中活性污泥法與生物膜法工藝比較
城市生活污水處理工藝大都采用一級處理和二級處理的方法。一級處理，主要通過物理方法去除污水中呈懸浮狀態(tài)的固體污染物質(zhì)，經(jīng)過一級處理的污水，BOD 一般可去除30%左右，達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)。二級處理則是采用生物處理技術(shù)，利用微生物將污水中的有機(jī)物降解去除，具有代表性的工藝主要有活性污泥法和生物膜法。下面，根據(jù)多年的生產(chǎn)實踐和理論學(xué)習(xí)，就這兩種工藝方法進(jìn)行分析與比較。
一、活性污泥法
1.流程與原理。典型的活性污泥法是由曝氣池、沉淀池、污泥回流系統(tǒng)和剩余污泥排除系統(tǒng)組成。
污水和回流的活性污泥一起進(jìn)入曝氣池形成混合液。從空氣壓縮機(jī)站送來的壓縮空氣，通過鋪設(shè)在曝氣池底部的空氣擴(kuò)散裝置，以細(xì)小氣泡的形式進(jìn)入污水中，目的是增加污水中的溶解氧含量，還使混合液處于劇烈攪動的狀態(tài)，呈懸浮狀態(tài)。溶解氧、活性污泥與污水互相混合、充分接觸，使活性污泥反應(yīng)得以正常進(jìn)行。
第一階段，污水中的有機(jī)污染物被活性污泥顆粒吸附在菌膠團(tuán)的表面上，是由于其巨大的表面積和多糖類黏性物質(zhì)的作用。同時一些大分子有機(jī)物在細(xì)菌胞外酶作用下分解為小分子有機(jī)物。
第二階段，微生物在氧氣充足的條件下，吸收這些有機(jī) 物，并氧化分解，形成二氧化碳和水，一部分供給自身的增殖繁衍。活性污泥反應(yīng)進(jìn)行的結(jié)果，污水中有機(jī)污染物得到降 解而去除，活性污泥本身得以繁衍增長，污水則得以凈化處理。經(jīng)過活性污泥凈化作用后的混合液進(jìn)入二次沉淀池，混合液中懸浮的活性污泥和其他固體物質(zhì)在這里沉淀下來與水分離，澄清后的污水作為處理水排出系統(tǒng)。經(jīng)過沉淀濃縮的污泥從沉淀池底部排出，其中大部分作為接種污泥回流至曝氣池，以保證曝氣池內(nèi)的懸浮固體濃度和微生物濃度;增殖的微生物從系統(tǒng)中排出，稱為“剩余污泥”。事實上，污染物很大程度上從污水中轉(zhuǎn)移到了這些剩余污泥中。
活性污泥法的原理形象說法：微生物“吃掉”了污水中的有機(jī)物，這樣污水變成了干凈的水。它本質(zhì)上與自然界水體自凈過程相似，只是經(jīng)過人工強(qiáng)化，污水凈化的效果更好。活性污泥系統(tǒng)在運行中存在的異常現(xiàn)象及解決辦法。
活性污泥處理系統(tǒng)在運行過程中，有時會出現(xiàn)種種異常情況，造成處理效果降低，污泥流失。下面就生產(chǎn)實踐中經(jīng)常出現(xiàn)的一些異常現(xiàn)象和解決辦法加以總結(jié)。
(1)活性污泥呈灰黑色，污泥發(fā)生厭氧反應(yīng)，污泥中出現(xiàn)硫細(xì)菌，出水水質(zhì)惡化。原因：一是負(fù)荷量增高;二是曝氣不足;三是工業(yè)廢水的流入等。措施：一是控制負(fù)荷量;二是增大曝氣量;三是切斷或控制工業(yè)廢水的流人。
