的微生物菌群，活性污泥工藝、生物硝化及反硝化工藝和生物除磷工藝的組合反應。在有氧條件下，硝化細菌主要將NH3-N氧化為NOx-N；在厭氧或缺氧的條件下，反硝化細菌將NOx-N及其它氮氧化物被還原為氮氣或氮的其它氣態氧化物；聚磷菌過量地從外部環境攝取磷，將磷聚合貯藏于菌體內，形成高磷污泥排出系統，達到污水除磷的效果。污水流經三個不同供氧區，利用微生物菌群將污水中的有機物、氮、磷去除，有利于脫氮除磷。生活污水工藝處理效率值：BOD5和SS為90%～95%，總氮為70%以上，磷為90%左右[5]。但A2/O工藝的建造費用和穩定運行高于其他活性污泥工藝，主要用于處理后的污水排入緩流水體或缺氧水體改變給水水源時才采用該工藝[6]。其工藝流程見圖1所示。

圖1　A2/O法工藝流程圖

2　間歇式活性污泥法

2.1ICEAS工藝

ICEAS法的全稱為間歇式循環延時曝氣活性污泥法[7]，反應器進水端添加一個預反應區緩沖水流，以連續進水（任何時段不間停），間歇排水的方式運行，無明顯的反應階段和閑置階段。處理污水通過預反應區做間歇停留，通過控制進水閥以低水流流入主反應區，防止過大水流對主反應區產生影響；這樣就把配水裝置簡化，整個運行方式靈活化。其工藝流程見圖2所示。

圖2　ICEAS法工藝流程圖

2.2改良型SBR（MSBR）工藝

MSBR系統是不間斷進、出水，設置兩個序批池充當沉淀池交替循環使用[8]。厭氧池是污水首要進入場所，將回流高濃度污泥混入厭氧池，污水中的低分子被聚磷菌以PHB等形式貯存于細菌體內[9]。完成反應后進入好氧池，聚磷菌獲得氧氣分解體內脂肪酸補充自身能量，大量吸收污水中的磷酸鹽。剩余污泥經沉淀后從序批池底部排出。缺氧池和厭氧池底部分別裝有攪拌器，以利于活性污泥和污水充分接觸反應的目的。通過恒定水位使整個工藝的可靠性和靈活性得到了提高，改善了處理水質，系統對有機物質的去除效率得到大幅度提高[10]。由于水流速度緩慢，所以該工藝是在接近靜止的狀態下進行的，處理后出水水質優于連續式活性污泥法[11]。MSBR工藝是對A2/O工藝和SBR工藝的優點進行改進研制開發的污水處理系統，具有集約化程度極高的污水處理特點[12]。其工藝流程見圖3所示。

圖3　MSBR法工藝流程圖

3　工藝優缺點比較及適用范圍

（1）氧化溝是推流式和完全混合式兩種特點結合的工藝，具有很高的緩沖能力；溶解于氧氣中的濃度梯度明顯，對硝化和反硝化處理有利；能源損耗低；氧化溝設計形式多種多樣，根據處理需求容易選取；負載低和水的停留時間長[13]；缺點是工藝基建占地面積廣、污泥易沉積、容易產生浮泥、好氧區和缺氧區的設計還有部分缺陷。主要應用于城市污水處理或工業低濃度廢水預處理[14]。

（2）A2/O工藝是一種簡單的具有同步脫氮除磷的污水處理工藝，具有基建簡易、利于控制和污泥量小等優點，傳統活性污泥污水處理廠的改建可參考此工藝對污水處理的改進和出水水質的提高。然而A2/O工藝也存在較多的問題，比如除磷菌和硝化菌的不兼容，基質之間的相互競爭等[15]，脫氮除磷效率很難得到更好的提升。主要適用于對氮磷處理要求較高的污水處理。

（3）ICEAS工藝屬于SBR工藝的一種改良型，其主要優點在于基建投資低，操作靈活，適應性強，自動化控制高，可以有效防止流量和沖擊負荷；缺點是污泥復合低，對有效容積利用率低，沉淀期主反應區進水泥水分離不徹底等。ICEAS工藝在處理市政污水和工業中低濃度廢水時比傳統的SBR工藝費低，受到國內外研究學者高度重視[16]。

（4）改良型SBR（MSBR）工藝具有工藝運行靈活、脫氮除磷效果好、生化反應速率高、控制方便等優點；特別設置的預缺氧是MSBR工藝的亮點，脫碳途徑有外碳源反消化、內碳源反消化和后置反消化等[17]。但該工藝缺乏成熟的科學依據、優化的控制方法和運行經驗等，很多設計單位和公司對其工藝性能了解很片面，需對工藝進行運行效果和參數分析。目前在國內的上海松江東部和深圳鹽田等地MSBR工藝已成功運行。

4　展望

國家目前對生活飲用水質標準總共106項，其中常規42項，其它64項；與之前舊標準相比新增71項，修改8項，對水質質量提出了更嚴格要求?，F有《城市污水處理廠排放標準》一級A標基本項目標準如表1所示：

由表1可知，城市污水一級A標的排放標準相當嚴格，污水隨著處理濃度的降低，處理難度也在不斷的加大。目前用于污水處理的技術有很多，如生物法、化學法、物理化學法及膜分離技術等，但單一的污水處理工藝將無法滿足未來城市污水處理的工藝要求，采用氧化、吸附、生物降解等新技術組成的綜合工藝才能獲得更高的水質要求。

表1　《城市污水處理廠排放標準》一級A標基本項目

我國正在不斷向發達國家靠攏，這就意味著水質要求也將越來越高，現有污水處理技術已無法達到發展需求。一套適合現有社會發展的污水處理技術應具有出水水質高、占地面積少、自動化程度高和運行簡單及維護成本低等特點。通過活性污泥法、生物濾料改性和活性炭吸附等對處理污水進行深度處理；目前已進入試驗階段，初步處理氨氮及磷效果很好，但還需進一步深入研究和完善。

參考文獻:

[1]劉映東.城市污水處理現狀及其發展趨勢分析[J].資源節約與環保，2015，（2）:161.

