污水處理的前世今生：從簡到繁歷經(jīng)數(shù)百年滄桑！

污水處理的需求是伴隨著城市的誕生而產(chǎn)生的。城市污水處理技術(shù)，歷經(jīng)數(shù)百年變遷，從最初的一級(jí)處理發(fā)展到現(xiàn)在的三級(jí)處理，從簡單的消毒沉淀到有機(jī)物去除、脫氮除磷再到深度處理回用。其中，活性污泥法的問世更是具有劃時(shí)代的意義，而今年正值活性污泥法誕生104周年。城市污水處理技術(shù)今后究竟將如何發(fā)展?對(duì)此，不如先讓我們回顧一下那些年城市污水處理走過的路。

一級(jí)處理階段

城市污水處理歷史可追溯到古羅馬時(shí)期，那個(gè)時(shí)期環(huán)境容量大，水體的自凈能力也能夠滿足人類的用水需求，人們僅需考慮排水問題即可。而后，城市化進(jìn)程加快，生活污水通過傳播細(xì)菌引發(fā)了傳染病的蔓延，出于健康的考慮，人類開始對(duì)排放的生活污水處進(jìn)行處理。早期的處理方式采用石灰、明礬等進(jìn)行沉淀或用漂白粉進(jìn)行消毒。明代晚期，我國已有污水凈化裝置。但由于當(dāng)時(shí)需求性不強(qiáng)，我國生活污水仍以農(nóng)業(yè)灌溉為主。1762年，英國開始采用石灰及金屬鹽類等處理城市污水。

二級(jí)處理階段

有機(jī)物去除工藝

生物膜法

十八世紀(jì)中葉，歐洲工業(yè)革命開始，其中，城市生活污水中的有機(jī)物成為去除重點(diǎn)。1881年，法國科學(xué)家發(fā)明了第一座生物反應(yīng)器，也是第一座厭氧生物處理池—moris池誕生，拉開了生物法處理污水的序幕。1893年，第一座生物濾池在英國Wales投入使用，并迅速在歐洲北美等國家推廣。技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)生。1912年，英國皇家污水處理委員會(huì)提出以BOD5來評(píng)價(jià)水質(zhì)的污染程度。

活性污泥法

1914年，Arden和Lokett在英國化學(xué)工學(xué)會(huì)上發(fā)表了一篇關(guān)于活性污泥法的論文，并于同年在英國曼徹斯特市開創(chuàng)了世界上第一座活性污泥法污水處理試驗(yàn)廠。兩年后，美國正式建立了第一座活性污泥法污水處理廠。活性污泥法的誕生，奠定了未來100年間城市污水處理技術(shù)的基礎(chǔ)。

活性污泥法誕生之初，采用的是充-排式工藝，由于當(dāng)時(shí)自動(dòng)控制技術(shù)與設(shè)備條件相對(duì)落后，導(dǎo)致其操作繁瑣，易于堵塞，與生物濾池相比并無明顯優(yōu)勢(shì)。之后連續(xù)進(jìn)水的推流式活性污泥法(CAs法)(如圖1)出現(xiàn)后很快就將其取代，但由于推流式反應(yīng)器中污泥耗氧速度沿池長是變化的，供氧速率難以與其配合，活性污泥法又面臨局部供氧不足的難題。1936年提出的漸曝氣活性污泥法(TAAs)和1942年提出的階段曝氣法(SFAS)，分別從曝氣方式及進(jìn)水方式上改善了供氧平衡。1950年，美國的麥金尼提出了完全混合式活性污泥法。該方法通過改變活性污泥微生物群的生存方式，使其適應(yīng)曝氣池中因基質(zhì)濃度的梯度變化，有效解決了污泥膨脹的問題。

隨著在實(shí)際生產(chǎn)生的廣泛應(yīng)用和技術(shù)上的不斷革新改進(jìn)，20世紀(jì)40-60年代，活性污泥法逐漸取代了生物膜法，成為污水處理的主流工藝。

1921年，活性污泥法傳播到中國，中國建設(shè)了第一座污水處理廠—上海北區(qū)污水處理廠。1926年及1927年又分別建設(shè)了上海東區(qū)及西區(qū)污水廠，當(dāng)時(shí)3座水廠的日處理量共為3.55萬噸。

脫氮除磷工藝

20世紀(jì)50年代，水體富營養(yǎng)化問題凸顯，脫氮除磷成為污水處理的另一主要訴求。于是，在活性污泥法的基礎(chǔ)上衍生出了一系列的脫氮除磷工藝。

除磷工藝

50年代初，攝磷菌被發(fā)現(xiàn)并用于除磷。(如圖2)

脫氮工藝

1969年，美國的Barth提出采用三段法除氮(如圖3)，第一段是好氧段，主要去除有機(jī)物，第二段加堿硝化，第三段是厭氧反硝化，除氮。

1973年，Barnard在原有工藝基礎(chǔ)上，將缺氧和好氧反應(yīng)器完全分隔，污泥回流到缺氧反應(yīng)器，并添加了內(nèi)回流裝置，縮短了工藝流程，也就現(xiàn)在常說的缺氧好氧(A/O)工藝(如圖4)。

A2O工藝

70年代，美國專家在A/O工藝的基礎(chǔ)上，再加上除磷就成了A2O工藝(如圖5)。我國1986年建廠的廣州大坦沙污水處理廠，采用的就是A2O工藝，當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)處理水量為15萬噸，是當(dāng)時(shí)世界上最大的采用A2O工藝的污水處理廠。

氧化溝工藝

A2O工藝是將生物處理厭氧段和好氧段進(jìn)行了空間分割，而氧化溝則為封閉的溝渠型結(jié)構(gòu)，結(jié)合了推流式和完全混合式活性污泥法的特點(diǎn)，集曝氣、沉淀和污泥穩(wěn)定于一體。污水和活性污泥的混合液不斷地循環(huán)流動(dòng)，系統(tǒng)中能夠形成好氧區(qū)和缺氧區(qū)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)生物脫氮除磷(如圖6)。氧化溝白天進(jìn)水曝氣，夜間用作沉淀池?；钚晕勰喾ㄏ啾?, 其具有處理工藝及構(gòu)筑物簡單、泥齡長、剩余污泥少且容易脫水、處理效果穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)。

1953年，荷蘭的公共衛(wèi)生工程研究協(xié)會(huì)的Pasveer研究所提出了氧化溝工藝，也被稱為“帕斯維爾溝”。1954年，在荷蘭的伏肖汀(Voorshoten)建造了第一座氧化溝污水處理廠，當(dāng)時(shí)服務(wù)人口僅為360人。60 年代，這項(xiàng)技術(shù)在歐洲、北美和南非等各國得到了迅速推廣和應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，到1977年為止，在西歐有超過2000多座的帕斯維爾型氧化溝投入運(yùn)行。

編輯：王媛媛