活性污泥法处理生活废水介绍及其展望

刘善东，钟　辉，邹　贤，朱佳兵，徐文轩（.成都理工大学材料与化学化工学院，四川　成都　60059；.四川景星科技有限公司，四川　成都　60037）



活性污泥法处理生活废水介绍及其展望

刘善东1，钟辉1，邹贤2，朱佳兵1，徐文轩1
（1.成都理工大学材料与化学化工学院，四川成都610059；2.四川景星科技有限公司，四川成都610037）

摘要：生活废水应用生物处理技术已经应用和实施，其中活性污泥法优势更大，使用面最广。出水水质要求的不断提高，使新技术也得到不断发展。这些新技术应用到不同的工程实例中得到检验。活性污泥法主要分为连续流活性污泥法和间歇式活性污泥法，并对各处理工艺的优缺点进行分析。

关键词：生物处理技术；活性污泥法；污水处理

0　前言

随着“农村城市化”的快速发展，城市人口不断增多，对水资源要求也在不断加大。同时由于农村人口数量大，居住分散，生活污水随意排放，没有专门的收集和处理设施，导致农村水环境恶化，农村生活水质量不断下滑。在人类“无意识”的活动下，大量的的含氮、磷等高营养物质进入水库、河流、湖泊等水域内，藻类和浮游生物获得营养物质导致高速繁殖，水中的溶解氧量减少，水体富营养化。推进污水处理工作有利于城市化建设，实现水资源的合理配置，促进城市化进程，实现国家经济的可持续发展[1]。我国超过4/5的城市污水处理厂采用的处理方法是活性污泥法。此方法为通过人工强化措施，保持反应容器中一定的溶解氧和悬浮微生物浓度，利用微生物的生物代谢去除污水中污染物质的一种生物方法。该方法以按空间分割的连续流活性污泥法和按时间分割的间歇式活性污泥法。连续流活性污泥法以空间分割是指各阶段在不同的反应池中完成。目前较成熟的工艺有氧化沟法、A2/O法等[2]。间歇式活性污泥法或称作序批式活性污泥法是严格按照时间有序进行和间歇操作的，代表工艺有：ICEAS法、改良型SBR（MSBR）法等[3]。

1　连续流活性污泥法

1.1氧化沟工艺

氧化沟是活性污泥法的一种改进方式，由荷兰卫生工程研究所于1950年左右研发成功的。其原理是污水通过氧化沟进行处理，出来的水利用二次沉淀池沉淀，分离固液后排放，一部分上层污泥通过污泥回流泵带回氧化沟，底层污泥在下一单元脱水、挤压被输出。氧化沟工艺一般由沟体、曝气设备、导流、混合设备和进出水装置组成。基本参数为水力停留时间在10到40 h之间；污泥龄一般大于20 d；有机负荷为0.05～0.15 kgBOD5/（kg MLSS·d）；容积负荷为0.2～0.4 kg BOD5/（m3·d）；活性污泥浓度为2000～6000 mg/L。近年来，氧化沟采用曝气器和水底混合器独立运行，这样使反应池交替处于好氧与缺氧状态来达到脱氮除磷功能和节能[4]。国内应用合建式一体化氧化沟的污水处理厂已有十座以上，四川新都污水处理厂己经运行超过8年，对未来氧化沟工艺的发展起到很好的指导作用。

1.2A2/O工艺

A2/O法是以厌氧（A1）—缺氧（A2）—好氧（O）三个阶段的活性污泥法。该工艺是由硝化菌、反硝化菌和聚磷菌组成的微生物菌群，活性污泥工艺、生物硝化及反硝化工艺和生物除磷工艺的组合反应。在有氧条件下，硝化细菌主要将NH3-N氧化为NOx-N；在厌氧或缺氧的条件下，反硝化细菌将NOx-N及其它氮氧化物被还原为氮气或氮的其它气态氧化物；聚磷菌过量地从外部环境摄取磷，将磷聚合贮藏于菌体内，形成高磷污泥排出系统，达到污水除磷的效果。污水流经三个不同供氧区，利用微生物菌群将污水中的有机物、氮、磷去除，有利于脱氮除磷。生活污水工艺处理效率值：BOD5和SS为90%～95%，总氮为70%以上，磷为90%左右[5]。但A2/O工艺的建造费用和稳定运行高于其他活性污泥工艺，主要用于处理后的污水排入缓流水体或缺氧水体改变给水水源时才采用该工艺[6]。其工艺流程见图1所示。

