废水处理发展与实践

废水处理发展与实践

目录

第一章绪论.............................13

1.1废水生物处理方法..............................13

1.2生物处理方法的发展.......................18

第二章活性污泥法现代工艺.....................22

2.1活性污泥法概况...........................22

2.2吸附生物降解(AB)工艺.....................68

2.3序批式间歇反应器(SBR)..................80

2.4膜分离活性污泥法.........................92

2.5其它方法................................102

第三章固定床生物处理技术...........................115

3.1概述.........................................115

3.2生物滤池及其发展........................116

3.3活性炭生物膜法..........................124

3.4软性载体生物膜法........................130

3.5生物砂滤系统.............................98

3.6附着生长环流反应器(AGCR)..............103

3.7生物转盘(RBC).........................108

第四章流化床生物处理技术....................112

4.1概述....................................112

4.2好氧流化床反应器........................114

4.3厌氧流化床反应器........................124

4.4上流式厌氧污泥床(UASB)..............136

第五章典型的生物处理组合工艺...................149

5.1单级A/0工艺...........................149

5.2A-A/0工艺..............................153

5.3其它A/0工艺............................161

5.4厌氧消化-SBR工艺........................167

第六章稳定塘污水处理技术......................175

6.1概述....................................175

6.2稳定塘系统现状..........................177

6.3稳定塘的设计............................182

6.4高级综合塘系统(AIPS).....................................189

第七章固定化微生物技术.........................195

7.1概述....................................195

7.2微生物的固定化方法......................196

7.3固定化微生物在水处理中的应用...........199

7.4今后的研究课题..........................210

第八章难降解有机物的生物处理...................215

8.1废水的可生化性..........................215

8.2降解技术现状............................219

8.3需氧填料床生物反应器除毒工艺技术........231

8.4旋转生物膜接触反应器(RBC)脱毒技术......238

8.5酶催化聚合与沉淀分离技术的典型应用.....241

8.6生物炭处理技术的典型应用................246

参考文献.....................................250

第九章废水生物脱氮技术.........................252

第一章绪论

1.1废水生物处理方法

废水处理方法传统上分为生物法和物理化学法两大类。对于

常规的水处理流程而言，视其对排放水质的要求不同，一般包括

三段处理工序。其中，一级处理(Primarytreatment)主要用于去

除粗粒固体、悬浮固体、大粒径胶体等。二级处理(Secondary

treatment)旨在去除废水中的有机物并进一步降低悬浮固体的含

量，由于这一工序通常是由生物法来完成，因此生物处理技术成

为二级处理的主要方法。对废水的深度处理又称为三级处理

(Tertiarytreatment),一般指去除氮、磷和其它微量杂质的过程。

废水的生物处理主要是利用微生物的生命活动过程，对废水

中的污染物进行转移和转化作用，从而使废水得到净化的处理方

法。该方法的主要特征是应用微生物特别是细菌，并在为充分发

挥微生物的作用而专门设计的生化反应器中，将废水中的污染物

转化为微生物细胞以及简单形式的无机物。因此，废水的生物处

理方法可根据所利用的微生物种类和条件的不同、所采用的生化

反应器型式不同以及所要处理的废水性质不同，而划分为多种类

型，并且其中许多方法已具有传统的名称。表1-1给出废水生物

处理方法的分类。

(1)按所利用的微生物种类分类

从废水生物处理技术所用的微生物种类上看，主要包括好氧

微生物、兼性微生物、厌氧微生物、藻类等。利用好氧（包括兼

性）微生物的代谢过程对废水污染物进行处理的方法称为好氧法,

该方法的特征是必须向废水中提供充足的氧，以确保微生物的好

氧环境。好氧法为目前应用最普遍的生物处理技术，它具有处理

效率高、速度快、基建投资少、运行经验丰富等特点，但不足之

处在于它的高运转费用。随着石油化学工业的发展，越来越复杂

的废水对常规的好氧法提出严峻挑战。

表1-1废水生物处理方法的分类

划分依据类型方法举例

好氧（兼性）微生物活性污泥法、接触氧化法等

微生物种类厌氧微生物厌氧污泥床、厌氧滤池等

'藻类好氧塘、兼性塘、厌氧塘等

微生物生长方式悬浮生长活性污泥法、氧化沟等

附着生长生物滤池、生物转盘等

完全混合式完全混合式曝气池、曝气培等

间歇式间歇消化池、SBR装置等

反应器型式推流式推流式曝气池、氧化沟等

固定床生物滤池、接触氧化法等

流化床好氧流化床、厌氧流化床等

转盘式生物转盘等

厌氧法是在绝氧条件下，利用厌氧微生物的代谢过程对有机

污染物进行降解处理。传统的厌氧法由于反应速度慢、水力停留

时间长、反应器庞大等不足，因此其应用主要局限在对污泥的厌

氧处理方面。但是，随着多种高传质速率反应器的出现和对处理

水质要求的提高，厌氧法在处理高浓度难降解有机废水和生物脱

氮等方面，已经显现出越来越大的发展潜力。

塘沟技术是主要利用藻类的水处理方法，包括好氧塘、兼性

塘、厌氧塘等。该技术历史最为悠久，在地皮不太紧张的地区，

由于其投资节省和运行管理方便等特点，目前仍是行之有效的方

法。根据我国的国情，因地制宜发展塘沟技术是解决目前水处理

设施底子薄、所需处理水量大的重要途径。

(2)按微生物的生长方式分类

为充分发挥微生物的作用，提高生化反应的效率，必须为微

生物的生长提供合适的场所和条件。根据微生物在反应器内的生

长方式不同，可将废水的生物处理技术分为悬浮生长法

(Suspendedgrowth)和附着生长法(Attachedgrowth)两类。

悬浮生长法以活性污泥法为典型代表，它的基本特征是起降

解基质作用的絮状微生物培养体，呈悬浮状态生长存在于反应器

中。而附着生长法传统上称为生物膜法，生物滤池和生物转盘法

都属于该种类型。它的特征是用于水处理的微生物培养体，以膜

状生长在填料表面上。

(3)按反应器的型式分类

为使进行废水生物处理的这种生化操作能够实现高效率，人

们设计开发了各卡形式的反应器。按照平应器的类型进行分类，

其优点在于不也看壶器内部发生耳苞南甲峪髻，只要反应

器形式一定，七面由该类单元操作的相回可心鼻问题。图I」

为常见的生化卜卷党类型。

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F-lF-2

图1・1生化反应器的类型

图中CS为细胞分离。

A：单级CSTR；R细胞不回流;2-细胞回流

B：多级CSTR；1-简单串联；2-多级投加基质；3-有细胞回流的简单串联;

4-多级投加基质和细胞回流

C：分批式反应器

D：推流式反应器

E：填充塔；1.简单塔；2-细胞分离前回流；3-细胞分离后回流

F：转盘式反应器；1-没有回流；2-有回流

图M（A）为完全混合式生化反应器系统（CSTR）,原则

上该类系统可分为单级和多级两种类型。单级CSTR可能是最简

单的连续流搅拌池式反应器，含有基质的废水进入反应器，经充

分反应后排出含微生物的悬浮液流，并根据水力停留时间控制反

应器的运行。必要时，经常增设一沉降分离器用于回流部分微生

物。多级CSTR通常由2〜4个搅拌式反应器串联，可将进水只投

入第一级反应器，也可多点投入到每个反应器。多级系统的优点

之一是各级所进行的反应不同，即使当所有的基质都投入第一级

时，各反应器中发生的反应也不尽相同，原因是正常的代谢控制

着它们的作用机理。

图1」间歇式反应器（B）中无连续流，而是将物料“批量”

