活性污泥法的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

活性污泥法的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)學(xué)院： 生命科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院學(xué)號(hào)： 1111603112 班級(jí)： 環(huán)境1111 姓名： 宣鍇 活性污泥法工藝的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)1 引言活性污泥法是利用好氧微生物(包括兼性微生物)處理城市污水和工業(yè)廢水的有效方法，其能夠從廢水中去除溶解和膠體類可生物降解的有機(jī)物質(zhì)，以及能被活性污泥吸附的懸浮物質(zhì)和其他一些無(wú)機(jī)鹽類也能夠去除，例如氮磷等化合物，在處理工業(yè)廢水過(guò)程中，好氧活性污泥法主要用于處理厭氧出水，是一種非常廣泛的生物處理方法其主要的機(jī)理是通過(guò)好氧微生物的生物化學(xué)代謝反應(yīng)，分解工業(yè)廢水中的有機(jī)物質(zhì)，過(guò)程中涉及到活性污泥的吸附、凝聚和沉淀，能夠有效的去除廢水中的膠體和溶解性物質(zhì)，從而凈化廢水。該方法于1913年在英國(guó)曼徹斯特市試驗(yàn)成功。80多年來(lái)，隨著生產(chǎn)上的應(yīng)用和不斷改進(jìn)及對(duì)生化反應(yīng)和凈化機(jī)理進(jìn)行廣泛深入的研究，活性污泥法取得了很大發(fā)展，出現(xiàn)了多種運(yùn)行方式，并正在改變那種用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理的現(xiàn)象。本文對(duì)各種活性污泥的組成、運(yùn)行方式及其特點(diǎn)作簡(jiǎn)要的綜述，同時(shí)談?wù)劵钚晕勰喾ǖ陌l(fā)展趨勢(shì)。2 活性污泥構(gòu)成簡(jiǎn)介活性污泥是由活性微生物、微生物殘留物、附著的不能降解的有機(jī)物和無(wú)機(jī)物所組成的褐色絮凝體，由大量細(xì)菌、真菌、原生動(dòng)物和后生動(dòng)物組成，以細(xì)菌為主，由不同大小的微生物群落組成，具有良好的沉降性和傳質(zhì)性能的菌膠團(tuán)以結(jié)構(gòu)絲狀菌為骨架、膠團(tuán)菌附著其上，并且具有不斷生長(zhǎng)的特性，增長(zhǎng)過(guò)程和老化過(guò)程中脫落的碎片及其他游離細(xì)菌被附著或游離生長(zhǎng)的原生動(dòng)物和后生動(dòng)物捕食。少量以無(wú)機(jī)顆粒為核心形成的致密顆粒也可能存在于系統(tǒng)之中，并具有良好的沉降性能。也就是說(shuō)，具有良好結(jié)構(gòu)的活性污泥是以絲狀菌為骨架，膠團(tuán)菌附著于其上而形成的，結(jié)構(gòu)絲狀菌喜低氧狀態(tài)，在膠團(tuán)菌的附著下，不斷生長(zhǎng)伸長(zhǎng)，形成條狀和網(wǎng)狀污泥；沒(méi)有絲狀菌為骨架的絮體顆粒很小，附著于累枝蟲等原生動(dòng)物尸體上的絮體易產(chǎn)生反硝化作用，它們都易隨二沉池出水流出。膠團(tuán)菌與結(jié)構(gòu)絲狀菌之間相互依存，絲狀微生物形成了絮體骨架，為絮體形成較大顆粒同時(shí)保持一定的松散度提供了必要條件。而膠團(tuán)菌的附著使絮體具有一定的沉降性而不易被出水帶走，并且由于膠團(tuán)菌的包裹使得結(jié)構(gòu)絲狀菌獲得更加穩(wěn)定、良好的生態(tài)條件，所以這兩大類微生物在活性污泥中形成了特殊的共生體。