未來(lái)污水處理工藝發(fā)展的若干方向、規(guī)律及應(yīng)用（上 - 下） 會(huì)更加注重絮體與顆粒污泥之間的平衡;碳轉(zhuǎn)向是今后污水處理發(fā)展的一個(gè)重要方向;

北極星環(huán)保網(wǎng)訊:摘要：現(xiàn)代污水處理技術(shù)在經(jīng)歷了100年的發(fā)展之后迎來(lái)了新的挑戰(zhàn)與機(jī)遇，未來(lái)污水處理發(fā)展的方向?qū)⒊�著緊湊性、可持續(xù)性的方向發(fā)展，其中好氧顆粒污泥將向著連續(xù)流的方向發(fā)展，在實(shí)際應(yīng)用中將會(huì)更加注重絮體與顆粒污泥之間的平衡;碳轉(zhuǎn)向是今后污水處理發(fā)展的一個(gè)重要方向;主流短程脫氮技術(shù)的發(fā)展愈加深入，未來(lái)的突破可能在微生物方面的認(rèn)識(shí)進(jìn)展;生物膜技術(shù)的認(rèn)識(shí)和應(yīng)用將會(huì)更加深入，MABR技術(shù)獨(dú)特的特點(diǎn)使得供氧效率得到極大提高。在上述工藝發(fā)展過(guò)程中，ICA的應(yīng)用將更加普及，基于數(shù)據(jù)調(diào)諧的模型應(yīng)用將顯現(xiàn)出強(qiáng)大的力量。由于篇幅有限本文將分為上、下兩篇推送。

1污水處理工藝發(fā)展的歷史回顧

1.1污水處理工藝的發(fā)展

1914年，英國(guó)人Ardern、Lockett發(fā)明了活性污泥工藝，這一事件成為了現(xiàn)代污水發(fā)展的起點(diǎn)和重要的標(biāo)志性事件。自那以后，活性污泥工藝成為污水處理的主流處理技術(shù)，圍繞著活性污泥工藝，污水處理技術(shù)獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展，出現(xiàn)了百花齊放的技術(shù)格局。

活性污泥工藝在經(jīng)歷了早期的專利權(quán)問(wèn)題之后迎來(lái)了技術(shù)的空前繁榮，主要體現(xiàn)在基本理論的完善和各種變形工藝的出現(xiàn)，尤其是20世紀(jì)70年代出現(xiàn)的生物脫氮除磷技術(shù)(BNR)成為活性污泥工藝發(fā)展的一個(gè)重要里程碑，并在某種程度上奠定了當(dāng)今污水處理技術(shù)的主要局面，同時(shí)生物膜工藝獲得再次發(fā)展機(jī)會(huì)，IFAS、MBBR及BAF等工藝由于其在緊湊性方面的優(yōu)勢(shì)在升級(jí)改造方面獲得了一定的優(yōu)勢(shì)。另外在20世紀(jì)末，一些創(chuàng)新性的工藝如厭氧氨氧化、好氧顆粒污泥技術(shù)逐漸登上了歷史舞臺(tái)，如圖1所示。

在活性污泥工藝經(jīng)歷了100多年的發(fā)展之后，污水處理技術(shù)的大廈已經(jīng)相當(dāng)完善，目前的污水處理工藝在傳統(tǒng)水質(zhì)方面已經(jīng)不是問(wèn)題，北美的研究結(jié)果表明，生物脫氮除磷工藝的極限可以達(dá)到TN<3 mg/L、TP<0.1 mg/L。荷蘭的研究結(jié)果也表明，在條件適應(yīng)的情況下活性污泥工藝的技術(shù)極限可以達(dá)到TN<2.2 mg/L、TP<0.15 mg/L。

1.2污水處理理念的轉(zhuǎn)變

進(jìn)入21世紀(jì)后，污水處理領(lǐng)域內(nèi)出現(xiàn)了重大的理念變革，污水已經(jīng)不再被認(rèn)為是一種廢物，而是一種可再生的資源，污水處理也正由過(guò)去的以衛(wèi)生文明與環(huán)境保護(hù)為目標(biāo)向著資源回收的方向發(fā)展。這一點(diǎn)無(wú)論從荷蘭提出的NEWs理念，即未來(lái)污水處理廠將是營(yíng)養(yǎng)物、能源與再生水的制造工廠，還是美國(guó)水環(huán)境聯(lián)盟正式摒棄污水處理廠之稱，轉(zhuǎn)而統(tǒng)稱為水資源廠，亦或是新加坡倡導(dǎo)的將Wastewater(污水)改稱為Usedwater(舊水)，無(wú)不印證著在世界范圍內(nèi)污水作為一種可再生資源已經(jīng)深入人心。伴隨著理念的變革，污水處理工藝在技術(shù)的緊湊性、可持續(xù)性、適應(yīng)性方面朝著更加深入的方向發(fā)展。

2未來(lái)污水處理工藝發(fā)展的方向

當(dāng)前城市污水處理的主流技術(shù)是生物處理技術(shù)，生物處理技術(shù)如何在未來(lái)發(fā)展實(shí)際上反映了今后相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)的污水處理工藝發(fā)展方向。本文僅對(duì)未來(lái)20年內(nèi)的污水處理技術(shù)發(fā)展做一些分析和判斷。

2.1好氧顆粒污泥技術(shù)

2.1.1歷史與現(xiàn)實(shí)中的現(xiàn)象

活性污泥工藝的出現(xiàn)與發(fā)展實(shí)際上是采用各種方法選擇微生物的過(guò)程。1914年，Ardern和Lockett將曝氣后沉淀下的污泥留了下來(lái)，將不易沉降的微生物“淘洗”出去，采用這種序批式的方式，他們觀察到了顆粒污泥的現(xiàn)象。

1972年，James Barnard在接觸穩(wěn)定的試驗(yàn)裝置中也注意到了顆粒污泥的現(xiàn)象，當(dāng)時(shí)他用初沉池的出水進(jìn)入到反應(yīng)器中，接觸時(shí)間15 min，排泥只從表面排泥，接觸區(qū)的污泥濃度22 000 mg/L，Barnard觀察到了明顯的污泥顆粒，“像粗砂一樣”，當(dāng)時(shí)的污泥負(fù)荷非常高。