图1　A2/O法工艺流程图

2　间歇式活性污泥法

2.1ICEAS工艺

ICEAS法的全称为间歇式循环延时曝气活性污泥法[7]，反应器进水端添加一个预反应区缓冲水流，以连续进水（任何时段不间停），间歇排水的方式运行，无明显的反应阶段和闲置阶段。处理污水通过预反应区做间歇停留，通过控制进水阀以低水流流入主反应区，防止过大水流对主反应区产生影响；这样就把配水装置简化，整个运行方式灵活化。其工艺流程见图2所示。

图2　ICEAS法工艺流程图

2.2改良型SBR（MSBR）工艺

MSBR系统是不间断进、出水，设置两个序批池充当沉淀池交替循环使用[8]。厌氧池是污水首要进入场所，将回流高浓度污泥混入厌氧池，污水中的低分子被聚磷菌以PHB等形式贮存于细菌体内[9]。完成反应后进入好氧池，聚磷菌获得氧气分解体内脂肪酸补充自身能量，大量吸收污水中的磷酸盐。剩余污泥经沉淀后从序批池底部排出。缺氧池和厌氧池底部分别装有搅拌器，以利于活性污泥和污水充分接触反应的目的。通过恒定水位使整个工艺的可靠性和灵活性得到了提高，改善了处理水质，系统对有机物质的去除效率得到大幅度提高[10]。由于水流速度缓慢，所以该工艺是在接近静止的状态下进行的，处理后出水水质优于连续式活性污泥法[11]。MSBR工艺是对A2/O工艺和SBR工艺的优点进行改进研制开发的污水处理系统，具有集约化程度极高的污水处理特点[12]。其工艺流程见图3所示。

图3　MSBR法工艺流程图

3　工艺优缺点比较及适用范围

（1）氧化沟是推流式和完全混合式两种特点结合的工艺，具有很高的缓冲能力；溶解于氧气中的浓度梯度明显，对硝化和反硝化处理有利；能源损耗低；氧化沟设计形式多种多样，根据处理需求容易选取；负载低和水的停留时间长[13]；缺点是工艺基建占地面积广、污泥易沉积、容易产生浮泥、好氧区和缺氧区的设计还有部分缺陷。主要应用于城市污水处理或工业低浓度废水预处理[14]。

（2）A2/O工艺是一种简单的具有同步脱氮除磷的污水处理工艺，具有基建简易、利于控制和污泥量小等优点，传统活性污泥污水处理厂的改建可参考此工艺对污水处理的改进和出水水质的提高。然而A2/O工艺也存在较多的问题，比如除磷菌和硝化菌的不兼容，基质之间的相互竞争等[15]，脱氮除磷效率很难得到更好的提升。主要适用于对氮磷处理要求较高的污水处理。

（3）ICEAS工艺属于SBR工艺的一种改良型，其主要优点在于基建投资低，操作灵活，适应性强，自动化控制高，可以有效防止流量和冲击负荷；缺点是污泥复合低，对有效容积利用率低，沉淀期主反应区进水泥水分离不彻底等。ICEAS工艺在处理市政污水和工业中低浓度废水时比传统的SBR工艺费低，受到国内外研究学者高度重视[16]。

（4）改良型SBR（MSBR）工艺具有工艺运行灵活、脱氮除磷效果好、生化反应速率高、控制方便等优点；特别设置的预缺氧是MSBR工艺的亮点，脱碳途径有外碳源反消化、内碳源反消化和后置反消化等[17]。但该工艺缺乏成熟的科学依据、优化的控制方法和运行经验等，很多设计单位和公司对其工艺性能了解很片面，需对工艺进行运行效果和参数分析。目前在国内的上海松江东部和深圳盐田等地MSBR工艺已成功运行。

4　展望

国家目前对生活饮用水质标准总共106项，其中常规42项，其它64项；与之前旧标准相比新增71项，修改8项，对水质质量提出了更严格要求。现有《城市污水处理厂排放标准》一级A标基本项目标准如表1所示：