結(jié)構(gòu)絲狀菌與膠團(tuán)菌構(gòu)成此消彼長(zhǎng)的關(guān)系，即結(jié)構(gòu)絲狀菌位于膠團(tuán)菌內(nèi)部特別是菌膠團(tuán)較厚時(shí)有利于其生長(zhǎng)，從而伸長(zhǎng)使得包裹在外層的膠團(tuán)菌不致于過(guò)厚形成厭氧狀態(tài)，其有利條件可能是內(nèi)部的低氧狀態(tài)，而一旦結(jié)構(gòu)絲狀菌暴露在混合液中時(shí)，正常環(huán)境條件不利于其生長(zhǎng)，待膠團(tuán)菌包附之后才重新再次生長(zhǎng)，如遇供氧不足等時(shí)，結(jié)構(gòu)絲狀菌大量伸出，則發(fā)生結(jié)構(gòu)絲狀菌引起的污泥膨脹。結(jié)構(gòu)絲狀菌與膠團(tuán)菌在活性污泥形成共生關(guān)系，而非結(jié)構(gòu)絲狀菌與膠團(tuán)菌之間存在著拮抗關(guān)系，活性污泥系統(tǒng)的穩(wěn)定性得益于大環(huán)境中微生態(tài)群落的相對(duì)穩(wěn)定。實(shí)際經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)細(xì)菌處于碳氮比較高的條件下，絮凝體的結(jié)構(gòu)就比較好。當(dāng)細(xì)菌處于碳氮比較低或高溫、營(yíng)養(yǎng)不足的環(huán)境時(shí)，細(xì)菌體外多糖類膠體基質(zhì)或纖維素類基質(zhì)會(huì)被作為營(yíng)養(yǎng)而被細(xì)菌利用，從而導(dǎo)致污泥解絮。3 活性污泥的現(xiàn)狀活性污泥法的運(yùn)行最早采用的是普通活性污法(又稱習(xí)慣活性污泥法或傳統(tǒng)活性污泥法) ，隨著工業(yè)生產(chǎn)和城市建設(shè)的發(fā)展，在普通活性污泥法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)了多種運(yùn)行方式，像多點(diǎn)進(jìn)水活性污泥法，吸附再生活性污泥法(又稱生生吸附法或接觸穩(wěn)定法)。延時(shí)曝氣活性泥法和完全混合性污泥法。3.1普通活性污泥法普通活性污泥法的常用流程見圖1。曝氣池采用長(zhǎng)方形，水流是縱向混合的推流式，曝氣池混合液的曝氣時(shí)間常采用48 h，污泥濃度一般控制在23g/L，回流污泥量需進(jìn)水水量的25%50%，生化需氣量和懸浮物的去除率達(dá)90% 95%。優(yōu)點(diǎn)：(1) 去除率高；(2) 適用于處理水質(zhì)要求高而水質(zhì)比較穩(wěn)定的廢水。缺點(diǎn)：(1) 不善于適應(yīng)水質(zhì)的變化；(2) 供氧不能得到充分利用。空氣供應(yīng)沿池水平均分布。造成前段氧量不足后段氧量過(guò)剩；(3) 曝氣結(jié)構(gòu)龐大，占地面積大。圖1：普通活性污泥法流程圖3.2不均勻曝氣法不均勻曝氣法的流程與普通活性污泥法一樣,只不過(guò)是對(duì)流程的曝氣方式作了改進(jìn)，把供氣沿池長(zhǎng)平均分布的曝氣方式改成在曝氣池前段供給更多的空氣，供氣量沿池長(zhǎng)逐漸減少的供氣方式。3.3多點(diǎn)進(jìn)水法多點(diǎn)進(jìn)水法是普通活性污泥法的簡(jiǎn)單改進(jìn)，主要用來(lái)克服普通法的第二個(gè)缺點(diǎn)?？梢栽谝欢ǔ潭壬辖档头磻?yīng)器前段的耗氧速度。多點(diǎn)進(jìn)水法的過(guò)程見圖2。圖2：多點(diǎn)進(jìn)水法流程從圖中可以看出，廢水并不是集中在池端進(jìn)入曝氣池，而是沿池長(zhǎng)分段投入，這樣有機(jī)物的分配較均勻，因而氧的需要也較均勻。