2.1.2好氧顆粒污泥的形成與選擇

活性污泥工藝從誕生至今一直不斷經(jīng)歷著“選擇”的過(guò)程，早期的污泥回流使微生物選擇留在系統(tǒng)中，起到了最為關(guān)鍵的作用;此后，人們通過(guò)基本的長(zhǎng)泥齡方式而使硝化菌在系統(tǒng)中選擇地存在;而生物除磷工藝的出現(xiàn)，則是通過(guò)厭氧-好氧的交替環(huán)境選擇性地使聚磷菌(PAOs)在系統(tǒng)中存在，可以看出對(duì)微生物的選擇過(guò)程一直伴隨著污水處理工藝的發(fā)展，如圖2所示。當(dāng)然，在這一系列的基本選擇過(guò)程中，還有其他因素的影響，比如硝化過(guò)程中對(duì)DO的需求、生物除磷過(guò)程對(duì)VFA的需求等。

好氧顆粒污泥技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)展實(shí)際上仍然是對(duì)微生物選擇過(guò)程的更進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，在這一認(rèn)識(shí)過(guò)程伴隨著對(duì)生物膜、污泥膨脹的更加深入理解。好氧顆粒污泥既可以在只去除COD的好氧環(huán)境中出現(xiàn)，也可以在厭氧-好氧的交替環(huán)境中去除COD及氮、磷，在這種形式的顆粒污泥中，硝化菌及普通異養(yǎng)菌在顆粒污泥的最外層，靠近內(nèi)核部分的是反硝化菌、聚磷菌(PAOs)、聚糖菌(GAOs)。因此，好氧顆粒污泥去除營(yíng)養(yǎng)物的機(jī)理實(shí)際上與活性污泥工藝相同，只不過(guò)并不是在不同的池子來(lái)實(shí)現(xiàn)，而是在顆粒污泥的不同區(qū)域來(lái)實(shí)現(xiàn)。

目前一般認(rèn)為主要有以下幾個(gè)方面對(duì)顆粒污泥的形成具有重要的影響：

飽食-饑餓選擇，通常以外部基質(zhì)用于生長(zhǎng)的階段稱為飽食期，而以內(nèi)部基質(zhì)(PHB)生長(zhǎng)的階段稱為饑餓期。與利用乙酸或葡萄糖等易生物降解有機(jī)物相比，異養(yǎng)微生物利用PHB或糖原等慢速可生物降解物質(zhì)的生長(zhǎng)速率較慢，利用這一現(xiàn)象可以獲得穩(wěn)定的顆粒污泥。生物除磷的厭氧-好氧過(guò)程是實(shí)現(xiàn)上述過(guò)程的良好方式，在厭氧階段PAO或GAO將乙酸轉(zhuǎn)換為PHB或糖原。因此，rbCOD有利于微生物的快速生長(zhǎng)，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為慢速可生物降解的胞內(nèi)物質(zhì)。這樣在生物除磷工藝中就會(huì)相對(duì)更容易形成顆粒污泥。在饑餓階段，基質(zhì)通過(guò)顆粒內(nèi)層的反硝化被降解到最低，或是在顆粒外層的好氧區(qū)域?qū)崿F(xiàn)降解。

有機(jī)負(fù)荷(OLR)及基質(zhì)的組成對(duì)顆粒污泥的形成很重要，采用較高的負(fù)荷選擇可以使基質(zhì)進(jìn)入顆粒污泥的內(nèi)層，這樣就容易形成強(qiáng)健的內(nèi)核�；�質(zhì)組成的影響主要是體現(xiàn)在快速可生物降解COD(rbCOD)與慢速可生物降解COD(sbCOD)，在飽食期rbCOD和VFA的獲得對(duì)于胞內(nèi)存儲(chǔ)物質(zhì)的形成很關(guān)鍵，而sbCOD則會(huì)導(dǎo)致絲狀菌在好氧階段在競(jìng)爭(zhēng)中獲得優(yōu)勢(shì)。

人們?cè)趯?duì)生物膜的研究過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)強(qiáng)的剪切力可以促使形成薄而密實(shí)的生物膜，同時(shí)伴隨著剪切力相關(guān)的一個(gè)重要現(xiàn)象是胞外聚合物(EPS)的產(chǎn)生，EPS在促使細(xì)胞的“凝聚”、“粘合”方面發(fā)揮重要的功能，對(duì)于維持生物膜的整體結(jié)構(gòu)方面扮演著重要的角色，在很多的研究中都可以觀察到強(qiáng)剪切力會(huì)促使生物膜分泌更多的EPS從而維持生物膜的整體結(jié)構(gòu)平衡。與生物膜類似，水力剪切力對(duì)于好氧顆粒污泥的形成也有重要的影響，強(qiáng)的剪切力會(huì)促使顆粒污泥的形成，而弱剪切力則不會(huì)形成顆粒污泥，只能形成蓬松的絮體結(jié)構(gòu)。

同樣，EPS在對(duì)顆粒污泥的形成方面也扮演著類似的角色，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(lái)產(chǎn)生平衡的生物結(jié)構(gòu)，這也就意味著EPS對(duì)于形成穩(wěn)定的顆粒污泥非常重要。

此外，通過(guò)選擇性的排泥，將不易沉淀的污泥排出系統(tǒng)，沉降速度較快的顆粒留存于系統(tǒng)之內(nèi)，提高顆粒污泥在其中的比例，這也是促成顆粒污泥形成的原因之一;其他形成顆粒污泥的因素還包括SRT、有機(jī)負(fù)荷、二價(jià)陽(yáng)離子及三價(jià)陽(yáng)離子等。

2.1.3目前的應(yīng)用

目前，作為好氧顆粒污泥技術(shù)的典型代表，Nereda工藝在過(guò)去10年里得到快速的發(fā)展，截至2016年全球正在設(shè)計(jì)、建設(shè)及運(yùn)行的Nereda污水處理廠有32座，這些污水處理廠分布于歐洲、美洲、澳洲、非洲等地。與相同負(fù)荷的活性污泥工藝相比，Nereda好氧顆粒污泥技術(shù)可減少占地面積25%～75%，能耗降低20%～50%。

從好氧顆粒污泥的技術(shù)發(fā)展進(jìn)程來(lái)看，以Nereda為代表的好氧顆粒污泥技術(shù)實(shí)際上是一種利用內(nèi)在基質(zhì)選擇顆粒污泥的過(guò)程，內(nèi)在基質(zhì)選擇的一個(gè)關(guān)鍵因素是需要有足夠高的基質(zhì)濃度來(lái)形成顆粒，并促使形成較高含量的胞外聚合物(EPS)及胞內(nèi)儲(chǔ)存物，這種方式要求將沉淀較慢的絮體污泥排除系統(tǒng)，保留下沉淀較快的顆粒污泥，為了避免出水SS較高，可能需要有一個(gè)后置的過(guò)濾系統(tǒng)。Nereda這種SBR的技術(shù)形式在很大程度上限制了對(duì)現(xiàn)有污水處理廠的改造，因?yàn)榻^大部分污水處理廠并不是SBR工藝。因此，在推流式工藝上采用外置選擇器的方式在近年來(lái)得到了快速的發(fā)展，外置選擇器可以是篩網(wǎng)或旋流器，篩網(wǎng)是利用顆粒的粒徑來(lái)截留較大的顆粒污泥，旋流器是利用顆粒污泥密度較大的特點(diǎn)而在底流中獲得較高比例的顆粒污泥，如圖3所示。

