未來污水處理工藝發(fā)展的若干方向、規(guī)律及應(yīng)用（下）

在昨天發(fā)布的《未來污水處理工藝發(fā)展的若干方向、規(guī)律及應(yīng)用(上)》中為我們回顧了污水處理工藝發(fā)展的歷史、探討了未來污水處理工藝發(fā)展的方向，本文我們將繼續(xù)了解工藝發(fā)展的規(guī)律、未來污水處理技術(shù)的應(yīng)用等問題。

2.3.3未來的發(fā)展

或許歷史中的某些現(xiàn)象可以給未來的發(fā)展提供一些啟迪。早在1906年就有報道污水在過濾時出現(xiàn)氮損失的現(xiàn)象，特別是在處理稀釋的尿液時尤為明顯，濾后出水的氮濃度不到原進(jìn)水的一半，Chick認(rèn)為這是某種微生物起到了作用。其他的研究者在上世紀(jì)30的年代也報道，當(dāng)亞硝酸鹽與氨氮同時存在時會發(fā)生“自動氧化”的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象雖然難以確切地表明一定是Anammox菌在起作用，但至少表明自然界的氮循環(huán)現(xiàn)象比我們想象的要遠(yuǎn)為復(fù)雜。

因此，主流厭氧氨氧化的未知領(lǐng)域探索仍需深入，一方面是NOB的抑制，尤其是間歇曝氣對NOB的抑制非常關(guān)鍵，這方面的深入研究非常關(guān)鍵;另外一方面是Anammox菌的生長，雖然側(cè)流向主流的生物強化在多個污水處理廠進(jìn)行了實踐，但其確切的機(jī)理及意義還需要進(jìn)一步研究。未來的突破很可能是來自微生物學(xué)的研究進(jìn)展，尤其是需要尋找到一種對亞硝酸鹽氮有較強親和力的Anammox菌，這種Anammox菌的特性也許和側(cè)流工藝中的有很大的不同。

2.4生物膜技術(shù)

無論從人類的傷口感染、中耳炎，還是食品的變質(zhì)、輸水管道內(nèi)壁的微生物的附著，生物膜存在于人類生活的方方面面，其在污水處理方面的應(yīng)用歷史甚至比活性污泥法還長，最為典型的便是早期滴濾池在歐美各地的應(yīng)用。

雖然生物膜工藝在活性污泥法出現(xiàn)之后應(yīng)用數(shù)量有所下降，但從來沒有退出歷史的舞臺。隨著對生物膜機(jī)理認(rèn)識的愈加深入，尤其是在生物膜形成機(jī)理及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面的認(rèn)識促使一些新型生物膜技術(shù)得到了發(fā)展，這一具有悠久歷史的技術(shù)正重新煥發(fā)出新的光芒。

2.4.1MBBR/IFAS

作為生物膜技術(shù)的典型代表，MBBR/IFAS工藝在全球有超過1 200座污水處理廠[45]的應(yīng)用，在未來這種技術(shù)將得到更為廣泛的應(yīng)用，其應(yīng)用的場合不僅限于有機(jī)物去除及硝化的目的，還可用于反硝化以及厭氧氨氧化。

MBBR/IFAS工藝在未來的發(fā)展將在理解生物膜機(jī)理方面不斷深入，尤其是在生物膜模型方面，目前廣為接受的模型是一維模型，但實際上簡單的一維模型可能很難真實反映客觀世界，特別是有關(guān)生物膜水動力學(xué)方面的特征。生物膜模型的應(yīng)用已經(jīng)成為設(shè)計人員研究與應(yīng)用的一個重要工具。

另外，在某種程度上，MBBR工藝與好氧顆粒污泥有著類似之處，EPS對生物膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性方面扮演著重要的角色，這與其對好氧顆粒污泥的作用相似。實際上，在微生物研究者的角度來看，好氧顆粒污泥也是一種生物膜技術(shù)。而在工程應(yīng)用者的角度來看，兩者是不同的技術(shù)。

2.4.2MABR

在傳統(tǒng)活性污泥工藝中，40%~60%的能耗用于曝氣，但是鼓風(fēng)曝氣只能將5%~25%的氧轉(zhuǎn)移到水中，剩余的會以氣泡的形式逸出進(jìn)入大氣。相反，如果能將100%的氧轉(zhuǎn)移到水中，鼓風(fēng)曝氣的能耗將降低75%～95%。因此，圍繞如何有效地利用氧降低能耗始終是污水處理技術(shù)研究的一個重要內(nèi)容。

近些年來，在曝氣利用效率方面一項頗具發(fā)展?jié)摿Φ纳锬ぜ夹g(shù)是MABR(Membrane Aerated Biofilm Reactor，即膜曝氣生物膜反應(yīng)器)引起業(yè)內(nèi)的廣為關(guān)注，并被眾多研究者廣為看好。MABR的主要原理是采用空氣在膜絲中進(jìn)入，生物膜附著于膜材料表面上(如圖9所示)，曝氣的氧利用效率得到了極大的提高。傳統(tǒng)微孔曝氣技術(shù)的氧轉(zhuǎn)移率通常為1～2 kg O2/k˙Wh，而MABR可以達(dá)到6 kg O2/kW˙h以上，節(jié)能效果非常顯著。

MABR工藝的另外一個特點是基質(zhì)擴(kuò)散的相反梯度，如圖10所示。在傳統(tǒng)的生物膜工藝中，BOD、NH3-N、DO的濃度隨著由液相向生物膜的擴(kuò)散過程中而濃度逐漸降低，這種情對于硝化是不利的，需要有足夠的DO能夠穿透進(jìn)入生物膜內(nèi)部，而這樣對生物膜外層的異養(yǎng)菌反硝化又是不利的。

在MABR工藝中，BOD與DO在生物膜內(nèi)的變化情況正好相反，BOD從液相擴(kuò)散進(jìn)入到生物膜后逐漸降低，而DO從靠近膜的方向向著液相的方向逐漸降低，這樣對于硝化和反硝化都有利，這樣MABR工藝在脫氮方面有著獨特的技術(shù)優(yōu)勢。

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