優(yōu)點(diǎn)：(1) 有機(jī)物分配較均勻，因而氧的需要較均勻，提高了空氣利用效率；(2) 全部的曝氣池體積更小。 與普通活性污泥法比較，曝氣池容積可以縮小30% 左右，生化需氧量去除率一般可達(dá)90%；(3) 運(yùn)行上有較大的靈活性，便于處理水質(zhì)不均勻的狀態(tài)。3.4完全混合活性污泥法完全混合活性污泥法常采用二種曝氣方式，一種是鼓風(fēng)曝氣，一種是機(jī)械曝氣。見圖3和圖4。圖3：采用鼓風(fēng)曝氣的完全混合活性污泥流程圖4：采用機(jī)械曝氣的完全混合性污泥流程優(yōu)點(diǎn)：(1) 曝氣池內(nèi)流體混合良好，各點(diǎn)水質(zhì)幾乎相同；(2) 進(jìn)水負(fù)荷的變化對(duì)污泥的影響可降到極小程度；(3) 池內(nèi)各點(diǎn)水質(zhì)比較均勻，各處微生物的性質(zhì)和數(shù)量基本上相同，池子各部分的工作情況幾乎一致，供氣可以恒定。缺點(diǎn)：(1) 連續(xù)進(jìn)出水時(shí)，可能產(chǎn)生短流；(2) 在進(jìn)水水質(zhì)比較穩(wěn)定及目前常用的負(fù)荷下出水水質(zhì)往往不及普通法(可用延時(shí)曝氣池的負(fù)荷，獲得好的水質(zhì))。3.5吸附再生(生物吸附或接觸穩(wěn)定)法活性污泥凈化水質(zhì)的第一階段主要是依靠污泥的吸附作用。 良好的活性污泥同生活污水混合后在1030min 的時(shí)間內(nèi)能夠基本完成吸附作用，污水的生經(jīng)需氧量可被除去85%90%左右。吸附現(xiàn)生法就是根據(jù)這一發(fā)現(xiàn)而發(fā)展起來(lái)的。圖5所示是吸附再生法的流程，其中(b)圖在構(gòu)造上把吸附池和再生池合在一起。圖5：吸附再生發(fā)流程從圖5可以看出：廢水的吸附和污泥的再生是分別在兩個(gè)池子里或一個(gè)池子的兩部分進(jìn)行，這是它的一個(gè)特點(diǎn)，其另一個(gè)特點(diǎn)是：為了更好地吸附廢水中的污染物質(zhì)，所用回流污泥量比普通法多，回流比一般在50%100%。優(yōu)點(diǎn)：(1) 只有回流的一部分污泥進(jìn)行了再生(穩(wěn)定化)，所以生物吸附法的吸附池和再生池的總?cè)莘e大大小于普通法曝池的總?cè)莘e，且空氣用量不增加；(2) 因回流污泥較多，具有一定的調(diào)節(jié)平衡能力，適應(yīng)負(fù)荷變化；(3) 最適一處理含懸浮和膠體物質(zhì)較多的廢水。缺點(diǎn)：(1) 吸附時(shí)間短，處理效率和如普通法，一般在85%90%；(2) 回流污泥多，增加了污泥泵的容量。3.6純氧曝氣法純氧曝氣法是對(duì)伎曝氣方式的革新。利用純氧曝氣，氧的溶解度和氧溶入水中的推動(dòng)力都得到的提高。優(yōu)點(diǎn)：(1) 能滿足較高的氧氣要求；(2) 曝氣池中保持較高的MLVSS 濃度，因此可減小曝氣池體積；(3) 污泥沉淀性能好；(4) 對(duì)單位BOD原去除而言，最終產(chǎn)污泥量。3.7A/O法A/O法稱缺氧/好氧（Anoxin/Oxic）工藝或稱厭氧好氧（Anaerobic/Oxic）工藝，主要用于水處理方面。A就是厭氧段，主要用于脫氮除磷；O就是好氧段，主要用于去除水中的有機(jī)物。它除了可去除廢水中的有機(jī)污染物外，還可同時(shí)去除氮、磷，對(duì)于高濃度有機(jī)廢水及難降解廢水，在好氧段前設(shè)置水解酸化段，可顯著提高廢水可生化性。其主體工藝如圖6所示。圖6：A/O法工藝系統(tǒng)A/O法脫氮工藝的特點(diǎn)：(1) 流程簡(jiǎn)單，勿需外加碳源與后曝氣池，以原污水為碳源，建設(shè)和運(yùn)行費(fèi)用較低；(2) 反硝化在前，硝化在后，設(shè)內(nèi)循環(huán)，以原污水中的有機(jī)底物作為碳源，效果好，反硝化反應(yīng)充分；(3) 曝氣池在后，使反硝化殘留物得以進(jìn)一步去除，提高了處理水水質(zhì)；(4) A段攪拌，只起使污泥懸浮，而避免DO的增加。