2.1.4未來(lái)的發(fā)展

好氧顆粒污泥技術(shù)在未來(lái)可能會(huì)有以下幾個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。第一，提高工藝應(yīng)用的穩(wěn)定性，好氧顆粒污泥技術(shù)在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)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(guò)度增殖，前者會(huì)導(dǎo)致顆粒污泥破碎為細(xì)小顆粒，后者會(huì)導(dǎo)致顆粒污泥蓬松，容易流失。

第二，就如同活性污泥工藝從早期的SBR向連續(xù)流工藝發(fā)展一樣，當(dāng)前及今后一段時(shí)間內(nèi)好氧顆粒污泥的研發(fā)及應(yīng)用趨勢(shì)正朝著連續(xù)流工藝的方向發(fā)展，因?yàn)楝F(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)。

第三，好氧顆粒污泥技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展過(guò)程中，在機(jī)理與技術(shù)應(yīng)用方面仍然有多個(gè)方面需要深入研究，這些方面主要包括理解促成顆粒污泥形成的內(nèi)部基質(zhì)特性、如何確保外置選擇器能夠?qū)崿F(xiàn)良好的污泥沉降性能和生物除磷功能，以及如何將內(nèi)在基質(zhì)選擇和外部選擇的措施應(yīng)用于工程化規(guī)模的污水處理廠。

2.2碳轉(zhuǎn)向

在傳統(tǒng)污水處理工藝中，COD的主要流向是被好氧分解，除此之外還用于脫氮除磷、厭氧消化及污泥處置。目前，污水中的碳已被廣泛認(rèn)為是可貴的資源，可以被用于產(chǎn)生能量(厭氧消化)、開(kāi)發(fā)出以碳為基礎(chǔ)的商品。因此，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，碳轉(zhuǎn)向是污水處理實(shí)現(xiàn)能量自給的必由之路，已經(jīng)成為當(dāng)前及今后一段時(shí)間內(nèi)污水處理技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。圖4反映的是COD在新舊理念下的流向。

目前，碳轉(zhuǎn)向的技術(shù)主要有化學(xué)強(qiáng)化一級(jí)處理(CEPT)、高負(fù)荷活性污泥工藝、厭氧處理等。CEPT對(duì)顆粒性及膠體性COD可獲得40%～80%的去除率，但對(duì)溶解性COD無(wú)法去除。雖然污水的厭氧處理在熱帶地區(qū)有所應(yīng)用，但在溫帶地區(qū)的主流工藝中由于其速率較低，同時(shí)產(chǎn)生的甲烷會(huì)有相當(dāng)一部分溶解在出水中，因此尚難以得到廣泛的應(yīng)用。

2.2.1高負(fù)荷活性污泥工藝

高負(fù)荷活性污泥工藝(HRAS)最早由Buswell和Long在1923年開(kāi)創(chuàng)。HRAS可以設(shè)計(jì)成滿足二級(jí)處理(BOD5<30 mg/L、SS<30 mg/L)的目的，也可以設(shè)計(jì)AB工藝的A段用于碳吸附的目的。當(dāng)用于二級(jí)處理時(shí)，HRAS的SRT一般1～4 d(與溫度有關(guān))，HRT一般2～4 h;當(dāng)用于碳吸附時(shí)工藝參數(shù)有顯著的不同，通常SRT<1 d、HRT<30 min。HRAS工藝能夠用較低的能耗和占地面積將進(jìn)水中的顆粒性、膠體性、溶解性物質(zhì)富集濃縮于剩余污泥中，通過(guò)厭氧消化或焚燒由此實(shí)現(xiàn)污水處理的碳轉(zhuǎn)向。HRAS工藝實(shí)現(xiàn)碳轉(zhuǎn)向的關(guān)鍵所在是顆粒性COD與膠體性COD的最大化去除，同時(shí)又要最低程度的礦化和慢速可生物降解COD(sCOD)的水解。在HRAS工藝中，顆粒性COD與膠體性COD是通過(guò)生物絮凝吸附于絮體之上并通過(guò)后續(xù)的固液分離得到去除，顆粒性COD與膠體性COD的吸附與胞外聚合物(EPS)的產(chǎn)生有密切關(guān)系，而溶解性COD的去除是胞內(nèi)物質(zhì)貯存的結(jié)果。

雖然ASM模型的歷史已有30年之久，但主要是用于SRT>3 d的活性污泥工藝，對(duì)于HRAS工藝ASM模型難以得到理想的結(jié)果。由此，近年來(lái)有關(guān)HRAS工藝的模型得到了發(fā)展，其中之一便是雙基質(zhì)模型用于解釋HRAS工藝的特性，雙基質(zhì)模型的核心之處是將溶解性可生物降解有機(jī)物(SB)進(jìn)一步分為快速溶解性可生物降解有機(jī)物(SBf)和慢速溶解性可生物降解有機(jī)物(SBS)，雙基質(zhì)模型認(rèn)為SBf 與SBS同時(shí)被生物降解，微生物利用SBf的最大比生長(zhǎng)速率較SBS的要高，進(jìn)一步的試驗(yàn)也驗(yàn)證雙基質(zhì)模型較雙階段模型更為準(zhǔn)確，雙階段模型認(rèn)為微生物首先利用SBf，之后再利用SBS。

2.2.2HiCS工藝

在對(duì)HRAS工藝機(jī)理認(rèn)識(shí)不斷深入的同時(shí)，一些衍生工藝也得到了發(fā)展，并展現(xiàn)出更好的發(fā)展勢(shì)頭，其中之一便是高負(fù)荷接觸穩(wěn)定工藝(見(jiàn)圖5)。傳統(tǒng)接觸穩(wěn)定工藝是1922年Coombs在英國(guó)開(kāi)創(chuàng)，一般SRT>3 d，通常目的是為了減少反應(yīng)池的池容。HiCS工藝的SRT一般為0.2～3 d，是HRAS和接觸穩(wěn)定工藝的相互結(jié)合，生物吸附能力更強(qiáng)，所需的池容更小，污水的碳轉(zhuǎn)向效率更高。