投入，接种后微生物开始生长。由于反应条件和环境随生长而变

化，因此微生物的生长过程与著名的“细菌生长曲线”相类似，

在不同时间出现的细菌处于不同的生理学状态。利用自动控制周

期运行的SBR工艺即属此类型。

图1-1完全的推流式反应器（C）可以认为是在移动过程的分

批培养，因为通过反应器的每个流量变化都不受其前后两侧的影

响。它与CSTR的唯一重要区别是反应器中不同点的细胞处于不

同的生理状态，这就使整个反应器达不到稳态，但在反应器中某

一特定点的条件不随时间而变。

图1-1固定填充床反应器（D）中，微生物在固定支持物（卵

石、塑料、纤维等填料）上生长成一层膜。传统上称这类方法为

生物膜法，典型的如滴滤池，此时滤料并不被水淹没，而是以薄

薄一层水流在滤料上流过。目前已发展出多种完全浸没式固定床

反应器，分为上进水和下进水两种形式。有无同流和回流方式对

该类反应器的动力学过程有着强烈影响，回流量越大，则反应环

境越类似。为了获得稳定的条件，有机体是在不断地从固体表面

脱落。如果在回流前将脱落的微生物去除，则主要靠附着生长的

微生物起去除基质的作用，若连同脱落的微生物一起回流，则成

为附着和悬浮的微生物在共同去除基质。

图流化床反应器（E）是生物膜法的另一种形式，它是在

反应器中填充粒径远较固定床为小的填料，并通过水流或气动作

用使填料在反应器中达到膨胀或流态化状态，微生物在固体表面

附着生长。由于流化作用，极大加强了气液固三相的混合，因此

该方法既具有完全混合式的传质速度，又有生物膜法的特性。

图1」转盘式（F）反应器是专门为废水处理所设计的一种形

式，微生物附着在不断转动的盘片上生长，在某种程度上类似于

固定床反应器。假如反应器容积相对于流量而言较小，则每个盘

片自始至终可获得相对稳定的环境条件。但当使用长的矩形槽时,

反应条件将沿池长而变化，以至于各组盘上有机体的生理条件相

异，将脱落的有机体回流，将使反应器的作用方式介于悬浮生长

与固定膜系统之间。

1.2生物处理方法的发展

废水的生物处理技术作为一种重要的水处理手段，已经有数

十年的历史。该方法最初被用于处理生活污水，但目前在工业废

水处理中，己普遍采用生物方法作为有机废水二级处理的手段。

与物理化学方法相比，生物处理法在去除废水中有机碳、硫、

氮、磷等污染物质方面，存在许多优越之处。首先，污染物的生

化转化过程不需高温高压，在温和的条件下经过酶催化即可高效

并相对彻底地完成，因此处理费用低廉；再者，微生物具有来源

广、易培养、繁殖快、对环境适应性强和易实现变异等特性，适

当地对其加以培养繁殖，特别是在某特定条件下进行驯化，就能

使之很好地适应各种有毒的工业废水环境；另外，通过有针对性

地对菌种进行筛选、培养和驯化，可以使大多数的有机物质实现

生物降解处理，因此对废水水质的适用面越来越宽。

传统的废水生物处理方法主要包括活性污泥法、生物滤池、

氧化塘、污泥消化池等，这些技术无论在设计理论还是实际运行

管理等方面，都已有着比较成熟的经验。但随着石油化工和有机

化学工业的发展，人们生产和使用有机物的种类和数量不断增加,

所需要处理的工业有机废水量日益巨增，水质也越来越复杂。因

此，这就迫使人们不断地研究开发新的废水生物处理技术，并对

现有设施加以改造，以满足水质变化所带来的新要求。另外，随

着水资源的日益紧张和人们环境意识的提高，对排水水质的要求

越来越高。寻求能够高效去除所谓生物难降解物质和氮磷营养物

质的方法，已经成为近年来废水生物处理研究的重点。而且，传

统的生化反应器在传质效率、操作管理、能源消耗等诸多方面存

在不足，解决该问题也是水处理界所面临的挑战之一。

总之，传统的废水生物处理方法已远远不能满足来自各方面

的要求，并由此推动该技术领域不断发展。人们已经开发出的许

多新技术和新工艺，有的已成功地应用于工业实践，但大多仍停

留在研究和试验阶段。表1・2给出近一个时期以来开发研究并已

命名的废水生物处理新工艺及其特征。

分析表中所反映出的情况，废水生物处理技术的发展趋势主

要表现在如下几个方面。

(1)发展各种耐水量、水质、毒物、pH等冲击能力强的工艺,

提高出水水质的稳定性。生物处理法的特点之一是微生物对水质

环境变化的反映比较灵敏，受冲击后所需的恢复时间较长。AB

工艺、SBR工艺和固定化微生物法等，都在耐冲击负荷能力方面

有较大改进。

(2)开发各种具有高生物相浓度高传质速度的反应器，以及

能够维持高负荷条件的运转方式。生物流化床技术、深井曝气法、

LINPOR工艺等与传统工艺相比，有机负荷可以增加几到几十倍,

实现了高效运转。

(3)好氧与厌氧过程在同一反应器中进行，提高生物处理法

去除污染物的广谱性。发展的结果，打破了传统的好氧法和厌氧

法的界限，在去除生物难降解物质和氮磷营养物质方面明显改进。

SBR工艺、DE型氧化沟、AGCR系统等都是这一发展趋势的重

要表现。

(4)微生物的悬浮生长与附着生长相结合，又是当代废水生

物处理技术的特点之一。在同一反应器中利用悬浮和附着生物的

共同作用，可维持微生态系统的生物多样性。例如，LINPOR工

艺和活性生物滤池，既有完全混合式传质速度快的优点，又具备

生物膜法中有利于繁殖速度缓慢的硝化和反硝化菌的积累。

(5)与物理化学方法相结合，使生物法的适用性极大提高。

目前已发展的膜分离活性污泥法、活性炭生物膜法、絮凝-生物法

等，在脱氮和去除生物难降解物质等方面表现出很好效能。

(6)发展多单元组合工艺，包括厌(缺)氧与好氧操作的组

合、悬浮生物与生物膜法的组合等，A/O工艺和活性生物滤池就

