長期以來人們圍繞這些限制因素根據各個時期的理論、技術、材料等進展，進行了長期不懈的研究和開發(fā)工作。目前，在以下幾個方面的進展迅速：


    ①高效反應器的發(fā)展:生物膜反應器和活性污泥工藝的處理負荷在1.0～2.0kgBOD/m3.d之間，而以三相內循環(huán)流化床反應器為代表的移動床反應器的負荷可以達到5-10kgBOD/m3.d。所以，對生活污水的處理從反應器發(fā)展趨勢角度是從生物膜反應器、活性污泥工藝向高效的移動床和流化床發(fā)展。

    ②沉淀與反應、反應與分離等技術的融合趨勢:對生物反應和沉淀功能的組合，導致三溝式氧化溝、SBR反應器和UNITANK等新工藝的開發(fā)和應用，特別是集接觸氧化反應和過濾為一體的曝氣生物濾池，以及利用高科技形成反應和分離的膜生物反應器，充分代表了這一發(fā)展趨勢。

    ③固定床和懸浮生長系統(tǒng)融合的趨勢:80年代初，我國和日本同時開發(fā)了接觸氧化工藝，但是接觸氧化沒有解決填料使用壽命、放大和堵塞一系列問題，同時，填料費用的增加抵消了池容投資的節(jié)約。這導致移動床和流化床反應器的開發(fā)，這種反應器生物外在形態(tài)上是懸浮狀態(tài)，而生長方式是生物膜生長。這是固定床生物膜技術與懸浮生長系統(tǒng)更高一個層次的技術融合。

    ④充氧性能的提高：從直到70年代末仍然采用簡單的穿孔管曝氣，這一時期的技術進展表現為我國對于射流曝氣的開發(fā)和掌握，到80年代初國內第一個大型城市污水處理廠引進中剛玉盤的微孔曝氣，90年代，開發(fā)橡膠材料的可變孔微孔曝氣裝置，體現了這一領域的進展。


    我國城市污水處理技術研究工作從20世紀70年代末起步，經過20多年的不懈努力，在城市污水處理技術方面取得了較大的成就，成果豐碩。同時，隨著改革開放也不斷引進國外新的工藝技術。目前在水污染治理技術上，已成功廣泛使用傳統(tǒng)活性污泥法、延時法等新型活性污泥工藝、SBR、AB法、UNITANK和氧化溝技術、A-O法和A2-O等變形工藝。這些在我國城市污水廠普遍采用的工藝，是歐美等發(fā)達國家所采用的主導技術，并被證明是行之有效的水污染控制技術。這些工藝原則上也適用于小城鎮(zhèn)污水處理，但是，對于我國大量的小城鎮(zhèn)的小型城市污水處理廠，應該根據這一巨大需求開發(fā)小城鎮(zhèn)適用的簡易高效污水處理成套技術，重點要解決在城市污水處理廠出現的三高問題，即投資高、電耗高和運行費用高。


    一、小城鎮(zhèn)污水處理的適宜工藝：


    1、SBR反應器：


    傳統(tǒng)SBR反應器在運行操作上形成了曝氣和沉淀相結合的特點，這體現了SBR反應器最為本質的特點之一。同時，這要求SBR反應器必須充分利用了現代電子和自動化技術。SBR反應器的發(fā)展過程呈現了多樣性，有CASS、CAST、ICEAS、MSBR等多種新型SBR反應器。各種SBR反應器的發(fā)展體現了與傳統(tǒng)活性污泥相互融合的趨勢。具體表現為從間歇進水、間歇出水的傳統(tǒng)SBR反應器，發(fā)展到連續(xù)進水、間歇出水和連續(xù)進水、連續(xù)出水并帶回流污泥的SBR反應器。以及出現了UNITANK這種融合氧化溝、SBR和活性污泥工藝新型的綜合性工藝。這體現了間歇式的SBR和連續(xù)式活性污泥工藝相互融合的特點。


    通過對SBR工藝特點和不同研究者的研究結果進行匯總(不考慮由于SBR反應器優(yōu)點導致的直接結果，如：投資低和運行費用低等)，SBR反應器眾多優(yōu)點可歸納如下：


    SBR反應器充分利用了生物反應過程和單元操作過程的一些基本原理。不同的SBR反應器由于流態(tài)、池型或操作方式的改變可能僅僅具有上述特點的一條或幾條。同時，經典的SBR反應器也存在一定問題，比如：


    ①處理連續(xù)進水時，對于單一SBR反應器的應用需要較大的調節(jié)池；

    ②對于多個SBR反應器進水和排水的閥門自動切換頻繁；

    ③無法解決大型污水處理項目連續(xù)進水、連續(xù)出水的處理要求；

    ④設備的閑置率較高和污水提升水頭損失較大等等。


    2、氧化溝工藝：


    氧化溝在歐美各國得到了廣泛的重視，發(fā)展速度很快。據統(tǒng)計到1977年為止在西歐有超過2000多座派司維爾型氧化溝投入運行。荷蘭DHV公司發(fā)明的卡魯塞爾氧化溝在全世界范圍已有800多座投入運行(1996)。法國OTV-Kurger公司開發(fā)的D型氧化溝已占丹麥氧化溝總數的80％。美國Envirex公司開發(fā)的Orbal氧化溝，最大處理規(guī)模已達90萬m3/d。


    從90年代至今是我國氧化溝技術大發(fā)展的階段，預計已有上百座氧化溝污水處理廠投入運行。氧化溝技術仍然是當前污水處理的熱點。氧化溝屬于活性污泥工藝的一種變形，但是在其發(fā)展過程中也形成了其很多獨有的優(yōu)點和特點：


