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            生物處理技術發展史

            時間: 2018-11-20
              


              傳統觀點認為,生物處理的主要功能是分解、穩定有機物,即降低BOD。隨著工業生產的發展和對水環境的長期觀察與研究表明,很多人工合成的有機物具有“三致”(致癌、致畸、致突變) 的嚴重危害,并且難以被微生物所降解,而無機性的營養物如氮、磷則容易引起水體的富營養化。因此,水處理的要求也在不斷變化,除要求水處理工藝具備脫氮除磷功能外,還要求將工業化生產、通過高溫高壓合成的各類污染物在污水處理過程中得到有效控制,因為這一類物質在自然界的降解需要幾百年甚至上千年,還將不斷富集,濃度不斷增大,直接危害生態環境和人類生活的健康。生物處理技術對這種類型的污水處理是否有效,一些BOD、COD濃度很高,甚至高達數萬mg/L的污水,生物處理技術能否有效,這些新的問題和新的要求,推動了世界污水生物處理技術和工藝方法的發展。

              按照微生物的生長方式,生物法可分為以活性污泥法為代表的懸浮生長法和以生物膜法為代表的附著生長法。目前,城市污水處理以活性污泥法的應用最廣。但是,由于傳統活性污泥法運行需要消耗大量的能源,運行費也較高,需要進行革新。為開發高效、低耗的城市污水處理新技術、新工藝,國內外開展了大量的研究,并取得了一定的成就。

              1.生物處理微生物

              傳統的污水生物處理技術主要依賴兩大類微生物,即異養型好氧微生物和異養型厭氧微生物。近幾十年來,科學家和工程師共同合作,對污水生物處理中的微生物進行比較深人的研究,取得了很多成果,如: 對活性污泥中細菌和原生動物的不同種類和特性及其協同作用的研究,推進了AB法工藝的發展; 對于硝化、反硝化細菌的研究,以及聚磷菌特性的研究,推進了具有脫氮功能的A/O法工藝以及具有脫氮除磷功能的A/A/O法工藝的發展; 對于厭氧微生物種群和特性的研究,以及發現了厭氧微生物具有部分降解大分子合成有機物的能力,推進了厭氧生物處理工藝以及用厭氧/好氧串聯流程處理含難降解有機物廢水的工藝發展; 對于高效菌的篩選、培養和固定化的研究,為進一步提高污水生物處理的效能,特別是為難生物降解有機物的處理提供了有效的途徑。

              2.生物處理工藝

              生物處理中的三大要素是微生物、氧和營養物質。反應器是微生物棲息生長的場所,是微生物對污水中的污染物加以降解、利用的主要設備。高效的反應器,要能保持最大的微生物量及其活性, 要能有效地供應氧(或隔絕氧),要使微生物、氧和污水中的有機物之間能充分接觸良好的傳質條件。反應器按其特性,大致可分為以下幾類:

             、賾腋∩L型(如活性污泥法) 或附著生長型(如生物膜法);

             、谕屏魇交蛲耆旌鲜;

             、圻B續運行式(如傳統活性污泥法) 或間歇運行式(如SBR法)。

              (1) 活性污泥法

              活性污泥法自1914 年由Arden和Lockett 開創至今,已經過104年的發展與實踐,在供氧方式、運轉條件、反應器形式等方面不斷得到革新和改進。最早出現的傳統活性污泥法屬于推流式曝氣池,由于靠近水池進水口的基質濃度高于出口端的基質濃度,而最初的設計沒有考慮到這種需氧量的變化,結果造成了一些部位氧的不足。為改進供氧不均勻的缺點,1936 年將均勻曝氣的方式改為沿推流方向漸減曝氣的方式,大部分的氧量在基質去除相當快的進水端輸人,而以內源代謝和衰減為主要反應作用的出水端僅需少量的氧,這也就是傳統活性污泥法比較標準的形式一一漸減曝氣活性污泥法。

              活性污泥法的另一個變種一一階段曝氣法于1942 年出現。階段曝氣法又稱多點進水法,進水分成幾股,然后幾股污水從曝氣池的不同點進人,從而使需氧量分配均勻。在污泥同原水混合前,使污泥進行再曝氣的想法得到了更進一步的發展。

              1951年出現了接觸穩定活性污泥法,它是傳統活性污泥法的另外一種發展形式。為了避免在推流式曝氣池中因基質濃度梯度造成的微生物不適應,使微生物群落保持相對穩定的狀態。

