百年活性污泥或迎来变革 未来百年将何去何从?

百年活性污泥或迎来变革 未来百年将何去何从?

2019-12-31 13:44:56 全康

诞生百年的技术不计其数,但百年来一直占据行业支配地位的技术却是,活性污泥法就是这样一个的技术。什么叫做活性污泥?活性污泥法净化污水有哪些过程?活性污泥法改良和替代方向是什么?

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百年活性污泥或迎来变革 未来百年将何去何从?
  
  1914年4月3日,英国两个年轻卫生工程师爱德华·阿登和威廉·洛克特发表了《无需滤池的污水氧化试验》一文,提出“活性污泥”的概念,标志着活性污泥法正式诞生。活性污泥法诞生后,世界各地迅速开始研究,并着手实际建设污水处理厂。1923年,中国座活性污泥法污水处理厂在上海北区建成,日处理能力为3500立方米。此后几年,上海东区和西区污水处理厂也相继建成,日处理量分别为1.7万立方米和1.5万立方米。
  
  百年后的今天,世界各地至少有50000座活性污泥法污水处理厂在运行,每天处理着至少5亿立方米的污水。可以毫不夸张地说,没有活性污泥法的世界将难以想象。
  
  什么叫活性污泥?
  
  从微生物角度来看,生化池中的污泥是由各种各样有生物活性的微生物组成的一个生物群体。如果把污泥的泥粒放在显微镜下观察,可以看到里面有多种微生物---细菌、霉菌、原生动物和后生动物(如轮虫、昆虫的幼虫和蠕虫等),它们构成一条食物链,细菌和霉菌能分解复杂的有机化合物,获得自身活动必需的能量并构造自身。原生动物以细菌和霉菌为食,又被后生动物所消耗,后生动物也可以直接依靠细菌生活。这种充满微生物、具有降解有机物能力的絮状泥粒就叫做活性污泥。
  
  活性污泥除了由微生物组成之外,还含有一些无机物质和吸附在活性污泥上不能再被生物降解的有机物(即微生物的代谢残余物)。活性污泥的含水率一般在98-99%。
  
  活性污泥象矾花一样,具有很大的表面积,因此具有很强的吸附力和氧化分解有机物的能力。
  
  活性污泥法净化污水三个主要过程
  
  (1)吸附在很多活性污泥系统里,当污水与污泥接触后很短时间(10~40min)内就出现了很高的有机物(BOD)去除率。这个初期高速去除现象是吸附作用引起的。由于污泥表面积很大(介于2000~10000m2/m。混合液),且表面具有多糖类黏质层,因此可以认为污水中悬浮的和胶体的物质是被絮凝和吸附去除的。呈胶状的大分子有机物被吸附后,首先被水解菌作用,分解为小分子物质,然后这些小分子与溶解有机物一道在透膜ø的作用或在浓差推动下选择性渗入细胞体内。
  
  通过吸附作用,有机物只是从水中转移到污泥上,其性质并δ立即发生变化。活性污泥的吸附能力将随着吸附量的增加而减弱。如果回流污泥δ经充分曝气,储存在微生物体内的有机物δ充分氧化分解,活性污泥尚δ达到内源呼吸阶段,这时污泥的吸附能力较差。
  
  在吸附阶段,同时也进行有机物的氧化和细胞合成,但吸附作用是主要的。
  
  (2)微生物代谢作用活性污泥微生物以污水中各种有机物作为营养,在有氧的条件下,将其中一部分有机物合成新的细胞物质(原生质);对另一部分有机物则进行分解代谢,即氧化分解以获得合成新细胞所需要的能量,并终形成C02和H2O等稳定物质。在新细胞合成与微生物增长过程中,除氧化一部分有机物以获得能量外,还有一部分微生物细胞物质也在进行氧化分解,并供应能量。
  
  活性污泥微生物从污水中去除有机物的代谢过程,主要是由微生物细胞物质的合成(活性污泥增长)、有机物(包括一部分细胞物质)的氧化分解和氧的消耗组成。当氧供应充足时,活性污泥的增长与有机物的去除是并行的,污泥增长的旺盛时期,也就是有机物去除的快速时期。
  
  (3)絮凝体的形成与凝聚沉淀絮凝体是活性污泥的基本结构,它能够防止微型动物对游离细菌的吞噬,并承受曝气等外界不利因素的影响,更有利于与处理水的分离。凝聚的原因主要是细菌体内积累的聚羧基丁酸释放到液相,促使细菌间相互凝聚,结成绒粒;微生物摄取过程释放的黏性物质促进凝聚;在不同的条件下,细胞内部的能量不同,当外界营养不足时,微生物的生长处于静止期和衰亡期,微生物细胞内部能量降低,表面电荷减少,细胞颗粒间的结合力大于排斥力,形成绒粒。而当营养充足(污水与活性污泥混合初期,F/M较大)时,微生物的生长处于对数增长期,微生物细胞内部能量大,表面电荷增大,形成的绒粒重新分散。沉淀是混合液中固相活性污泥颗粒向污水分离的过程。固液分离的好坏,直接影响出水水质。如果处理水夹带生物体,出水BOD和SS将增大。所以,活性污泥法的处理效率同其他生物处理方法一样,应包括二次沉淀池的效率,即用曝气池及二沉池的总效率表示。除了重力沉淀外,也可用气浮法进行固液分离。
  
  活性污泥技术和人工湿地技术的对比
  
  作为两大污水生物处理技术,活性污泥技术和人工湿地技术有哪些特点以及市场应用前景呢?
  
  
  
  活性污泥法改良和替代方向
  
  人民大学环境学院副院长王洪臣表示到现在为止,活性污泥有3个方向改良为重要。一个是生物膜-活性污泥法(MBBR,IFAS),第二个是膜生物反应器(MBR),第三个就是好氧颗粒污泥(AGS)。这三个工艺就从本质上大大的提高了活性污泥的效率,但是我们必须看到他们都不是本质上的革新,他们在提率的同时不同程度的增加了能耗。
  
  而污泥处理替代的方向也日益成为业内关注的对象,成果显著。
  
  一是厌氧膜生物反应器。厌氧可以产生能量,可进行能量回收,且不需要消耗电能。此外厌氧过程产生的污泥非常少。但可能也会存在一些问题,如占地面积会增大,膜污染清洗、氮的处理等问题,所以提出了厌氧膜生物反应器概念。
  
  第二类处于萌芽状态的替代技术,包括生物电化学技术(BES),微生物燃料电池(MFCs)和微生物电解电池(MECs),这些技术能量转化率大于80%,前景比较好,但是存在问题也比较大,如出水差、成本高、反应器难以放大、能量损失大等等。
  
  第三个替代技术是可持续营养物去除技术。污水处理中难的是氮的去除。在污水处理中本可以有机物早期分离出去,之所以留下,就是为了后面用生物技术进行处理。为什么可持续营养物去除技术是活性污泥法的替代技术呢?因为它可以不用碳源进行脱氮。厌氧氨氧化技术,经过20多年的研究,在高浓度氨氮废水处理过程中,已经趋于成熟。

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