污水(shui)(shui)處(chu)理(li)(li)的(de)需求是伴隨(sui)著(zhu)城市(shi)的(de)誕(dan)生而產生的(de)。城市(shi)污水(shui)(shui)處(chu)理(li)(li)技(ji)術(shu)，歷(li)經數百年變(bian)遷，從(cong)最初(chu)的(de)一(yi)級處(chu)理(li)(li)發(fa)展到(dao)現在的(de)三級處(chu)理(li)(li)，從(cong)簡單的(de)消(xiao)毒沉淀到(dao)有機物去除、脫氮除磷再到(dao)深度處(chu)理(li)(li)回(hui)用。其(qi)中，活(huo)性(xing)污泥法的(de)問世(shi)更(geng)是具有劃時代的(de)意義，而今年正(zheng)值活(huo)性(xing)污泥法誕(dan)生100周年。城市(shi)污水(shui)(shui)處(chu)理(li)(li)技(ji)術(shu)今后究竟將如(ru)何發(fa)展？對此，不(bu)如(ru)先讓我們回(hui)顧一(yi)下那些年城市(shi)污水(shui)(shui)處(chu)理(li)(li)走(zou)過的(de)路。
一級處理階段
城市(shi)污(wu)水(shui)(shui)(shui)處(chu)(chu)理(li)歷史(shi)可追溯到古羅(luo)馬時期，那個時期環境(jing)容量(liang)大，水(shui)(shui)(shui)體(ti)的(de)(de)(de)自凈能力也能夠滿足人(ren)類的(de)(de)(de)用水(shui)(shui)(shui)需求，人(ren)們僅需考慮(lv)排水(shui)(shui)(shui)問題即可。而(er)后，城市(shi)化(hua)進(jin)程加快(kuai)，生活(huo)(huo)污(wu)水(shui)(shui)(shui)通過傳播細(xi)菌引發了傳染病的(de)(de)(de)蔓延，出(chu)于(yu)健康的(de)(de)(de)考慮(lv)，人(ren)類開(kai)始對排放(fang)的(de)(de)(de)生活(huo)(huo)污(wu)水(shui)(shui)(shui)處(chu)(chu)進(jin)行(xing)處(chu)(chu)理(li)。早期的(de)(de)(de)處(chu)(chu)理(li)方式(shi)采用石(shi)灰(hui)、明(ming)礬等進(jin)行(xing)沉(chen)淀或(huo)用漂(piao)白粉進(jin)行(xing)消毒。明(ming)代晚期，我國已(yi)有(you)污(wu)水(shui)(shui)(shui)凈化(hua)裝置(zhi)。但由于(yu)當(dang)時需求性(xing)不強(qiang)，我國生活(huo)(huo)污(wu)水(shui)(shui)(shui)仍以農業灌溉為主。1762年，英國開(kai)始采用石(shi)灰(hui)及金屬鹽類等處(chu)(chu)理(li)城市(shi)污(wu)水(shui)(shui)(shui)。
二級處理階段
有機物(wu)去除工(gong)藝
生物膜(mo)法
十八世(shi)紀中葉，歐(ou)洲工(gong)業革命開(kai)始，其中，城市生(sheng)活污(wu)水(shui)中的(de)(de)有機物成為(wei)去(qu)除重點(dian)。1881年(nian)，法國科學家(jia)發(fa)明(ming)了第一(yi)座(zuo)(zuo)生(sheng)物反(fan)應器，也是(shi)第一(yi)座(zuo)(zuo)厭氧生(sheng)物處理池—moris池誕生(sheng)，拉開(kai)了生(sheng)物法處理污(wu)水(shui)的(de)(de)序(xu)幕(mu)。1893年(nian)，第一(yi)座(zuo)(zuo)生(sheng)物濾池在英國Wales投(tou)入使用，并迅速(su)在歐(ou)洲北美(mei)等國家(jia)推(tui)廣(guang)。技術的(de)(de)發(fa)展，推(tui)動了標準的(de)(de)產生(sheng)。1912年(nian)，英國皇家(jia)污(wu)水(shui)處理委員(yuan)會提出以BOD5來評價水(shui)質的(de)(de)污(wu)染程度(du)。
