城市生活污水處理
地埋式生活污水處理設(shè)備 MBR膜生物反應(yīng)器
城市生活污水處理越來(lái)越受到人們的重視，生活污水處理應(yīng)符合以下幾個(gè)發(fā)展方向：
1、總投資省。
2、運(yùn)行費(fèi)用低。
3、占地面積小。
4、脫氮除磷。隨著我國(guó)大面積水體環(huán)境的富營(yíng)養(yǎng)化，污水的脫氮除磷已經(jīng)成為一個(gè)迫切的問(wèn)題。我國(guó)最新實(shí)施的國(guó)家《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996）也明確規(guī)定了適用于所有排污單位，非常嚴(yán)格地規(guī)定了磷酸鹽排放標(biāo)準(zhǔn)和氨氮排放標(biāo)準(zhǔn)。
5、先進(jìn)的計(jì)算機(jī)管理和自控系統(tǒng)，保證了城市生活污水處理的正常運(yùn)行和穩(wěn)定的合格出水。
國(guó)內(nèi)外城市生活污水處理廠處理工藝大都采用一級(jí)處理和二級(jí)處理。一級(jí)處理是采用物理方法，主要通過(guò)格柵攔截、沉淀等手段去除廢水中大塊懸浮物和砂粒等物質(zhì)。二級(jí)處理則是采用生化方法，主要通過(guò)微生物的生命運(yùn)動(dòng)等手段來(lái)去除廢水中的懸浮性，溶解性有機(jī)物以及氮、磷等營(yíng)養(yǎng)鹽。代表性的二級(jí)生活污水處理工藝主要有傳統(tǒng)活性污泥法、MBR膜、氧化溝、A/O、A2/O工藝、SBR、CCAS工藝等。
城市生活污水處理的二級(jí)生物處理多采用活性污泥法，它是當(dāng)前世界各國(guó)應(yīng)用最廣的一種二級(jí)生物處理流程，具有處理能力高，出水水質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)。
一、地埋式生活污水處理設(shè)備
利用活性污泥法達(dá)到凈化污水的目的，其原理：利用好氧菌自身的生命活動(dòng)，在污水中，微生物形成的生物絮凝體使懸浮狀和膠體狀的有機(jī)污染物失穩(wěn)絮凝，吸附在活性污泥表面，降解有機(jī)物，使水中的BOD、COD大幅下降。
由一體多元化玻璃鋼預(yù)制構(gòu)件組合而成。裝置內(nèi)配有水下曝氣、水流推動(dòng)雙功能曝氣機(jī)。處理污水時(shí)，污水從裝置頂部流入曝氣區(qū)，曝氣機(jī)水下曝氣并推流攪動(dòng)污水，進(jìn)入的污水很快與原有的混合液充分混合，最大限度地適應(yīng)進(jìn)水水質(zhì)的變化。曝氣機(jī)通過(guò)水流推動(dòng)和水下曝氣雙重功能，使曝氣區(qū)污水有規(guī)律地循環(huán)流動(dòng)，污水中的溶解氧含量迅速提高。由于污水在曝氣區(qū)不斷循環(huán)流動(dòng)，區(qū)內(nèi)各點(diǎn)水質(zhì)比較均勻，微生物的數(shù)量、性質(zhì)基本相同，因此曝氣區(qū)各部分的工作情況幾乎一致。這就把整個(gè)生化反應(yīng)控制在良好的同一條件下。有機(jī)物被微生物逐步降解，污水得到凈化。
適用于生活小區(qū)、旅游景點(diǎn)、賓館、療養(yǎng)院、學(xué)校、礦山、工廠等生活污水處理及類(lèi)似的工業(yè)污水處理。
二、MBR膜生物反應(yīng)器生活污水處理技術(shù)
MBR膜生物反應(yīng)器(membrane bioreactor)，是一種將高效膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)活性污泥法相結(jié)合的新型高效污水處理工藝，它用具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)的MBR平片膜組件置于曝氣池中，經(jīng)過(guò)好氧曝氣和生物處理后的水，由泵通過(guò)濾膜過(guò)濾后抽出。MBR污水處理與傳統(tǒng)污水處理方法具有很大區(qū)別，通過(guò)膜分離裝置代替?zhèn)鹘y(tǒng)工藝中的二沉池和三級(jí)處理工藝。從而得到優(yōu)質(zhì)的出水，解決了傳統(tǒng)污水處理方法的出水水質(zhì)達(dá)不到中水回用要求的問(wèn)題。MBR膜對(duì)城市生活廢水處理后的水可直接作為市政用水或進(jìn)一步處理作各種工業(yè)用水。
