百年活性污泥或迎來(lái)變革 未來(lái)百年將何去何從
1914年4月3日，英國(guó)兩個(gè)年輕衛(wèi)生工程師愛(ài)德華·阿登和威廉·洛克特發(fā)表了《無(wú)需濾池的污水氧化試驗(yàn)》一文，首次提出“活性污泥”的概念，標(biāo)志著活性污泥法正式誕生�；钚晕勰喾ㄕQ生后，世界各地迅速開(kāi)始研究，并著手實(shí)際建設(shè)污水處理廠。1923年，中國(guó)第一座活性污泥法污水處理廠在上海北區(qū)建成，日處理能力為3500立方米。此后幾年，上海東區(qū)和西區(qū)污水處理廠也相繼建成，日處理量分別為1.7萬(wàn)立方米和1.5萬(wàn)立方米。
百年后的今天，世界各地至少有50000座活性污泥法污水處理廠在運(yùn)行，每天處理著至少5億立方米的污水�？梢院敛豢鋸埖卣f(shuō)，沒(méi)有活性污泥法的世界將難以想象。
什么叫活性污泥？
從微生物角度來(lái)看，生化池中的污泥是由各種各樣有生物活性的微生物組成的一個(gè)生物群體。如果把污泥的泥粒放在顯微鏡下觀察，可以看到里面有多種微生物---細(xì)菌、霉菌、原生動(dòng)物和后生動(dòng)物（如輪蟲(chóng)、昆蟲(chóng)的幼蟲(chóng)和蠕蟲(chóng)等），它們構(gòu)成一條食物鏈，細(xì)菌和霉菌能分解復(fù)雜的有機(jī)化合物，獲得自身活動(dòng)必需的能量并構(gòu)造自身。原生動(dòng)物以細(xì)菌和霉菌為食，又被后生動(dòng)物所消耗，后生動(dòng)物也可以直接依靠細(xì)菌生活。這種充滿微生物、具有降解有機(jī)物能力的絮狀泥粒就叫做活性污泥。
活性污泥除了由微生物組成之外，還含有一些無(wú)機(jī)物質(zhì)和吸附在活性污泥上不能再被生物降解的有機(jī)物（即微生物的代謝殘余物）�；钚晕勰嗟暮室话阍�98-99%。
活性污泥象礬花一樣，具有很大的表面積，因此具有很強(qiáng)的吸附力和氧化分解有機(jī)物的能力。
活性污泥法凈化污水三個(gè)主要過(guò)程
（1）吸附在很多活性污泥系統(tǒng)里，當(dāng)污水與污泥接觸后很短時(shí)間（10～40min）內(nèi)就出現(xiàn)了很高的有機(jī)物（BOD）去除率。這個(gè)初期高速去除現(xiàn)象是吸附作用引起的。由于污泥表面積很大（介于2000～10000m2／m。混合液），且表面具有多糖類黏質(zhì)層，因此可以認(rèn)為污水中懸浮的和膠體的物質(zhì)是被絮凝和吸附去除的。呈膠狀的大分子有機(jī)物被吸附后，首先被水解菌作用，分解為小分子物質(zhì)，然后這些小分子與溶解有機(jī)物一道在透膜ø的作用或在濃差推動(dòng)下選擇性滲入細(xì)胞體內(nèi)。
通過(guò)吸附作用，有機(jī)物只是從水中轉(zhuǎn)移到污泥上，其性質(zhì)并δ立即發(fā)生變化�；钚晕勰嗟奈侥芰㈦S著吸附量的增加而減弱。如果回流污泥δ經(jīng)充分曝氣，儲(chǔ)存在微生物體內(nèi)的有機(jī)物δ充分氧化分解，活性污泥尚δ達(dá)到內(nèi)源呼吸階段，這時(shí)污泥的吸附能力較差。
在吸附階段，同時(shí)也進(jìn)行有機(jī)物的氧化和細(xì)胞合成，但吸附作用是主要的。
（2）微生物代謝作用活性污泥微生物以污水中各種有機(jī)物作為營(yíng)養(yǎng)，在有氧的條件下，將其中一部分有機(jī)物合成新的細(xì)胞物質(zhì)（原生質(zhì)）；對(duì)另一部分有機(jī)物則進(jìn)行分解代謝，即氧化分解以獲得合成新細(xì)胞所需要的能量，并最終形成C02和H2O等穩(wěn)定物質(zhì)。在新細(xì)胞合成與微生物增長(zhǎng)過(guò)程中，除氧化一部分有機(jī)物以獲得能量外，還有一部分微生物細(xì)胞物質(zhì)也在進(jìn)行氧化分解，并供應(yīng)能量。
