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活性污泥工艺的技术现状及发展趋势
添加日期:2014-12-17  点击次数:1980

活性污泥工艺是污水处理的主要工艺。在全球近6万座城市污水处理厂中,有3万多座采用活性污泥工艺,而其余多为规模很小的稳定塘系统。

活性污泥工艺本世纪初出现于英国,之后迅速在欧美得到应用。早在20年代初,我国上海就建成了采用活性污泥工艺的污水处理厂。30年代初,日本也开始采用活性污泥工艺处理污水。60年代以前,各地采用的活性污泥工艺与最初形式基本一致,称为传统活性污泥工艺。60年代以来,日益严重的水污染问题迫切需要建设大批污水处理厂,使活性污泥得到了较快的发展。本文从工艺改进和污泥膨胀两个方面,回顾了活性污泥工艺的技术发展,讨论了该工艺未来的发展趋势。

1 活性污泥工艺的改进

传统活性污泥工艺采用中等污泥负荷,曝气池为连续推流式。目前仍有大批采用传统活性污泥工艺的处理厂在运行。若只要求去除有机污染物时,传统活性污泥工艺仍是一种可行的选择。对传统活性污泥工艺进行的各种改进,产生了很多种不同的活性污泥工艺。一些工艺较传统工艺处理功能增强,一些工艺运行更加稳定,而另外一些工艺的费用大大降低或运行更加方便。这些工艺上的改进,充分满足了各种不同的处理要求。这些改进可以分为池形的改进、运行方式的改进、曝气方式的改进、生物学方面的改进以及投加填料等几个方面。

1.1 池形的改进

传统工艺采用推流式曝气池,后来出现了完全混合式曝气池。推流流态和完全混合流态各有其优缺点。与推流相比,完全混合式流态抗冲击负荷能力强,但易发生短流。另外,完全混合活性污泥系统易产生丝状菌污泥膨胀。氧化沟为环流流态,介于完全混合与推流之间,兼具二者的优点。氧化沟工艺最显著的特点是运行管理简便,出水稳定。

1.2 运行方式的改变

传统工艺系连续流运行方式,且从曝气池前端进水。运行方式的早期改进是多点进水工艺。多点进水最初的目的是平衡沿池的污泥负荷及需氧量,但后来被渐减曝气工艺所取代。当采用串级反硝化工艺时,多点进水被用来补充各缺氧段的碳源。多点进水运行方式的另一个新用途是缓冲水力冲击负荷。当雨季进入活性污泥系统的流量增大时,改为多点进水运行可有效防止污泥流失。

SBR是间歇运行的活性污泥工艺,曝气和沉淀在同一池内完成,省去了二沉池和回流系统,使运行简单化。最初的SBR系间歇进水间歇出水运行。后来,在反应器内加入前置区,实现了连续进水间歇出水运行。这一改进的目的是为脱氮除磷过程补充碳源,另外兼有抑制丝状菌增长的作用。对应的工艺有CASS和ICEAS。CASS为周期循环活性污泥系统,是Trausenviro公司的专利工艺。ICEAS为间歇循环延时曝气系统,是ABJ公司的专利工艺。这两种工艺的本质特征都是连续进水间歇出水,属同一种工艺。另外还有多种SBR工艺,如Aqua SBR、Om Niflo SBR、BPAS、Fluidyne等。所有这些工艺都是在曝气设备和滗水器上作了改进,运行方式上与最初SBR一致。T型氧化沟是另外一种间歇运行方式,两个边沟周期性地处于曝气和沉淀状态,因此也省去了二沉池和回流系统。合理调整运行周期和程序,T型氧化沟也可以进行硝化和反硝化。

T型氧化沟的缺点是转刷利用率太低,脱氮效率也不高。为此,Kruger公司又开发了De型氧化沟。该种氧化沟属半间歇式运行,设有二沉池及回流系统。两个沟为一组,交替处于硝化反硝化状态。只脱氮的De氧化沟称之为Biodenitro工艺;在氧化沟外设厌氧池,实现除磷时,称之为Biodenpho工艺。由于增设了二沉池及回流系统,DE沟的转刷利用率明显提高。