由于MBR膜的存在大大提高了系統(tǒng)固液分離的能力，從而使MBR膜生物反應(yīng)器的出水，水質(zhì)和容積負(fù)荷都得到大幅度提高，經(jīng)膜處理后的水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)高(超過(guò)國(guó)家一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn))，經(jīng)過(guò)消毒，最后形成水質(zhì)和生物安全性高的優(yōu)質(zhì)再生水，可直接作為新生水源。由于膜的過(guò)濾作用，微生物被完全截留在MBR膜生物反應(yīng)器中，實(shí)現(xiàn)了水力停留時(shí)間與活性污泥泥齡的徹底分離，消除了傳統(tǒng)活性污泥法中污泥膨脹問(wèn)題。MBR膜生物反應(yīng)器具有對(duì)污染物去除效率高、硝化能力強(qiáng)，可同時(shí)進(jìn)行硝化、反硝化、脫氮效果好、出水水質(zhì)穩(wěn)定、剩余污泥產(chǎn)量低、設(shè)備緊湊、占地面積少(只有傳統(tǒng)工藝的1/3～1/2)、增量擴(kuò)容方便、自動(dòng)化程度高、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。
三、氧化溝生活污水處理技術(shù)
氧化溝是活性污泥法的一種變型，其曝氣池呈封閉的溝渠型，所以它在水力流態(tài)上不同于傳統(tǒng)的活性污泥法，它是一種首尾相連的循環(huán)流曝氣溝渠，污水滲入其中得到凈化。
氧化溝(Oxidation Ditch)污水處理的整個(gè)過(guò)程如進(jìn)水、曝氣、沉淀、污泥穩(wěn)定和出水等全部集中在氧化溝內(nèi)完成，采用轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)、轉(zhuǎn)刷曝氣機(jī)進(jìn)行曝氣充氧。最早的氧化溝不需另設(shè)初次沉淀池、二次沉淀池和污泥回流設(shè)備。后來(lái)處理規(guī)模和范圍逐漸擴(kuò)大，它通常采用延時(shí)曝氣，連續(xù)進(jìn)出水，所產(chǎn)生的微生物污泥在污水曝氣凈化的同時(shí)得到穩(wěn)定，不需設(shè)置初沉池和污泥消化池，處理設(shè)施大大簡(jiǎn)化。不僅各國(guó)環(huán)境保護(hù)機(jī)構(gòu)非常重視，而且世界衛(wèi)生組織（WH0）也非常重視。在美國(guó)已建成采用氧化溝工藝的城市生活廢水處理有幾百座，歐洲已有上千座。氧化溝工藝以其經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)便的突出優(yōu)勢(shì)已成為中小型城市生活污水處理廠的首選工藝。
利用氧化溝進(jìn)行除磷脫氮處理，產(chǎn)生了許多新的設(shè)計(jì)方法。氧化溝不只是延時(shí)曝氣低負(fù)荷系統(tǒng)，還出現(xiàn)了城市生活廢水處理的“高負(fù)荷氧化溝”、“要求硝化的氧化溝”、“要求硝化反硝化及除磷的氧化溝”及“要求污泥穩(wěn)定的氧化溝”等類(lèi)型。
一體化氧化溝，就是充分利用氧化溝較大的容積和水面，在不影響氧化溝正常運(yùn)行的情況下，通過(guò)改進(jìn)氧化溝部分區(qū)域的結(jié)構(gòu)或在溝內(nèi)設(shè)置一定的裝置，使污水分離過(guò)程在氧化溝內(nèi)完成。美國(guó)環(huán)境保護(hù)局將這一技術(shù)稱(chēng)之謂革新即可選擇的（I/A）技術(shù)。
四、SBR法（序批式間歇活性污泥法）
SBR具有均化水質(zhì)、無(wú)需污泥回流、耐沖擊、污泥活性高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作靈活、占地少，投資省、運(yùn)行穩(wěn)定、基質(zhì)去除率高于普通的活性污泥法等優(yōu)點(diǎn)，比較適合處理間歇排放和水量水質(zhì)波動(dòng)大的廢水。但具有污泥沉降、泥水分離時(shí)間較長(zhǎng)的缺點(diǎn)，在處理高濃度廢水時(shí)，要求維持較高的污泥濃度，同時(shí)，還易發(fā)生高黏性膨脹。因此，�？紤]在活性污泥系統(tǒng)中投加粉末活性炭，減少曝氣池的泡沫，改善污泥沉降性能，及液-固分離性能、污泥脫水性能等，獲得較高的去除率。厭氧-好氧間歇式活性污泥法，即在進(jìn)水、反應(yīng)階段充氧；在沉降、排水、空載排泥時(shí)不充氧，此時(shí)為厭氧消化。用此工藝進(jìn)行生活污水處理時(shí)，不調(diào)PH值，可取得很好的效果；在進(jìn)水COD濃度在1180～3060mg/L之間變化時(shí)，出水COD都小于300mg/L。并且生活廢水經(jīng)厭氧SBR法處理，可生化性大大提高，用于城市生活廢水處理，效果穩(wěn)定，運(yùn)行管理靈活。
五、連續(xù)循環(huán)曝氣系統(tǒng)(CCAS)
