活性污泥法的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

活性污泥法的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢學院： 生命科學與化學工程學院學號： 1111603112 班級： 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)和其他一些無機鹽類也能夠去除，例如氮磷等化合物，在處理工業(yè)廢水過程中，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理是通過好氧微生物的生物化學代謝反應(yīng)，分解工業(yè)廢水中的有機物質(zhì)，過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年在英國曼徹斯特市試驗成功。80多年來，隨著生產(chǎn)上的應(yīng)用和不斷改進及對生化反應(yīng)和凈化機理進行廣泛深入的研究，活性污泥法取得了很大發(fā)展，出現(xiàn)了多種運行方式，并正在改變那種用經(jīng)驗數(shù)據(jù)進行工藝設(shè)計和運行管理的現(xiàn)象。本文對各種活性污泥的組成、運行方式及其特點作簡要的綜述，同時談?wù)劵钚晕勰喾ǖ陌l(fā)展趨勢。2 活性污泥構(gòu)成簡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物和無機物所組成的褐色絮凝體，由大量細菌、真菌、原生動物和后生動物組成，以細菌為主，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)性能的菌膠團以結(jié)構(gòu)絲狀菌為骨架、膠團菌附著其上，并且具有不斷生長的特性，增長過程和老化過程中脫落的碎片及其他游離細菌被附著或游離生長的原生動物和后生動物捕食。少量以無機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，具有良好結(jié)構(gòu)的活性污泥是以絲狀菌為骨架，膠團菌附著于其上而形成的，結(jié)構(gòu)絲狀菌喜低氧狀態(tài)，在膠團菌的附著下，不斷生長伸長，形成條狀和網(wǎng)狀污泥；沒有絲狀菌為骨架的絮體顆粒很小，附著于累枝蟲等原生動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保持一定的松散度提供了必要條件。而膠團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)絲狀菌與膠團菌構(gòu)成此消彼長的關(guān)系，即結(jié)構(gòu)絲狀菌位于膠團菌內(nèi)部特別是菌膠團較厚時有利于其生長，從而伸長使得包裹在外層的膠團菌不致于過厚形成厭氧狀態(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，正常環(huán)境條件不利于其生長，待膠團菌包附之后才重新再次生長，如遇供氧不足等時，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)群落的相對穩(wěn)定。實際經(jīng)驗表明，當細菌處于碳氮比較高的條件下，絮凝體的結(jié)構(gòu)就比較好。當細菌處于碳氮比較低或高溫、營養(yǎng)不足的環(huán)境時，細菌體外多糖類膠體基質(zhì)或纖維素類基質(zhì)會被作為營養(yǎng)而被細菌利用，從而導(dǎo)致污泥解絮。3 活性污泥的現(xiàn)狀活性污泥法的運行最早采用的是普通活性污法(又稱習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)展起來了多種運行方式，像多點進水活性污泥法，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。曝氣池采用長方形，水流是縱向混合的推流式，曝氣池混合液的曝氣時間常采用48 h，污泥濃度一般控制在23g/L，回流污泥量需進水水量的25%50%，生化需氣量和懸浮物的去除率達90% 95%。優(yōu)點：(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：(1) 不善于適應(yīng)水質(zhì)的變化；(2) 供氧不能得到充分利用?？諝夤?yīng)沿池水平均分布。造成前段氧量不足后段氧量過剩；(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,只不過是對流程的曝氣方式作了改進，把供氣沿池長平均分布的曝氣方式改成在曝氣池前段供給更多的空氣，供氣量沿池長逐漸減少的供氣方式。3.3多點進水法多點進水法是普通活性污泥法的簡單改進，主要用來克服普通法的第二個缺點?？梢栽谝欢ǔ潭壬辖档头磻?yīng)器前段的耗氧速度。多點進水法的過程見圖2。圖2：多點進水法流程從圖中可以看出，廢水并不是集中在池端進入曝氣池，而是沿池長分段投入，這樣有機物的分配較均勻，因而氧的需要也較均勻。優(yōu)點：(1) 有機物分配較均勻，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90%；(3) 運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，一種是鼓風曝氣，一種是機械曝氣。見圖3和圖4。圖3：采用鼓風曝氣的完全混合活性污泥流程圖4：采用機械曝氣的完全混合性污泥流程優(yōu)點：(1) 曝氣池內(nèi)流體混合良好，各點水質(zhì)幾乎相同；(2) 進水負荷的變化對污泥的影響可降到極小程度；(3) 池內(nèi)各點水質(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：(1) 連續(xù)進出水時，可能產(chǎn)生短流；(2) 在進水水質(zhì)比較穩(wěn)定及目前常用的負荷下出水水質(zhì)往往不及普通法(可用延時曝氣池的負荷，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池子里或一個池子的兩部分進行，這是它的一個特點，其另一個特點是：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：(1) 只有回流的一部分污泥進行了再生(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：(1) 吸附時間短，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力都得到的提高。