是这种发展趋势的典型。组合工艺无论在处理高浓度有机废水还

是在生物脱氮方面，都获得比较理想的效果。

(7)改善废水生物处理的微生态系统，寻求高效专性菌及其

生长和发挥作用的环境。已有菌制剂技术、有效菌(EM)技术、

固定化微生物技术等，都是在这方面做出的尝试，并已取得特别

好的试验效果，预示出巨大的发展潜力。

(8)研究开发对高浓度有机废水、生物难降解物质、氮磷营

养物质等能够实现有效去除的新工艺和新方法，是当今废水处理

领域的热点，生物处理技术因其独特的优点，在解决该类问题方

面势必将会发挥出越来越大的作用。

表1-2废水生物处理新工艺及其特征

I艺微生物环境条件特征

AB工艺好氧，悬浮生长吸附与生化降解两段串联，耐负荷与毒物冲击强

SBR工艺好氧+厌氧，悬浮批量进水，程序化间歇操作，适用于高浓度有机废水，

或附着生长脱氮效果明显

膜分离活性污泥好氧，悬浮生长用膜分离装置为二沉池，避免细菌流失，有利于繁殖

法速度慢的菌体在反应器积累

LINPO工艺好氧，悬浮+附着生往曝气池中投加悬浮状载体，为微生物提供附着表面，

长生物相浓度提高

井式曝气法好氧，悬浮生长深井或塔式曝气池，占地面积小，氧利用率高

D型氧化沟好氧+厌氧好氧与厌氧过程交替操作，脱氮除磷效果明显

活性生物滤池好氧，悬浮+附着活性污泥法曝气池与生物滤池串联，兼具悬浮生长和

生长生物膜法两大特点，处理效率高

厌氧生.物滤池厌氧，附着生长完全浸没式，上、下两种进水方式，适合高浓度有机

废水的处理

活性炭生物膜法好氧，附着生长以粒状活性炭为填料，结合吸附与生物降解两种特性，

对难降解物质去除率高

软性填料好氧或厌氧以纤维等合成材料为载体，可为微生物提供远较

生物膜法附着生长其它填料大的附着表面，阻力小，生物量大

生物砂滤系统好氧或厌氧结合砂源与生物法特点，投资少，操作简单，适

附着生长用于小型污染源

AGCR系统好氧+厌氧将氧化沟与附着生长技术相结合，对BOD和包等的脱

附着生长除效果优良

生物流化床好氧或厌氧附着生物膜的载体在流化状态卜.运转，气液固三相传

附着生长质速度快，高负荷操作，处理效率优良

UASB工艺厌氧，悬浮生长厌氧污泥在膨胀状态下运行，传质速度高，停留时间

短，对高浓度难降解有机废水有良好去除率

A/0工艺缺（厌）氧+好氧悬缺氧、厌氧和好氧组合工艺，和处理高浓度有机废水

浮或附着生长行之有效的方法

稳定塘系统好氧+厌氧藻类悬主要利用藻类的塘沟技术组合，投资少，管理方便，

浮生长可实现因地制宜

固定化固定化生长利用载体对微生物进行固定化，极大提高微生物

微生物法的利用率，处理效果显著改进

参考文献

[1]许保玖.当代给水与废水处理原理讲义.北京：清华大学出版社，1983

[2]顾夏声.废水与生物处理数学模式.北京：清华大学出版社，1993

[3]张希衡.废水治理工程.冶金工业出版社，1984

[4]高廷耀.水污染控制工程.高等教育出版社，1989

[5]C.P.小莱斯.利格雷迪、亨利C.利姆编著，李献文等译.废水生物处理

理论与应用.中国建筑工、业出版社，1989

[6]顾夏声.水处理工程.北京：清华大学出版社，1986

第二章活性污泥法现代工艺

2.1活性污泥法概况

2.1.1基本特征

活性污泥法是目前废水处理中应用最广泛的生化操作技术。

所谓“活性污泥"(ActivatedSludge)指的是一种人工培养的生物

絮凝体，利用这种悬浮生长的生物絮凝体去处理废水的方法称为

活性污泥法。自1914年英国的Ardemh和Lockett实验成功该方

法以来，作为一种二级处理技术，在处理生活污水和各种工业废

水方面得到应用，成为目前最成熟但仍在迅速发展变化的废水处

理技术之一。

作为废水生物处理技术中的重要方面，活性污泥法与其它方

法一样，既要为微生物生长繁殖提供适宜的环境条件，又要为它

们设置能够高效发挥其吸附、吸收和氧化污染物能力的场所。依

据这种原则，因目的和处理对象不同，活性污泥法又派生出许多

运作方式和工艺，因此而成为这一类型的通称。它们的主要特征

表现在：

(1)利用生物絮凝悬浮体为生化操作的主体物；

(2)利用曝气设备向生化操作系统分散空气或氧气，为微生

物提供氧源；

(3)对体系进行混合搅拌以增加接触和加速生化反应传质过

程；

(4)一般采用沉淀方式去除有机体，降低出水中的微生物固

体含量；

(5)通过回流使沉淀池浓缩的微生物絮凝体返回到反应系

统；

(6)为保证系统内有机体细胞平均停留时间的稳定，经常排

废水废弃污泥

混合液反应器二次沉淀池处理后出水

回流污泥沉淀污泥废弃污泥

图2T活性污泥法基本操作系统

活性污泥法主要被用于去除废水中的溶解性有机物，水流一

进入反应器，微生物就通过吸收作用降解溶解性基质，同时为它

们的繁殖生长提供碳和能量。胶体或不溶性基质实际上是被絮凝

生物群所吸附截留，并与胞外酶起水解反应，最后成为微生物能

够吸收的物质。在反应器中，引起有机物降解的主要有机体是好

氧和兼性的异养细菌，它们大量地生长在絮凝状的培养物即污泥

中，包括某些原生动物和对污泥有害的真菌。活性污泥法属于好

氧生物氧化(AerobicBiologicalOxidation)法，需要在不断供氧的环

境中即曝气池中，利用好氧和兼性异养细菌的生命活动来氧化有

机物。

2.1.2活性污泥法的种类

活性污泥法经过80多年的发展与实践，在供氧方式、运转条

件、反应器形式等方面不断得到革新与改进，出现了许多种方法

和工艺。而且，随着对废水处理要求的提高和废水种类的增加，

新的工艺和技术仍在不断涌现。

最早出现的传统活性污泥法(CAS)属于推流式(Flow-through)