CCAS工藝，即連續(xù)循環(huán)曝氣系統(tǒng)工藝（Continuous Cycle Aeration System），是一種連續(xù)進(jìn)水式SBR曝氣系統(tǒng)。這種工藝是在SBR（Sequencing Batch Reactor，序批式處理法）的基礎(chǔ)上改進(jìn)而成。隨著自動(dòng)控制技術(shù)和監(jiān)測(cè)技術(shù)的飛速發(fā)展以及新型不堵塞的微孔曝氣器也研制成功，為廣泛采用間歇式處理法創(chuàng)造了條件。1986年美國(guó)國(guó)家環(huán)保局正式承認(rèn)CCAS工藝屬于革新代用技術(shù)（I/A），成為目前最先進(jìn)的電腦控制的生物除磷、脫氮城市生活污水處理工藝。
CCAS工藝對(duì)污水預(yù)處理要求不高，只設(shè)間隙15mm的機(jī)械格柵和沉砂池。生物處理核心是CCAS反應(yīng)池，除磷、脫氮、降解有機(jī)物及懸浮物等功能均在該池內(nèi)完成，出水可達(dá)標(biāo)排放。
經(jīng)預(yù)處理的污水連續(xù)不斷地進(jìn)入反應(yīng)池前部的預(yù)反應(yīng)池，在該區(qū)內(nèi)污水中的大部分可溶性BOD被活性污泥微生物吸附，并一起從主、預(yù)反應(yīng)區(qū)隔墻下部的孔眼以低流速(0.03-0.05m/min)進(jìn)入反應(yīng)區(qū)。在主反應(yīng)區(qū)內(nèi)依照“曝氣（Aeration）、閑置(Idle)、沉淀(Settle)、排水(Decant)”程序周期運(yùn)行，使污水在“好氧-缺氧”的反復(fù)中完成去碳、脫氮，和在“好氧-厭氧”的反復(fù)中完成除磷。各過(guò)程的歷時(shí)和相應(yīng)設(shè)備的運(yùn)行均按事先編制，并可調(diào)整的程序，由計(jì)算機(jī)集中自控。
CCAS工藝的獨(dú)特結(jié)構(gòu)和運(yùn)行模式使其在城市生活污水處理上具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)：
1、曝氣時(shí)，污水和污泥處于完全理想混合狀態(tài)，保證了BOD、COD的去除率，去除率高達(dá)95%。
2、“好氧-缺氧”及“好氧-厭氧”的反復(fù)運(yùn)行模式強(qiáng)化了磷的吸收和硝化-反硝化作用，使氮、磷去除率達(dá)80%以上，保證了出水指標(biāo)合格。
3、沉淀時(shí)，整個(gè)CCAS反應(yīng)池處于完全理想沉淀狀態(tài)，使出水懸浮物（SS）極低，低的SS值也保證了磷的去除效果。
4、CCAS工藝的缺點(diǎn)是各池子同時(shí)間歇運(yùn)行，人工控制幾乎不可能，全賴電腦控制，對(duì)處理廠的管理人員素質(zhì)要求很高，對(duì)設(shè)計(jì)、培訓(xùn)、安裝、調(diào)試等工作要求較嚴(yán)格。
六、百樂(lè)克/百樂(lè)卡（BIOLA)污水處理技術(shù)
百樂(lè)克工藝是一種具有除磷脫氮功能的多級(jí)活性污泥污水處理系統(tǒng)。它是由最初采用天然土池作反應(yīng)池而發(fā)展起來(lái)的污水處理系統(tǒng)。自1972年以來(lái)，經(jīng)多年研究形成了采用土池結(jié)構(gòu)、利用浮在水面的移動(dòng)式曝氣鏈、底部掛有微孔曝氣頭的一種具有一定特色的活性污泥處理系統(tǒng)。
由于采用土池而大大減少了建設(shè)投資，采用曝氣鏈曝氣系統(tǒng)進(jìn)一步強(qiáng)化了氧的磚移效率，并減少運(yùn)行費(fèi)用，大大提高了處理效果。工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)捷，不需復(fù)雜的管理，在適宜的條件下，采用該工藝進(jìn)行城市生活污水處理，具有較大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
1、低負(fù)荷活性污泥工藝
2、曝氣池采用土池結(jié)構(gòu)，敷設(shè)HDPE防滲膜的土池使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)鋼筋混凝土池。
3、高效的曝氣系統(tǒng)：曝氣頭懸掛在浮鏈上，停留在水深4～5m處，氣泡在其表面逸出時(shí)，直徑約為50um。如此微小的氣泡意味著氧氣接觸面積的增大和氧氣傳送效率的提高。百樂(lè)卡曝氣頭懸掛在浮動(dòng)鏈上，浮動(dòng)鏈被松弛地固定在曝氣池兩側(cè)，每條浮鏈可在池中的一定區(qū)域蛇形運(yùn)動(dòng)。在曝氣鏈的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，自身的自然擺動(dòng)就可以達(dá)到很好的混合效果，節(jié)省了混合所需的能耗。曝氣池中混合作用所需的能耗僅為1～5W/m3，鼓風(fēng)機(jī)就設(shè)在池邊，減少了鼓風(fēng)機(jī)房和空氣輸送管道的費(fèi)用。
