城市生活污水处理中活性污泥法与生物膜法工艺比较

城市生活污水处理工艺大都采用一级处理和二级处理的方法。一级处理，主要通过物理方法去除污水中呈悬浮状态的固体污染物质，经过一级处理的污水，BOD 一般可去除30%左右，达不到排放标准。二级处理则是采用生物处理技术，利用微生物将污水中的有机物降解去除，具有代表性的工艺主要有活性污泥法和生物膜法。下面，根据多年的生产实践和理论学习，就这两种工艺方法进行分析与比较。
  一、活性污泥法
  1．流程与原理。典型的活性污泥法是由曝气池、沉淀池、污泥回流系统和剩余污泥排除系统组成。
  污水和回流的活性污泥一起进入曝气池形成混合液。从空气压缩机站送来的压缩空气，通过铺设在曝气池底部的空气扩散装置，以细小气泡的形式进入污水中，目的是增加污水中的溶解氧含量，还使混合液处于剧烈搅动的状态，呈悬浮状态。溶解氧、活性污泥与污水互相混合、充分接触，使活性污泥反应得以正常进行。
  第一阶段，污水中的有机污染物被活性污泥颗粒吸附在菌胶团的表面上，是由于其巨大的表面积和多糖类黏性物质的作用。同时一些大分子有机物在细菌胞外酶作用下分解为小分子有机物。
  第二阶段，微生物在氧气充足的条件下，吸收这些有机 物，并氧化分解，形成二氧化碳和水，一部分供给自身的增殖繁衍。活性污泥反应进行的结果，污水中有机污染物得到降 解而去除，活性污泥本身得以繁衍增长，污水则得以净化处理。经过活性污泥净化作用后的混合液进入二次沉淀池，混合液中悬浮的活性污泥和其他固体物质在这里沉淀下来与水分离，澄清后的污水作为处理水排出系统。经过沉淀浓缩的污泥从沉淀池底部排出，其中大部分作为接种污泥回流至曝气池，以保证曝气池内的悬浮固体浓度和微生物浓度；增殖的微生物从系统中排出，称为“剩余污泥”。事实上，污染物很大程度上从污水中转移到了这些剩余污泥中。
  活性污泥法的原理形象说法：微生物“吃掉”了污水中的有机物，这样污水变成了干净的水。它本质上与自然界水体自净过程相似，只是经过人工强化，污水净化的效果更好。活性污泥系统在运行中存在的异常现象及解决办法。
  活性污泥处理系统在运行过程中，有时会出现种种异常情况，造成处理效果降低，污泥流失。下面就生产实践中经常出现的一些异常现象和解决办法加以总结。
  （1）活性污泥呈灰黑色，污泥发生厌氧反应，污泥中出现硫细菌，出水水质恶化。原因：一是负荷量增高；二是曝气不足；三是工业废水的流入等。措施：一是控制负荷量；二是增大曝气量；三是切断或控制工业废水的流人。
  （2）V 值异常。一是污泥上浮，多发生在夏季。原因：硝化作用导致在二沉池中被还原成N2，引起污泥上浮。措施：减少污泥在二沉池的HRT；减少曝气量。二是在沉淀后的上清液 中含有大量的悬浮微小絮体，出水透明度下降。原因：污泥解 体，曝气过度；负荷下降，活性污泥自身氧化过度。措施：减少曝气；增大负荷量。三是泥水界面不明显。原因：高浓度有机废水的流入，使微生物处于对数增长期；污泥形成的絮体性能较差。措施：降低负荷；增大回流量以提高曝气池中的MLSS，降低F /M 值。四是污泥膨胀。污泥膨胀是指活性污泥质量变轻、膨大，沉降性能恶化，在二沉池中不能正常沉淀下来，SVI 异常增高，可达400 以上。导致污泥膨胀的原因是多方面的，主要有两种：因丝状菌异常增殖而导致的丝状菌性膨胀，主要的丝状菌有球衣菌属、贝氏硫细菌、以及正常活性 污泥中的某些丝状菌如芽孢杆菌属、某些霉菌等；因黏性物质大量积累而导致的非丝状菌性膨胀。措施：杀灭丝状菌，如 投加氯、臭氧、过氧化氢等药剂；改善、提高活性污泥的絮凝性，投加絮凝剂如硫酸铝等；改善、提高活性污泥的沉降性、密实性，投加黏土、消石灰等；加大回流污泥量并在其回流前进行再生性曝气；使废水经常处于好氧状态，防止厌氧反应的发生，如预曝气；加强曝气，提高混合液的DO值；降低污泥在二沉池中的停留时间；调整污泥负荷，当超过0.35kg- BOD 时，易于发生丝状菌膨胀；调整混合液中的营养物质，可以控制高黏性膨胀；投加硫酸铜，可以控制有球衣菌引起的 膨胀。
  二、生物膜法
  1．生物膜法工艺类型。润湿型：生物滤池、生物滤塔、生物转盘。浸没型：接触氧化、滤料浸没在滤池中。流动床型：生物活性碳，砂粒介质悬浮流动于池内。
  2．原理。由于生活污水中含有大量的有机成分，生物膜法依靠固定于载体表面上的微生物膜来降解有机物，由于微生物细胞几乎能在水环境中的任何适宜的载体表面牢固地附着、生长和繁殖，由细胞内向外伸展的胞外多聚物使微生物细胞形成纤维状的缠结结构，因此生物膜通常具有孔状结构，并具有很强的吸附性能。