曝气池，为改进这种方法氧分布不均的缺点，后来将它的均匀曝

气方式改成沿推流方向的渐减曝气方式，这就是传统活性污泥法

比较标准的形式。阶段曝气法(SAAS)又称多点进水法，是活性污

泥法的一个主要变化形式。几股废水从曝气池的不同点进入，使

需氧量的分配比较均匀，效率明显提高。完全混合式活性污泥法

(CMAS)是应处理化学工业废水的要求而出现的，完全混合的结果

使微生物群落能够保持相对稳定的状态，避免了在推流式曝气池

中因基质浓度梯度造成的微生物不适应。因此，大大提高了其处

理能力和适用范围，成为目前应用最广泛的活性污泥法。接触稳

定活性污泥法(CSAS)是另外的一种发展形式，该方法的特点在于

将曝气池视为接触池，停留时间缩短为0.5〜2h,充分利用污泥对

基质的吸附去除作用，提高出水水质。而污泥在稳定池中通过较

长时间的再曝气，使储存的基质被代谢。另外，在曝气方式的改

进中还出现了延迟曝气法、纯氧曝气法、深井曝气法等。表2-1

列出各种活性污泥法的特性和工艺参数。

表2-1活性污泥法的特性和工艺参数

方法反应器形式负荷(*)停留时MLSS浓度回流比特点

间(h)(mg/1)R

传统活性平行推流式或折0.2-0.44-81100-30000.15-0.5曝气时间长需氧量不

污泥法回推流式均动力消耗大

阶段曝气平行推流式或折0.2-0.54-82900-40000.2-0.8克服进口易缺氧的缺

法流式多点进水点积减小

完全混合方形或员I形与二0.2-0.6353900-600025-1.0各点水质均匀，耐冲击

活性污泥沉池分建或合建负荷能力强

法

接触稳定完全混合式触池2-0.50.5-1.52900-40000.2-1.0依靠吸附作用适合处

法和稳池1.3-64900-8000理胶体和不溶性基质

高速活性完全混合式0.4-1.51-34900-50001.0-5.0高MLSS,短时间去除

污泥法高浓度杓机物

延时曝气完全混合式0.05-0.2515-303500-50000.7-1.5停留时间长处理效率

法高无剩余污泥

纯氧曝气多段加盖式0.25-1.01-35000-100000.25-0.5溶氧浓度高承受负荷

法或推流式高污泥性能好

间歇曝气完全混合式0.5-1.00.8-1.54500-60001.0-1.5厌氧与好氧过程结合，

脱氮效果较好

注:*kgBODs/kgMLVSSdo

2.1.3活性污泥法的发展

随着现代工业特别是石油化学工业的发展，废水的种类和组

成变得越来越复杂，已有的处理技术经常受到来自各方面要求的

挑战。活性污泥法作为废水生物处理技术中历史最长，工业化实

践最多，操作运转经验最丰富的技术，其主要的优点表现在它能

以相对合理的费用得到优良的出水水质。但其明显的缺点是可控

制性较差，达到期望的出水水质，往往需要复杂的操作技能。提

高微生物对环境和水质变化的适应能力，降低生化操作及运转管

理方面的繁复性，是革新活性污泥法的主要目的。具体要求表现

在：

(1)适用于处理各种组成和浓度的有机废水；

(2)抗负荷冲击的能力强，对入水水质变化反映不灵敏；

(3)提高处理效率，减少或甚至不排剩余活性污泥；

(4)向装置化发展，增加操作的灵活性；

(5)减少占地面积和投资，降低操作运转费用。

为实现上述目的，对活性污泥法的改革主要围绕如下几个方面进

行：①改变运行方式；②改进曝气池形式和曝气装置；③人工

改良微生物群落；④与其它方法相结合。表2-2列出几种近年来

开发并已成功应用于工业实践的新型活性污泥法工艺，从中可以

看出活性污泥法的发展趋势。另外一些新技术如人工改良微生物

群落等将在其它有关章节介绍。

表2-2活性污泥法的发展

方法主要性能与特点

吸附生物降解(AB)采用A段吸附和B段氧化两级串联形式，抗负荷冲击和毒物

工艺冲击能力明显增强，出水水质稳定，能耗降低。

序批式间歇反应器在运行周期内，充水、反应、沉淀、排水排泥和停置五个阶

(SBR)段顺序进行，适用于高浓度有机废水和氨氮废水的处理

膜分离活性污泥法用膜分离单元代替二沉池，可提高出水水质，难降解有机物

的去除率和脱氮效率较高。

LINPOR工艺附着生长与悬浮生长在同一曝气池内进行，生物相浓度提