HiCS工藝包括穩(wěn)定池和接觸池，進(jìn)水直接進(jìn)入接觸池，保持在厭氧或較低的DO環(huán)境，回流污泥進(jìn)入穩(wěn)定池進(jìn)行曝氣。接觸池去除進(jìn)水有機(jī)物的主要機(jī)理是微生物在飽食狀態(tài)下的吸附與胞內(nèi)貯存，而在穩(wěn)定池中微生物處于饑餓階段，大量吸附回流污泥中的顆粒態(tài)、膠體態(tài)物質(zhì)。在HiCS工藝中，接觸池與穩(wěn)定池之間會(huì)形成一定的基質(zhì)梯度，迫使微生物經(jīng)歷“飽食-饑餓”的環(huán)境，產(chǎn)生一種令微生物傾向于吸附與貯存基質(zhì)的選擇壓，起到類似活性污泥工藝中選擇器的作用。

在HiCS工藝中，當(dāng)接觸池的泥齡為0.3 d，好氧的條件下會(huì)產(chǎn)生較為明顯的EPS，EPS的產(chǎn)生會(huì)提高生物絮凝性能，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)能量的最大化回收以及保持良好的污泥沉降性能非常關(guān)鍵。在某種程度上這與好氧顆粒污泥形成的條件之一“飽食-饑餓”有著類似之處。

HiCS工藝的發(fā)展為實(shí)現(xiàn)污水處理的能量自給開(kāi)辟了一條值得借鑒的方法，污水中蘊(yùn)含著客觀的能量，有的研究結(jié)果顯示污水中所蘊(yùn)含的化學(xué)能是處理所需能耗的1.2～6倍，但目前絕大多數(shù)處理工藝是分解COD，而非回收COD。研究結(jié)果顯示，HiCS工藝較傳統(tǒng)活性污泥工藝能量回收高1倍。通常，傳統(tǒng)活性污泥工藝的能耗是27 kWh˙PE(PE為人口當(dāng)量)，HiCS的能量回收可以達(dá)到28 kWh˙PE，非常有利于實(shí)現(xiàn)污水處理的能源自給。HiCS工藝在未來(lái)進(jìn)一步發(fā)展的方向仍然是需要更深入了解吸附、貯存、生長(zhǎng)及氧化的機(jī)理，并在工程尺度的規(guī)模上優(yōu)化設(shè)計(jì)與運(yùn)行。

2.3主流短程脫氮技術(shù)

主流短程脫氮技術(shù)包括短程硝化反硝化(Nitrite shunt)、厭氧氨氧化、厭氧甲烷氧化(DAMO)。目前，厭氧甲烷氧化仍處于基礎(chǔ)研究階段，可能在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間還難以走向?qū)嶋H工程應(yīng)用，短程反硝化和厭氧氨氧化的蓬勃的發(fā)展勢(shì)頭令人關(guān)注。

2.3.1現(xiàn)狀

從工程角度而言，推動(dòng)短程硝化反硝化及主流厭氧氨氧化發(fā)展的動(dòng)力主要來(lái)自于減少或摒棄外加碳源的需求、降低曝氣能耗以及追求更小的反應(yīng)池容。

不同的水質(zhì)特征會(huì)影響到主流短程脫氮技術(shù)的選擇，如果進(jìn)水碳氮比較高(C/N=6～10)時(shí)適合傳統(tǒng)硝化反硝化，當(dāng)碳氮比處于中等水平(C/N=3)適宜短程硝化反硝化，當(dāng)碳氮比較低時(shí)(C/N<1)時(shí)適合主流厭氧氨氧化。由于主流厭氧氨氧化的前景巨大，同時(shí)短程硝化是厭氧氨氧化的一個(gè)必要前提，因此主流厭氧氨氧化成為脫氮技術(shù)發(fā)展的焦點(diǎn)。

目前，國(guó)際上主流厭氧氨氧化的技術(shù)發(fā)展路線大致有四類：顆粒污泥、絮體+顆粒污泥、生物膜/IFAS以及懸浮+生物膜的形式形式，如圖6所示。

上述四種技術(shù)路線各有特點(diǎn)，在保持Anammox菌方面，顆粒污泥、生物膜/IFAS及懸浮+生物膜的方式比較類似，Anammox菌生長(zhǎng)在顆粒內(nèi)或附著于填料上;絮體+顆粒污泥的技術(shù)路線是利用旋流器或篩網(wǎng)分離Anammox菌;在抑制NOB方面，主要的控制方式有出水殘留氨氮濃度、SRT控制、DO控制、瞬時(shí)缺氧等。不同的技術(shù)路線所采用的NOB抑制措施也不完全相同，顆粒污泥路線的方式是控制曝氣的體積、出水殘留氨氮、HRT控制絮體的泥齡;生物膜/IFAS技術(shù)路線的方式保持較低的DO、生物膜厚度的控制以及出水殘留的氨氮濃度;絮體+顆粒污泥與懸浮+生物膜的技術(shù)路線是保持較高的DO、出水殘留氨氮濃度、瞬時(shí)缺氧、主動(dòng)SRT等。

從實(shí)踐層面來(lái)看，各種不同技術(shù)流派已經(jīng)或正在中試及工程尺度規(guī)模推進(jìn)主流厭氧氨氧化的實(shí)踐。目前，主流DEMON工藝在德國(guó)、奧地利、荷蘭、美國(guó)、丹麥的污水處理廠正在探索，主流Anita-Mox在巴黎的中試試驗(yàn)結(jié)果表明，在最低水溫為15 ℃時(shí)，出水TN可以穩(wěn)定低于15 mg/L。新加坡樟宜再生水廠的研究結(jié)果也表明，Anammox菌對(duì)該廠的主流脫氮貢獻(xiàn)達(dá)到了31%。這些不同層面的實(shí)踐正一步步推動(dòng)主流厭氧氨氧化技術(shù)向前發(fā)展。

2.3.2目前的挑戰(zhàn)與現(xiàn)實(shí)意義

雖然世界各地的污水處理實(shí)踐不斷地推動(dòng)和深化主流厭氧氨氧化的認(rèn)識(shí)，但目前的挑戰(zhàn)依然巨大，這些挑戰(zhàn)從宏觀層面看主要是水溫較低與基質(zhì)濃度較低造成的不利影響，從微觀層面來(lái)看實(shí)際上是如何控制不同微生物的高度共生。

