百年活性污泥法面臨革新
100年前，活性污泥法正式誕生。誕生百年的技術(shù)不計(jì)其數(shù)，但百年來一直占據(jù)行業(yè)支配地位的技術(shù)卻是屈指可數(shù)，活性污泥法就是這樣一個(gè)屈指可數(shù)的技術(shù)。在紀(jì)念活性污泥法誕生百年的今天，人們不禁要問：活性污泥法何以為人類持續(xù)服務(wù)了百年？它還將服務(wù)下一個(gè)百年嗎？活性污泥法的革新替代技術(shù)在哪里？
1914年4月3日，英國兩個(gè)年輕衛(wèi)生工程師愛德華·阿登和威廉·洛克特發(fā)表了《無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，世界各地迅速開始研究，并著手實(shí)際建設(shè)污水處理廠。1923年,中國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1.7萬立方米和1.5萬立方米。
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。可以毫不夸張地說，沒有活性污泥法的世界將難以想象。那么，活性污泥法何以為人類持續(xù)服務(wù)了百年？
首先，這可歸因于活性污泥法的“簡單”。一個(gè)曝氣池，一個(gè)沉淀池，再加上回流，即可組成活性污泥系統(tǒng)，完成污水處理基本功能。簡單意味著可靠，意味著可以普及，也意味著較低的處理成本。其次，活性污泥法“功能強(qiáng)大”也是重要原因。尤其是活性污泥法是源于自然的生物技術(shù)，這或許是其具有強(qiáng)大生命力的根本原因。
在肯定活性污泥法巨大歷史作用的同時(shí)，必須看到它在新形勢下日益凸顯的兩大缺陷：
一是活性污泥法需要大量電耗，是重要的碳排放源。按照最新統(tǒng)計(jì)，美國的污水處理2011年全年共耗電302億千瓦時(shí)（僅包括污水處理和再生，不包括原位處理、污水收集和再生水輸配），占當(dāng)年全社會總用電量的0.8%。日本作為一個(gè)工業(yè)化國家，污水處理電耗也占到全社會總電耗的0.8%。我國目前實(shí)際污水處理率和處理標(biāo)準(zhǔn)都較低，污水處理電耗占全社會總電耗的比例還較低。污水處理的高電耗，除了增加運(yùn)行成本，還使之成為重要的碳排放源。
二是活性污泥法導(dǎo)致大量生物污泥的產(chǎn)生。美國污水處理行業(yè)年產(chǎn)污泥總干重750萬噸，歐洲年產(chǎn)1000萬噸，中國年產(chǎn)600萬噸，全球總年產(chǎn)量約3000萬噸，折算成含水率80%的脫水污泥約1.5億噸。
這些污泥的40%60%是由生物菌體組成的生物污泥，是活細(xì)胞與水分組成的特殊水合結(jié)構(gòu)。由于大量水分和有機(jī)物都被“包裹”在細(xì)胞內(nèi)，導(dǎo)致污泥脫水性能很差，且難以進(jìn)行較為徹底的穩(wěn)定化處理，成為污水處理的“累贅”。為提高污泥穩(wěn)定化效果，可采用熱水解、超聲波、微波、聚焦電脈沖以及生物酶水解等方法對污泥進(jìn)行預(yù)處理，使活細(xì)胞的細(xì)胞壁破裂，釋放其中的水分和有機(jī)物，提高脫水性能和穩(wěn)定化程度，但這些設(shè)施建設(shè)及運(yùn)行成本較高，實(shí)際建成的還不多。
活性污泥法實(shí)現(xiàn)污水處理功能是以高能耗為代價(jià)，這些能耗被用于為微生物供氧分解污水中的有機(jī)物，而這些有機(jī)物本身卻是能量載體。因此，活性污泥法被形象地表述為“以能量摧毀能量”的技術(shù)，也是“減排水污染物、增排溫室氣體”的技術(shù)。基于以上分析，雖然活性污泥法還會慣性地為人類繼續(xù)服務(wù)，但我們有理由認(rèn)為，它不會持續(xù)成為下個(gè)100年的主流技術(shù)。
活性污泥法的革新替代技術(shù)在哪里？
污水處理的主要功能是去除有機(jī)物和無機(jī)營養(yǎng)物質(zhì)，前者導(dǎo)致水體黑臭，后者則是富營養(yǎng)化的根源；钚晕勰喾▽50%左右的有機(jī)物分解成水和二氧化碳，另一部分合成為生物菌體，在“以能量摧毀能量”的同時(shí)，產(chǎn)生大量難以處理的生物污泥。
因此，人們很自然地希望污水處理首先是對有機(jī)物進(jìn)行厭氧產(chǎn)能或分離后厭氧產(chǎn)能，而不是好氧氧化分解與合成。如果有機(jī)物首先被分離或處理，污水中將會留下待處理的無機(jī)營養(yǎng)物質(zhì)。無機(jī)磷通？赏ㄟ^生物或化學(xué)過程實(shí)現(xiàn)高效去除，不存在技術(shù)障礙，問題主要集中在無機(jī)氮的去除。氨氮通常通過硝化和反硝化過程轉(zhuǎn)化為氮?dú)饷摮，硝化過程需要大量能耗，因此人們一直在探求低能耗硝化工藝。另外，反硝化過程需要消耗大量碳源，如果有機(jī)物首先被分離，反硝化則無法進(jìn)行。
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