百年活性污泥法的改良與替代

　　 文章根據(jù)王洪臣老師“2014環(huán)境技術(shù)產(chǎn)業(yè)論壇”上主題發(fā)言錄音整理，未經(jīng)本人審核。

　　相信在座的每一位同行都很清楚活性污泥法的工藝流程：一個曝氣池、一個二沉池、中間進(jìn)行污泥回流。這個簡單的工藝流程，被全球約5萬多座污水處理廠使用。至今為止，這項污水處理主流技術(shù)已為人類服務(wù)了100年。它的誕生給了我們什么啟示?未來的活性污泥法技術(shù)應(yīng)加以改良并繼承?還是尋求其他技術(shù)所替代?

　　活性污泥法的百年回顧

　　十八世紀(jì)以來，持續(xù)爆發(fā)的霍亂席卷了整個歐洲。為應(yīng)對霍亂爆發(fā)，1865年，英國成立了河流污染皇家委員會，并于10年后通過英國公共衛(wèi)生法，規(guī)定地方政府負(fù)責(zé)垃圾和污水的收集事務(wù);1876年英國頒布了河流污染防治法; 1898英國成立了污水處理皇家委員會，自此之后，英國的污水處理正式開始。

　　到了1908年，英國皇家委員會正式提出用BOD指標(biāo)來綜合衡量水質(zhì)污染程度，并制定了相關(guān)的測定方法;1912年英國頒布了國際上第一個污水排放標(biāo)準(zhǔn)，但當(dāng)時所普及的生物濾池技術(shù)卻無法達(dá)到這個標(biāo)準(zhǔn)。在同一年，英國的富勒教授來到美國參觀勞倫斯實驗室時，發(fā)現(xiàn)了一個有趣的實驗現(xiàn)象：持續(xù)幾星期的曝氣可以使污水變清。富勒回國后便在曼徹斯特戴維漢姆污水處理廠邀請兩個年輕工程師進(jìn)行了污水曝氣實驗，他們通過大量的反復(fù)實驗，發(fā)現(xiàn)沉淀物可以有助于污水處理速度提高，兩人馬上在戴維漢姆處理廠的一個四輪馬車上，用木箱制作了一個簡易的污水處理實驗裝置，活性污泥法工藝就此誕生。

　　自誕生日起，這項工藝在世界各地傳播迅速。英國同年就建立了日處理360噸的污水處理廠;1915年又建成了日處理4564立方米的污水處理廠;1923年，上海也建成了中國第一座城市污水處理廠。

　　今天的活性污泥法的誕生地戴維漢姆污水處理廠已成為歐洲最大污水處理廠之一。

　　活性污泥法的改良?xì)v程

　　在過去的百年內(nèi)，很多學(xué)者的研究都豐富了活性污泥法的理論，比如污泥齡、污泥指數(shù)以及控制污泥膨脹的理論和技術(shù);也有很多學(xué)者提出了新型反應(yīng)器，比如SBR、純氧曝氣污泥法等;還有學(xué)者研究了對于活性污泥法有機(jī)物降解和營養(yǎng)物質(zhì)去除的生物化學(xué)理論、動力學(xué)與工藝設(shè)計計算等，這些改良的歷程進(jìn)一步加深了我們對活性污泥法理論的理解。

　　經(jīng)過系統(tǒng)梳理，我認(rèn)為活性污泥法有三種改良方式：第一，加入填料;第二，膜生物反應(yīng)器(MBR);第三，好氧顆粒污泥(AGS)。這三種工藝從本質(zhì)上均大大提高了活性污泥的效率，同時節(jié)約了占地，但是由于在追求處理效率的同時,也不同程度的提高了能耗和投資，所以這些改良的道路仍沒有達(dá)到本質(zhì)的目的。

　　尋求替代的可能性?

　　活性污泥法目前仍存在兩大問題，這兩大問題將阻礙它成為主流技術(shù)的地位。第一，在利用活性污泥法處理污水的過程中，部分有機(jī)物分解的過程導(dǎo)致大量能量消耗，通俗的講，是以一種能量摧毀另一種能量，這是不可持續(xù)的技術(shù)。第二，污水中的初沉污泥經(jīng)過活性污泥法工藝后，本來很容易被處理的有機(jī)物變成了很難處理的生物活細(xì)胞，導(dǎo)致有機(jī)物被包在了細(xì)胞壁內(nèi)，如何有效的進(jìn)行細(xì)胞破壁，仍是我們今天力求攻克的難題。

　　面臨以上問題，活性污泥法要么改良，要么替代。近百年來，在污泥反應(yīng)器流程控制上我們已經(jīng)進(jìn)行了多種改良，但在工程過程中能耗和污泥量的問題仍然沒有得到解決，活性污泥法最大的問題仍然存在。

　　什么技術(shù)可以替代活性污泥法?替代的萌芽在什么地方?從理論上講，有三種技術(shù)具備替代活性污泥法的可能性。

　　1、厭氧生物膜反應(yīng)器

　　此技術(shù)優(yōu)勢在于，厭氧可以產(chǎn)生能量從而可以進(jìn)行能量回收，同時厭氧過程產(chǎn)生的污泥量低。但缺點是占地大，易造成膜污染，氮磷問題得不到很好的處理。膜生物反應(yīng)器目前仍是一個很重要的研究方向，但在實踐中能不能替代活性污泥法還是打個問號。

　　2、生物電化學(xué)技術(shù)

　　這類技術(shù)尚處于萌芽階段，包括生物電化學(xué)技術(shù)(BES)，微生物燃料電池(MFCs)和微生物電解電池(MECs)。從理論上講，這些技術(shù)的能量轉(zhuǎn)化效率超過80%，前景比較好，但實際問題也很多，比如膜出水大、反應(yīng)器放大比較難、能量損失大等。

　　3、可持續(xù)營養(yǎng)物去除技術(shù)

　　污水處理過程中，磷的去除可以通過藥劑解決，而污水處理過程中氮的去除卻很困難。我們通過可持續(xù)營養(yǎng)物去除技術(shù)，可以不用碳源進(jìn)行脫氮。厭氧氨氧化技術(shù)經(jīng)過20多年的研究已經(jīng)趨于成熟，據(jù)統(tǒng)計2014年底全世界將有超過100座厭氧氨氧化生產(chǎn)性設(shè)施運(yùn)行。

　　但是厭氧氨氧化在現(xiàn)實的污水處理廠曝氣池中是否可以實現(xiàn)突破，到現(xiàn)在為止還存在很多問題。如厭氧氨氧化菌在常溫條件下生長速率低等問題。

　　需求帶來機(jī)遇

　　今天的中國水污染嚴(yán)重，水資源高度缺乏，我們需要高出水標(biāo)準(zhǔn)的污水處理技術(shù);今天的中國的能源極度缺乏，我們需要建立低能耗的污水處理廠，也期待污水處理廠能夠產(chǎn)電;今天的中國資源貧瘠，我們需要污水處理技術(shù)達(dá)到資源的回收利用;今天的中國土地非常緊張，我們需要達(dá)到污水處理廠與周邊居住環(huán)境的高度環(huán)境友好目標(biāo)。

　　以上種種需求是否預(yù)示著活性污泥法的替代技術(shù)有可能誕生于中國? 我認(rèn)為除此之外，研究與生產(chǎn)的密切結(jié)合同樣必不可少。