在主流厭氧氨氧化工藝中，主要有Anammox菌、AOB、NOB、普通異養(yǎng)菌(OHO)，這些微生物共存于一個(gè)系統(tǒng)中，對(duì)不同的基質(zhì)形成了非常復(fù)雜的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，主要有AOB與NOB對(duì)氧的競(jìng)爭(zhēng)(DO的控制水平、曝氣的時(shí)間)、NOB與Anammox菌對(duì)亞硝酸鹽氮的競(jìng)爭(zhēng)(不同的亞硝酸鹽氮半飽和濃度及不同的溫度敏感性)以及異養(yǎng)菌與NOB對(duì)亞硝酸鹽氮的競(jìng)爭(zhēng)，如圖7所示，如何控制這些微生物處于合理的水平無(wú)論是對(duì)于微生物的認(rèn)知還是控制手段的優(yōu)化都是巨大的挑戰(zhàn)。

在這些復(fù)雜的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系中，如何抑制NOB成為這一技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵所在，從目前的認(rèn)識(shí)來(lái)看，NOB遠(yuǎn)比我們之前的認(rèn)識(shí)復(fù)雜，抑制的難度也較大。在側(cè)流工藝中，NOB主要是Nitrobacter，對(duì)NO-2-N有較低的親和力。而在主流工藝中，NOB主要是Nitrospira，對(duì)NO-2-N有較高的親和力，如表1所示。

Anammox菌對(duì)NO2-N的半飽和常數(shù)約0.6 mg NO-2-N，這樣在與Nitrospira對(duì)NO-2-N的競(jìng)爭(zhēng)中就會(huì)處于劣勢(shì)，最終無(wú)法實(shí)現(xiàn)短程脫氮。因此，雖然目前的各種手段有助于抑制NOB，但在工程規(guī)模的負(fù)荷變化中，仍然難以有效地解決這一問(wèn)題。

盡管主流厭氧氨氧化沒(méi)有完全成熟，但由于這一技術(shù)的巨大吸引力促使世界各地的污水處理廠不斷探索實(shí)踐，同時(shí)主流厭氧氨氧化的一些技術(shù)措施對(duì)傳統(tǒng)工藝也是有利，比如側(cè)流向主流工藝的生物強(qiáng)化會(huì)提高主流工藝的污泥沉降性能、間歇曝氣有助于降低傳統(tǒng)工藝的出水TN等。

原標(biāo)題:給水排水 |未來(lái)污水處理工藝發(fā)展的若干方向、規(guī)律及應(yīng)用（上）

北極星環(huán)保網(wǎng)訊:在昨天發(fā)布的《未來(lái)污水處理工藝發(fā)展的若干方向、規(guī)律及應(yīng)用(上)》中為我們回顧了污水處理工藝發(fā)展的歷史、探討了未來(lái)污水處理工藝發(fā)展的方向，本文我們將繼續(xù)了解工藝發(fā)展的規(guī)律、未來(lái)污水處理技術(shù)的應(yīng)用等問(wèn)題。

2.3.3未來(lái)的發(fā)展

或許歷史中的某些現(xiàn)象可以給未來(lái)的發(fā)展提供一些啟迪。早在1906年就有報(bào)道污水在過(guò)濾時(shí)出現(xiàn)氮損失的現(xiàn)象，特別是在處理稀釋的尿液時(shí)尤為明顯，濾后出水的氮濃度不到原進(jìn)水的一半，Chick認(rèn)為這是某種微生物起到了作用。其他的研究者在上世紀(jì)30的年代也報(bào)道，當(dāng)亞硝酸鹽與氨氮同時(shí)存在時(shí)會(huì)發(fā)生“自動(dòng)氧化”的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象雖然難以確切地表明一定是Anammox菌在起作用，但至少表明自然界的氮循環(huán)現(xiàn)象比我們想象的要遠(yuǎn)為復(fù)雜。

因此，主流厭氧氨氧化的未知領(lǐng)域探索仍需深入，一方面是NOB的抑制，尤其是間歇曝氣對(duì)NOB的抑制非常關(guān)鍵，這方面的深入研究非常關(guān)鍵;另外一方面是Anammox菌的生長(zhǎng)，雖然側(cè)流向主流的生物強(qiáng)化在多個(gè)污水處理廠進(jìn)行了實(shí)踐，但其確切的機(jī)理及意義還需要進(jìn)一步研究。未來(lái)的突破很可能是來(lái)自微生物學(xué)的研究進(jìn)展，尤其是需要尋找到一種對(duì)亞硝酸鹽氮有較強(qiáng)親和力的Anammox菌，這種Anammox菌的特性也許和側(cè)流工藝中的有很大的不同。

2.4生物膜技術(shù)

無(wú)論從人類的傷口感染、中耳炎，還是食品的變質(zhì)、輸水管道內(nèi)壁的微生物的附著，生物膜存在于人類生活的方方面面，其在污水處理方面的應(yīng)用歷史甚至比活性污泥法還長(zhǎng)，最為典型的便是早期滴濾池在歐美各地的應(yīng)用。

雖然生物膜工藝在活性污泥法出現(xiàn)之后應(yīng)用數(shù)量有所下降，但從來(lái)沒(méi)有退出歷史的舞臺(tái)。隨著對(duì)生物膜機(jī)理認(rèn)識(shí)的愈加深入，尤其是在生物膜形成機(jī)理及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面的認(rèn)識(shí)促使一些新型生物膜技術(shù)得到了發(fā)展，這一具有悠久歷史的技術(shù)正重新煥發(fā)出新的光芒。

2.4.1MBBR/IFAS

作為生物膜技術(shù)的典型代表，MBBR/IFAS工藝在全球有超過(guò)1 200座污水處理廠[45]的應(yīng)用，在未來(lái)這種技術(shù)將得到更為廣泛的應(yīng)用，其應(yīng)用的場(chǎng)合不僅限于有機(jī)物去除及硝化的目的，還可用于反硝化以及厭氧氨氧化。

MBBR/IFAS工藝在未來(lái)的發(fā)展將在理解生物膜機(jī)理方面不斷深入，尤其是在生物膜模型方面，目前廣為接受的模型是一維模型，但實(shí)際上簡(jiǎn)單的一維模型可能很難真實(shí)反映客觀世界，特別是有關(guān)生物膜水動(dòng)力學(xué)方面的特征。生物膜模型的應(yīng)用已經(jīng)成為設(shè)計(jì)人員研究與應(yīng)用的一個(gè)重要工具。