活性(xing)污泥法
1914年(nian)，Arden和(he)Lokett在英國化學工學會上發(fa)表了(le)一篇關于(yu)活性(xing)污(wu)(wu)泥法的論文，并于(yu)同(tong)年(nian)在英國曼徹斯特市(shi)(shi)開(kai)創了(le)世(shi)界上第一座活性(xing)污(wu)(wu)泥法污(wu)(wu)水(shui)(shui)處(chu)(chu)理(li)試(shi)驗廠(chang)。兩(liang)年(nian)后，美國正(zheng)式建立了(le)第一座活性(xing)污(wu)(wu)泥法污(wu)(wu)水(shui)(shui)處(chu)(chu)理(li)廠(chang)。活性(xing)污(wu)(wu)泥法的誕生，奠定了(le)未(wei)來100年(nian)間(jian)城市(shi)(shi)污(wu)(wu)水(shui)(shui)處(chu)(chu)理(li)技術(shu)的基礎。
活性(xing)(xing)污泥(ni)(ni)法(fa)誕生之初，采用的(de)(de)是充-排式(shi)(shi)(shi)工(gong)藝，由于當時自動控(kong)制技術(shu)與設備條件(jian)相對落后(hou)，導致(zhi)其(qi)(qi)操作繁(fan)瑣，易于堵塞，與生物(wu)濾池相比并無明顯(xian)優勢。之后(hou)連續進(jin)水的(de)(de)推(tui)流式(shi)(shi)(shi)活性(xing)(xing)污泥(ni)(ni)法(fa)（CAs法(fa)）（如圖1）出(chu)現后(hou)很(hen)快(kuai)就將其(qi)(qi)取代，但(dan)由于推(tui)流式(shi)(shi)(shi)反(fan)應器中(zhong)污泥(ni)(ni)耗(hao)氧(yang)(yang)速度沿池長是變化的(de)(de)，供(gong)氧(yang)(yang)速率(lv)難以(yi)與其(qi)(qi)配合(he)，活性(xing)(xing)污泥(ni)(ni)法(fa)又面臨局部供(gong)氧(yang)(yang)不足的(de)(de)難題(ti)。1936年提出(chu)的(de)(de)漸(jian)曝氣活性(xing)(xing)污泥(ni)(ni)法(fa)(TAAs)和1942年提出(chu)的(de)(de)階段(duan)曝氣法(fa)(SFAS)，分別(bie)從曝氣方式(shi)(shi)(shi)及進(jin)水方式(shi)(shi)(shi)上(shang)改善了(le)供(gong)氧(yang)(yang)平衡(heng)。1950年，美國的(de)(de)麥(mai)金尼提出(chu)了(le)完全混合(he)式(shi)(shi)(shi)活性(xing)(xing)污泥(ni)(ni)法(fa)。該(gai)方法(fa)通過改變活性(xing)(xing)污泥(ni)(ni)微生物(wu)群的(de)(de)生存方式(shi)(shi)(shi)，使其(qi)(qi)適(shi)應曝氣池中(zhong)因(yin)基質濃(nong)度的(de)(de)梯度變化，有效解決了(le)污泥(ni)(ni)膨(peng)脹的(de)(de)問題(ti)。
隨著在實際生產生的廣泛應(ying)用和技(ji)術上的不斷革新改(gai)進，20世紀40-60年代，活性污泥(ni)法逐漸取代了生物膜法，成為(wei)污水處理的主(zhu)流工藝。
