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回顧污水處理工藝走過那些路

      城市污水處理技術(shù)，歷經(jīng)數(shù)百年變遷，從最初的一級(jí)處理發(fā)展到現(xiàn)在的三級(jí)處理，從簡單的消毒沉淀到有機(jī)物去除、脫氮除磷再到深度處理回用。其中，活性污泥法的問世更是具有劃時(shí)代的意義，而今年正值活性污泥法誕生100周年。城市污水處理技術(shù)今后究竟將如何發(fā)展？對(duì)此，不如先讓我們回顧一下那些年城市污水處理走過的路。
      一級(jí)處理階段
      它的歷史可追溯到古羅馬時(shí)期，那個(gè)時(shí)期環(huán)境容量大，水體的自凈能力也能夠滿足人類的用水需求，人們僅需考慮排水問題即可。而后，城市化進(jìn)程加快，生活污水通過傳播細(xì)菌引發(fā)了傳染病的蔓延，出于健康的考慮，人類開始對(duì)排放的生活污水處進(jìn)行處理。早期的處理方式采用石灰、明礬等進(jìn)行沉淀或用漂白粉進(jìn)行消毒。明代晚期，我國已有污水凈化裝置。但由于當(dāng)時(shí)需求性不強(qiáng)，我國生活污水仍以農(nóng)業(yè)灌溉為主。1762年，英國開始采用石灰及金屬鹽類等處理城市污水。
      二級(jí)處理階段有機(jī)物去除工藝
      1、生物膜法
      在歐洲工業(yè)革命開始時(shí)，城市生活污水中的有機(jī)物成為去除重點(diǎn)。1881年，法國科學(xué)家發(fā)明了第一座生物反應(yīng)器，也是第一座厭氧生物處理池—moris池誕生，拉開了生物法處理污水的序幕。1893年，第一座生物濾池在英國Wales投入使用，并迅速在歐洲北美等國家推廣。技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)生。
      2、活性污泥法
      活性污泥法誕生之初，采用的是充-排式工藝，由于當(dāng)時(shí)自動(dòng)控制技術(shù)與設(shè)備條件相對(duì)落后，導(dǎo)致其操作繁瑣，易于堵塞，與生物濾池相比并無明顯優(yōu)勢。之后連續(xù)進(jìn)水的推流式活性污泥法（CAs法）出現(xiàn)后很快就將其取代，但由于推流式反應(yīng)器中污泥耗氧速度沿池長是變化的，供氧速率難以與其配合，活性污泥法又面臨局部供氧不足的難題。1936年提出的漸曝氣活性污泥法(TAAs)和1942年提出的階段曝氣法(SFAS)，分別從曝氣方式及進(jìn)水方式上改善了供氧平衡。1950年，美國的麥金尼提出了完全混合式活性污泥法。該方法通過改變活性污泥微生物群的生存方式，使其適應(yīng)曝氣池中因基質(zhì)濃度的梯度變化，有效解決了污泥膨脹的問題。
      隨著在實(shí)際生產(chǎn)生的廣泛應(yīng)用和技術(shù)上的不斷革新改進(jìn)，活性污泥法逐漸取代了生物膜法，成為污水處理的主流工藝。
      ①脫氮除磷工藝
      20世紀(jì)50年代，水體富營養(yǎng)化問題凸顯，脫氮除磷成為污水處理的另一主要訴求。于是，在活性污泥法的基礎(chǔ)上衍生出了一系列的脫氮除磷工藝。
      ②除磷工藝
      50年代初，攝磷菌被發(fā)現(xiàn)并用于除磷。
      ③脫氮工藝
      1969年，美國的Barth提出采用三段法除氮，第一段是好氧段，主要去除有機(jī)物，第二段加堿硝化，第三段是厭氧反硝化，除氮。1973年，Barnard在原有工藝基礎(chǔ)上，將缺氧和好氧反應(yīng)器完全分隔，污泥回流到缺氧反應(yīng)器，并添加了內(nèi)回流裝置，縮短了工藝流程，也就現(xiàn)在常說的缺氧好氧（A/O）工藝。
      ④A2O工藝
      70年代，美國專家在A/O工藝的基礎(chǔ)上，再加上除磷就成了A2O工藝。我國1986年建廠的廣州大坦沙污水處理廠，采用的就是A2O工藝，當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)處理水量為15萬噸，是當(dāng)時(shí)世界上最大的采用A2O工藝的污水處理廠。
      ⑤氧化溝工藝
      將生物處理厭氧段和好氧段進(jìn)行了空間分割，而氧化溝則為封閉的溝渠型結(jié)構(gòu)，結(jié)合了推流式和完全混合式活性污泥法的特點(diǎn)，集曝氣、沉淀和污泥穩(wěn)定于一體。污水和活性污泥的混合液不斷地循環(huán)流動(dòng)，系統(tǒng)中能夠形成好氧區(qū)和缺氧區(qū)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)生物脫氮除磷。氧化溝白天進(jìn)水曝氣，夜間用作沉淀池。活性污泥法相比 , 其具有處理工藝及構(gòu)筑物簡單、泥齡長、剩余污泥少且容易脫水、處理效果穩(wěn)定等優(yōu)勢。