4、簡(jiǎn)單而有效的污泥處理：回流污泥量大，其剩余污泥比傳統(tǒng)工藝少許多。污泥池完全可以做成土池結(jié)構(gòu)，節(jié)省城市生活廢水處理廠土建費(fèi)用。
5、簡(jiǎn)單易行的維修：沒(méi)有水下固定部件，維修時(shí)不用排干池中的水，而用小船到維修地點(diǎn)將曝氣鏈下的曝氣頭提起即可。實(shí)踐表明，曝氣頭運(yùn)行幾年也不用任何維修。
6、二次曝氣和安全池：利用一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的池來(lái)進(jìn)行二次曝氣，以保證出水清潔，保證水中有足夠的溶解氧。
7、二沉池：曝氣池中產(chǎn)生的污泥在二沉池中被分離，并重新回到曝氣池參與污水凈化。二沉池沉淀污泥由漂浮式刮泥機(jī)、刮吸泥機(jī)排入污泥槽回流。
七、生物膜法處理工藝在生活污水處理中的應(yīng)用
在污水生物處理的發(fā)展和應(yīng)用中，活性污泥和生物膜法一直占據(jù)主導(dǎo)地位。隨著新型環(huán)保填料的開(kāi)發(fā)和配套技術(shù)的不斷完善，與活性污泥法平行發(fā)展起來(lái)的生物膜法處理工藝在近年來(lái)得以快速發(fā)展。由于生物膜法具有處理效率高，耐沖擊負(fù)荷性能好，產(chǎn)泥量低，占地面積少，便于運(yùn)行管理等優(yōu)點(diǎn)，在城市生活污水處理中極具競(jìng)爭(zhēng)力。
1、生物膜法污水處理
生活污水的有機(jī)污染物主要包括：蛋白質(zhì)（40%-60%），碳水化合物（25%-50%）和油脂（10%），此外還含有一定量的尿素。生物膜法依靠固定于載體表面上的微生物膜來(lái)降解有機(jī)物，由于微生物細(xì)胞幾乎能在水環(huán)境中的任何適宜的載體表面牢固地附著、生長(zhǎng)和繁殖，由細(xì)胞內(nèi)向外伸展的胞外多聚物使微生物細(xì)胞形成纖維狀的纏結(jié)結(jié)構(gòu)，因此生物膜通常具有孔狀結(jié)構(gòu)，并具有很強(qiáng)的吸附性能。
生物膜附著在載體的表面，是高度親水的物質(zhì)，在污水不斷流動(dòng)的條件下，其外側(cè)總是存在著一層附著水層。生物膜又是微生物高度密集的物質(zhì)，在膜的表面上和內(nèi)部生長(zhǎng)繁殖著大量的微生物及微型動(dòng)物，形成由有機(jī)污染物 →細(xì)菌→原生動(dòng)物（后生動(dòng)物）組成的食物鏈。生物膜是由細(xì)菌、真菌、藻類(lèi)、原生動(dòng)物、后生動(dòng)物和其他一些肉眼可見(jiàn)的生物群落組成。其中細(xì)菌一般有：假單苞菌屬、芽苞菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬和動(dòng)膠菌屬以及球衣菌屬，原生動(dòng)物多為鐘蟲(chóng)、獨(dú)縮蟲(chóng)、等枝蟲(chóng)、蓋纖蟲(chóng)等。后生動(dòng)物只有在溶解氧非常充足的條件下才出現(xiàn)，且主要為線蟲(chóng)。污水在流過(guò)載體表面時(shí)，污水中的有機(jī)污染物被生物膜中的微生物吸附，并通過(guò)氧向生物膜內(nèi)部擴(kuò)散，在膜中發(fā)生生物氧化等作用，從而完成對(duì)有機(jī)物的降解。生物膜表層生長(zhǎng)的是好氧和兼氧微生物，而在生物膜的內(nèi)層微生物則往往處于厭氧狀態(tài)，當(dāng)生物膜逐漸增厚，厭氧層的厚度超過(guò)好氧層時(shí)，會(huì)導(dǎo)致生物膜的脫落，而新的生物膜又會(huì)在載體表面重新生成，通過(guò)生物膜的周期更新，以維持生物膜反應(yīng)器的正常運(yùn)行。
生物膜法通過(guò)將微生物細(xì)胞固定于反應(yīng)器內(nèi)的載體上，實(shí)現(xiàn)了微生物停留時(shí)間和水力停留時(shí)間的分離，水處理填料的存在，對(duì)水流起到強(qiáng)制紊動(dòng)的作用，同時(shí)可促進(jìn)水中污染物質(zhì)與微生物細(xì)胞的充分接觸，從實(shí)質(zhì)上強(qiáng)化了傳質(zhì)過(guò)程。生物膜法克服了活性污泥法中易出現(xiàn)的污泥膨脹和污泥上浮等問(wèn)題，在許多情況下不僅能代替活性污泥法用于城市污水處理廠的二級(jí)生物處理，而且還具有運(yùn)行穩(wěn)定、抗沖擊負(fù)荷強(qiáng)、更為經(jīng)濟(jì)節(jié)能、具有一定的硝化反硝化功能、可實(shí)現(xiàn)封閉運(yùn)轉(zhuǎn)防止臭味等優(yōu)點(diǎn)。