O段的前段采用強(qiáng)曝氣，后段減少氣量，使內(nèi)循環(huán)液的DO含量降低，以保證A段的缺氧狀態(tài)。這種新的組合工藝對(duì)于大型活性污泥法污水廠來(lái)說(shuō)，處理效果較穩(wěn)定，且實(shí)現(xiàn)了脫氮或除磷的目的，能耗和運(yùn)行費(fèi)用也較低，但處理單元多，管理較復(fù)雜，且不能同步脫氮和除磷。3.8A2/O法A2/O法又稱A/A/O(Anaerobic/Anoxic/Oxic)法，稱為厭氧/缺氧/好氧工藝如圖7所示。 圖7:A2/O工藝系統(tǒng)從上圖可見，污水與含磷回流污泥首先進(jìn)入?yún)捬醭?，此時(shí)，含磷回流污泥釋放磷，同時(shí)部分有機(jī)物進(jìn)行氨化。污水進(jìn)入缺氧池后，與回流混合液的硝態(tài)氮進(jìn)行反硝化作用，還原成氮?dú)庖莩觥Ｈ缓笪鬯M(jìn)入曝氣池，進(jìn)行去除BOD，硝化和吸磷等項(xiàng)作用。最后污水進(jìn)入二沉池進(jìn)行固液分離。上世紀(jì)80年代以來(lái)，在廣州、桂林、天津、北京、沈陽(yáng)等地建成了多個(gè)采用A2/O工藝的污水處理廠。在A2/O工藝系統(tǒng)中，其生化池運(yùn)行控制程序較簡(jiǎn)單，且具有去除BOD和脫氮除磷的同步作用，但流程較長(zhǎng)，構(gòu)筑物和回流污泥較多。3.9SBR法SBR（Sequencing Reactors）法，為序批示反應(yīng)器，稱序批示活性污泥法。SBR法的運(yùn)行方式以間歇操作為主要特征，故我國(guó)常稱它為序列間歇式活性污泥法。序批示反應(yīng)器（SBR）由兩個(gè)池或多個(gè)池所構(gòu)成，在運(yùn)行操作上一般按進(jìn)水、反應(yīng)、排放和閑置五個(gè)階段周期性進(jìn)行。SBR法將生化池（包括厭氧池、缺氧池、好氧池）和二沉池集于一個(gè)裝置中，利用控制時(shí)間程序去完成連續(xù)流動(dòng)設(shè)施所達(dá)到的去除BOD和脫氮除磷的目的。近三十年來(lái)，在澳大利亞、美國(guó)、新加坡等國(guó)已建成了近千個(gè)SBR工藝的污水處理廠，在我國(guó)上海青浦污水廠，昆明第三、第四污水廠，天津等地污水處理廠都已采用SBR工藝，正在建設(shè)中的四川巴中城市污水處理廠也將采用SBR工藝。SBR法工藝簡(jiǎn)單（將曝氣、沉淀集中于一池內(nèi)，省去回流污泥及其設(shè)備），運(yùn)行方式靈活，能適應(yīng)城市污水間歇無(wú)規(guī)律排放，耐沖擊負(fù)荷，脫氮除磷效果較好，由于它是合建式構(gòu)筑物，其征地費(fèi)和土建費(fèi)一般較低。由于SBR中各反應(yīng)器間歇周期運(yùn)行，反應(yīng)器中的溶解氧和底物含量隨時(shí)間不斷變化，而且微生物處于富營(yíng)養(yǎng)、貧營(yíng)養(yǎng)、好氧、缺氧。和厭氧周期性變化的環(huán)境中，故運(yùn)行中需要設(shè)置溶解氧（DO）、氧化還原電位（ORP）測(cè)定儀和時(shí)間定時(shí)器，以便根據(jù)池中DO值、運(yùn)行時(shí)間和水位變化來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)開啟程度，達(dá)到降低能耗和保證出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)排放。由此可見，SBR工藝運(yùn)行的自控程度要求較高。