另外，在某種程度上，MBBR工藝與好氧顆粒污泥有著類似之處，EPS對(duì)生物膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性方面扮演著重要的角色，這與其對(duì)好氧顆粒污泥的作用相似。實(shí)際上，在微生物研究者的角度來(lái)看，好氧顆粒污泥也是一種生物膜技術(shù)。而在工程應(yīng)用者的角度來(lái)看，兩者是不同的技術(shù)。

2.4.2MABR

在傳統(tǒng)活性污泥工藝中，40%~60%的能耗用于曝氣，但是鼓風(fēng)曝氣只能將5%~25%的氧轉(zhuǎn)移到水中，剩余的會(huì)以氣泡的形式逸出進(jìn)入大氣。相反，如果能將100%的氧轉(zhuǎn)移到水中，鼓風(fēng)曝氣的能耗將降低75%～95%。因此，圍繞如何有效地利用氧降低能耗始終是污水處理技術(shù)研究的一個(gè)重要內(nèi)容。

近些年來(lái)，在曝氣利用效率方面一項(xiàng)頗具發(fā)展?jié)摿Φ纳�物膜技術(shù)是MABR(Membrane Aerated Biofilm Reactor，即膜曝氣生物膜反應(yīng)器)引起業(yè)內(nèi)的廣為關(guān)注，并被眾多研究者廣為看好。MABR的主要原理是采用空氣在膜絲中進(jìn)入，生物膜附著于膜材料表面上(如圖9所示)，曝氣的氧利用效率得到了極大的提高。傳統(tǒng)微孔曝氣技術(shù)的氧轉(zhuǎn)移率通常為1～2 kg O2/k˙Wh，而MABR可以達(dá)到6 kg O2/kW˙h以上，節(jié)能效果非常顯著。

MABR工藝的另外一個(gè)特點(diǎn)是基質(zhì)擴(kuò)散的相反梯度，如圖10所示。在傳統(tǒng)的生物膜工藝中，BOD、NH3-N、DO的濃度隨著由液相向生物膜的擴(kuò)散過(guò)程中而濃度逐漸降低，這種情對(duì)于硝化是不利的，需要有足夠的DO能夠穿透進(jìn)入生物膜內(nèi)部，而這樣對(duì)生物膜外層的異養(yǎng)菌反硝化又是不利的。

在MABR工藝中，BOD與DO在生物膜內(nèi)的變化情況正好相反，BOD從液相擴(kuò)散進(jìn)入到生物膜后逐漸降低，而DO從靠近膜的方向向著液相的方向逐漸降低，這樣對(duì)于硝化和反硝化都有利，這樣MABR工藝在脫氮方面有著獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

延伸閱讀：

未來(lái)污水處理工藝發(fā)展的若干方向、規(guī)律及應(yīng)用(上)

在具體應(yīng)用上，MABR工藝可以單獨(dú)使用，或是與傳統(tǒng)活性污泥工藝相結(jié)合，在曝氣池的前部設(shè)置厭氧區(qū)用于生物除磷，在中部位置放置MABR單元，其余部分仍然采用微孔曝氣的活性污泥工藝(如圖11所示)，這樣懸浮污泥可以利用進(jìn)水中的碳源實(shí)現(xiàn)反硝化，而附著于MABR膜上的生物膜完成硝化過(guò)程，從而有效地避免了有機(jī)物與硝化對(duì)DO的競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題，這樣的工藝設(shè)置不僅節(jié)能還能大幅度降低池容。

美國(guó)芝加哥的O′Brien再生水廠進(jìn)行了相關(guān)MABR技術(shù)的中試，試驗(yàn)的規(guī)模是1 900 m3/d，節(jié)能效果達(dá)到了30%。MABR工藝在未來(lái)的發(fā)展需要解決生物膜生長(zhǎng)與基質(zhì)及DO擴(kuò)散方面的問(wèn)題，同時(shí)在應(yīng)用規(guī)模上不斷擴(kuò)大。

2.5ICA與模型的應(yīng)用

ICA(儀表、控制與自動(dòng)化)是未來(lái)現(xiàn)代化污水處理廠的重要特征，未來(lái)的污水處理工藝發(fā)展將越來(lái)越重視ICA與工藝的結(jié)合。從70年代DO傳感器在污水處理領(lǐng)域的引入算起已經(jīng)經(jīng)歷了40年多年的發(fā)展，ICA在污水處理領(lǐng)域中的應(yīng)用獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展，基于各種控制原理的應(yīng)用已經(jīng)在世界各地的污水處理廠得到了應(yīng)用。

未來(lái)ICA的發(fā)展將集中在以下幾個(gè)方面，首先仍然是深入理解工藝的動(dòng)態(tài)特性，工藝的干擾因素，如何確定合理的控制變量，這些對(duì)儀表的需求無(wú)疑非常重要;其次是開(kāi)發(fā)滿足工藝監(jiān)測(cè)與控制的合理傳感器、儀表(包括變送器和執(zhí)行器);在數(shù)據(jù)收集處理方面，需要篩選、過(guò)濾、降噪以獲得充足、并經(jīng)分析過(guò)的數(shù)據(jù)，同時(shí)將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成為有意義的信息。另外一個(gè)值得關(guān)注的問(wèn)題是隨著物聯(lián)網(wǎng)和控制系統(tǒng)的集成，網(wǎng)絡(luò)安全將是一個(gè)重要的關(guān)注內(nèi)容。在PLC技術(shù)和中央控制系統(tǒng)技術(shù)(SCADA)技術(shù)連接到互聯(lián)網(wǎng)實(shí)施遠(yuǎn)程控制的情況下，對(duì)于運(yùn)行的控制安全尤為重要，特別是對(duì)處理廠的設(shè)備設(shè)施的物理?yè)p壞方面更顯得尤為迫切。同時(shí)，一些復(fù)雜性技術(shù)的應(yīng)用需要高度關(guān)注，WiFi、藍(lán)牙、4G/5G的信息傳遞使污水處理工藝的運(yùn)行在安全性方面特別令人關(guān)注。

從1987年國(guó)際水協(xié)推出的ASM模型算起，活性污泥數(shù)學(xué)模型已經(jīng)經(jīng)歷了30年的發(fā)展，基本模型已經(jīng)成熟，模型的開(kāi)發(fā)已經(jīng)接近尾聲，但模型的應(yīng)用依然任重道遠(yuǎn)。生物動(dòng)力學(xué)模型已經(jīng)不再是應(yīng)用的瓶頸，但數(shù)據(jù)的質(zhì)量、數(shù)據(jù)的可獲得性是最大的問(wèn)題，將海量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為供模型有價(jià)值的信息將成為實(shí)際模擬工作的一大挑戰(zhàn)。另外一個(gè)問(wèn)題是不同模型之間的整合，例如將污水管道-污水處理廠-河流整合起來(lái)的模型。同時(shí)，動(dòng)態(tài)模型的應(yīng)用與SCADA系統(tǒng)的整合對(duì)于運(yùn)行管理者將會(huì)提供更有價(jià)值的信息。