通過(guò)人工強(qiáng)化作用將生物膜引入到城市生活廢水處理的污水處理反應(yīng)器中，便形成了生物膜反應(yīng)器。生物膜反應(yīng)器發(fā)展迅速，由單一到復(fù)合，有好氧也有厭氧，逐步形成了一套較完整的生物處理系統(tǒng)。
填料是生物膜技術(shù)的核心之一，它的性能對(duì)城市生活污水處理工藝過(guò)程的效率、能耗、穩(wěn)定性以及可靠性均有直接關(guān)系。
2、厭氧生物膜法處理工藝在生活污水處理中的應(yīng)用
�。�1）、高分子有機(jī)物的厭氧降解階段
在廢水的厭氧處理過(guò)程中，廢水中的有機(jī)物經(jīng)大量微生物的共同作用，被最終轉(zhuǎn)化為甲烷、二氧化碳、水、硫化氫和氨。
高分子有機(jī)物的厭氧降解過(guò)程可以被分為四個(gè)階段。
水解階段：高分子有機(jī)物因相對(duì)分子質(zhì)量巨大，不能透過(guò)細(xì)胞膜，因此不可能為細(xì)菌直接利用。因此它們?cè)诘谝浑A段被細(xì)菌胞外酶分解為小分子。例如纖維素被纖維素酶水解為纖維二糖與葡萄糖，淀粉被淀粉酶分解為麥芽糖和葡萄糖，蛋白質(zhì)被蛋白酶水解為短肽與氨基酸等。這些小分子的水解產(chǎn)物能夠溶解于水并透過(guò)細(xì)胞膜為細(xì)菌所利用。
發(fā)酵（或酸化）階段：在這一階段，上述小分子的化合物在發(fā)酵細(xì)菌（即酸化菌）的細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)化為更為簡(jiǎn)單的化合物并分泌到細(xì)胞外。這一階段的主要產(chǎn)物有揮發(fā)性脂肪酸（簡(jiǎn)寫(xiě)作VFA）、醇類(lèi)、乳酸、二氧化碳、氫氣、氨、硫化氫等。與此同時(shí)，酸化菌也利用部分物質(zhì)合成新的細(xì)胞物質(zhì)，因此未酸化廢水厭氧處理時(shí)產(chǎn)生更多的剩余污泥。
產(chǎn)乙酸階段：在此階段，上一階段的產(chǎn)物被進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為乙酸、氫氣、碳酸以及新的細(xì)胞物質(zhì)。
產(chǎn)甲烷階段：這一階段里，乙酸、氫氣、碳酸、甲酸和甲醇等被轉(zhuǎn)化為甲烷、二氧化碳和新的細(xì)胞物質(zhì)。
在以上階段里，還包含著以下這些過(guò)程：a、水解階段里有蛋白質(zhì)水解、碳水化合物的水解和脂類(lèi)水解；b、發(fā)酵酸化階段包含氨基酸和糖類(lèi)的厭氧氧化與較高級(jí)的脂肪酸與醇類(lèi)的厭氧氧化；c、產(chǎn)乙酸階段里有從中間產(chǎn)物中形成乙酸和氫氣和由氫氣和 氧化碳形成乙酸；d、甲烷化階段包括由乙酸形成甲烷和從氫氣和二氧化碳形成甲烷。除以上這些過(guò)程之外，當(dāng)廢水含有硫酸鹽時(shí)還會(huì)有硫酸鹽還原過(guò)程。復(fù)雜化合物的厭氧降解可以利用圖來(lái)表述（見(jiàn)圖1）
（2）厭氧生物膜法處理工藝
a、厭氧濾器（AF）
傳統(tǒng)的好氧生物系統(tǒng)一般容積負(fù)荷在2KgCOD/（m3·d）以下，而在AF發(fā)明之前的厭氧反應(yīng)器一般容積負(fù)荷也在4-5kgCOD/（m3·d）以下。但AF在處理溶解性廢水時(shí)負(fù)荷可高達(dá)10-15 kgCOD/（m3·d）。因此AF的發(fā)展大大提高了城市生活廢水處理的厭氧反應(yīng)器的處理速率，使反應(yīng)器容積大大減少。
由于采用了生物固定化的技術(shù)，AF作為高速厭氧反應(yīng)器，使污泥在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間（SRT）極大地延長(zhǎng)。SRT的提高可以大大縮短廢水的水力停留時(shí)間（HRT），從而減少反應(yīng)器容積，或在相同反應(yīng)器容積時(shí)增加處理的水量。這種采用生物固定化延長(zhǎng)SRT，并把SRT和HRT分別對(duì)待的思想推動(dòng)了新一代高速厭氧反應(yīng)器的發(fā)展。
SRT的延長(zhǎng)實(shí)質(zhì)是維持了反應(yīng)器內(nèi)污泥的高濃度，在AF內(nèi)，厭氧污泥的濃度可以達(dá)到10-20gVSS/L。AF內(nèi)厭氧污泥的保留由兩種方式完成：其一是細(xì)菌在AF內(nèi)固定的填料表面（也包括反應(yīng)器內(nèi)壁）形成生物膜；其二是在填料之間細(xì)菌形成聚集體。高濃度厭氧污泥在反應(yīng)器內(nèi)的積累是AF具有高速反應(yīng)性能的生物學(xué)基礎(chǔ)，在一定的污泥比產(chǎn)甲烷活性下，厭氧反應(yīng)器的負(fù)荷與污泥濃度成正比。同時(shí)，AF內(nèi)形成的厭氧污泥較之厭氧接觸工藝的污泥密度大、沉淀性能好，因而其出水中的剩余污泥不存在分離困難的問(wèn)題。由于AF內(nèi)可自行保留高濃度的污泥，也不需要污泥的回流。