4 活性污泥法的發(fā)展趨勢(shì)活性污泥法自問(wèn)世以來(lái)，為了取得良好的運(yùn)行性能，人們一直對(duì)它的運(yùn)行機(jī)理、運(yùn)行方式，曝氣方式及適用范圍等進(jìn)行不斷地摸索和總結(jié)，發(fā)展起以上所述的各種運(yùn)行方式。 隨著工業(yè)生產(chǎn)特別是化工工業(yè)的發(fā)展，工業(yè)廢水?dāng)?shù)量增多，性質(zhì)復(fù)雜，一些人工合成的有機(jī)物往往能以被微生物所降解。 有的還具有致癌、致畸、致突變的物性；另外，無(wú)機(jī)性營(yíng)養(yǎng)物N、P 等也會(huì)引起污染，它們會(huì)引起水生植物包括藻類的過(guò)量生長(zhǎng)，進(jìn)而使水中溶解氧含量下降，水質(zhì)惡化。 所有這些都對(duì)廢水生物處理提出了嚴(yán)峻的挑點(diǎn)。由于社會(huì)生產(chǎn)與科技的進(jìn)步，眾多污水處理廠實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的積累和滿足社會(huì)對(duì)污水處理目標(biāo)的新要求，似的活性污泥法工藝不斷發(fā)展。近三十年來(lái)，為解決水環(huán)境中富營(yíng)養(yǎng)化日益嚴(yán)重的現(xiàn)象，人們要求污水處理廠的目標(biāo)不僅去除BOD，而且還需要脫氮除磷。因此，目前仍以活性污泥法為主題的污水處理廠，常常把厭氧、缺氧、好氧生物處理技術(shù)有機(jī)的組合起來(lái)，從而使傳統(tǒng)的活性污泥法工藝系統(tǒng)不斷前進(jìn)，出現(xiàn)了許多新工藝或新運(yùn)行方式。4.1運(yùn)行方式與曝氣方式的探討和完善迄今為此，人們對(duì)活性污泥運(yùn)行方式上的改進(jìn)還沒(méi)有取得突破性的進(jìn)展，許多研究都是對(duì)上述運(yùn)行方式和某些局部的改進(jìn)，以探索基最佳運(yùn)和狀態(tài)。如M agasak i 等人采用3個(gè)或多于3個(gè)曝氣池的活性污泥法，以便氧化要求改變的情況下確保生物的可降解性。 人們對(duì)曝氣方式的研究比較突出的成果是日、美等國(guó)研制出的一種超微氣泡擴(kuò)散器(氣泡直徑50 Lm) ，氧的吸收率可達(dá)90% ，Reid Engineer2ing Comany of F rederick shurg 研制的氧化溝下表面曝氣(圖8) 也是曝氣方式的一種改進(jìn)。 把沖刷曝氣brush aerat ion) 改成透平曝氣( turbine aeret ion) 避免了產(chǎn)生氣溶膠、飛濺和結(jié)冰等問(wèn)題。圖8:氧化溝下表面曝氣4.2粉末碳活性污泥法粉末碳活性污泥法實(shí)質(zhì)上是一種以活性污泥形式的活性碳吸附、生物氧化的綜合處理法。其特點(diǎn)是：（1）提高了活性污泥的凈化能力；（2）提高對(duì)有毒物質(zhì)和重金屬等沖擊負(fù)荷的穩(wěn)定；（3）具有較好的脫色、除臭、消減泡沫的效果。 國(guó)外已用于合成纖維、化工、印染、煉油、煉焦等工業(yè)生產(chǎn)的污水處理。4.3培養(yǎng)專用微生物，活性污泥法向多功能方面發(fā)展借助于專用細(xì)菌，活性污泥法的處理對(duì)象不僅僅是一般有機(jī)物，還可以處理一些含毒有機(jī)廢水及一些無(wú)機(jī)物，像鐮刀菌、放線菌等微生物能有效地分解劇毒的無(wú)機(jī)氰化物，含酚極毛桿菌、解酚極毛桿菌等具有強(qiáng)大的氧化分解酚類物質(zhì)的能力。4.4活性污泥用于脫磷、脫氮活性污泥脫磷、脫氮系統(tǒng)的生產(chǎn)性實(shí)例目前還很少，多數(shù)