              到20世紀50年代末,出現了完全混合式活性污泥法,這種形式的優點是提供了一個有利于細菌絮體生長,不利于絲狀菌生長的環境,污泥的沉降和密實性都很好,但是由于基質梯度的變化使系統容易受有毒物質的千擾。為了克服其他幾種改進形式的缺點(必須處置大量的污泥,流程的運行控制要求嚴格),出現了延時曝氣法,由于有一個完整的細胞平均停留時間,所以,穩定程度相當高,然而由于經濟問題的限制,它僅用于污水濃度低的小型設施。另外,還出現了純氧曝氣法、深井曝氣法等。

              1) SBR法的發展

              作為傳統活性污泥法的改進,SBR法有著廣泛的應用前景。SBR法是序批式間歇活性污泥祛(又稱序批式反應器) 的簡稱,它是目前受到國內外廣泛重視、研究和應用較多的一種污水生物處理技術,特別是隨著先進的自動控制技術的發展,污水處理廠的自動化管理程度大大提高,為SBR活性污泥法的推廣應用提供了更為有利的條件。

              SBR工藝在設計和運行中,根據不同的水質條件、使用場合和出水要求,有了許多新的變化和發展,產生了許多變型。ICEAS與傳統SBR相比,增加了一個預反應區。且連續進水、間歇排水,但由于在沉淀期進水影響了泥水分離,使進水水質受到了限制。DAT-IAT 工藝克服了ICEAS的缺點,將預反應區改為與SBR反應池IAT 分立的預曝氣池DAT, DAT 連續進水、連續曝氣,主體間歇反應器IAT在沉淀階段不受進水的影響,且增加了從IAT到DAT的回流。但是對于含生物難降解有機物污水的處理,DAT IAT并不能取得好的效果,而CASS工藝克服了這個缺點,將ICEAS的預反應區革新為容積小、設計更加優化合理的生物選擇器,并將主反應區的部分剩余污泥回流至選擇器,沉淀階段不進水,因而系統更加穩定,且具有良好的脫氮除磷效果。IDEA 又是CASS的發展,主要是將生物選擇器改為與SBR 主體構筑物分立的預混合池。但以上工藝均只能做到進水連續,而排水間歇。為了克服間歌排水這個缺點,UNITANK工藝集合了SBR和三溝式氧化溝的優點,一體化設計,做到連續進水連續出水,并且污泥自動回流,與CASS相比省去了污泥回流設備。但UNITANK 工藝還存在中溝污泥濃度低及過分依賴于儀表裝置等缺點,如一旦進水閥門損壞,整個系統無法工作。為了克服UN-TANK 工藝的缺點,又產生了一種新型的SBR系統MSBR,它實質上是將A/A/O工藝與SBR系統串聯而成,采用單池多格方式,省去了許多閥門儀表等,增加了污泥回流又保證了較高的污泥濃度,有很好的脫氮除磷效果。近幾年,其他許多SBR系統的研究也得到了深人,如厭氧SBR、多級SBR等,均取得了良好的效果。隨著技術的不斷進步和深人研究,將出現更多的SBR變型工藝。

              2) 氧化溝的發展

              氧化溝是活性污泥法的一種改型,其曝氣池呈封閉的溝渠型,污水和活性污泥的混合液在其中進行不斷的循環流動,因此又被稱為“環形曝氣池”、“無終端的曝氣系統”。

              氧化溝工藝形式的改進和發展與其曝氣設備的開發和研究是分不開的。20 世紀60 年代末,荷蘭的DHV公司將立式低速表曝機應用于氧化溝工藝,將其安裝在氧化溝中心隔墻的末端,利用其所產生的攪拌推動力使水流循環流動,使氧化溝的有效水深增加至4.5m,該工藝即為Carrousel氧化溝工藝,幾乎與此同期,Lecmple和Mandt 首次將水下曝氣和推動系統應用于氧化溝工藝,開發了射流曝氣氧化溝工藝,使氧化溝的有效水深和寬度相互獨立,其深度可達7~8m。1970年,南非開發了轉盤曝氣機而出現了Orbal氧化溝工藝。近年來,荷蘭DHV公司推出了兩層渦輪立式曝氣機; 德國Passavant 公司開發了具有抗腐蝕強、強度高、重量小的玻璃鋼強化型轉刷葉片; 美國USFilter Envirex公司開發了以曝氣轉碟(推動水流) 和粗泡曝氣相結合的垂直循環流反應器(VLR) 氧化溝工藝。

              目前,國外研究開發氧化溝工藝和生產氧化溝噪氣裝置的公司及機構日趨增多,氧化溝技術還將得到發展。

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