污水處理中活性污泥法與生物膜法的比較分析

陳燕飛

1 活性污泥法處理污水

1.1 活性污泥法處理污水的發(fā)展進(jìn)程

活性污泥法處理污水1912年由英國(guó)人發(fā)明，1916年正式在美國(guó)建立第一座活性污泥污水處理廠，1941年在英國(guó)曼徹斯特建立試驗(yàn)場(chǎng)。在90余年的歷史中，隨著在實(shí)際生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用和技術(shù)上的不斷革新，特別是近幾十年來，在對(duì)其生物反應(yīng)和凈化處理深入研究探討的基礎(chǔ)上，活性污泥法在生物學(xué)、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的理論方面和工藝方面都有了長(zhǎng)足的發(fā)展，出現(xiàn)了能適應(yīng)各種條件的工藝流程。目前，活性污泥法是生活污水、城市污水和機(jī)械工業(yè)廢水處理中最常用的工藝。就目前形勢(shì)來看，活性污泥法的發(fā)展方向正向著大型、超大型化和微型化、高效節(jié)能化、多功能化、運(yùn)行自動(dòng)化和智能化的方向發(fā)展[1]。

1.2 活性污泥法在污水處理中的作用

活性污泥法是去除有機(jī)污染物最有效的方法之一，目前國(guó)內(nèi)外95%以上的城市污水處理和50%左右的工業(yè)廢水處理都采用活性污泥法。具有很強(qiáng)的凈化功能，去除BOD（生化需氧量）及混合液中活性污泥濃度的效率高，均可達(dá)到95%以上。適合于各種有機(jī)廢水，大中小型污水處理廠，高中低負(fù)荷。由于是依靠微生物處理，運(yùn)行費(fèi)用較低?？蓪?shí)現(xiàn)生物脫氮除磷[2]。

1.3 活性污泥及活性污泥法的概念

向生活污水中注入空氣進(jìn)行曝氣，并持續(xù)一段時(shí)間后，污水中即生成一種絮凝體，是一種黃褐色的絮絨顆粒狀，主要是有大量繁殖的微生物群體構(gòu)成，它易于沉淀分離，并使污水得到澄清，這就是活性污泥。利用污水中的有機(jī)質(zhì)為基質(zhì)，在DO（溶氧）存在的條件下，即人工充氧條件下，對(duì)污水和各種微生物群體進(jìn)行連續(xù)混合培養(yǎng)，形成活性污泥。利用活性污泥的生物凝聚、吸附和氧化作用，以分解去除污水中的有機(jī)污染物，然后使污泥與水分離，大部分污泥再回流到曝氣池，多余部分則排出活性污泥系統(tǒng)。該方法的運(yùn)行條件要求具有良好的活性污泥和充足的氧，具有較大的比表面積20～100cm2/mL，99%以上含水率。

1.4 活性污泥法處理污水的原理及流程

活性污泥法的基本原理：向生活污水中不斷注入空氣，維持水中足夠的溶解氧，一段時(shí)間后污水中形成一種絮凝體——活性污泥，其由大量繁殖的微生物構(gòu)成，易于沉淀分離，使污水澄清?；钚晕勰喾ň褪且詰腋≡谒械幕钚晕勰酁橹黧w，在微生物生長(zhǎng)有利的環(huán)境條件下和污水充分接觸，使污水凈化。其主要構(gòu)筑物是曝氣池和二次沉淀池。需處理的污水和回流性污泥一起進(jìn)入曝氣池，成為懸浮混合液，沿曝氣池注入壓縮空氣曝氣，使污水與活性污泥充分混合，并供給混合液足夠的溶解氧。這時(shí)污水中的有機(jī)物被活性污泥中的好氧微生物分解，然后混合液進(jìn)入二沉池，活性污泥與水澄清分離，部分活性污泥回到曝氣池，繼續(xù)進(jìn)行凈化過程，澄清的水排放。由于處理過程中活性污泥不斷增長(zhǎng)，部分剩余污泥從系統(tǒng)中排出，以維持系統(tǒng)穩(wěn)定[3-4]。

2 生物膜法處理污水

2.1 生物膜法處理污水的發(fā)展進(jìn)程

生物膜法是一種古老又在不斷發(fā)展中的處理技術(shù)，1865年德國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)生物過濾作用，1893年英國(guó)將污水噴灑在粗濾料上，作為膜生物反應(yīng)器的生物濾池問世，20世紀(jì)二三十年代建造了許多生物膜反應(yīng)器，四五十年代生物濾池逐漸被活性污泥取代的趨勢(shì)，70年代新的反應(yīng)器以獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)受關(guān)注[5]。