高，脱氮效果明显。

氧化沟(OD)工艺沟形曝气池，废水在循环流中经历好氧和缺氧阶段，具有较

好的脱氮效果。

井式曝气法塔式或生井式曝气池，供氧能力强，可实现高负荷处理，占

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2.2.1工艺流程

吸附生物降解工艺(AdsorptionBiodegradation)常被简称为

AB工艺，是由德国B.Bohnke教授在70年代中期所发明，80年

代初开始应用于工业实践。该工艺在80年代中期引入我国后，囚

其独特的工艺性能而受到我国水处理界的重视，已成为一种很有

发展前景的方法。AB工艺在结构上相当于串联的两级曝气处理,

但它的A段和B段无论在运行机制还是在功用上都有根本差异。

图2-2为AB工艺的流程示意。

剩余污泥剩余污泥

回流污泥回流污泥

进水1234出水

图2・2AB工艺流程示意

1A池2沉淀池3B池4沉淀池

污水直接进入A段曝气池在高负荷、短污泥泥龄条件下运转

处理，然后进入第一沉淀池，分离出的污泥回流到A段曝气池。

A段所设计的运转方式，充分发挥了污泥对污染物的吸附处理能

力，因此具有抗冲击负荷和克服污泥膨胀方面的优势。经A段处

理后的污水进入B段曝气池，在低负荷下进一步做生化降解处理,

从第二沉淀池分离出的污泥回流到B段曝气池。分析工艺流程和

运行参数，AB工艺的主要特征为：

(1)AB工艺不设置初沉池，污水经格栅、沉砂池之后直接进

入A段曝气池，因此A段保持为开放的生物动力学系统。

(2)A段和B段分别设置沉淀池，使两段严格分开，单独回流,

保持各自的微生态特征。

(3)具有吸附特性的A段曝气池以高负荷运行，通常为

3.0^6.0kgBOD5/kgMLSSd,污泥泥龄比较短，约为0.5d左右，水

力停留时间一般在30min；B段曝气池以低负荷运行，污泥负荷

通常为0.15〜0.30kgBOD5/kgMLSS・d,泥龄在15〜20d,水力停留

时间为2〜3h。

(4)AB工艺中的曝气池可以选用完全混合式或推流式，A段

曝气池还可以根据污水水质选择兼氧或好氧运行条件，以改善污

水的可生化性能。

2.2.2污染物去除机理

活性污泥法对有机污染物的去除一般包括吸附、吸收、氧化

三种机制，各种机制所起的作用主要取决于污泥性状、浓度、微

生物群落等。由于AB工艺中A、B两段明显不同的运行条件，

导致前后曝气池中污泥吸附特性和微生物群落新陈代谢功能不

同。分段地充分发挥活性污泥的吸附与生物降解功能，是AB工

艺的理论基础。

从微生物学角度分析，不设初沉池的结果，造成沟渠中的微

生物不断流入A段，使A段微生物得到更新和补充，特别是当处

理生活污水时。据测定，通过污水带入A段中的细菌总数可以占

到A段生物量的15%左右，而且往往含有人和动物肠道菌族的原

核生物。这些原核生物由绝对厌氧菌和兼性厌氧菌组成，特别是

其中的兼性菌，无论在好氧还是厌氧条件下都可获取能量，因而

具有较强的环境适应能力。另外，A段的高负荷与短泥龄运转条

件，使原核微生物的繁殖更为有力。因为原核生物的世代时间远

比其它较高级的具有核膜的单细胞和多细胞真核微生物为短，前

者往往可在1小时内繁殖多次，而后者繁殖一次则需要几个小时。

因此，原核微生物在A段中占据了主要地位。A段微生物学的主

要特点表现在其对微生物的选择性、变异适应性、外源补充性及

快速增殖性。对于AB工艺中的B段，因污泥负荷较低，泥龄较

长，所以会有较高级的原生动物和多细胞动物出现。但是，由于

A段出水进入B段，势必对B段的细菌组成造成影响。二者之间

的联系性常常使两段活性污泥具有相同的细菌种类，但各种细菌

在每段所占的百分比不同，而且A段的总活性明显高于B段。B.

Bohnke教授以遗传物质脱氧核糖核酸（DNA）为指标，比较了A、

B两段及普通活性污泥法系统中的污泥活性，如表2・3所示。结

果表明，A段污泥的DNA含量高于B段，但两段均比普通活性

污泥高。

表2-3AB工艺污泥中DNA含量与普通活性污泥法的比较

污泥负荷MLSS中

污泥类(kgBODs/kgMLSSd)DNA含量(％)