1921年(nian)，活性污(wu)泥法傳(chuan)播到中國，中國建設(she)了第一座(zuo)污(wu)水(shui)處(chu)理廠(chang)—上(shang)海北(bei)區(qu)污(wu)水(shui)處(chu)理廠(chang)。1926年(nian)及(ji)1927年(nian)又(you)分別建設(she)了上(shang)海東區(qu)及(ji)西(xi)區(qu)污(wu)水(shui)廠(chang)，當時(shi)3座(zuo)水(shui)廠(chang)的日處(chu)理量共為3.55萬噸。
脫氮除磷工藝
20世紀50年代，水(shui)體富營養化(hua)問(wen)題(ti)凸(tu)顯，脫(tuo)氮除磷成為污水(shui)處理的另一(yi)主要訴(su)求。于是，在活性污泥法的基礎(chu)上衍生(sheng)出了(le)一(yi)系列的脫(tuo)氮除磷工藝。
除磷(lin)工藝
50年代初，攝磷菌(jun)被發現并用(yong)于除磷。（如圖2）
脫氮工藝
1969年，美國的(de)Barth提出采(cai)用三(san)段(duan)(duan)(duan)法除(chu)氮(dan)（如圖3），第(di)一段(duan)(duan)(duan)是好氧段(duan)(duan)(duan)，主(zhu)要(yao)去(qu)除(chu)有機物，第(di)二段(duan)(duan)(duan)加堿硝化，第(di)三(san)段(duan)(duan)(duan)是厭氧反硝化，除(chu)氮(dan)。
1973年，Barnard在(zai)原有工藝(yi)基礎上，將缺氧(yang)和(he)好(hao)氧(yang)反應器(qi)完全分隔(ge)，污(wu)泥回流(liu)到缺氧(yang)反應器(qi)，并(bing)添(tian)加了內回流(liu)裝置，縮短了工藝(yi)流(liu)程，也就現在(zai)常說的缺氧(yang)好(hao)氧(yang)（A/O）工藝(yi)（如圖4）。
A2O工藝(yi)
70年代(dai)，美國專家在A/O工藝(yi)的(de)基礎上，再(zai)加上除磷就成了A2O工藝(yi)（如圖5）。我國1986年建廠(chang)(chang)的(de)廣(guang)州大坦(tan)沙污水(shui)處(chu)理廠(chang)(chang)，采用的(de)就是(shi)A2O工藝(yi)，當時的(de)設計處(chu)理水(shui)量為15萬噸，是(shi)當時世界(jie)上最大的(de)采用A2O工藝(yi)的(de)污水(shui)處(chu)理廠(chang)(chang)。
氧化溝工藝
A2O工藝是將(jiang)生(sheng)物(wu)處理厭氧(yang)段和(he)好氧(yang)段進行了空間分割，而(er)氧(yang)化溝則(ze)為封閉的(de)(de)溝渠型結(jie)構，結(jie)合了推流式(shi)和(he)完全(quan)混合式(shi)活性污(wu)泥(ni)法的(de)(de)特點，集曝(pu)氣、沉(chen)淀(dian)和(he)污(wu)泥(ni)穩(wen)定于一(yi)體。污(wu)水和(he)活性污(wu)泥(ni)的(de)(de)混合液(ye)不斷地循環流動，系(xi)統(tong)中能夠(gou)形(xing)成好氧(yang)區和(he)缺氧(yang)區，進而(er)實現(xian)生(sheng)物(wu)脫氮(dan)除(chu)磷（如圖(tu)6）。氧(yang)化溝白天進水曝(pu)氣，夜間用作沉(chen)淀(dian)池。活性污(wu)泥(ni)法相比 , 其具(ju)有處理工藝及構筑物(wu)簡單、泥(ni)齡(ling)長、剩(sheng)余污(wu)泥(ni)少且(qie)容易(yi)脫水、處理效果穩(wen)定等優勢。
1953年(nian)，荷蘭的(de)公共衛生工程(cheng)研究(jiu)協會的(de)Pasveer研究(jiu)所提出了氧化溝工藝，也被稱為(wei)“帕斯維爾溝”。1954年(nian)，在荷蘭的(de)伏肖汀（Voorshoten）建(jian)造(zao)了第一座氧化溝污水處(chu)理廠，當時服務(wu)人(ren)口僅(jin)為(wei)360人(ren)。60 年(nian)代，這項技術在歐洲、北美和(he)南非等各(ge)國得到了迅速推廣和(he)應(ying)用。據統(tong)計，到1977年(nian)為(wei)止，在西歐有超過2000多座的(de)帕斯維爾型氧化溝投入運行。