優(yōu)點：(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物。它除了可去除廢水中的有機污染物外，還可同時去除氮、磷，對于高濃度有機廢水及難降解廢水，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：(1) 流程簡單，勿需外加碳源與后曝氣池，以原污水為碳源，建設(shè)和運行費用較低；(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于大型活性污泥法污水廠來說，處理效果較穩(wěn)定，且實現(xiàn)了脫氮或除磷的目的，能耗和運行費用也較低，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入?yún)捬醭兀藭r，含磷回流污泥釋放磷，同時部分有機物進行氨化。污水進入缺氧池后，與回流混合液的硝態(tài)氮進行反硝化作用，還原成氮氣逸出。然后污水進入曝氣池，進行去除BOD，硝化和吸磷等項作用。最后污水進入二沉池進行固液分離。上世紀80年代以來，在廣州、桂林、天津、北京、沈陽等地建成了多個采用A2/O工藝的污水處理廠。在A2/O工藝系統(tǒng)中，其生化池運行控制程序較簡單，且具有去除BOD和脫氮除磷的同步作用，但流程較長，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法的運行方式以間歇操作為主要特征，故我國常稱它為序列間歇式活性污泥法。序批示反應(yīng)器（SBR）由兩個池或多個池所構(gòu)成，在運行操作上一般按進水、反應(yīng)、排放和閑置五個階段周期性進行。SBR法將生化池（包括厭氧池、缺氧池、好氧池）和二沉池集于一個裝置中，利用控制時間程序去完成連續(xù)流動設(shè)施所達到的去除BOD和脫氮除磷的目的。近三十年來，在澳大利亞、美國、新加坡等國已建成了近千個SBR工藝的污水處理廠，在我國上海青浦污水廠，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），運行方式靈活，能適應(yīng)城市污水間歇無規(guī)律排放，耐沖擊負荷，脫氮除磷效果較好，由于它是合建式構(gòu)筑物，其征地費和土建費一般較低。由于SBR中各反應(yīng)器間歇周期運行，反應(yīng)器中的溶解氧和底物含量隨時間不斷變化，而且微生物處于富營養(yǎng)、貧營養(yǎng)、好氧、缺氧。和厭氧周期性變化的環(huán)境中，故運行中需要設(shè)置溶解氧（DO）、氧化還原電位（ORP）測定儀和時間定時器，以便根據(jù)池中DO值、運行時間和水位變化來調(diào)節(jié)風機開啟程度，達到降低能耗和保證出水水質(zhì)達標排放。由此可見，SBR工藝運行的自控程度要求較高。4 活性污泥法的發(fā)展趨勢活性污泥法自問世以來，為了取得良好的運行性能，人們一直對它的運行機理、運行方式，曝氣方式及適用范圍等進行不斷地摸索和總結(jié)，發(fā)展起以上所述的各種運行方式。 隨著工業(yè)生產(chǎn)特別是化工工業(yè)的發(fā)展，工業(yè)廢水數(shù)量增多，性質(zhì)復(fù)雜，一些人工合成的有機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，無機性營養(yǎng)物N、P 等也會引起污染，它們會引起水生植物包括藻類的過量生長，進而使水中溶解氧含量下降，水質(zhì)惡化。 所有這些都對廢水生物處理提出了嚴峻的挑點。由于社會生產(chǎn)與科技的進步，眾多污水處理廠實際運行經(jīng)驗的積累和滿足社會對污水處理目標的新要求，似的活性污泥法工藝不斷發(fā)展。近三十年來，為解決水環(huán)境中富營養(yǎng)化日益嚴重的現(xiàn)象，人們要求污水處理廠的目標不僅去除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)有機的組合起來，從而使傳統(tǒng)的活性污泥法工藝系統(tǒng)不斷前進，出現(xiàn)了許多新工藝或新運行方式。4.1運行方式與曝氣方式的探討和完善迄今為此，人們對活性污泥運行方式上的改進還沒有取得突破性的進展，許多研究都是對上述運行方式和某些局部的改進，以探索基最佳運和狀態(tài)。如M agasak i 等人采用3個或多于3個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。 人們對曝氣方式的研究比較突出的成果是日、美等國研制出的一種超微氣泡擴散器(氣泡直徑50 Lm) ，氧的吸收率可達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。 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。其特點是：（1）提高了活性污泥的凈化能力；（2）提高對有毒物質(zhì)和重金屬等沖擊負荷的穩(wěn)定；（3）具有較好的脫色、除臭、消減泡沫的效果。 國外已用于合成纖維、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)展借助于專用細菌，活性污泥法的處理對象不僅僅是一般有機物，還可以處理一些含毒有機廢水及一些無機物，像鐮刀菌、放線菌等微生物能有效地分解劇毒的無機氰化物，含酚極毛桿菌、解酚極毛桿菌等具有強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)性實例目前還很少，多數(shù)