      交替式工作氧化溝是由丹麥克魯格（Kruger）公司研制，該工藝造價(jià)低，易于維護(hù)，通常有雙溝交替和三溝交替（T型氧化溝）的氧化溝系統(tǒng)和半交替工作式氧化溝。
      ⑥兩段法工藝
      早期的兩段法只是將一套活性污泥法的兩組構(gòu)筑物串聯(lián)，一段和二段曝氣池體積相同，且多合并建設(shè)，大部分有機(jī)物在第一段被吸附降解，第二段的污泥負(fù)荷很低，其出水水質(zhì)要優(yōu)于相同體積曝氣池的單級(jí)活性污泥法（如圖7）。然而，由于第一段曝氣池體積減小了一倍，相當(dāng)于污泥負(fù)荷增加了一倍，處在易發(fā)生污泥膨脹的階段，運(yùn)行管理較為困難。
      ⑦SBR工藝
      序批式活性污泥法(SBR)工藝是在時(shí)間上將厭氧段與好氧段進(jìn)行分割。20 世紀(jì)70 年代初由美國Irvine公司開發(fā)。它在流程上只有一個(gè)基本單元，集調(diào)節(jié)池、曝氣池和二沉池的功能于一池，進(jìn)行水質(zhì)水量調(diào)節(jié)、微生物降解有機(jī)物和固液分離等。MSBR法即改良型的SBR( Modified SBR)，采用單池多格方式,結(jié)合了傳統(tǒng)活性污泥法和SBR技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。反應(yīng)器由曝氣格和兩個(gè)交替序批處理格組成。主曝氣格在整個(gè)運(yùn)行周期過程中保持連續(xù)曝氣，而每半個(gè)周期過程中，兩個(gè)序批處理格交替分別作為SBR和澄清池。該工藝可連續(xù)進(jìn)水且可使用更少的連接管、泵和閥門。
      ⑧脫氮除磷新工藝
      近幾十年，能源、資源的短缺已經(jīng)引起了廣泛的關(guān)注，進(jìn)一步脫氮除磷及對(duì)能源節(jié)約及資源回收的需求成為了污水處理工藝發(fā)展的主流方向。一批新興脫氮除磷技術(shù)得以應(yīng)用。
      ⑨ANAMMOX-SHARON 組合工藝
      1994年，荷蘭Delft大學(xué)開發(fā)了厭氧氨氧化（ANAMMOX）技術(shù)，厭氧氨氧化菌在缺氧環(huán)境中，能夠?qū)@離子(NH4+)用亞硝酸根(NO2-)氧化為氮?dú)狻Ｔ摴に嚺c傳統(tǒng)反硝化工藝相比是完全自養(yǎng)，不需任何有機(jī)碳源。目前，工藝為硝化反器應(yīng)，ANAMMOX工藝為反硝化反應(yīng)器，與傳統(tǒng)工藝相比能夠節(jié)省60%的供氧和100%的碳源。
        三級(jí)處理階段
      近十幾年，隨著污染加劇，水資源短缺嚴(yán)重，人類對(duì)水質(zhì)提出了更高的要求，污水深度處理與回用技術(shù)興起。污水處理廠的側(cè)重點(diǎn)不再是核算污染物的排放量，而是如何改善水質(zhì)。膜技術(shù)開始顯現(xiàn)其獨(dú)特優(yōu)勢。
      生物膜技術(shù)在20世紀(jì)60-70年代，隨著新型合成材料的大量涌現(xiàn)再次發(fā)展起來，主要工藝有生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、生物接觸氧化、生物流化床等。目前，應(yīng)用較多的膜處理技術(shù)主要有微濾（MF）、超濾（UF）、反滲透（RO）和膜生物反應(yīng)器（MBR）技術(shù)。本世紀(jì)初的新加坡“Newwater ”水廠就是采用在二級(jí)處理后加超濾膜及反滲透膜的方式進(jìn)行再生水回用處理。
      以史為鑒，可知興替。回顧整個(gè)歷史過程，城市生活污水處理的足跡隨著人類健康的需求、水環(huán)境質(zhì)量的變化、污水的處理程度在一級(jí)級(jí)的加深，同時(shí)操作管理、資金占地等成本問題又推動(dòng)了水處理工藝技術(shù)的不斷進(jìn)化，其操作、占地、程序步驟、能源資源的投入都在一點(diǎn)點(diǎn)地簡化。人們對(duì)水質(zhì)的需求越來越高，而處理過程卻越來越趨于簡便。有趣的是，無論近幾年業(yè)界所看好的厭氧生物技術(shù)還是源分離最終的土地灌溉，城市污水處理似乎又回到了它最初的形式，盡管其中蘊(yùn)含的科技含量早已不可同日而語。大繁若簡，最終還是歸于自然。

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