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王洪臣:百年活性污泥法:改良OR替代?

时间:2015-09-17 15:44

作者:王洪臣

中国水网讯 “今年是活性污泥法诞生 100 周年, 目前世界上共有大约 50000 座活性污泥法污水处理厂。”今天上午,中国人民大学环境学院副院长王洪臣在“2014(第八届)环境技术论坛”上指出,“没有活性污泥法的世界是不可想象的。”那么活性污泥法百年来有哪些主要进步?未来会被其他工艺取代吗?

回顾:活性污泥发展百年历史

王洪臣介绍,一百年前,英国发生了严重的水污染,导致污水处理技术的急迫需求。1914年4月3日,Ardern 和 Lockett 在英国皇家化学学会年会上宣读了论文《无需滤池的污水氧化试验》,被认为是活性污泥法正式诞生。 随后,世界各地迅速开始活性污泥法研究,并着手建设实际的污水处理厂。 

在我国,1923年建成的上海北区污水处理厂是中国第一座城市污水处理厂,日处理能力为3500立方米,尾水排入沙泾港。 此后几年,东区污水处理厂和西区污水处理厂相继建成, 日处理量分别为1.7万立方米和1.5万立方米。 

改良:三大重要改良工艺

随后,许多学者的研究丰富了活性污泥法理论,提出了污泥龄 SRT概念、污泥指数 SVI概念、丝状菌特点与分类、选择器理论与概念;也提出了很多新型反应器,如氧化沟工艺、SBR工艺、纯氧曝气工艺等;同时许多学者的研究完善了,有机物降解与营养物去除的生化理论、动力学与工艺设计计算等。

王洪臣认为,三种工艺是对活性污泥法的重大改良:生物膜-活性污泥法(MBBR,IFAS)、膜生物反应器(MBR)、 好氧颗粒污泥(AGS)。这三种工艺都大大提高反应器中的生物量,从而提高处理效率。但是,“这不是本质上的革新,提高处理效率(节约占地)的同时,都会不同程度地增加能耗或投资。”王洪臣说。

替代:未来提到工艺方向

活性污泥法造福人类100年了,那么它还将服务多长时间? 

王洪臣指出,活性污泥法存在大的两大问题将阻碍它继续长时间处于主流地位:一是部分有机物被分解,分解过程需消耗大量能量 ,是“以能量摧毁能量”的处理方式;二是另一部分有机物被合成为活性污泥,反而使易处理有机物变为难处理的有机物。

王洪臣认为,替代活性污泥技术的途径有两个,一是改良,一是淘汰。近百年来,活性污泥已经在生活机理、反应器、流程、控制等各方面做了多方改进,但是在工程层面,能耗高和污泥处理问题并没有根本性的改变。

倘若要把活性污泥法淘汰,要拿什么技术来替代呢?

王洪臣认为,未来可能替代工艺有三个方面。

一是厌氧膜生物反应器。厌氧可以产生能量,可进行能量回收,且不需要消耗电能。此外厌氧过程产生的污泥非常少。但可能也会存在一些问题,如占地面积会增大,膜污染清洗、氮的处理等问题,所以提出了厌氧膜生物反应器概念。

第二类处于萌芽状态的替代技术,包括生物电化学技术(BES),微生物燃料电池(MFCs)和微生物电解电池(MECs),这些技术能量转化率大于80%,前景比较好,但是存在问题也比较大,如出水差、成本高、反应器难以放大、能量损失大等等? 

第三个替代技术是可持续营养物去除技术。污水处理中最难的是氮的去除。在污水处理中本可以有机物早期分离出去,之所以留下,就是为了后面用生物技术进行处理。为什么可持续营养物去除技术是活性污泥法的替代技术呢?因为它可以不用碳源进行脱氮。厌氧氨氧化技术,经过20多年的研究,在高浓度氨氮废水处理过程中,已经趋于成熟。

机遇:巨大需求或将推动替代技术产生

一百年前,英国严重的水污染,导致对污水处理技术的急迫需求,活性污泥法在英国诞生。目前,我国对污水处理革命性技术需求巨大: 水污染严重、水资源缺乏,需要高出水标准的污水处理技术; 能源缺乏,需要低能耗乃至正能量的污水处理技术; 资源贫瘠,需要实现资源回收的污水处理技术; 土地紧张,需要实现环境友好的污水处理技术。

以上这些方面的需求远大于任何其它国家的巨大, 是否预示着活性污泥法的替代技术有可能诞生于中国呢? 王洪臣认为者有赖于研究与生产的密切结合,目前其所在的中国人民大学环境学院低碳水处理技术中心承担着两个国家水专项课题,正在做相关研究,希望能有些成果。


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