涨知识 | 一文看懂污水处理技术发展史,看完你就是污水处理专家!


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污水处理的需求是伴随着城市的诞生而产生的。城市污水处理技术,历经数百年变迁,从最初的一级处理发展到现在的三级处理,从简单的消毒沉淀到有机物去除、脱氮除磷再到深度处理回用。其中,活性污泥法的问世更是具有划时代的意义。而今年正值活性污泥法诞生104周年。城市污水处理技术今后究竟将如何发展?对此,不如先让我们回顾一下那些年城市污水处理走过的路。

污水处理技术发展史

城市污水处理历史可追溯到古罗马时期,那个时期环境容量大,水体的自净能力也能够满足人类的用水需求,人们仅需考虑排水问题即可。而后,城市化进程加快,生活污水通过传播细菌引发了传染病的蔓延,出于健康的考虑,人类开始对排放的生活污水处进行处理。早期的处理方式采用石灰、明矾等进行沉淀或用漂白粉进行消毒。明代晚期,我国已有污水净化装置。但由于当时需求性不强,我国生活污水仍以农业灌溉为主。1762年,英国开始采用石灰及金属盐类等处理城市污水。

十八世纪中叶,欧洲工业革命开始,其中,城市生活污水中的有机物成为去除重点。1881年,法国科学家发明了第一座生物反应器,也是第一座厌氧生物处理池—moris池诞生,拉开了生物法处理污水的序幕。1893年,第一座生物滤池在英国Wales投入使用,并迅速在欧洲北美等国家推广。技术的发展,推动了标准的产生。1912年,英国皇家污水处理委员会提出以BOD5来评价水质的污染程度。

1914年,自英国曼彻斯特活性污泥法二级生物处理技术问世以来,一直被世界各国广泛采用,目首发达国家已经普及了二级生物处理技术。但针对活性污泥法存在的问题,各国研究人员对该技术不断进行改造和发展,先后出现了普通活性污泥法、厌氧/缺氧/好氧活性污泥法(A/O,A /A/O)、间歇式活性污泥法(SBR 法)、改良型SBR (MSBR) 法、一体化活性污泥法(UNITANK)丶两段活性污泥法(AB法) 等,以及各种类型的生物膜法等。

经济发达国家污水处理技术从20 世纪60 年代的末端治理到70 年代的防治结合,从80年代的集中治理到90年代的清洁生产,不断更新处理工艺技术、设施和设备。目前污水生物处理技术的主要发展趋势是多种技术组合为一体的新技术、新工艺, 如同步脱氮除磷好氧颗粒污泥技术、电/生物耦合技术、吸附/生物再生工艺、生物吸附技术以及利用光、声、电与高效生物处理技术相结合处理高浓度有毒有害难降解有机废水的新型物化,生物处理组合工艺技术,如光催化氧化生物处理新技术、电化学高级氧化/高效生物处理技术、超声波预处理/高效生物处理技术、湿式催化氧化/ 高效生物处理技术以及辐射分解生物处理组合工艺等。

许多国家在水环境污染治理目标与技术路线方面已经有了重大变化,水污染治理的目标已经由传统意义上的“污水处理、达标排放”转变为以水质再生为核心的“水的循环再用”,由单纯的“污染控制”上升为“水生态修复和恢复”。

生物处理技术发展史

传统观点认为,生物处理的主要功能是分解、稳定有机物,即降低BOD。随着工业生产的发展和对水环境的长期观察与研究表明,很多人工合成的有机物具有“三致”(致癌、致畸、致突变) 的严重危害,并且难以被微生物所降解,而无机性的营养物如氮、磷则容易引起水体的富营养化。因此,水处理的要求也在不断变化,除要求水处理工艺具备脱氮除磷功能外,还要求将工业化生产、通过高温高压合成的各类污染物在污水处理过程中得到有效控制,因为这一类物质在自然界的降解需要几百年甚至上千年,还将不断富集,浓度不断增大,直接危害生态环境和人类生活的健康。生物处理技术对这种类型的污水处理是否有效,一些BOD、COD浓度很高,甚至高达数万mg/L的污水,生物处理技术能否有效,这些新的问题和新的要求,推动了世界污水生物处理技术和工艺方法的发展。

按照微生物的生长方式,生物法可分为以活性污泥法为代表的悬浮生长法和以生物膜法为代表的附着生长法。目前,城市污水处理以活性污泥法的应用最广。但是,由于传统活性污泥法运行需要消耗大量的能源,运行费也较高,需要进行革新。为开发高效、低耗的城市污水处理新技术、新工艺,国内外开展了大量的研究,并取得了一定的成就。

1.生物处理微生物

传统的污水生物处理技术主要依赖两大类微生物,即异养型好氧微生物和异养型厌氧微生物。近几十年来,科学家和工程师共同合作,对污水生物处理中的微生物进行比较深人的研究,取得了很多成果,如: 对活性污泥中细菌和原生动物的不同种类和特性及其协同作用的研究,推进了AB法工艺的发展; 对于硝化、反硝化细菌的研究,以及聚磷菌特性的研究,推进了具有脱氮功能的A/O法工艺以及具有脱氮除磷功能的A/A/O法工艺的发展; 对于厌氧微生物种群和特性的研究,以及发现了厌氧微生物具有部分降解大分子合成有机物的能力,推进了厌氧生物处理工艺以及用厌氧/好氧串联流程处理含难降解有机物废水的工艺发展; 对于高效菌的筛选、培养和固定化的研究,为进一步提高污水生物处理的效能,特别是为难生物降解有机物的处理提供了有效的途径。

2.生物处理工艺

生物处理中的三大要素是微生物、氧和营养物质。反应器是微生物栖息生长的场所,是微生物对污水中的污染物加以降解、利用的主要设备。高效的反应器,要能保持最大的微生物量及其活性, 要能有效地供应氧(或隔绝氧),要使微生物、氧和污水中的有机物之间能充分接触良好的传质条件。反应器按其特性,大致可分为以下几类:

①悬浮生长型(如活性污泥法) 或附着生长型(如生物膜法);

②推流式或完全混合式;

③连续运行式(如传统活性污泥法) 或间歇运行式(如SBR法)。

(1) 活性污泥法

活性污泥法自1914 年由Arden和Lockett 开创至今,已经过104年的发展与实践,在供氧方式、运转条件、反应器形式等方面不断得到革新和改进。最早出现的传统活性污泥法属于推流式曝气池,由于靠近水池进水口的基质浓度高于出口端的基质浓度,而最初的设计没有考虑到这种需氧量的变化,结果造成了一些部位氧的不足。为改进供氧不均匀的缺点,1936 年将均匀曝气的方式改为沿推流方向渐减曝气的方式,大部分的氧量在基质去除相当快的进水端输人,而以内源代谢和衰减为主要反应作用的出水端仅需少量的氧,这也就是传统活性污泥法比较标准的形式一一渐减曝气活性污泥法。

编辑:汪茵

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