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给水排水专业英语 lesson 15 introduction of the activated-sludge process
Lesson 15 活性污泥处理工艺介绍
1 为了给后文中要罗列的工艺设计提供基础，应该考虑的要点有：（1）活性污泥历史发展的简单总结。（2）主流工艺的描述。（3）活性污泥工艺的简要回顾。以及（4）当前工艺发展的概述。
历史发展
2 活性污泥工艺现常应用于市政和工业废水中的生物处理。活性污泥处理工艺的先辈可以追溯到19世纪80年代早期安格斯史密斯博士对废水池中曝气以及加速有机物氧化的研究工作。废水曝气随后被大量研究者研究，且在1910年布莱克和费尔普斯声称通过向废水池中曝气可以保证腐败物质减少。1912到1913年间Clack和Gage在Lawrence实验室中以经曝气后污水做的实验，其在瓶和塘中培养的有机物成长，都获得极大增长的进化程度。在Lawrence实验室所进行的研究工作的知识趣味性使英国曼彻斯特大学的G.J.Fowler博士想到沿着相似生产线引导Ardern和Lockett在污水厂进行着的相似的有价值的研究。正如他们在1914年五月三日发表的论文中宣布的，在他们的实验中，Ardern和Lockett发现污泥在曝气结果中起重要作用。这项工艺被Ardern和Lockett命名为活性污泥工艺因为工艺中包括了一种活性微生物的大量生产能对污水中有机物进行好氧稳定化。（Metalf&Eddy，1930）
主流工艺的描述
3 像图a和b中表示的一样，基本的活性污泥处理工艺明显包括以下三个基本组成：（1）微生物承担在反应器内处理时保持悬浮状态被曝气；（2）经常在沉淀池中的液固分离；（3）为了回收液固分离中的固体返回到反应器的回收系统。大量工艺形式在研发中采用这种组成。活性污泥工艺的一个重要细节就是可沉淀絮凝固体的形成可以重力沉淀在沉淀池中被移除。大多数情况下，活性污泥工艺采用与物化手段联合，包括消毒和可能的沉淀过程，使用于污水处理的预处理初级处理和后处理。
4 传统看来，多数污泥处理厂接收的污水流入初级沉降池，如图1a和b。初级沉降对去除可沉降固体是非常有效的，然而生物处理对移除可溶物，胶体，颗粒状有机物以及生物硝化反硝化和生物除磷是非常经典的。小社区中污水处理的工艺里，初级处理经常不被使用因更多重点放在简单和操作简化的处理方法上。在热带地区因初级沉淀池和初级污泥的明显臭味问题初级处理经常被省略。在这项应用中，使用了传统活性污泥工艺的不同改变；包括序批示反应器，氧化沟系统，曝气塘和稳定塘。
活性污泥工艺的演变
5大量活性污泥处理工艺和设计构型已从早起概念演变因为（1）工程革新中响应污水处理厂流出高质量污水的需求；（2）设备，电力和过程控制的技术进步；（3）生物工程及基础知识的进一步理解；（4）市政和工业的持续需求资金投资和消耗。正是以上越来越多的可能，现在使用的活性污泥工艺可能联合硝化，生物除氮及除磷。这些设计的反应器在耗氧，缺氧和厌氧条件下串联，并且同时使用内部循环泵和管道系统。活性污泥工艺的适用类型如图一所示。
6 自从工艺开始推广应用在20世纪20年代早期直到20世纪70年代，活性污泥最常应用于有较大长宽比的活塞流反应器中。活性污泥工艺进化中，必须指出的是在20
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给水排水专业英语 lesson 15 introduction of the activated-sludge process
世纪60年代晚期，工业废水排入家庭污水收集系统的量不断增加。因为部分排放的有毒性，当工业废物进入后使用柱塞流工艺变得有问题起来。完全混合式反应器发展起来，在某种程度上，因为大体积容量准许较大规模稀释，就减轻了有毒物质的排放。就像McKinney发面的那样，在20世纪70年代及20世纪80年代最普通的活性污泥工艺类型趋为单机反应器，完全混合式活性污泥处理工艺。在欧洲因为氨标准越来越严峻，完全混合式活性污泥处理工艺还尚未采用。一些硝化作用在两阶段系统（每个阶段包括曝气池和澄清池）中被用设计于第一阶段的生物需氧量的减少，后面是硝化作用的第二阶段。其他活性污泥工艺也被发现应用，其主要时间在括号中标注，包括氧化沟（20世纪50年代），接触稳定法（20世纪50年代），Krause工艺（20世纪60年代），纯氧污泥活化（20世纪70年代），奥贝尔工艺（20世纪70年代），深井曝气（20世纪七十年代），以及序批示反应器工艺（20世纪80年代）。
7 随着简单低廉的程序逻辑控制发展，多级传感器的可用性和自动启动闸门，序批示反应器工艺（图1c）于20世纪70年代晚期变得更加广泛应用起来,特别是小社区和工业装置的间断流。但是近些年来序批示反应器已应用于世界部分大城市中。序批示反应器是一种进入和流出型反应容器系统，包括一个所有活性污泥处理工艺均发生在内的单级完全混合容器。在所有循环中混合液体保持在容器中，因此取消了对分离沉淀池的需求。
8 在比较活塞流（图1a）和完全混合式活性污泥工艺（图1b）中，混合状态和池子几何构型是完全不同的。在完全混合式活性污泥工艺中，池中成分混合量充分，所以理论上来讲混合式液体成分浓度，可溶物质，胶体和悬浮固体不随曝气池内位置变化而变化。活塞流工艺包括的相对比较长，狭小的曝气盆，可溶性物质浓度，胶体和悬浮固体随着反应器长度而变化。尽管工艺构型采用长窄型池被普遍称作活塞流工艺，但实际上真正的活塞流是不存在的。取决于曝气系统类型，混合液的再混合就会发生，并且依靠反应器布局，系统反应动力学，名义上的活塞流由完全混合反应器系列来描述更合适。
9 活性污泥工艺设计之前直到20世纪70年代普遍应用的构型如图1a和b所示。但是，随着生物去氮除磷术的进化，被设计为完全混合多级反应器的分阶段反应器被发明了。某些阶段不经曝气（厌氧或需氧阶段）和内循环流就被应用。对硝化作用而言，一个阶段曝气反应器的设计也被用于提供相比于单阶段完全混合式活性污泥处理而言更为有效的利用全部反应器体积。试行工厂研究有时被用于评估和优化生物去营养化工艺。
工艺新发展
10 如上文所说的，大量活性污泥工艺的修正已经在近10到20年里形成，其主要旨在有效脱氧除磷。几乎所有种类的修正都是基于共同的生物处理基础准则。
11 因为提高膜设计的发展主要用于水处理，膜技术已经越来越多应用于回用水泥水分离机以及更近的废水处理悬浮生长反应器的应用。膜生物反应器将来可能改变废水处理设备的外观。
12 因为活性污泥工艺设计和运行变得越来越复杂，电脑模型已必要成为将大量组分与反应相结合来评估活性污泥性能的重要工具。
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