普通活性污泥法0.2714.15

AB工艺A段5.0020.03

AB工艺B段0.1518.97

-丹认为，在活性污泥系统般单理污水的B0D5残留百分

比§卜时间的变化关系如图2§六。当污水中既存在溶解性

基质又%在不溶性或胶体基质时在M气的初期有一个去除高峰,

随着时恒增加，残留B0D5浓度上升，然后又缓慢下降。但对于

只有溶解性基质的情况，则不存在波折，曝气初期残留B0D5迅

速下降，然「速度变缓。

图—出咀二miTL:）降解基质过程冲旧…一期（10〜40

min最佳吸附时间曝气时间I上主要由吸附产气时间.后期的缓

慢去除取决于生化氧化，此时活性污泥进入减速增长期和内源呼

吸期。中间出现回升的原因是当污水中存在不溶性或胶体基质时,

随着微生物代谢的进行，被吸附后的这类基质经水解酶水解，变

成可溶性物质而又重新分散到水相中，从而使BOD5浓度增高。

图2-3曝气时间与BODS去除关系

AB工艺对污染物的去除机理正是利用这一变化关系的体现。

A段的高负荷和低泥龄设计，旨在充分利用污泥对基质的最佳吸

附时间，发挥高吸附效率。有人认为，污染物在A段的吸附去除

主要由细菌外酶产生的生物反应作用所引起。当混有生活污水时,

这种反应可以开始于沟渠系统，并在含有较高细菌数量的A段得

到强化，反应过程中形成一种被称之为“自然絮凝剂”的

聚合物，通过一系列物理化学反应将污染物吸附去除。总之，在

A段曝气中，“自然絮凝剂”、活性污泥和污水中固有的胶体物

质、游离性细菌、悬浮物质等互为强烈混合，是造成有机物质脱

稳吸附的主要途径。关于B段，其污染物去除机理与普通活性污

泥法基本一致，主要以生化氧化为主。由于低负荷运转，产生的

剩余污泥量很少,难溶性大分子物质在胞外酶作用下，水解为可

溶的小分子物质，可溶的小分子物质被吸收到细胞内，通过细菌

细胞的新陈代谢作用而将有机物质氧化为C02和H2OO

2.2.3工艺特点与设计参数

AB工艺属于一种在超高负荷条件下运行的新型活性污泥法,

与普通活性污泥法相比，其突出的优点主要表现为：①拥有较节

省的基建投资和运转费用；②抗冲击负荷能力强，对pH和有毒

物质具有很大的缓冲作用；③出水水质好，运行稳定，特别适用

于处理浓度较高，水质变化较大的污水。④对于存在所谓超负荷

运转问题的污水处理场，可以比较顺利地改造成AB工艺，从而

较大幅度地提高处理能力。

AB工艺的BOD5和COD去除率，比相应的一级活性污泥法

高，特别是COD的去除率，提高更为显著。图2-4是AB工艺B

段和一级法污泥负荷与出水BOD5和COD的关系。其中，一级法

曲线是54家污水厂实际运行数据的统计，AB工艺曲线由德国两

家污水厂的生产性试验数据和另外7个中试设备试验结果的统计

所得。

2.0

«C图2-4AB工艺和一级法出水水质比较

700

g匕/^+日阳氏3k水量、pH

值、2，%2。。：4大6缓冲作用，出水水质指新］勺波幼小，

A段各活性亏公2能等-级法SDJAB工艺

B段和,0°Z门平7F:77|、苛E；的变

4卡看初尸上，以活性污泥

化关系c国用/向计

、不、AB法CCD,

法为低对原Y沉・。一ss・d时，

E**C•

宜水I淀,

一级法E10:到毒物冲

一级法BOD

击后，A号出nd前!国Klrefeld

污水厂.okJ水煮多娜、•扁妹1qd午「『印、A段

受到毒4亘影切理函外呼吸受到抑制，AB法BCD」内浴解氧

猛增，「疆储睨修毒响。I林丹鸵触援细端的呼温恢复

正常，溶解氧浓设10.60.30,150.080.05污泥负荷kg/kg.l

4

3

2

1215182124

1982820星期五时刻(h)

