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

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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(xué)材料與化學(xué)化工學(xué)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(yīng)用生物處理技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用和實(shí)施，其中活性污泥法優(yōu)勢(shì)更大，使用面最廣。出水水質(zhì)要求的不斷提高，使新技術(shù)也得到不斷發(fā)展。這些新技術(shù)應(yīng)用到不同的工程實(shí)例中得到檢驗(yàn)。活性污泥法主要分為連續(xù)流活性污泥法和間歇式活性污泥法，并對(duì)各處理工藝的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：生物處理技術(shù)；活性污泥法；污水處理

0　前言

隨著“農(nóng)村城市化”的快速發(fā)展，城市人口不斷增多，對(duì)水資源要求也在不斷加大。同時(shí)由于農(nóng)村人口數(shù)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(shè)施，導(dǎo)致農(nóng)村水環(huán)境惡化，農(nóng)村生活水質(zhì)量不斷下滑。在人類“無(wú)意識(shí)”的活動(dòng)下，大量的的含氮、磷等高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入水庫(kù)、河流、湖泊等水域內(nèi)，藻類和浮游生物獲得營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)導(dǎo)致高速繁殖，水中的溶解氧量減少，水體富營(yíng)養(yǎng)化。推進(jìn)污水處理工作有利于城市化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)水資源的合理配置，促進(jìn)城市化進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)國(guó)家經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展[1]。我國(guó)超過(guò)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(guò)人工強(qiáng)化措施，保持反應(yīng)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(zhì)的一種生物方法。該方法以按空間分割的連續(xù)流活性污泥法和按時(shí)間分割的間歇式活性污泥法。連續(xù)流活性污泥法以空間分割是指各階段在不同的反應(yīng)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(yán)格按照時(shí)間有序進(jìn)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(xù)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(jìn)方式，由荷蘭衛(wèi)生工程研究所于1950年左右研發(fā)成功的。其原理是污水通過(guò)氧化溝進(jìn)行處理，出來(lái)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(guò)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(shè)備、導(dǎo)流、混合設(shè)備和進(jìn)出水裝置組成?；緟?shù)為水力停留時(shí)間在10到40 h之間；污泥齡一般大于20 d；有機(jī)負(fù)荷為0.05～0.15 kgBOD5/（kg MLSS·d）；容積負(fù)荷為0.2～0.4 kg BOD5/（m3·d）；活性污泥濃度為2000～6000 mg/L。近年來(lái)，氧化溝采用曝氣器和水底混合器獨(dú)立運(yùn)行，這樣使反應(yīng)池交替處于好氧與缺氧狀態(tài)來(lái)達(dá)到脫氮除磷功能和節(jié)能[4]。國(guó)內(nèi)應(yīng)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(jīng)運(yùn)行超過(guò)8年，對(duì)未來(lái)氧化溝工藝的發(fā)展起到很好的指導(dǎo)作用。

1.2A2/O工藝

A2/O法是以厭氧（A1）—缺氧（A2）—好氧（O）三個(gè)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(yīng)。在有氧條件下，硝化細(xì)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(xì)菌將NOx-N及其它氮氧化物被還原為氮?dú)饣虻钠渌鼩鈶B(tài)氧化物；聚磷菌過(guò)量地從外部環(huán)境攝取磷，將磷聚合貯藏于菌體內(nèi)，形成高磷污泥排出系統(tǒng)，達(dá)到污水除磷的效果。污水流經(jīng)三個(gè)不同供氧區(qū)，利用微生物菌群將污水中的有機(jī)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(fèi)用和穩(wěn)定運(yùn)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(shí)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(huán)延時(shí)曝氣活性污泥法[7]，反應(yīng)器進(jìn)水端添加一個(gè)預(yù)反應(yīng)區(qū)緩沖水流，以連續(xù)進(jìn)水（任何時(shí)段不間停），間歇排水的方式運(yùn)行，無(wú)明顯的反應(yīng)階段和閑置階段。處理污水通過(guò)預(yù)反應(yīng)區(qū)做間歇停留，通過(guò)控制進(jìn)水閥以低水流流入主反應(yīng)區(qū)，防止過(guò)大水流對(duì)主反應(yīng)區(qū)產(chǎn)生影響；這樣就把配水裝置簡(jiǎn)化，整個(gè)運(yùn)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(tǒng)是不間斷進(jìn)、出水，設(shè)置兩個(gè)序批池充當(dāng)沉淀池交替循環(huán)使用[8]。厭氧池是污水首要進(jìn)入場(chǎng)所，將回流高濃度污泥混入?yún)捬醭?，污水中的低分子被聚磷菌以PHB等形式貯存于細(xì)菌體內(nèi)[9]。完成反應(yīng)后進(jìn)入好氧池，聚磷菌獲得氧氣分解體內(nèi)脂肪酸補(bǔ)充自身能量，大量吸收污水中的磷酸鹽。剩余污泥經(jīng)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(yīng)的目的。通過(guò)恒定水位使整個(gè)工藝的可靠性和靈活性得到了提高，改善了處理水質(zhì)，系統(tǒng)對(duì)有機(jī)物質(zhì)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(tài)下進(jìn)行的，處理后出水水質(zhì)優(yōu)于連續(xù)式活性污泥法[11]。MSBR工藝是對(duì)A2/O工藝和SBR工藝的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)研制開發(fā)的污水處理系統(tǒng)，具有集約化程度極高的污水處理特點(diǎn)[12]。其工藝流程見圖3所示。