在AF內(nèi)，由于填料是固定的，廢水進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)，逐漸被細(xì)菌水解酸化、轉(zhuǎn)化為乙酸和甲烷，廢水組成在不同反應(yīng)器高度逐漸變化。因此微生物種群的分布也呈現(xiàn)規(guī)律性。在底部（進(jìn)水處），發(fā)酵菌和產(chǎn)酸菌占有最大的比重，隨反應(yīng)器高度上升，產(chǎn)乙酸菌和產(chǎn)甲烷菌逐漸增多并占主導(dǎo)地位。細(xì)菌的種類(lèi)與廢水的成分有關(guān)，在已酸化的廢水中，發(fā)酵與產(chǎn)酸菌不會(huì)有太大的濃度。
細(xì)菌在反應(yīng)器內(nèi)分布的另一特征是反應(yīng)器進(jìn)水處（例如上流式AF的內(nèi)部）細(xì)菌由于得到營(yíng)養(yǎng)最多因而污泥濃度最高，污泥的濃度隨高度迅速減少。
污泥的這種分布特征賦予AF一些工藝上的特點(diǎn)。首先，AF內(nèi)廢水中有機(jī)物的去除主要在AF底部進(jìn)行（指上流式AF），AF反應(yīng)器在1m以上COD的去除率幾乎不再增加，而大部分COD是在0.3m以內(nèi)去除的。因此在一定的容積負(fù)荷下，淺的AF反應(yīng)器比深的反應(yīng)器能有更好的處理效率。其次，由于反應(yīng)器底部污泥濃度特別大，因此容易引起反應(yīng)器的堵塞。堵塞問(wèn)題是影響AF應(yīng)用的最主要問(wèn)題之一。據(jù)報(bào)道，上流式AF底部污泥濃度可高達(dá)60g/L。厭氧污泥在AF內(nèi)的有規(guī)律分布還使得反應(yīng)器對(duì)有毒物質(zhì)的適應(yīng)能力較強(qiáng)，可以生物降解的毒性物質(zhì)在反應(yīng)器內(nèi)的濃度也呈現(xiàn)出規(guī)律性的變化，加之厭氧生物膜形成各種菌群的良好共生體系，因此在AF內(nèi)易于培養(yǎng)出適應(yīng)有毒物質(zhì)的厭氧污泥。例如在處理三氯甲烷和甲醛廢水中，發(fā)現(xiàn)AF反應(yīng)器內(nèi)的污泥產(chǎn)生了良好的適應(yīng)性，這些有毒物質(zhì)的去除效果和允許的進(jìn)液濃度逐漸上升。AF同時(shí)也具有較大的抗沖擊負(fù)荷能力。一般認(rèn)為在相同的溫度條件下，AF的負(fù)荷可高出厭氧接觸工藝2～3倍，同時(shí)會(huì)有較高的COD去除率。
AF在應(yīng)用上的問(wèn)題除了堵塞和由局部堵塞引起的溝流以外，另一個(gè)問(wèn)題是它需要大量的填料，填料的使用使其成本上升。由于以上問(wèn)題，國(guó)外生產(chǎn)規(guī)模的AF系統(tǒng)應(yīng)用也不是很多。
作為升流式厭氧濾池的革新技術(shù)——厭氧膜床（Special Anaerobic Film Bed， SAFB），采用較大顆粒及孔隙率的填料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的小粒徑填料，有效地解決了反應(yīng)器的堵塞問(wèn)題。厭氧膜床具有如下特點(diǎn)：
·有效克服了厭氧濾池易堵塞和出水水質(zhì)差的缺點(diǎn)；
·生物固體濃度高，因此可獲得較高的有機(jī)負(fù)荷；
·在厭氧膜床內(nèi)微生物通過(guò)附著在填料表面形成生物膜，以及懸浮于填料孔隙間形成細(xì)菌聚集體，因此在厭氧膜床內(nèi)可以保持較高的生物量。因此可縮短水力停留時(shí)間，耐沖擊負(fù)荷能力較強(qiáng)；
·啟動(dòng)時(shí)間短，停止運(yùn)行后再啟動(dòng)也較容易；
·不需要回流污泥，運(yùn)行管理方便；
·在水量和負(fù)荷有較大變化的情況下，耐沖擊性較好。
b、厭氧流化床反應(yīng)器（AFBR）
在流化床系統(tǒng)中依靠在惰性的填料微粒表面形成的生物膜來(lái)保留厭氧污泥，液體與污泥的混合、物質(zhì)的傳遞依靠使這些帶有生物膜的微粒形成流態(tài)化來(lái)實(shí)現(xiàn)。
流化床反應(yīng)器的主要特點(diǎn)可歸納如下：
流態(tài)化能最大程度使厭氧污泥與被處理的廢水接觸；
由于顆粒與流體相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度高，液膜擴(kuò)散阻力小，且由于形成的生物膜較薄，傳質(zhì)作用強(qiáng)，因此生物化學(xué)過(guò)程進(jìn)行較快，允許廢水在反應(yīng)器內(nèi)有較短的水力停留時(shí)間；