图2-6毒物对AB工艺的影响

图2・5AB工艺B段与一级法出水水质稳定性比较

一级活性污泥法

克雷费尔德污水厂

15个试验设备

一级法污水厂

AB工艺在基建投资方面的经济性，可通过下面的计算加以

分析。当A和B段的曝气池全采用完全混合式时，其反应动力学

过程可用连续搅拌式反应器（CSTR）模型描述。物料衡算方程为：

QG,”+勺=QG+%等(2-1)

式中，。一流量（L/h）；

C\in>G一进、出水基质浓度（mg/L）；

V-反应器容积（L）；

n—基质降解速率（mg/Lh）；

dCi一

1------基质变化速率（mg/L-h）；

at

在稳态时，令/=忆/0,则式（2-1）可简化为：

G加+历=G（2-2）

假设反应器内发生的是一级反应，则门=-ZGs代入式（2-2）

得：

C\in~ktCOut=Cl(2-3)

整理得：

r_Cm?

1=1+设(2-4)

式中，k-基质降解速率常数（h/）；

t-停留时间（h）o

若把〃个CSTR反应器串联使用，在稳态时可推得:

「加

f------------------------------------------(2-5)

〃（1+tk）n

由式（2・5）可解出每个CSTR反应器停留时间，及容积匕

CL1

=(」)〃-1H(2-6)

C.

C.1

V=Q(才4-1k(2-7)

显然，当〃=1时，-就是单个CSTR反应器在某一固定去除

率下所需的容积；当〃>1时，/即为〃个CSTR在同一去除率条

件下一个反应器所需的容积。重新整理式（2-7）得:

；

=(―)-1(2-8)

5,则工上代入式（2-8）得:

基质去除率〃=1-

品1-7

11

=(巧)"T(2-9)

设n级串联的反应器总体积为：p总=〃匕代入式（2-9）则得：

Q,11

『总仔）=〃（丁：）〃-1（2-10）

V］一〃

假设流量Q一定，根据式（2-10）可计算出不同〃值下，去

除率77与表征反应器体积丫总（Q/k）-'的变化关系，其结果见表

2-4o分析表中数据的变化规律可知，去除率越高，所需反应器的

体积就越大；在相同去除率时，串联的反应器数〃值越多，所需

的反应器总体积就越小。但当〃>4时，总体积的减少趋势已不明

显，两个反应器串联时容积节省效果最为显著。例如，当COD

去除率为80%时，把反应器由一个改为两个容积可节省38%,这

意味着基建费用的节约。

表2-4人小/总（Q/k）”三者之间的关系

嗫（。/〃尸

〃(％)

〃=1n=2n=3w=4n=5

501.000.820.780.760.75

601.501.161.081.041.00

702.331.641.471.401.35

804.002.482.132.001.90

909.004.323.453.122.90

9519.006.945.134.444.10

9849.0012.148.046.645.95

AB工艺是在两段活性污泥（Z-A法）和高负荷活性污泥法的

基础上发展起来的，因此其设计过程与常规活性污泥法相近，不

同之处在于它的操作运转条件。表2・5为AB工艺的主要设计参

数。

表2・5AB工艺主要设计参数

项目A段B段

污泥负荷(kgBODlkgMLSSd)3.0-6.00.15-0.30

容积负荷（kgBOD〃m3.d）8.0-15.00.4-0.6

污泥浓度MLSS(mg/L)1800-25003000-4000

水力停留时间（h）0.52.0-5.0

污泥龄（d）0.3-0.515-20

污泥回流比（％）10050

BODs去除率（％）25-45(DO<1)

40-70(DO>1)