圖3　MSBR法工藝流程圖

3　工藝優(yōu)缺點(diǎn)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(diǎn)結(jié)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(duì)硝化和反硝化處理有利；能源損耗低；氧化溝設(shè)計(jì)形式多種多樣，根據(jù)處理需求容易選??；負(fù)載低和水的停留時(shí)間長(zhǎng)[13]；缺點(diǎn)是工藝基建占地面積廣、污泥易沉積、容易產(chǎn)生浮泥、好氧區(qū)和缺氧區(qū)的設(shè)計(jì)還有部分缺陷。主要應(yīng)用于城市污水處理或工業(yè)低濃度廢水預(yù)處理[14]。

（2）A2/O工藝是一種簡(jiǎn)單的具有同步脫氮除磷的污水處理工藝，具有基建簡(jiǎn)易、利于控制和污泥量小等優(yōu)點(diǎn)，傳統(tǒng)活性污泥污水處理廠的改建可參考此工藝對(duì)污水處理的改進(jìn)和出水水質(zhì)的提高。然而A2/O工藝也存在較多的問(wèn)題，比如除磷菌和硝化菌的不兼容，基質(zhì)之間的相互競(jìng)爭(zhēng)等[15]，脫氮除磷效率很難得到更好的提升。主要適用于對(duì)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(yōu)點(diǎn)在于基建投資低，操作靈活，適應(yīng)性強(qiáng)，自動(dòng)化控制高，可以有效防止流量和沖擊負(fù)荷；缺點(diǎn)是污泥復(fù)合低，對(duì)有效容積利用率低，沉淀期主反應(yīng)區(qū)進(jìn)水泥水分離不徹底等。ICEAS工藝在處理市政污水和工業(yè)中低濃度廢水時(shí)比傳統(tǒng)的SBR工藝費(fèi)低，受到國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者高度重視[16]。

（4）改良型SBR（MSBR）工藝具有工藝運(yùn)行靈活、脫氮除磷效果好、生化反應(yīng)速率高、控制方便等優(yōu)點(diǎn)；特別設(shè)置的預(yù)缺氧是MSBR工藝的亮點(diǎn)，脫碳途徑有外碳源反消化、內(nèi)碳源反消化和后置反消化等[17]。但該工藝缺乏成熟的科學(xué)依據(jù)、優(yōu)化的控制方法和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)等，很多設(shè)計(jì)單位和公司對(duì)其工藝性能了解很片面，需對(duì)工藝進(jìn)行運(yùn)行效果和參數(shù)分析。目前在國(guó)內(nèi)的上海松江東部和深圳鹽田等地MSBR工藝已成功運(yùn)行。

4　展望

國(guó)家目前對(duì)生活飲用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)總共106項(xiàng)，其中常規(guī)42項(xiàng)，其它64項(xiàng)；與之前舊標(biāo)準(zhǔn)相比新增71項(xiàng)，修改8項(xiàng)，對(duì)水質(zhì)質(zhì)量提出了更嚴(yán)格要求?，F(xiàn)有《城市污水處理廠排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)A標(biāo)基本項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)如表1所示：

由表1可知，城市污水一級(jí)A標(biāo)的排放標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)嚴(yán)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(shù)有很多，如生物法、化學(xué)法、物理化學(xué)法及膜分離技術(shù)等，但單一的污水處理工藝將無(wú)法滿足未來(lái)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(shù)組成的綜合工藝才能獲得更高的水質(zhì)要求。

表1　《城市污水處理廠排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)A標(biāo)基本項(xiàng)目

我國(guó)正在不斷向發(fā)達(dá)國(guó)家靠攏，這就意味著水質(zhì)要求也將越來(lái)越高，現(xiàn)有污水處理技術(shù)已無(wú)法達(dá)到發(fā)展需求。一套適合現(xiàn)有社會(huì)發(fā)展的污水處理技術(shù)應(yīng)具有出水水質(zhì)高、占地面積少、自動(dòng)化程度高和運(yùn)行簡(jiǎn)單及維護(hù)成本低等特點(diǎn)。通過(guò)活性污泥法、生物濾料改性和活性炭吸附等對(duì)處理污水進(jìn)行深度處理；目前已進(jìn)入試驗(yàn)階段，初步處理氨氮及磷效果很好，但還需進(jìn)一步深入研究和完善。

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新型催化劑將二氧化碳轉(zhuǎn)化成液體燃料

中國(guó)科技大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院謝毅、孫永福及其研究團(tuán)隊(duì)，近日找到一種新的電極催化劑，可以將二氧化碳轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化為超越早前所有報(bào)道過(guò)的電催化劑，相關(guān)研究成果發(fā)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(xué)家們一直探索的工作。早先的研究已經(jīng)將二氧化碳通過(guò)電力和催化劑在電還原過(guò)程中被轉(zhuǎn)化成不同類型的化學(xué)品，如甲烷、甲酸、甲醇等燃料。在轉(zhuǎn)化過(guò)程中，二氧化碳以一種“清潔”的方式為工業(yè)生產(chǎn)供給化石燃料合成品，同時(shí)也減輕其對(duì)氣候變化的不利影響。然而，在激活二氧化碳轉(zhuǎn)化為更高價(jià)值的化學(xué)品過(guò)程中，消耗大量的能量是一直存在的瓶頸。近年來(lái)，相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，基于金屬納米結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)化為其他化學(xué)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(tuán)隊(duì)構(gòu)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(zhuǎn)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(jià)態(tài)時(shí)，具有催化二氧化碳的活力，并且原子層的結(jié)構(gòu)和金屬氧化物的存在強(qiáng)化了催化能力，其優(yōu)異的表現(xiàn)超過(guò)了同等條件下評(píng)估過(guò)的其他金屬或者金屬氧化物催化劑。

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

化學(xué)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(jiǎn)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(hào)：1006-4184（2016）1-0036-04

修回日期：2015-09-16