2.2 生物膜法的概念

生物膜法模擬了自然界中土壤自凈的一種污水處理法，使游離態(tài)的微型動(dòng)物，通過吸附作用附著在濾料或某些載體上，如天然材料（如卵石）、合成材料（如纖維），在那里生長(zhǎng)繁育，并形成膜狀生物污泥生物膜。污水與生物膜接觸，污水中的有機(jī)污染物作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，為生物膜生的微生物所攝取，污水得到凈化，微生物自身也得到繁殖增殖。生物膜表面積增大，可為微生物提供較大的附著表面，有利于加強(qiáng)對(duì)污染物的降解。

2.3 生物膜法中的微生物

生物膜中微生物群體包括好氧菌、厭氧菌和兼性菌，其中有真菌、藻類、原生菌以及蚊蠅的幼蟲等較高等的動(dòng)物，在生物濾池中兼性菌常占優(yōu)勢(shì)。無色桿菌屬、假單孢菌屬、產(chǎn)黃菌屬以及產(chǎn)堿桿菌屬等是生物膜中常見的細(xì)菌。在生物黏層內(nèi)，微生物生長(zhǎng)條件差，常會(huì)出現(xiàn)絲狀浮游球衣細(xì)菌和白硫菌屬，在濾池較低部位還存在著硝化菌，如亞硝化單孢菌屬和硝化菌屬。若生物濾池中pH值較低，則真菌起到重要的作用。在濾池頂部有陽光照射處常有藻類生物。藻類一般不直接參與廢物降解，只是通過光合作用向生物膜提供氧，但若太多則會(huì)堵塞濾池，不利于操作。在生物膜濾池中原生動(dòng)物和一些較高等的動(dòng)物均以細(xì)菌為食物，它們起著控制細(xì)菌群體數(shù)量的作用，能促使細(xì)菌群體以較高速率產(chǎn)生新細(xì)胞，有利于污水凈化[6]。

2.4 生物膜結(jié)構(gòu)及處理污水的原理

生物膜法是模擬了自然界中土壤自凈的一種污水處理法，它使微生物群體附著于固體填料的表面，形成生物膜。當(dāng)廢水流經(jīng)新設(shè)置的濾料表面，游離態(tài)的微生物及懸浮物通過吸附作用附著在濾料表面，構(gòu)成了生物膜。隨著污水的流入，微生物不斷生長(zhǎng)繁殖從而使生物膜逐步增厚，經(jīng)過10～30d左右，就可形成成熟的工作正常的生物膜。生物膜一般呈蓬松的絮狀結(jié)構(gòu)，微孔較多，表面積很大，因此具有很強(qiáng)的吸附作用，有利于微生物進(jìn)一步對(duì)這些被吸附的有機(jī)物的分解和利用。當(dāng)生物膜增厚到一定程度，將受到水力的流涮作用而發(fā)生剝落。適當(dāng)?shù)膭兟淇墒股锬さ玫礁?。生物膜的外表層的微生物一般為好氣菌，因而稱好氣層。內(nèi)層因受氧擴(kuò)散的影響而供氧不足，因而使厭氧菌大量繁殖形成厭氧層。

生物膜微生物以吸附和沉積于膜上的有機(jī)物為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，將一部分物質(zhì)轉(zhuǎn)化為細(xì)胞物質(zhì)進(jìn)行繁殖生長(zhǎng)，成為生物膜中新的活性物質(zhì)，另一部分物質(zhì)轉(zhuǎn)化為排泄物，在轉(zhuǎn)化過程中釋放能量，滿足微生物生長(zhǎng)的需要。增殖的生物膜脫落后進(jìn)入廢水，在二次沉淀池中被截留下來，成為污泥。如果有機(jī)物負(fù)荷比較高，生物膜對(duì)吸附的有機(jī)物來不及氧化分解時(shí)，能形成不穩(wěn)定的污泥，這類污泥需要進(jìn)行再處理[7]。

3 污水處理中活性污泥法與生物膜法的比較

3.1 活性污泥法與生物膜法具有不同的工藝特點(diǎn)

