在污水處理技術(shù)百年的發(fā)展歷程中，控制一直是一個(gè)令人關(guān)注的話題，圍繞這一領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展也經(jīng)歷了由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的不斷演變，在進(jìn)入到21世紀(jì)之后，儀表、控制及自動(dòng)化(ICA)的發(fā)展更是令污水處理廠在應(yīng)對(duì)負(fù)荷變化、控制出水水質(zhì)、節(jié)能降耗方面展現(xiàn)出更加“智慧”的特點(diǎn)，在這一發(fā)展浪潮中污水處理工藝如何發(fā)展值得令人關(guān)注。

陳珺 江蘇省(宜興)環(huán)保產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院總工

一、污水處理技術(shù)的發(fā)展歷程回顧

首先，我們?cè)谡雇磥砦鬯幚砑夹g(shù)的時(shí)候需要簡(jiǎn)單回顧一下污水處理技術(shù)的發(fā)展歷程。

當(dāng)1882年史密斯開始研究污水曝氣的時(shí)候，沒有人知道將來會(huì)有活性污泥工藝，早期的污水曝氣研究了30年后并沒有獲得什么突破性進(jìn)展，直到2年后英國(guó)人英國(guó)人在污水曝氣的基礎(chǔ)上發(fā)明了活性污泥工藝(1914年)，當(dāng)然這30年的曝氣研究并不是原地踏步，而是對(duì)一步步堅(jiān)信了曝氣產(chǎn)生的“粘泥”對(duì)污水處理具有重要的影響。

1914年活性污泥工藝的出現(xiàn)事實(shí)上成為現(xiàn)代污水處理技術(shù)的起點(diǎn)，在經(jīng)歷了早期的專利糾紛之后，污水處理基礎(chǔ)理論在50-60年代基本成型，70年代生物脫氮除磷工藝的出現(xiàn)成為污水處理技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要里程碑，同時(shí)生物膜工藝獲得了再次發(fā)展的機(jī)會(huì)，IFAS、MBBR等技術(shù)由于緊湊性方面的特點(diǎn)在升級(jí)改造中獲得明顯的優(yōu)勢(shì)。

當(dāng)前，無論是在歐洲還是北美，污水生物處理在某些地區(qū)已經(jīng)達(dá)到了極限水平(TN<3mg/L、TP<0.1mg/L)，傳統(tǒng)的水質(zhì)要求已經(jīng)不再是工藝發(fā)展的方向，而在緊湊性方面、資源能源回收方面污水處理工藝正掀開新的篇章。

二、若干未來技術(shù)的發(fā)展方向

好氧顆粒污泥

現(xiàn)在大家談的比較多的好氧顆粒污泥實(shí)際上在歷史與現(xiàn)實(shí)中時(shí)有出現(xiàn)，早在70年代James Barnard進(jìn)行接觸穩(wěn)定試驗(yàn)時(shí)就注意到了顆粒污泥的現(xiàn)象，Barnard形容為“像粗砂一樣”。

而在現(xiàn)實(shí)中有時(shí)候也會(huì)觀察到顆粒污泥的現(xiàn)象，如浙江海寧污水廠曾經(jīng)觀察到有明顯的顆粒污泥，污泥粒徑約0.5mm，美國(guó)的田納西州污水處理廠也觀察到類似的現(xiàn)象。因此，顆粒污泥實(shí)際上存在于某些污水處理廠中，只是平時(shí)并未引起人們的過多關(guān)注。

現(xiàn)在比較熱的Nereda顆粒污泥從早期的研究算起已經(jīng)有20多年，經(jīng)歷了最初實(shí)驗(yàn)研究到后來的公司合作，然后到工業(yè)廢水的示范廠，到現(xiàn)在的市政污水處理廠，逐步發(fā)展成為一種商業(yè)化技術(shù)?，F(xiàn)在Nereda已經(jīng)發(fā)展了40座污水處理廠，大部分用于處理市政污水。