克服了厭氧濾器堵塞和溝流問(wèn)題；
高的反應(yīng)器容積負(fù)荷可減少反應(yīng)器體積，同時(shí)由于其高度與直徑的比例大于其它厭氧反應(yīng)器，因此可以減少占地面積。
但是，厭氧流化床反應(yīng)器存在著幾個(gè)尚未解決的問(wèn)題。其一，為了實(shí)現(xiàn)良好的流態(tài)化并使污泥和填料不致從反應(yīng)器流失，必須使生物膜顆粒保持均勻的形狀、大小和密度，但這幾乎是難以做到的，因此穩(wěn)定的流態(tài)化也難以保證。其次，一些較新的研究認(rèn)為流化床反應(yīng)器需要有單獨(dú)的預(yù)酸化反應(yīng)器。同時(shí)，為取得高的上流速度以保證流態(tài)化，流化床反應(yīng)器需要大量的回流水，這樣導(dǎo)致能耗加大，成本上升。由于以上原因，流化床反應(yīng)器至今沒(méi)有生產(chǎn)規(guī)模的設(shè)施運(yùn)行。有人認(rèn)為它在今后應(yīng)用的前景也不大。
c、厭氧附著膜膨脹床反應(yīng)器（AAFEB）
厭氧附著膜膨脹床（Anaerobic Attached Film Expanded Bed）是Jewell等人在1974年研究和開(kāi)發(fā)出來(lái)的一種污水處理工藝。與生物流化床相比，區(qū)別在于載體的膨脹程度。以填料層高度計(jì)，膨脹床的膨脹率約為10%～20%，此時(shí)顆粒間仍保持互相接觸，而流化床則為20%～70%。通過(guò)對(duì)比厭氧膨脹床、滴濾池和活性污泥法等工藝的經(jīng)濟(jì)性，發(fā)現(xiàn)對(duì)于小型污水處理廠而言，厭氧膨脹床后續(xù)滴濾池的設(shè)計(jì)是最為經(jīng)濟(jì)的選擇，能耗量少，污泥產(chǎn)率量低。但目前此工藝仍主要停留在小試和中試研究階段。
綜上所述，采用厭氧生物膜反應(yīng)器為主體的厭氧處理技術(shù)，作為生活污水處理的核心方法，在技術(shù)上已經(jīng)成熟，并且較之其它方法有獨(dú)到的一些優(yōu)勢(shì)。但是，厭氧方法在濃縮營(yíng)養(yǎng)物（氮和磷）方面效果不大，同時(shí)它僅能除去部分病源微生物。此外，殘存的BOD、懸浮物或還原性物質(zhì)可能影響到出水的質(zhì)量。所以厭氧生物膜反應(yīng)器要成為完整的環(huán)境治理技術(shù)，合適的后處理手段必不可少。
3、好氧生物膜法處理技術(shù)——生物接觸氧化
生物接觸氧化法是由生物濾池和接觸曝氣氧化池演變而來(lái)的。早在20世紀(jì)30年代，已在美國(guó)出現(xiàn)生產(chǎn)型裝置。當(dāng)時(shí)的生物接觸氧化池，填料的材質(zhì)是砂石、竹木制品和金屬制品，主要用于低濃度、低有機(jī)負(fù)荷的城市生活廢水處理，它克服了活性污泥法在處理此類(lèi)污水時(shí)，因污泥流失而不能維持正常運(yùn)行的缺點(diǎn)，并取得了較好的效果。進(jìn)入70年代，隨著大孔徑、高比表面積的蜂窩直管填料和立體波紋塑料填料的出現(xiàn)，使生物接觸氧化法的應(yīng)用范圍得到拓寬，它不僅可用于處理生活污水，而且可用于處理高濃度有機(jī)廢水和有毒有害工業(yè)廢水，與其他生物處理方法相比，在處理效果、動(dòng)力消耗、經(jīng)濟(jì)效益和管理維護(hù)等方面都明顯優(yōu)于活性污泥法。
與活性污泥法比較，生物接觸氧化具有以下主要優(yōu)點(diǎn)：①生物接觸化法以填料作為載體，供生物群棲息生長(zhǎng)，形成穩(wěn)定的生態(tài)體系，有較高的微生物濃度，一般可達(dá)10～20g/l；氧的利用率高，可達(dá)10%。具有較高的耐沖擊負(fù)荷能力和對(duì)環(huán)境變化的適應(yīng)能力，剩余污泥量少。②生物接觸氧化法可以充分利用絲狀菌的強(qiáng)氧化能力且不產(chǎn)生污泥膨脹。并且不需要象活性污泥法那樣采用污泥回流以調(diào)整污泥量和溶解氧濃度，易于管理和操作。隨著十余年的大量實(shí)踐，對(duì)氧化池結(jié)構(gòu)形式、填料的品種和安裝方式、供氣裝置的種類(lèi)和布置形式等方面進(jìn)行了不斷創(chuàng)新、不斷優(yōu)化。目前，生物接觸氧化技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用處理生活污水、生活雜用水和不同有機(jī)物濃度的工業(yè)廢水。
八、厭氧-好氧組合處理工藝在生活污水處理中的應(yīng)用