3工藝發(fā)展的規(guī)律

3.1創(chuàng)新需要長(zhǎng)時(shí)間的積累

污水處理工藝的創(chuàng)新從來(lái)不是一夜之間的事情，某項(xiàng)技術(shù)的出現(xiàn)有著復(fù)雜的歷史背景。以活性污泥工藝為例，雖然這項(xiàng)技術(shù)出現(xiàn)在1914年，但促成這項(xiàng)技術(shù)出現(xiàn)的因素可以追溯至30年前。1882年，史密斯開(kāi)始對(duì)污水曝氣研究，之后又有Dibdin, Kaye-Parry, Drown, Mason等眾多的研究者繼續(xù)沿著這個(gè)方向繼續(xù)研究，對(duì)污水曝氣的研究的直接結(jié)論就是曝氣可以防止污水腐敗。在這之后的多年里，污水曝氣的研究并沒(méi)有獲得處理效率的明顯改善，但在1910年的時(shí)候人們逐漸意識(shí)到污水曝氣形成的懸浮物對(duì)于處理效果很重要，所有這些都為1914年的工藝突破奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

同樣，在當(dāng)今被廣為看好的好氧顆粒污泥技術(shù)在也經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的早期發(fā)展，從早期日本學(xué)者1991年最初提出的概念到2011年第一座基于好氧顆粒污泥設(shè)計(jì)的城市污水處理廠在荷蘭Epe開(kāi)始運(yùn)行經(jīng)歷了20年。

實(shí)際上，甚至一個(gè)概念的形成也需要經(jīng)歷幾十年才被最終接受。比如泥齡的概念，Garrett可能是最早意識(shí)到微生物的生長(zhǎng)與排泥有密切的關(guān)系，他在1958年的時(shí)候?qū)ο趸�現(xiàn)象這樣記錄：“出水的月均亞硝酸鹽氮+硝酸鹽氮只有0.2~0.7 mg/L，顯然氧化的氮很少，這可能是曝氣池里排泥的速度超過(guò)了硝化菌自身最大的生長(zhǎng)速度”，之后英國(guó)水污染研究中心的Downing在1964年建立起了基于動(dòng)力學(xué)概念的硝化設(shè)計(jì)理論，到了1970年，基于泥齡的硝化設(shè)計(jì)和模擬理念最終被人們所徹底接受。

因此，創(chuàng)新技術(shù)的出現(xiàn)是自然而然、水到渠成的過(guò)程，并非一夜之間顛覆性的出現(xiàn)。

3.2關(guān)鍵的突破

工藝的發(fā)展在經(jīng)歷了充分的積累之后，可能會(huì)獲得關(guān)鍵性的突破。在早期污水經(jīng)歷了31年的曝氣研究之后，Ardern和Lockett在1914年將曝氣之后形成的污泥留存下來(lái)成為關(guān)鍵性的突破，這一突破在當(dāng)時(shí)甚至被認(rèn)為是離經(jīng)叛道的，因?yàn)樵诋?dāng)時(shí)人們認(rèn)為污水凈化不應(yīng)該形成污泥。

傳統(tǒng)生物脫氮工藝的關(guān)鍵突破也是經(jīng)歷了較長(zhǎng)的發(fā)展階段才走向成熟，早期生物脫氮的概念在上世紀(jì)60年代逐漸出現(xiàn)，最初是Wuhrmann提出的后置脫氮方式，之后Ludzak & Ettinger提出了前置脫氮方式，但最為關(guān)鍵的是在70年代James Barnard在前置脫氮方式的基礎(chǔ)上引入了內(nèi)回流的措施，這成為日后污水生物脫氮的標(biāo)準(zhǔn)做法。

3.3走向成熟的發(fā)展規(guī)律

污水處理技術(shù)從創(chuàng)新走向成熟有著內(nèi)在的規(guī)律，這種規(guī)律基本是從早期的現(xiàn)象探索，到試驗(yàn)室的研究，基本理論的提出，進(jìn)一步放大的試驗(yàn)，理論的進(jìn)一步完善，示范性項(xiàng)目的出現(xiàn)，到最后一定數(shù)量的工程應(yīng)用。如同其他技術(shù)發(fā)展的規(guī)律一樣，污水處理技術(shù)走向成熟可以用S-曲線來(lái)反映，S-曲線描述了技術(shù)系統(tǒng)的生命發(fā)展周期，主要包括萌芽期、成長(zhǎng)期、成熟期和衰退期。S-曲線的橫軸表示時(shí)間，豎軸表示技術(shù)應(yīng)用參數(shù)。

處于萌芽期的技術(shù)盡管有新的技術(shù)功能，但這一階段的技術(shù)明顯地處于初級(jí)，存在著效率低、可靠性差或一些尚未解決的問(wèn)題。由于人們對(duì)它的未來(lái)比較難以把握，而且風(fēng)險(xiǎn)較大，因此只有少數(shù)眼光獨(dú)到者才會(huì)進(jìn)行投資，處于此階段的技術(shù)所能獲得人力、物力上的投入是非常有限的，例如微生物燃料電池技術(shù)。處于萌芽期的技術(shù)性能的完善非常緩慢，這一階段產(chǎn)生的專利級(jí)別很高，但專利數(shù)量較少，此階段的經(jīng)濟(jì)收益為負(fù)。而且，有些技術(shù)難以走過(guò)萌芽期就會(huì)消失。

進(jìn)入發(fā)展期后，原來(lái)存在的各種問(wèn)題逐步得到解決，效率和產(chǎn)品可靠性得到較大程度的提升，其價(jià)值開(kāi)始獲得社會(huì)的廣泛認(rèn)可，發(fā)展?jié)摿σ查_(kāi)始顯現(xiàn)，從而吸引了大量的人力、財(cái)力，大量資金的投入會(huì)推動(dòng)技術(shù)系統(tǒng)獲得高速發(fā)展，特別是當(dāng)污水處理技術(shù)進(jìn)入生產(chǎn)性規(guī)模的時(shí)候，其往往也進(jìn)入成長(zhǎng)期。