(2)V 值異常。一是污泥上浮，多發(fā)生在夏季。原因：硝化作用導(dǎo)致在二沉池中被還原成N2，引起污泥上浮。措施：減少污泥在二沉池的HRT;減少曝氣量。二是在沉淀后的上清液 中含有大量的懸浮微小絮體，出水透明度下降。原因：污泥解 體，曝氣過度;負(fù)荷下降，活性污泥自身氧化過度。措施：減少曝氣;增大負(fù)荷量。三是泥水界面不明顯。原因：高濃度有機(jī)廢水的流入，使微生物處于對數(shù)增長期;污泥形成的絮體性能較差。措施：降低負(fù)荷;增大回流量以提高曝氣池中的MLSS，降低F /M 值。四是污泥膨脹。污泥膨脹是指活性污泥質(zhì)量變輕、膨大，沉降性能惡化，在二沉池中不能正常沉淀下來，SVI 異常增高，可達(dá)400 以上。導(dǎo)致污泥膨脹的原因是多方面的，主要有兩種：因絲狀菌異常增殖而導(dǎo)致的絲狀菌性膨脹，主要的絲狀菌有球衣菌屬、貝氏硫細(xì)菌、以及正常活性 污泥中的某些絲狀菌如芽孢桿菌屬、某些霉菌等;因黏性物質(zhì)大量積累而導(dǎo)致的非絲狀菌性膨脹。措施：殺滅絲狀菌，如 投加氯、臭氧、過氧化氫等藥劑;改善、提高活性污泥的絮凝性，投加絮凝劑如硫酸鋁等;改善、提高活性污泥的沉降性、密實性，投加黏土、消石灰等;加大回流污泥量并在其回流前進(jìn)行再生性曝氣;使廢水經(jīng)常處于好氧狀態(tài)，防止厭氧反應(yīng)的發(fā)生，如預(yù)曝氣;加強(qiáng)曝氣，提高混合液的DO值;降低污泥在二沉池中的停留時間;調(diào)整污泥負(fù)荷，當(dāng)超過0.35kg- BOD 時，易于發(fā)生絲狀菌膨脹;調(diào)整混合液中的營養(yǎng)物質(zhì)，可以控制高黏性膨脹;投加硫酸銅，可以控制有球衣菌引起的 膨脹。
二、生物膜法
1.生物膜法工藝類型。潤濕型：生物濾池、生物濾塔、生物轉(zhuǎn)盤。浸沒型：接觸氧化、濾料浸沒在濾池中。流動床型：生物活性碳，砂粒介質(zhì)懸浮流動于池內(nèi)。
2.原理。由于生活污水中含有大量的有機(jī)成分，生物膜法依靠固定于載體表面上的微生物膜來降解有機(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)部生長繁殖著大量的微生物及微型動物，形成由有機(jī)污染物→細(xì)菌→原生動物(后生動物)組成的食物鏈。生物膜是由細(xì)菌、真菌、藻類、原生動物、后生動物和其他一些肉眼可見的生物群落組成。污水在流過載體表面時，污水中的有機(jī)污染物被生物膜中的微生物吸附，并通過氧向生物膜內(nèi)部擴(kuò)散，在膜中發(fā)生生物氧化等作用，從而完成對有機(jī)物的降解。生物膜 表層生長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，厭氧層的厚度超過好氧層時，會導(dǎo)致生物膜的脫落，而新的生物膜又會在載體表面重新生成，通過生物膜的周期更新，以維持生物膜反應(yīng)器的正常運行。
3.生物膜的更新與脫落。維持生物膜反應(yīng)器正常運行的重要環(huán)節(jié)是生物膜的更新與脫落，生物膜表層生長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，厭氧層的厚度超過好氧層時，會導(dǎo)致生物膜的脫落，而新的生物膜又會在載體表面重新生成。更新與脫落過程如下：首先，厭氧膜的出現(xiàn)過程：一是生物膜;二是成熟的生物膜一般厚度不斷增加，氧氣不能透入的內(nèi)部深處將轉(zhuǎn)變?yōu)閰捬鯛顟B(tài);都由厭氧膜和好氧膜組成;三是好氧膜是有機(jī)物降解的主要場所，一般厚度為2 mm。其次，厭氧膜的加厚過程：一是厭氧的代謝產(chǎn)物增多，導(dǎo)致厭氧膜與好氧膜之間的平衡被破壞;二是氣態(tài)產(chǎn)物的不斷 逸出，減弱了生物膜在填料上的附著能力;三是成為老化生物膜，其凈化功能較差，且易于脫落。
