废水处理之生物处理技术发展史二


传统观点认为,生物处理的主要功能是分解、稳定有机物,即降低BOD。随着工业生产的发展和对水环境的长期观察与研究表明,很多人工合成的有机物具有“三致”(致癌、致畸、致突变) 的严重危害,并且难以被微生物所降解,而无机性的营养物如氮、磷则容易引起水体的富营养化。因此,水处理的要求也在不断变化,除要求水处理工艺具备脱氮除磷功能外,还要求将工业化生产、通过高温高压合成的各类污染物在污水处理过程中得到有效控制,因为这一类物质在自然界的降解需要几百年甚至上千年,还将不断富集,浓度不断增大,直接危害生态环境和人类生活的健康。生物处理技术对这种类型的污水处理是否有效,一些BOD、COD浓度很高,甚至高达数万mg/L的污水,生物处理技术能否有效,这些新的问题和新的要求,推动了世界污水生物处理技术和工艺方法的发展。

按照微生物的生长方式,生物法可分为以活性污泥法为代表的悬浮生长法和以生物膜法为代表的附着生长法。目前,城市污水处理以活性污泥法的应用最广。但是,由于传统活性污泥法运行需要消耗大量的能源,运行费也较高,需要进行革新。为开发高效、低耗的城市污水处理新技术、新工艺,国内外开展了大量的研究,并取得了一定的成就。

1.生物处理微生物

传统的污水生物处理技术主要依赖两大类微生物,即异养型好氧微生物和异养型厌氧微生物。近几十年来,科学家和工程师共同合作,对污水生物处理中的微生物进行比较深人的研究,取得了很多成果,如: 对活性污泥中细菌和原生动物的不同种类和特性及其协同作用的研究,推进了AB法工艺的发展; 对于硝化、反硝化细菌的研究,以及聚磷菌特性的研究,推进了具有脱氮功能的A/O法工艺以及具有脱氮除磷功能的A/A/O法工艺的发展; 对于厌氧微生物种群和特性的研究,以及发现了厌氧微生物具有部分降解大分子合成有机物的能力,推进了厌氧生物处理工艺以及用厌氧/好氧串联流程处理含难降解有机物废水的工艺发展; 对于高效菌的筛选、培养和固定化的研究,为进一步提高污水生物处理的效能,特别是为难生物降解有机物的处理提供了有效的途径。

2.生物处理工艺

生物处理中的三大要素是微生物、氧和营养物质。反应器是微生物栖息生长的场所,是微生物对污水中的污染物加以降解、利用的主要设备。高效的反应器,要能保持最大的微生物量及其活性,  要能有效地供应氧(或隔绝氧),要使微生物、氧和污水中的有机物之间能充分接触良好的传质条件。反应器按其特性,大致可分为以下几类:
①悬浮生长型(如活性污泥法) 或附着生长型(如生物膜法);
②推流式或完全混合式;
③连续运行式(如传统活性污泥法) 或间歇运行式(如SBR法)。

(1) 活性污泥法

活性污泥法自1914 年由Arden和Lockett 开创至今,已经过104年的发展与实践,在供氧方式、运转条件、反应器形式等方面不断得到革新和改进。最早出现的传统活性污泥法属于推流式曝气池,由于靠近水池进水口的基质浓度高于出口端的基质浓度,而最初的设计没有考虑到这种需氧量的变化,结果造成了一些部位氧的不足。为改进供氧不均匀的缺点,1936 年将均匀曝气的方式改为沿推流方向渐减曝气的方式,大部分的氧量在基质去除相当快的进水端输人,而以内源代谢和衰减为主要反应作用的出水端仅需少量的氧,这也就是传统活性污泥法比较标准的形式一一渐减曝气活性污泥法。

活性污泥法的另一个变种一一阶段曝气法于1942 年出现。阶段曝气法又称多点进水法,进水分成几股,然后几股污水从曝气池的不同点进人,从而使需氧量分配均匀。在污泥同原水混合前,使污泥进行再曝气的想法得到了更进一步的发展。

1951年出现了接触稳定活性污泥法,它是传统活性污泥法的另外一种发展形式。为了避免在推流式曝气池中因基质浓度梯度造成的微生物不适应,使微生物群落保持相对稳定的状态。

到20世纪50年代末,出现了完全混合式活性污泥法,这种形式的优点是提供了一个有利于细菌絮体生长,不利于丝状菌生长的环境,污泥的沉降和密实性都很好,但是由于基质梯度的变化使系统容易受有毒物质的千扰。为了克服其他几种改进形式的缺点(必须处置大量的污泥,流程的运行控制要求严格),出现了延时曝气法,由于有一个完整的细胞平均停留时间,所以,稳定程度相当高,然而由于经济问题的限制,它仅用于污水浓度低的小型设施。另外,还出现了纯氧曝气法、深井曝气法等。

1) SBR法的发展

作为传统活性污泥法的改进,SBR法有着广泛的应用前景。SBR法是序批式间歇活性污泥祛(又称序批式反应器) 的简称,它是目前受到国内外广泛重视、研究和应用较多的一种污水生物处理技术,特别是随着先进的自动控制技术的发展,污水处理厂的自动化管理程度大大提高,为SBR活性污泥法的推广应用提供了更为有利的条件。

SBR工艺在设计和运行中,根据不同的水质条件、使用场合和出水要求,有了许多新的变化和发展,产生了许多变型。ICEAS与传统SBR相比,增加了一个预反应区。且连续进水、间歇排水,但由于在沉淀期进水影响了泥水分离,使进水水质受到了限制。DAT-IAT 工艺克服了ICEAS的缺点,将预反应区改为与SBR反应池IAT 分立的预曝气池DAT,  DAT 连续进水、连续曝气,主体间歇反应器IAT在沉淀阶段不受进水的影响,且增加了从IAT到DAT的回流。但是对于含生物难降解有机物污水的处理,DAT IAT并不能取得好的效果,而CASS工艺克服了这个缺点,将ICEAS的预反应区革新为容积小、设计更加优化合理的生物选择器,并将主反应区的部分剩余污泥回流至选择器,沉淀阶段不进水,因而系统更加稳定,且具有良好的脱氮除磷效果。IDEA 又是CASS的发展,主要是将生物选择器改为与SBR 主体构筑物分立的预混合池。但以上工艺均只能做到进水连续,而排水间歇。为了克服间歌排水这个缺点,UNITANK工艺集合了SBR和三沟式氧化沟的优点,一体化设计,做到连续进水连续出水,并且污泥自动回流,与CASS相比省去了污泥回流设备。但UNITANK 工艺还存在中沟污泥浓度低及过分依赖于仪表装置等缺点,如一旦进水阀门损坏,整个系统无法工作。为了克服UN-TANK 工艺的缺点,又产生了一种新型的SBR系统MSBR,它实质上是将A/A/O工艺与SBR系统串联而成,采用单池多格方式,省去了许多阀门仪表等,增加了污泥回流又保证了较高的污泥浓度,有很好的脱氮除磷效果。近几年,其他许多SBR系统的研究也得到了深人,如厌氧SBR、多级SBR等,均取得了良好的效果。随着技术的不断进步和深人研究,将出现更多的SBR变型工艺。

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