固著于固體表面上的生物膜對(duì)廢水水質(zhì)、水量的變化有較強(qiáng)的適應(yīng)性，操作穩(wěn)定性好；而活性污泥法常用于特定水質(zhì)、低濃度的污水處理，而且污水中含有足夠的可溶性、易分解的有機(jī)物，但處理廢水中的膠狀污染物較為理想。

生物膜法不會(huì)發(fā)生污泥膨脹，產(chǎn)生的污泥量少，運(yùn)行管理較方便，且節(jié)能，易于維護(hù)管理，動(dòng)力費(fèi)用低；而活性污泥法在第一步中要攪動(dòng)，導(dǎo)致曝氣池會(huì)產(chǎn)生大量泡沫，污泥膨脹，而且還需要空氣壓縮、攪動(dòng)、污泥回流等耗費(fèi)動(dòng)力設(shè)備的過程，所以在動(dòng)力方面則花費(fèi)較大。

活性污泥法需要人為地從空氣壓縮機(jī)站送入壓縮空氣，通過鋪設(shè)在曝氣池底部的空氣擴(kuò)散裝置，以細(xì)小氣泡的形式進(jìn)入污水中；生物膜法則采用自然通風(fēng)供氧。

活性污泥法對(duì)污水的沖擊負(fù)荷比較敏感；生物膜法有一定的抗沖擊負(fù)荷能力。

活性污泥法污水與污泥一直處在接觸混合狀態(tài)，而且是絮凝狀態(tài)，導(dǎo)致污泥沉降性能較差，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)污泥上??；生物膜法的污泥沉降性能良好，宜于固液分離。

活性污泥法需要水溫在15～20℃；生物膜法在低水溫條件下能保持一定的凈化功能。

活性污泥法具有很好的脫氮除磷功能，生物膜法則具有較好的硝化與脫氮功能。

生物膜法有膜，有固體濾料存在，時(shí)間長(zhǎng)了就存在污水腐蝕問題，而活性污泥法就不存在此問題。

3.2 活性污泥法與生物膜法中的生物相不同[8]

生物膜法參與凈化反應(yīng)微生物多樣化，生物的食物鏈長(zhǎng)；而活性污泥法則相對(duì)較少，但微生物和污水中的物質(zhì)也可以形成相對(duì)復(fù)雜的生物鏈。

由于微生物附著于固體表面，即使增殖速度慢的微生物也能生長(zhǎng)繁殖。而在活性污泥法中，世代期比停留時(shí)間長(zhǎng)的微生物被排出曝氣池，因此，生物膜中的生物相更為豐富，且沿水流方向膜中生物種群具有一定分布。

生物膜法中高營(yíng)養(yǎng)級(jí)的微生物存在，有機(jī)物代謝較多的轉(zhuǎn)移為能量，合成新細(xì)胞即剩余污泥量較少；經(jīng)過沉淀濃縮的污泥從沉淀池底部排出，其中大部分作為接種污泥回流至曝氣池，以保證曝氣池內(nèi)的懸浮固體濃度和微生物濃度都是同營(yíng)養(yǎng)級(jí)的微生物，而且污染物在很大程度上從污水中轉(zhuǎn)移到了這些剩余污泥中，所以活性污泥法的剩余污泥量則較多。

活性污泥中的微生物可事先人為培養(yǎng)控制其生長(zhǎng)，運(yùn)行靈活性較強(qiáng)。生物膜法中的微生物難以人為控制，運(yùn)行靈活性較差。

［1］ 張磊.生物膜法在污水處理中的研究進(jìn)展［J］.水科學(xué)與工程技術(shù)，2010（5）：38-41.

［2］ 閆曉，夏清占.常用污水生物脫氮除磷工藝［J］.河南科技，2008（10）：67.

［3］ 李粉嶺，趙慶鵬.城市生活污水處理中活性污泥法與生物膜法工藝綜述與比較［J］.河北企業(yè)，2010（9）：68-69.

［4］ 崔衍立.城市污水處理常用方法分析比較研究［J］.內(nèi)江科技，2010（4）：27.

［5］ 胡小芳.生物膜法的研究進(jìn)展及應(yīng)用前景［J］.中國(guó)科技博覽，2010（4）：536.

［6］ 石小蒙.淺析廢水生物處理的兩種方法［J］.科技促進(jìn)發(fā)展，2010（8）：70-71.

［7］ 趙渝.分析比較活性污泥法、生物膜法、氧化法［J］.城市建設(shè)，2010（7）：473.

［8］ 沈萍，陳向東.微生物學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2006：319-320.