再次，生物膜的更新：一是老化膜脫落，新生生物膜又會生長起來;二是新生生物膜的凈化功能較強(qiáng)。
4.影響生物膜工作性能的三個重要指標(biāo)(以生物濾池為例)。一是水力負(fù)荷：單位面積濾池或單位體積濾料每天所能處理的廢水量，包括水力表面負(fù)荷和水力何種負(fù)荷;二是 BOD 負(fù)荷：單位時間供給單位體積濾料的BOD 量，城市污水極限值分低負(fù)荷(0.15~0.3)，高負(fù)荷(0.8~1.2);三是毒物負(fù)荷：單位濾料每天所能承受毒物的量。
三、活性污泥法與生物膜法的比較
1.活性污泥法優(yōu)缺點。長期以來，城市生活污水的二級生 物處理多采用活性污泥法，它是當(dāng)前世界各國應(yīng)用最廣的一種二級生物處理工藝，具有以下幾個特點：一是采用傳統(tǒng)的活性污泥法，往往基建費、運行費高，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。二是隨著污水排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷嚴(yán)格，對污水中氮、磷等營養(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，往往需要將多個厭氧和好氧反應(yīng)池串聯(lián)，形成多級反應(yīng)池，通過增加內(nèi)循環(huán)來達(dá)到脫氮除磷的目的，這勢必要增加基建投資的費用及能耗，并且使運行管理較為復(fù)雜。三是活性污泥法產(chǎn)生大量的剩余污泥，需要進(jìn)行污泥無害化處理，增加了投資。
2.生物膜法優(yōu)缺點。生物膜法也是城市污水二級生物處 理的一種常用方法，與活性污泥法相比具有以下特點：一是生物膜對污水水質(zhì)、水量的變化有較強(qiáng)的適應(yīng)性，管理方便，不會發(fā)生污泥膨脹。二是微生物固著在載體表面、世代時間較長的微生物也能增殖，生物相對更為豐富、穩(wěn)定，產(chǎn)生的剩余污泥少。三是能夠處理低濃度的污水。另外，生物膜法的不足之處在于生物膜載體增加了系統(tǒng)的投資;載體材料的比表面積小，反應(yīng)裝置容積有限、空間效率低，在處理城市污水時處理效率比活性污泥法低;附著于固體表面的微生物量較難 控制，操作伸縮性差;靠自然通風(fēng)供氧，不如活性污泥供氧充足，容易產(chǎn)生厭氧。
四、生活污水處理方法探究與發(fā)展
通過以上的分析與比較，如何使城市污水處理工藝朝著低能耗、高效率、少剩余污泥量、最方便的操作管理，以及實現(xiàn)磷回收和中水回用等可持續(xù)的方向發(fā)展，已成為目前污水處理領(lǐng)域共同關(guān)注的問題。近年來，在環(huán)保工作者的努力下，新的污水處理工藝不斷涌現(xiàn)，如：將SBR 與氧化溝的優(yōu)點相結(jié)合的往復(fù)式活性污泥法、CASS 污水處理工藝、HCR 高效性 污水處理技術(shù)、生物膜法等等。新的污水處理工藝的出現(xiàn)，使污水處理方法朝著占地面積少、運行成本低、總投資少、自動化程度高等的方向發(fā)展，逐步解決了傳統(tǒng)方法在技術(shù)上和投資上的種種難題。
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