  生物膜附着在载体的表面，是高度亲水的物质，在污水不断流动的条件下，其外侧总是存在着一层附着水层。生物膜又是微生物高度密集的物质，在膜的表面上和内部生长繁殖着大量的微生物及微型动物，形成由有机污染物→细菌→原生动物（后生动物）组成的食物链。生物膜是由细菌、真菌、藻类、原生动物、后生动物和其他一些肉眼可见的生物群落组成。污水在流过载体表面时，污水中的有机污染物被生物膜中的微生物吸附，并通过氧向生物膜内部扩散，在膜中发生生物氧化等作用，从而完成对有机物的降解。生物膜 表层生长的是好氧和兼氧微生物，而在生物膜的内层微生物则往往处于厌氧状态，当生物膜逐渐增厚，厌氧层的厚度超过好氧层时，会导致生物膜的脱落，而新的生物膜又会在载体表面重新生成，通过生物膜的周期更新，以维持生物膜反应器的正常运行。
  3．生物膜的更新与脱落。维持生物膜反应器正常运行的重要环节是生物膜的更新与脱落，生物膜表层生长的是好氧和兼氧微生物，而在生物膜的内层微生物则往往处于厌氧状态，当生物膜逐渐增厚，厌氧层的厚度超过好氧层时，会导致生物膜的脱落，而新的生物膜又会在载体表面重新生成。更新与脱落过程如下：首先，厌氧膜的出现过程：一是生物膜；二是成熟的生物膜一般厚度不断增加，氧气不能透入的内部深处将转变为厌氧状态；都由厌氧膜和好氧膜组成；三是好氧膜是有机物降解的主要场所，一般厚度为2 mm。其次，厌氧膜的加厚过程：一是厌氧的代谢产物增多，导致厌氧膜与好氧膜之间的平衡被破坏；二是气态产物的不断 逸出，减弱了生物膜在填料上的附着能力；三是成为老化生物膜，其净化功能较差，且易于脱落。
  再次，生物膜的更新：一是老化膜脱落，新生生物膜又会生长起来；二是新生生物膜的净化功能较强。
  4．影响生物膜工作性能的三个重要指标（以生物滤池为例）。一是水力负荷：单位面积滤池或单位体积滤料每天所能处理的废水量，包括水力表面负荷和水力何种负荷；二是 BOD 负荷：单位时间供给单位体积滤料的BOD 量，城市污水极限值分低负荷（0.15~0.3），高负荷（0.8~1.2）；三是毒物负荷：单位滤料每天所能承受毒物的量。
  三、活性污泥法与生物膜法的比较
  1．活性污泥法优缺点。长期以来，城市生活污水的二级生 物处理多采用活性污泥法，它是当前世界各国应用最广的一种二级生物处理工艺，具有以下几个特点：一是采用传统的活性污泥法，往往基建费、运行费高，能耗大，管理较复杂，易出现污泥膨胀现象；工艺设备不能满足高效低耗的要求。二是随着污水排放标准的不断严格，对污水中氮、磷等营养物质的排放要求较高，传统的具有脱氮除磷功能的污水处理工艺多以活性污泥法为主，往往需要将多个厌氧和好氧反应池串联，形成多级反应池，通过增加内循环来达到脱氮除磷的目的，这势必要增加基建投资的费用及能耗，并且使运行管理较为复杂。三是活性污泥法产生大量的剩余污泥，需要进行污泥无害化处理，增加了投资。
  2．生物膜法优缺点。生物膜法也是城市污水二级生物处 理的一种常用方法，与活性污泥法相比具有以下特点：一是生物膜对污水水质、水量的变化有较强的适应性，管理方便，不会发生污泥膨胀。二是微生物固着在载体表面、世代时间较长的微生物也能增殖，生物相对更为丰富、稳定，产生的剩余污泥少。三是能够处理低浓度的污水。另外，生物膜法的不足之处在于生物膜载体增加了系统的投资；载体材料的比表面积小，反应装置容积有限、空间效率低，在处理城市污水时处理效率比活性污泥法低；附着于固体表面的微生物量较难 控制，操作伸缩性差；靠自然通风供氧，不如活性污泥供氧充足，容易产生厌氧。
  四、生活污水处理方法探究与发展
  通过以上的分析与比较，如何使城市污水处理工艺朝着低能耗、高效率、少剩余污泥量、最方便的操作管理，以及实现磷回收和中水回用等可持续的方向发展，已成为目前污水处理领域共同关注的问题。近年来，在环保工作者的努力下，新的污水处理工艺不断涌现，如：将SBR 与氧化沟的优点相结合的往复式活性污泥法、CASS 污水处理工艺、HCR 高效性 污水处理技术、生物膜法等等。新的污水处理工艺的出现，使污水处理方法朝着占地面积少、运行成本低、总投资少、自动化程度高等的方向发展，逐步解决了传统方法在技术上和投资上的种种难题。

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