1967年，荷蘭DHV公司開(kai)發(fa)研制了(le)(le)卡(ka)魯塞爾(er)（Carroussel）氧(yang)(yang)化溝(gou)(gou)。它是一個(ge)由多(duo)渠(qu)串聯組成(cheng)的氧(yang)(yang)化溝(gou)(gou)系統(tong)。卡(ka)魯塞爾(er)氧(yang)(yang)化溝(gou)(gou)的發(fa)展經歷了(le)(le)普通卡(ka)魯塞爾(er)氧(yang)(yang)化溝(gou)(gou)、卡(ka)魯塞爾(er)2000氧(yang)(yang)化溝(gou)(gou)和卡(ka)魯塞爾(er)3000氧(yang)(yang)化溝(gou)(gou)三(san)個(ge)階段。
1970年，美國(guo)的Envirex公司投放生(sheng)產(chan)了奧(ao)貝爾（Orbal）氧化溝。它由3條同心(xin)(xin)園形(xing)或橢圓形(xing)渠道(dao)(dao)組(zu)成，各渠道(dao)(dao)之間(jian)相通，進水(shui)先(xian)引入最外的渠道(dao)(dao)，在(zai)其(qi)中(zhong)不斷循環的同時，依(yi)次(ci)進入下一個渠道(dao)(dao)，相當于一系列完(wan)全混合(he)反應池串(chuan)聯在(zai)一起，最后從中(zhong)心(xin)(xin)的渠道(dao)(dao)排(pai)出(chu)。
交(jiao)替(ti)(ti)式工作氧化(hua)溝(gou)是由丹麥克魯格（Kruger）公司研制，該工藝(yi)造(zao)價低，易于(yu)維(wei)護，通常有雙溝(gou)交(jiao)替(ti)(ti)和(he)三溝(gou)交(jiao)替(ti)(ti)（T型(xing)氧化(hua)溝(gou)）的(de)氧化(hua)溝(gou)系統和(he)半交(jiao)替(ti)(ti)工作式氧化(hua)溝(gou)。
兩段法(fa)工藝
早期的(de)(de)兩段(duan)(duan)法(fa)只是將(jiang)一(yi)套活性(xing)污泥(ni)法(fa)的(de)(de)兩組(zu)構筑物(wu)串聯，一(yi)段(duan)(duan)和(he)二段(duan)(duan)曝氣池體積(ji)相同(tong)，且(qie)多合(he)并建設，大部分有機物(wu)在第一(yi)段(duan)(duan)被吸附降解(jie)，第二段(duan)(duan)的(de)(de)污泥(ni)負(fu)荷很低(di)，其(qi)出水(shui)(shui)水(shui)(shui)質要優(you)于相同(tong)體積(ji)曝氣池的(de)(de)單級活性(xing)污泥(ni)法(fa)（如圖7）。然而，由于第一(yi)段(duan)(duan)曝氣池體積(ji)減小了一(yi)倍，相當(dang)于污泥(ni)負(fu)荷增(zeng)加(jia)了一(yi)倍，處在易發生污泥(ni)膨脹的(de)(de)階段(duan)(duan)，運行管理較為困難。
20世紀70年(nian)代(dai)中期(qi)，德國的(de)(de)Botho Bohnke教(jiao)授開(kai)發了AB工(gong)(gong)藝(yi)(yi)（如(ru)圖8）。