實(shí)際上，好氧顆粒污泥的形成也是一個(gè)對(duì)微生物選擇的過程，微生物的選擇一直伴隨著污水處理工藝的發(fā)展，從早期對(duì)去除COD的異養(yǎng)菌、到硝化菌、聚磷菌都是對(duì)微生物世界的一步步認(rèn)識(shí)深入。好氧顆粒污泥形成的主要機(jī)理有飽食—饑餓選擇、有機(jī)負(fù)荷、剪切力等。

飽食—饑餓選擇是指微生物先在COD濃度很高的條件下進(jìn)行飽食，然后經(jīng)歷饑餓階段，這個(gè)過程會(huì)促使微生物把COD轉(zhuǎn)化為內(nèi)部?jī)?chǔ)存的有機(jī)物，有利于顆粒污泥形成。較高的有機(jī)負(fù)荷有利于顆粒污泥形成強(qiáng)勁的內(nèi)核。強(qiáng)剪切力會(huì)促使顆粒污泥像生物膜那樣分泌出更多的EPS來產(chǎn)生平衡的生物結(jié)構(gòu)。有關(guān)這方面的研究?jī)?nèi)容非常多，在此不一一列舉。

好氧顆粒污泥污水廠基本的儀表配置包括DO、ORP、溫度、液位，其他的配置包括在線濁度、SS、NH3-N、PO4-P。

未來好氧顆粒污泥將逐漸向著連續(xù)流工藝的方向發(fā)展，目前好氧顆粒污泥通常采用SBR形式，但現(xiàn)在的絕大部分污水處理廠是連續(xù)流工藝，將其轉(zhuǎn)為SBR的形式所需的投資費(fèi)用很高，如何能夠在這些連續(xù)流的污水處理廠中應(yīng)用好氧顆粒污泥技術(shù)成為這一領(lǐng)域的發(fā)展熱點(diǎn)。

其次好氧顆粒污泥技術(shù)在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性在某種程度上是制約這一技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)瓶頸，穩(wěn)定性涉及到兩個(gè)方面，一個(gè)是顆粒污泥的解體，一個(gè)是絲狀菌的過度增殖。另外就是在進(jìn)一步的機(jī)理認(rèn)識(shí)方面以及模型解釋、預(yù)測(cè)方面。

碳轉(zhuǎn)向

污水處理未來發(fā)展的一個(gè)重要方向是碳轉(zhuǎn)向，傳統(tǒng)污水處理過程大多是將污水中的COD去除，需要消耗大量的能源。一般正常的生活污水中所蘊(yùn)含的能量是處理所需能量的4-5倍，將污水中的可生物降解有機(jī)物從二級(jí)處理轉(zhuǎn)向能量回收的這一轉(zhuǎn)變被稱之為碳轉(zhuǎn)向-carbon redirection。回收的碳可用于產(chǎn)能或生產(chǎn)基于碳的產(chǎn)品。

這張圖描繪了碳轉(zhuǎn)向與傳統(tǒng)處理方式的不同，目前碳轉(zhuǎn)向的主要技術(shù)有傳統(tǒng)的初沉池，化學(xué)一級(jí)強(qiáng)化沉淀(CEPT)、高負(fù)荷活性污泥法(HRAS)、旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)。CEPT可以對(duì)顆粒性及膠體性COD獲得40-80%的去除率，HRAS有兩種形式，一種是只用于去除BOD的二級(jí)處理，一種是AB工藝的A段，二者有明顯的不同，用于二級(jí)處理時(shí)SRT約1~4天，而作為A段時(shí)SRT一般為0.5天。

HRAS工藝最早在1923年時(shí)就已經(jīng)出現(xiàn)，但實(shí)際上并沒有獲得足夠深入的認(rèn)識(shí)，隨著碳轉(zhuǎn)向的發(fā)展這一領(lǐng)域的研究更加深入，對(duì)其機(jī)理的解釋也更加深入，譬如雙基質(zhì)模型，另外也出現(xiàn)了形式更好的碳轉(zhuǎn)向技術(shù)，例如高負(fù)荷接觸穩(wěn)定工藝?？傊?，實(shí)現(xiàn)碳轉(zhuǎn)向的優(yōu)點(diǎn)在于降低曝氣所需、產(chǎn)生更多沼氣、池容更小或者處理能力更高、向未來主流厭氧氨氧化的邁進(jìn)。

編輯：趙凡