[2]張寶軍，耿德強. A2/O工藝處理城市污水的應用研究[J].煤礦環境保護，2002，6（3）: 32-35.

[3]許倩.處理城市污水的活性污泥法綜述[J].山西能源與節能，2010，2（1）: 54-57.

[4]于靜潔，鄧宏，鄭淑平，等.氧化溝工藝應用研究進展[J].工業水處理，2013，6（33）:1-5.

[5] Littleton H X，Daigger G T，Storm P F. Evaluation of autotrophic denitrification，heterotrophic nitrification，and PAOs in full -scale simultaneous biological nutrient removal systems[J]. Water ScienceTechnology，2002，46（1-2）:305-312.

[6]張波.倒置A2/O工藝的原理與特點研究[J].中國給水排水，2000，16（7）:11-15.

[7]李淑更. ICEAS反應器處理城市污水的試驗研究[J].廣州大學學報，2004，3（4）:361-368.

[8]李茂材，陳建中. MSBR工藝的發展應用淺析[J].楚雄師范學院學報，2009，24（9）:86-89.

[9]王殿平，許翊華，杜彥武. SBR的工藝特點分析[J].哈爾濱商業大學學報，2003，12（6）:677-680.

[10]魏永，閃紅光.循環式活性污泥法（CASS）的研究進展[J].遼寧城鄉環境科技，2004，24（4）:7-10.

[11] Goronszy M C. Advancement sincin Cyclic Activated Sludge Technology[J]. IAWQ Yearbook，1999:24-25.

[12] Daumer M L，Beline F，Guiziou F，etal. Effect of nitrification on phosphorus dissolving in a piggery effluent treated by a sequencing batch reactor [J]. Biosystems Engineering 2007，96（4）:551-557.

[13]丁紅.氧化溝污水處理技術的應用研究[J].山西建筑，2007，33（31）:190-191.

[14 ]郭昌梓.氧化溝的優缺點及發展應用型式[J].安徽農業科學，2011，39（23）:14288-14291.

[15] Wang X L，Wang S Y，Ma Y，et al. Anoxic biological phosphorus removal and effect of excessive aeration on biological phosphorus removal in A2O process. Journal of Chemical Industry and Engineering（China），2005，56（8）: 1565-1570.

[16]劉艷東. ICEAS工藝脫磷除氮的影響因素[J].水處理技術，2007，4（33）:57-59.

[17]鄧仁建. MSBR工藝強化生物脫氮生產試驗性研究[J].中國給水排水，2014，4（30）:9-13.

新型催化劑將二氧化碳轉化成液體燃料

中國科技大學化學與材料科學學院謝毅、孫永福及其研究團隊，近日找到一種新的電極催化劑，可以將二氧化碳轉化成液體燃料。研究人員利用鈷和氧化鈷混合物特定的原子排列方法，讓原先并不具有二氧化碳催化活性的材料轉化為超越早前所有報道過的電催化劑，相關研究成果發表在7日出版的《自然》雜志上。減少溫室氣體二氧化碳的含量是科學家們一直探索的工作。早先的研究已經將二氧化碳通過電力和催化劑在電還原過程中被轉化成不同類型的化學品，如甲烷、甲酸、甲醇等燃料。在轉化過程中，二氧化碳以一種“清潔”的方式為工業生產供給化石燃料合成品，同時也減輕其對氣候變化的不利影響。然而，在激活二氧化碳轉化為更高價值的化學品過程中，消耗大量的能量是一直存在的瓶頸。近年來，相關研究發現，基于金屬納米結構的氧化物衍生物可以在消耗少量能量的情況下，把二氧化碳轉化為其他化學品，但是研究人員并不清楚金屬氧化物在此的作用是什么。孫永福及其研究團隊構建了一種雜化模型材料體系，制造出的四層原子厚的純鈷催化劑和四層原子厚的鈷與四氧化三鈷催化劑，可以使二氧化碳轉化成甲酸。研究人員介紹，鈷在位于正確的排列方法和氧化價態時，具有催化二氧化碳的活力，并且原子層的結構和金屬氧化物的存在強化了催化能力，其優異的表現超過了同等條件下評估過的其他金屬或者金屬氧化物催化劑。

(來源：http://scitech.people.com.cn/n1/2016/0108/c1057-28026996.html)

化學工程

Introduction of Activated Sludge Treatment of Domestic Wastewater and Prospects

LIU San-dong1, ZHONG Hui1, ZOU Xian2, ZHU Jia-bing1, XU Wen-xuan1

(1.Chengdu University of Technology, Chengdu, Sichuan 610059, China; 2. Sichuan Jingxing Environmental Science & Technology Co., Ltd., Chengdu, Sichuan 610037,China)

Abstract:Biological treatment technology for domestic wastewater treatment has been widely applied and promoted，in which activated sludge process has more advantages and been more widely used. With the increasing requirement of water quality，the new technology is in constant development. And these new technologies are applied and tested in examples of different projects. According to the classification of wastewater treatment, activated sludge is divided into continuous flow activated sludge and batch activated sludge process. At the same time, the advantages and disadvantages of each technology are analyzed.

Keywords:biological treatment technology；activated sludge；sewage treatment

作者簡介：劉善東（1989-），男，碩士研究生，研究方向：城市污水處理。E-mail：lshd19891112@163.com。

文章編號：1006-4184（2016）1-0036-04

修回日期：2015-09-16