該(gai)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)在傳統(tong)兩(liang)段(duan)法(fa)的(de)(de)基礎上進(jin)一(yi)步提高了第一(yi)段(duan)即(ji)A段(duan)的(de)(de)污泥(ni)(ni)負(fu)荷(he)，以(yi)高負(fu)荷(he)、短泥(ni)(ni)齡(ling)的(de)(de)方式運行，而B段(duan)與常規活性污泥(ni)(ni)法(fa)相似，負(fu)荷(he)較低(di)，泥(ni)(ni)齡(ling)較長，A段(duan)由于(yu)泥(ni)(ni)齡(ling)短、泥(ni)(ni)量大(da)對磷的(de)(de)去除效果很好(hao)，經A段(duan)去除了大(da)量的(de)(de)有(you)機物以(yi)后(hou)B段(duan)的(de)(de)體(ti)積(ji)可(ke)大(da)大(da)減(jian)小(xiao)，其低(di)負(fu)荷(he)的(de)(de)運行方式可(ke)提高出水水質。但是由于(yu)A段(duan)去除了大(da)量的(de)(de)有(you)機物導致B段(duan)碳源缺(que)失，所以(yi)在處理低(di)濃度(du)的(de)(de)城市(shi)污水時該(gai)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)的(de)(de)優勢并不明顯。
其后，為了解決脫(tuo)(tuo)氮(dan)時硝化菌(jun)需要(yao)長泥(ni)(ni)齡(ling)，除(chu)磷(lin)時聚(ju)磷(lin)微(wei)生物需要(yao)短(duan)泥(ni)(ni)齡(ling)的矛(mao)盾，開發(fa)了AO-A2O工藝（如(ru)圖9）。該工藝由(you)兩段相對獨立的脫(tuo)(tuo)氮(dan)和除(chu)磷(lin)工藝組成，第一(yi)段泥(ni)(ni)齡(ling)短(duan)，主要(yao)用于除(chu)磷(lin)，第二段泥(ni)(ni)齡(ling)長、負荷低(di)，用于脫(tuo)(tuo)氮(dan)。
在AO-A2O工(gong)藝基礎上奧(ao)地利研發出了Hybrid工(gong)藝（如圖10），該工(gong)藝的兩段(duan)之間有(you)三個內(nei)回流裝置(zhi)，可(ke)以為第(di)一(yi)段(duan)曝氣(qi)池提供(gong)(gong)硝態氮、硝化菌以及為第(di)二段(duan)曝氣(qi)池提供(gong)(gong)碳源。第(di)一(yi)段(duan)主要是去(qu)除(chu)有(you)機物(wu)和(he)磷(lin)，第(di)二段(duan)是硝化功能，并靠第(di)一(yi)段(duan)曝氣(qi)池回流混(hun)合液進行反硝化脫氮。
SBR工(gong)藝
序(xu)批式活(huo)性(xing)污泥法(SBR)工藝(yi)是(shi)在時間(jian)上將厭氧段與好氧段進行(xing)分割。20 世紀70 年代初由美國Irvine公司開發。它在流程上只有一個基本(ben)單(dan)元，集調節池、曝氣(qi)池和二沉池的功(gong)能于一池，進行(xing)水(shui)(shui)(shui)質水(shui)(shui)(shui)量(liang)調節、微(wei)生物降(jiang)解有機物和固液(ye)分離等。經(jing)典 SBR 反應器(qi)的運行(xing)過程為：進水(shui)(shui)(shui)→曝氣(qi)→沉淀(dian)→潷水(shui)(shui)(shui)→待機（如圖11、 12）。
80 年代初，連續(xu)進(jin)水(shui)的(de) ICEAS 工(gong)(gong)藝(yi)誕生（如(ru)圖13）。該工(gong)(gong)藝(yi)在傳(chuan)統的(de)SBR工(gong)(gong)藝(yi)基(ji)礎上，在反應池(chi)(chi)中增加一道(dao)隔(ge)(ge)墻 ,將反應池(chi)(chi)分隔(ge)(ge)為(wei)小體(ti)積(ji)的(de)預反應區和大體(ti)積(ji)的(de)主反應區,污水(shui)連續(xu)流入(ru)預反應區,然后通過隔(ge)(ge)墻下端的(de)小孔以層流速度進(jin)入(ru)主反應區，解決了間歇(xie)式進(jin)水(shui)的(de)問題(ti)。
隨后， Goranzy 教授開發了 C"