在獲得大量資源的情況下，技術(shù)進(jìn)從成長(zhǎng)期快速進(jìn)入成熟期，這時(shí)技術(shù)系統(tǒng)趨于完善，所進(jìn)行的大部分工作只是系統(tǒng)的局部改進(jìn)和完善，現(xiàn)在的DEMON、ANAMMOX技術(shù)正在從成長(zhǎng)期進(jìn)入成熟期階段。

處于成熟期的技術(shù)其性能水平達(dá)到最佳，這時(shí)仍然會(huì)產(chǎn)生大量的專利，但專利級(jí)別會(huì)更低，同時(shí)一些垃圾專利也會(huì)大量產(chǎn)生。處于此階段的產(chǎn)品已進(jìn)入大批量生產(chǎn)，并獲得巨額的收益。常規(guī)的傳統(tǒng)活性污泥法、氧化溝、SBR技術(shù)等基本處于這一階段。在進(jìn)入成熟期后，技術(shù)將逐漸進(jìn)入衰退期，此時(shí)技術(shù)已經(jīng)達(dá)到極限，工藝的發(fā)展不會(huì)再有新的突破。

污水處理技術(shù)系統(tǒng)在其生命周期之中，總是沿著提高其理想度向最理想系統(tǒng)的方向進(jìn)化，提高理想度法則代表著所有技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化法則的最終方向。理想化是推動(dòng)技術(shù)進(jìn)化的主要?jiǎng)恿�。在�?dāng)前的污水處理技術(shù)中，主流厭氧氨氧化還處于萌芽期向成長(zhǎng)期的發(fā)展階段，在世界上的一些地方中試正在進(jìn)行，有極個(gè)別的生產(chǎn)性規(guī)模的污水處理廠也正在探索。作為好氧顆粒污泥技術(shù)的代表，Nereda工藝實(shí)際上已經(jīng)進(jìn)入了成長(zhǎng)期的階段，當(dāng)然其作為好氧顆粒污泥工藝的反映，還可能處于第一代的水平，未來(lái)的發(fā)展還會(huì)出現(xiàn)性能更佳的好氧顆粒污泥技術(shù)。圖12是一些污水處理工藝在S-曲線上的位置反映。

延伸閱讀：

未來(lái)污水處理工藝發(fā)展的若干方向、規(guī)律及應(yīng)用(上)

4未來(lái)污水處理技術(shù)的應(yīng)用

污水處理技術(shù)的發(fā)展必然是多元化的，其應(yīng)用也必然是各種技術(shù)共存。前瞻性污水處理技術(shù)的應(yīng)用需要格外重視適應(yīng)性的原則，工藝的適應(yīng)性簡(jiǎn)言之就是具有足夠的靈活性能夠在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)適應(yīng)污水處理各種可能的方向發(fā)展。

未來(lái)污水處理廠的適應(yīng)性首先需要體現(xiàn)在對(duì)水力性能方面，污水處理廠需要能夠適應(yīng)最低流量、峰值流量的波動(dòng)，一方面由于節(jié)水意識(shí)和措施的深入，未來(lái)污水處理廠的最低流量可能會(huì)比歷史上的任何時(shí)期都低，另一方面由于氣化變化導(dǎo)致的極端天氣，雨季的峰值流量又會(huì)比以往更高，如何適應(yīng)未來(lái)水量的這種變化是未來(lái)污水處理廠不容忽視的一個(gè)問(wèn)題。

其次，工藝的適應(yīng)性還體現(xiàn)在如何利用現(xiàn)有設(shè)施來(lái)應(yīng)用新的技術(shù)。例如主流厭氧氨氧化的應(yīng)用需要有碳分離過(guò)程，做到傳統(tǒng)工藝與發(fā)展中的工藝(主流厭氧氨氧化)在應(yīng)用上的有效銜接，無(wú)疑對(duì)于如何走向未來(lái)至關(guān)重要。

適應(yīng)性還需要考慮在污水處理廠生命周期內(nèi)不同單元的更新迭代，由此產(chǎn)生的技術(shù)更替。Glen Daigger對(duì)污水處理廠各個(gè)部分的壽命做了清晰的劃分，如表2所以。

因此，對(duì)于某一種特定的技術(shù)，其對(duì)污水處理廠各個(gè)不同單元的配置要求以及不同單元的使用壽命也是衡量其能否適應(yīng)未來(lái)的變化的重要因素。

由于現(xiàn)在各地已經(jīng)建設(shè)了大量的污水處理廠，可以預(yù)計(jì)這些設(shè)施將在未來(lái)的幾十年中持續(xù)存在，如何利用現(xiàn)有的這些設(shè)施來(lái)嵌入新工藝的發(fā)展無(wú)疑是非常關(guān)鍵和重要的，這對(duì)新技術(shù)而言既是挑戰(zhàn)，更是機(jī)遇。因此，未來(lái)的一個(gè)應(yīng)用挑戰(zhàn)將是新工藝對(duì)現(xiàn)有設(shè)施的適應(yīng)性，如何實(shí)現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)物去除、設(shè)備配置以及運(yùn)行操作的完美統(tǒng)一。

5結(jié)論

現(xiàn)代污水處理技術(shù)在經(jīng)歷了100年的發(fā)展之后迎來(lái)了新的挑戰(zhàn)與機(jī)遇。對(duì)于微生物世界認(rèn)識(shí)的愈加深入使得污水處理工藝朝著更加節(jié)能、更加緊湊的方向發(fā)展。

好氧顆粒污泥將朝著更加適用性及連續(xù)流的方向發(fā)展，在實(shí)際應(yīng)用中將會(huì)更加注重絮體與顆粒污泥之間的平衡，集成絮體-顆粒污泥(IFGS)可能會(huì)是具體的技術(shù)應(yīng)用形式;碳轉(zhuǎn)向是今后污水處理發(fā)展的一個(gè)重要方向;主流短程脫氮技術(shù)的發(fā)展愈加深入，其衍生出的泥齡分離概念(SRT decoupling)、間歇曝氣、生物強(qiáng)化(Bioaugumentation)不斷豐富污水處理的理念，未來(lái)的突破可能在微生物方面的認(rèn)識(shí)進(jìn)展;生物膜技術(shù)的認(rèn)識(shí)和應(yīng)用將會(huì)更加深入，MABR技術(shù)獨(dú)特的特點(diǎn)使得供氧朝著更為理想化的方向發(fā)展。在上述工藝發(fā)展過(guò)程中，ICA的應(yīng)用將更加普及，基于數(shù)據(jù)調(diào)諧的模型應(yīng)用將顯現(xiàn)出更加強(qiáng)大的力量。