    ①構造形式具有多樣性；

    ②氧化溝曝氣設備的多樣性；

    ③簡化了預處理和污泥處理；

    3、曝氣生物濾池工藝：


    現代曝氣生物濾池(簡稱BAF)是在70年代末80年代初出現的一種膜法生物處理工藝，最初是應用在污水處理的三級處理上。其將生物接觸氧化與過濾結合在一起，不設沉淀池，通過反沖洗再生實現濾池的周期運行。在廢水的二級處理中其保持接觸氧化的高效性，同時又可通過過濾獲得高的出水水質。90年代初得到了較大發(fā)展(圖1)。以BAF為代表的工藝主要優(yōu)點如下：


    ①工藝容積負荷可高達6.0kgBOD/m3.d，出水達到或接近生活雜用水標準；

    ②占地面積少：曝氣生物濾池占地是常規(guī)二級生化處理的1/5～1/10；

    ③投資省：BAF系統(tǒng)總水力停留時間短，基建投資少，同時出水水質高。


    曝氣生物濾池可以有多種運行方式，可以下向流的方式運行，也可以是上向流的方式運行，采用上向流的曝氣生物濾池往往采用輕質濾料。曝氣生物濾池工藝也可與其他生物處理工藝一樣采用多級串聯工藝。采用兩級串聯工藝為進一步降解污水中難降解的有機污染物和達到嚴格的出水水質提供了可靠的保證，可以獲得了優(yōu)良的處理效果，保證了出水的穩(wěn)定性。


    4、三相內循環(huán)流化床反應器：


    內循環(huán)三相流化床反應器，作為一種新型的三相流化床，其反應器的諸多特性主要體現在氣、液循環(huán)、載體流態(tài)的特殊運行規(guī)律。由于在內循環(huán)三相生物流化床反應器內裝有大量細小的載體，并使之處于循環(huán)流化狀態(tài)，為微生物的附著生長提供巨大的表面積，同時保證良好的混合和傳質條件(圖2)。因此本質上該反應器是一種生物膜法處理工藝。


    三相內循環(huán)流化床不僅具有一般好氧流化床的特點，還具有以下特點：


    ①流化性能好，反應器處于完全混合狀態(tài)：反應器內大部分載體都參與循環(huán)流動，載體流化具有良好的均勻性，這為生物膜形成提供了條件；

    ②氧的轉移效率高：由于大量液體循環(huán)流動，在此過程中會夾帶一些細小的氣泡，延長氣-液接觸時間，提高了氧的轉移效率。氧利用率可達30%～50%；

    ③載體流失量少，不需專門的脫膜設備，大大簡化了原來的流化床處理污水所需的輔助設備。


    在投配容積負荷達10kgCOD/m3.d以內時，可獲得70%～80％左右的COD去除率，與傳統(tǒng)活性污泥相比去除污泥負荷可提高10倍左右。內循環(huán)三相生物流化床進入正常運行后，COD去除率均達75%以上，尤其是進水濃度較高時，去除率可達90%以上。這說明流化床具有較強的抗沖擊能力。


    從技術發(fā)展的角度給開發(fā)新技術提供了可能性，各種類型有機污染物的厭氧(缺氧)、好氧降解反應過程匯總如下。


    好氧(缺氧)過程厭氧(缺氧)過程：


    1)COD?H2O＋CO2(傳統(tǒng)好氧)

    2)COD?CH4+CO2(傳統(tǒng)厭氧)

    3)NH4+?NO2－?NO3-(硝化)

    4)NO3-(NO2-)?N2(厭氧或缺氧(短程)反硝化)

    5)PO4-＋生物-P?生物-P(厭氧)

    6)NH4+＋NO2-?N2(厭氧氨氧化)

    7)H2S?So(微需氧或缺氧)

    8)SO4=?H2S(厭氧反應)

    9)R-Cl?CO2+Cl-(好氧反應)

    10)RCCl?CH4+CO2+Cl-(厭氧反應)


    以上反應為新工藝開發(fā)的化學反應基礎，是新工藝開發(fā)的基礎和生長點。人們過去對于好氧微生物和專性厭氧微生物研究十分充分,而對兼氧性微生物的研究不夠。反應式(1、2和3)為傳統(tǒng)厭氧和好氧工藝，其他均為兼性菌的反應。事實上，去除N、P的A2O或AO工藝(反應4、5)就是利用兼性菌的工藝。Kuenen等發(fā)現某些細菌在硝化、反硝化應用中能利用NO2-或NO3-作電子受體將NH4+氧化為N2和氣態(tài)氮化物(反應式5)；在這些反應的基礎上，正在開發(fā)短程反硝化、ANAMMOX和OLAND等符合可持續(xù)發(fā)展的新工藝?？梢院芎玫呐c氧化溝、生物膜、SBR反應器和間歇曝氣等工藝結合。


    成功的利用兼性微生物的典型工藝是北京環(huán)保所在80年代開發(fā)的水解－好氧處理工藝。水解池利用水解和產酸微生物，將污水中的固體、大分子和不易生物降解的有機物降解為易于生物降解的小分子有機物。使得污水在后續(xù)的好氧單元以較少的能耗和較短的停留時間下得到處理。從大量實踐來看，采用水解－活性污泥法與傳統(tǒng)活性污泥相比，基建投資、能耗和運行費均可節(jié)省30%以上。

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