由表1可知，城市污水一级A标的排放标准相当严格，污水随着处理浓度的降低，处理难度也在不断的加大。目前用于污水处理的技术有很多，如生物法、化学法、物理化学法及膜分离技术等，但单一的污水处理工艺将无法满足未来城市污水处理的工艺要求，采用氧化、吸附、生物降解等新技术组成的综合工艺才能获得更高的水质要求。

表1　《城市污水处理厂排放标准》一级A标基本项目

我国正在不断向发达国家靠拢，这就意味着水质要求也将越来越高，现有污水处理技术已无法达到发展需求。一套适合现有社会发展的污水处理技术应具有出水水质高、占地面积少、自动化程度高和运行简单及维护成本低等特点。通过活性污泥法、生物滤料改性和活性炭吸附等对处理污水进行深度处理；目前已进入试验阶段，初步处理氨氮及磷效果很好，但还需进一步深入研究和完善。

参考文献:

[1]刘映东.城市污水处理现状及其发展趋势分析[J].资源节约与环保，2015，（2）:161.

[2]张宝军，耿德强. A2/O工艺处理城市污水的应用研究[J].煤矿环境保护，2002，6（3）: 32-35.

[3]许倩.处理城市污水的活性污泥法综述[J].山西能源与节能，2010，2（1）: 54-57.

[4]于静洁，邓宏，郑淑平，等.氧化沟工艺应用研究进展[J].工业水处理，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]张波.倒置A2/O工艺的原理与特点研究[J].中国给水排水，2000，16（7）:11-15.

[7]李淑更. ICEAS反应器处理城市污水的试验研究[J].广州大学学报，2004，3（4）:361-368.

[8]李茂材，陈建中. MSBR工艺的发展应用浅析[J].楚雄师范学院学报，2009，24（9）:86-89.

[9]王殿平，许翊华，杜彦武. SBR的工艺特点分析[J].哈尔滨商业大学学报，2003，12（6）:677-680.

[10]魏永，闪红光.循环式活性污泥法（CASS）的研究进展[J].辽宁城乡环境科技，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]丁红.氧化沟污水处理技术的应用研究[J].山西建筑，2007，33（31）:190-191.

[14 ]郭昌梓.氧化沟的优缺点及发展应用型式[J].安徽农业科学，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]刘艳东. ICEAS工艺脱磷除氮的影响因素[J].水处理技术，2007，4（33）:57-59.

[17]邓仁建. MSBR工艺强化生物脱氮生产试验性研究[J].中国给水排水，2014，4（30）:9-13.

新型催化剂将二氧化碳转化成液体燃料

中国科技大学化学与材料科学学院谢毅、孙永福及其研究团队，近日找到一种新的电极催化剂，可以将二氧化碳转化成液体燃料。研究人员利用钴和氧化钴混合物特定的原子排列方法，让原先并不具有二氧化碳催化活性的材料转化为超越早前所有报道过的电催化剂，相关研究成果发表在7日出版的《自然》杂志上。减少温室气体二氧化碳的含量是科学家们一直探索的工作。早先的研究已经将二氧化碳通过电力和催化剂在电还原过程中被转化成不同类型的化学品，如甲烷、甲酸、甲醇等燃料。在转化过程中，二氧化碳以一种“清洁”的方式为工业生产供给化石燃料合成品，同时也减轻其对气候变化的不利影响。然而，在激活二氧化碳转化为更高价值的化学品过程中，消耗大量的能量是一直存在的瓶颈。近年来，相关研究发现，基于金属纳米结构的氧化物衍生物可以在消耗少量能量的情况下，把二氧化碳转化为其他化学品，但是研究人员并不清楚金属氧化物在此的作用是什么。孙永福及其研究团队构建了一种杂化模型材料体系，制造出的四层原子厚的纯钴催化剂和四层原子厚的钴与四氧化三钴催化剂，可以使二氧化碳转化成甲酸。研究人员介绍，钴在位于正确的排列方法和氧化价态时，具有催化二氧化碳的活力，并且原子层的结构和金属氧化物的存在强化了催化能力，其优异的表现超过了同等条件下评估过的其他金属或者金属氧化物催化剂。

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

化学工程

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

作者简介：刘善东（1989-），男，硕士研究生，研究方向：城市污水处理。E-mail：lshd19891112@163.com。

文章编号：1006-4184（2016）1-0036-04

修回日期：2015-09-16