活性污泥微生物從污水中去除有機(jī)物的代謝過(guò)程，主要是由微生物細(xì)胞物質(zhì)的合成（活性污泥增長(zhǎng)）、有機(jī)物（包括一部分細(xì)胞物質(zhì)）的氧化分解和氧的消耗組成。當(dāng)氧供應(yīng)充足時(shí)，活性污泥的增長(zhǎng)與有機(jī)物的去除是并行的，污泥增長(zhǎng)的旺盛時(shí)期，也就是有機(jī)物去除的快速時(shí)期。
（3）絮凝體的形成與凝聚沉淀絮凝體是活性污泥的基本結(jié)構(gòu)，它能夠防止微型動(dòng)物對(duì)游離細(xì)菌的吞噬，并承受曝氣等外界不利因素的影響，更有利于與處理水的分離。凝聚的原因主要是細(xì)菌體內(nèi)積累的聚羧基丁酸釋放到液相，促使細(xì)菌間相互凝聚，結(jié)成絨粒；微生物攝取過(guò)程釋放的黏性物質(zhì)促進(jìn)凝聚；在不同的條件下，細(xì)胞內(nèi)部的能量不同，當(dāng)外界營(yíng)養(yǎng)不足時(shí)，微生物的生長(zhǎng)處于靜止期和衰亡期，微生物細(xì)胞內(nèi)部能量降低，表面電荷減少，細(xì)胞顆粒間的結(jié)合力大于排斥力，形成絨粒。而當(dāng)營(yíng)養(yǎng)充足（污水與活性污泥混合初期，F(xiàn)／M較大）時(shí)，微生物的生長(zhǎng)處于對(duì)數(shù)增長(zhǎng)期，微生物細(xì)胞內(nèi)部能量大，表面電荷增大，形成的絨粒重新分散。沉淀是混合液中固相活性污泥顆粒向污水分離的過(guò)程。固液分離的好壞，直接影響出水水質(zhì)。如果處理水夾帶生物體，出水BOD和SS將增大。所以，活性污泥法的處理效率同其他生物處理方法一樣，應(yīng)包括二次沉淀池的效率，即用曝氣池及二沉池的總效率表示。除了重力沉淀外，也可用氣浮法進(jìn)行固液分離。
活性污泥技術(shù)和人工濕地技術(shù)的對(duì)比
作為兩大污水生物處理技術(shù)，活性污泥技術(shù)和人工濕地技術(shù)有哪些特點(diǎn)以及市場(chǎng)應(yīng)用前景呢？
活性污泥法改良和替代方向
人民大學(xué)環(huán)境學(xué)院副院長(zhǎng)王洪臣表示到現(xiàn)在為止，活性污泥有3個(gè)方向改良最為重要。一個(gè)是生物膜-活性污泥法（MBBR，IFAS），第二個(gè)是膜生物反應(yīng)器（MBR），第三個(gè)就是好氧顆粒污泥（AGS）。這三個(gè)工藝就從本質(zhì)上大大的提高了活性污泥的效率，但是我們必須看到他們都不是本質(zhì)上的革新，他們?cè)谔岣咝实耐瑫r(shí)不同程度的增加了能耗。
而污泥處理替代的方向也日益成為業(yè)內(nèi)關(guān)注的對(duì)象，成果顯著。
一是厭氧膜生物反應(yīng)器。厭氧可以產(chǎn)生能量，可進(jìn)行能量回收，且不需要消耗電能。此外厭氧過(guò)程產(chǎn)生的污泥非常少。但可能也會(huì)存在一些問(wèn)題，如占地面積會(huì)增大，膜污染清洗、氮的處理等問(wèn)題，所以提出了厭氧膜生物反應(yīng)器概念。
第二類處于萌芽狀態(tài)的替代技術(shù)，包括生物電化學(xué)技術(shù)（BES），微生物燃料電池（MFCs）和微生物電解電池（MECs），這些技術(shù)能量轉(zhuǎn)化率大于80%，前景比較好，但是存在問(wèn)題也比較大，如出水差、成本高、反應(yīng)器難以放大、能量損失大等等。
第三個(gè)替代技術(shù)是可持續(xù)營(yíng)養(yǎng)物去除技術(shù)。污水處理中最難的是氮的去除。在污水處理中本可以有機(jī)物早期分離出去，之所以留下，就是為了后面用生物技術(shù)進(jìn)行處理。為什么可持續(xù)營(yíng)養(yǎng)物去除技術(shù)是活性污泥法的替代技術(shù)呢？因?yàn)樗梢圆挥锰荚催M(jìn)行脫氮。厭氧氨氧化技術(shù)，經(jīng)過(guò)20多年的研究，在高濃度氨氮廢水處理過(guò)程中，已經(jīng)趨于成熟