沉淀池水力停留时间（h）1.2-1.53.0-5.0

2.2.4AB工艺的应用

目前，AB工艺在处理城市生活污水方面已有许多成功的工

业化应用实例。到1989年时，欧洲就已有39座城市污水处理厂

采用该工艺，并且仍在不断地被推广。在我国，AB工艺被列为

“八五”科技攻关课题，受到水处理界的高度重视。AB工艺所

拥有的投资少，处理能力强，运行稳定等特点，特别适合我国国

情。许多城市污水处理厂和工业企业废水处理厂因严重超负荷、

入水水质不稳、毒物冲击等普遍存在的问题，使曝气池难以正常

运行，出水水质恶化。将现有的设施改造成AB工艺，是目前最

为经济可行的措施。另外，加强AB工艺在各类工业废水的应用

研究，探索适宜的操作运行参数，是目前水处理工艺研究的热点

之一。对印染废水］和合成洗涤剂废水的试验研究表明，AB工艺

能够获得比常规活性污泥法为高的基质去除效率，并且运行稳定,

耐负荷冲击力强。

某染整厂排放的废水主要为分散、还原和硫化染料，以及各

种高分子合成助剂和合成浆料，进水水质为：COD400〜

1200mg/L,BOD5200〜450mg/L,色度72〜75稀释倍数，pH值

11〜12,悬浮物248mg/L,硫化物16.54mg/L,总氮8.6mg/L,水

温14〜25（。在配入20%生活污水的情况下，AB工艺可获得良

好的处理效果。A级COD的去除率达到55〜60%,B级COD的

去除率为45〜70%,系统COD总的去除率达75〜80%,比常规活

性污泥法提高约10〜15%左右。而且，出水水质达到国家排放标

准。

图2-7为各段及系统COD去除率与污泥负荷之间的变化关

系。当A级污泥负荷为5.0kgCOD/kgMLSS・d时，达到最佳去除

率55%〜60%；B级的最佳污泥负荷为0.6kgCOD/kgMLSSd相

应的COD去除率为70%；A级污泥负荷变化对系统的总COD去

除率影响较大，说明A级在ABT艺中的重要性°

对合成洗涤剂废水的研究得到与上述类似的结果。当A段污

泥负笆为0.743kgCOD/kgMLSSd时，A段COD去除率达到最高

值益74.8%；而B段的最佳污泥负荷为0.175〜0.23kg

COIggMLSSd,相应的COD去除率最高约90.5%。当系统中A

段和：段的污泥负荷偏离最佳值时,COD去除率开始下降。另外,

生活污水的加入比例对AB工艺去除效果影响很大。这是因为生

活污水中含有的大量细菌，经过在排水管网增殖、适应和选择等

生物学过程，形成生命力旺盛适应力强的微生物群落。当进水中

配有一定比例的生活污水时，就使A段能充分利用原污水中存在

的生物动力学潜力，并在A段内原有菌胶团的诱导促进下快絮凝

在一跳，从表2-6可见，随着废水比例增加，COD和BOD去除

率都至台下降。当废水比例超过30%时，去除率低于80%。

Q

O

O

m60

50

40

30

20

I

46O

9On

60-

50-

4O'----------1----------1----------1----------r•।----------1i----------1i-

0246810

污泥负荷(COD/MLSS.d)

图2・7COD去除率与污泥负荷的关系

表2-6废水与生活污水比例对去除效果的影响

生活污水原水A段出水B段出水A去除率(%)B去除率(％)总去除率(%)

(体积比)

CODBOD5CODBOD5CODBOD5CODBOD5CODBOD5CODBOD5

10:9013525863490595.150.81390.594.495.396.8

15:851016110609100411341.99.193.287.096.091.7

25:7511041166801071101638.57.883.885.090.086.2

30:701267117850851935932.827.377.477.681.883.8

35:651440119872952904139.520.366.756.879.965.5

40:60157412211211053754928.513.966.453.376.259.8

2.3序批式间歇反应器(SBR)

2.3.1工艺流程和特点

序批式间歇反应器(SeriesBatchReactor)是近年来开发的活性

污泥法新工艺，它完全与自动化控制进料、反应、出料等过程的

间歇操作相似。该工艺通过程序化控制充水、反应、沉淀、排水

排泥和停置五个阶段，实现对废水的生化处理。图2-8为SBR工

艺流程示意。

整个操作通过自动控制装置完成，运行周期内各阶段的控制

时间和总水力停留时间根据试验选定。在反应阶段，曝气时间决

定生化反应的性质。当采用完全曝气时，反应器内发生的是需氧

过程；但在限量曝气条件下，可使反应器内产生缺氧或厌氧环境。

充分利用兼性菌的作用，在同一反应器内程序地进行缺氧-

大的发展潜力。

图2-8SBR工艺流程示意

1-空压机；2-电磁阀;3-转子流量计;4•搅拌机;5-控制装置；6-微孔曝气头;

7■反应器;8-排水泵；9-进水泵；10-配水箱；11-；出水箱

2.3.2SBR工艺的运行机理

对于SBR工艺的一个运行周期，影响其运行效果的重要参数

包括污泥浓度、污泥负荷、各阶段时间、曝气量等。为比较SBR

工艺与常规活性污泥法及间歇曝气活性污泥法在运行机理上的差

异,表2-7列出了用上述三种方法处理高浓度制药废水(土霉素)

的试验结果。