该工艺的运行方式类似于T型氧化沟,但运行程序似乎更趋优化。

1.3 曝气方式的改变

传统活性污泥工艺既采用鼓风曝气又采用机械表曝。鼓风曝气又有穿孔管曝气和微孔曝气两种形式。穿孔管鼓风曝气由于氧转移效率及动力效率太低,实际上已很少采用。

曝气方式的改进主要是为了提高充氧性能,并方便运行维护。射流曝气是曝气方式一种较早的改进。其充氧性能高于穿孔管曝气,且维护方便。目前,仍有新型的射流曝气装置出现。陶瓷微孔曝气器早在80年代就已采用,但一直没有得到广泛应用。80年代中期,大批污水处理厂改造成了陶瓷微孔曝气器,但至90年代很快又被橡胶膜片曝气器所取代。膜片曝气器的显著特点是不堵塞不积垢,但由于材质原因,其寿命和理化稳定性仍是一个待解决的问题。

纯氧曝气也是一种较早的曝气方式的改进,它的显著特点是充氧性能大大提高。其原因是由于氧分压提高,使氧在污水中的饱和溶解度增大,进而增大了氧传质扩散的推动力。深层曝气的充氧性能也大大提高,但原因是由于压力的提高,导致扩散传质推动力的增大。目前出现的气提反应器使深层曝气工艺趋于优化。

1.4 生物学方面的改进

传统活性污泥工艺采用中等污泥负荷。较早的改进方式是高负荷工艺和低负荷工艺。高负荷工艺又称高速曝气工艺,主要是利用活性污泥强大的吸附性能在较短的时间内去除大部分有机物。吸附再生工艺和A B工艺的A段严格上也属于高速曝气工艺。低负荷工艺又称延时曝气工艺,除能去除有机物以外,还能实现污泥好氧稳定。

传统活性污泥工艺的最大改进是各种脱氮除磷工艺的出现。早期的脱氮工艺采用二阶段或三阶段活性污泥工艺,有机物分解、硝化和反硝化分别在不同的活性污泥系统中完成,且反硝化过程需外加碳源。70年代初,Wuhrmann工艺将有机物分解、硝化和反硝化合并到一套活性污泥系统中,形成了早期的OA脱氮工艺。Ludzack Ettinger工艺将反硝化段移至硝化段首端,将OA工艺改进为AO工艺。之后,Baranard提出了MLE工艺,在Ludzack Ettinger工艺中加入了混合液内循环,形成了现在普遍采用的AO脱氮工艺。

另外还有一些脱氮除磷工艺,虽然机理上并无新意,但却能降低系统的总水力停留时间,节省投资。如多级串联脱氮工艺以及RDN工艺等。多级串联生物脱氮工艺有两种:Cascade NdN和Cascade dNN工艺。前者为多级串联的后置脱氮工艺,不需内回流,但需多点进水运行。后者为多级串联的前置脱氮工艺,每一级均需设置内回流。RDN是捷克开发的一种工艺,特点是在AO脱氮系统中,增设一个污泥再曝气池,增大了系统的好氧污泥龄。在同样的脱氮效率下,RDN较AO水力停留时间可缩短,从而使投资节省。
1.5 投料和投加载体方面的改进

  向活性污泥工艺的曝气池中投加一些具有吸附性能的活性材料可以提高污泥浓度,显著改善污泥的沉降性能。较早的工艺有PACT工艺,即粉末活性炭活性污泥工艺。由于粉末活性炭的成本较高,再生也较困难,PACT应用不多。近年来出现了所谓的LUZENAC工艺。该工艺采用的投加材料为滑石,主要成分为水合硅酸镁[Mg3Si4O10(OH)2],使投料活性污泥工艺的运行成本大大降低。

在曝气池内加入载体,可提高活性污泥浓度,使系统的水力停留时间大大缩短。很多国家在这方面进行了大量的研究和实践,摸索出了一批合适的载体类型。国际上较有代表性的工艺有KMT工艺、CcptorR工艺、Biofor工艺、Linpor工艺和IFAS工艺。其中IFAS工艺为集成固定膜活性污泥工艺,其余均为悬浮态生物膜活性污泥工艺;KMT为挪威和瑞典工艺,载体材质采用聚乙烯塑料,为直径7mm,高12mm的空心圆柱;Captor为美国工艺,它采用聚氨酯材料,是12mm×25mm×25mm的长方体;LINPOR为德国工艺,是12mm×12mm×12mm的立方体;Biofor为法国工艺,载体为3mm左右的不规则砂质颗粒。

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