城市生活污水處理經(jīng)厭氧處理后，在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，要達(dá)到二級(jí)出水標(biāo)準(zhǔn)，需要相當(dāng)長(zhǎng)的停留時(shí)間，結(jié)果使厭氧處理雖然在運(yùn)行管理費(fèi)用上占有優(yōu)勢(shì)，但在基建投資上卻失去了競(jìng)爭(zhēng)力。因此從微生物和化學(xué)角度講，厭氧處理僅僅提供了一種預(yù)處理，它一般需要后處理方能滿足新的污水排放標(biāo)準(zhǔn)。厭氧生活污水處理后氮和磷基本上沒(méi)有去除，因此對(duì)厭氧出水進(jìn)一步處理很有必要。在實(shí)際生產(chǎn)中，城市生活廢水處理應(yīng)用最為廣泛的仍然是厭氧與好氧組合系統(tǒng)。在印度，氧化塘是最常用的后處理方法。經(jīng)厭氧、氧化塘兩級(jí)處理后的出水BOD5、CODcr和TSS去除率分別為87%、81%和90%。在巴西NovaVista市的7000人生活污水處理工程中，以及哥倫比亞Bucarmanga鎮(zhèn)的160000人生活污水處理工程中，后處理均采用的是兼性氧化塘。在墨西哥的厭氧城市生活污水處理工程中，后處理方法比較多樣化，二沉池＋氯消毒、淹沒(méi)濾池＋二沉池＋氯消毒、氧化溝等，最后直接排入城市生活污水處理管網(wǎng)或用于農(nóng)灌。在日本，城鎮(zhèn)生活污水一般采用厭氧消化＋好氧活性污泥法聯(lián)合處理、厭氧濾池＋好氧濾池以及厭氧濾池＋接觸氧化法組合處理。
厭氧和好氧生物處理技術(shù)的組合能夠有效的去除大部分有機(jī)和無(wú)機(jī)污染物。厭氧-好氧組合處理工藝，充分發(fā)揮了厭氧技術(shù)節(jié)能、好氧技術(shù)高效的優(yōu)勢(shì)，成為目前污水處理工藝發(fā)展的主要趨勢(shì)。在國(guó)外，由上流式厭氧污泥床反應(yīng)器（UASB）和好氧生物膜反應(yīng)器組成的厭氧—好氧組合處理工藝一直是研究的重點(diǎn)。采用UASB和淹沒(méi)式曝氣生物濾池（BF）組合工藝處理生活污水，兩段HRT分別為6h和0.17h時(shí)系統(tǒng)對(duì)CODcr 、BOD5 和SS去除率均在90%以上，并且該組合系統(tǒng)相對(duì)單一的UASB污水處理系統(tǒng)而言，有更好的穩(wěn)定出水水質(zhì)的作用。當(dāng)BF段的污泥回流至UASB段時(shí)，厭氧反應(yīng)器內(nèi)有機(jī)物甲烷化的能力提高，使產(chǎn)氣量增加、剩余污泥量減少，可以減少甚至省去污泥濃縮池和消化池。
由于以UASB為主體的厭氧-好氧組合處理工藝，受溫度的影響較大，特別是在低溫條件下，系統(tǒng)的性能不能得到充分的發(fā)揮。通過(guò)中試試驗(yàn)研究了厭氧折流板生物濾池反應(yīng)器和淹沒(méi)式曝氣生物濾池組合工藝低溫下處理生活污水時(shí)的脫氮性能。系統(tǒng)經(jīng)過(guò)一年的運(yùn)行，在厭氧段和好氧段的水力停留時(shí)間分別為15h和4h的條件下，即使環(huán)境溫度低于10℃（平均氣溫5.9℃），對(duì)CODcr、BOD5和SS的去除率仍達(dá)80%左右。低溫使硝化的活性受到一定的影響，溫度在4.5～23℃范圍內(nèi)，TKN的去除率在46.4～87.3%間變化，并且該系統(tǒng)也具有一定的反硝化功能，為低溫環(huán)境下生活污水的脫氮處理提供了參考。
目前在城市生活污水處理領(lǐng)域，普遍存在的問(wèn)題有：
1、采用傳統(tǒng)的活性污泥法，往往基建費(fèi)、運(yùn)行費(fèi)高，能耗大，管理較復(fù)雜，易出現(xiàn)污泥膨脹現(xiàn)象；工藝設(shè)備不能滿足高效低耗的要求。
2、隨著污水排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷嚴(yán)格，對(duì)污水中氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的排放要求較高，傳統(tǒng)的具有脫氮除磷功能的污水處理工藝多以活性污泥法為主，往往需要將多個(gè)厭氧和好氧反應(yīng)池串聯(lián)，形成多級(jí)反應(yīng)池，通過(guò)增加內(nèi)循環(huán)來(lái)達(dá)到脫氮除磷的目的，這勢(shì)必要增加基建投資的費(fèi)用及能耗，并且使運(yùn)行管理較為復(fù)雜。
3、目前城市污水的處理多以集中處理為主，龐大的污水收集系統(tǒng)的投資遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)污水處理廠本身的投資，因此建設(shè)大型的污水處理廠，集中處理生活污水，從污水再生回用的角度來(lái)說(shuō)不一定是唯一可取的方案。
因此，城市生活污水處理朝著低能耗、高效率、少剩余污泥量、最方便的操作管理，以及實(shí)現(xiàn)磷回收和處理水回用等可持續(xù)的方向發(fā)展。
