田旭中

（山东省轻工业设计院，山东，济南，250014）

[提要]本文提出了在用活性污泥法处理工业废水时，宜采用推流式和完全混合式相结合且具备缺氧、好氧功能的设计工艺。指出采用该种工艺适合工业废水的特点并具有处理效率高、能耗低、有效抑制活性污泥膨胀的优点。最后给出了两种推荐工艺，供设计参考。

[关键词]工业废水，活性污泥法，缺氧，好氧

Discussion on Design and Operation of Industrial Wastewater Treatment Using Activated Sludge Systems

Tian Xu Zhong

(Shandong Light lndustry Design lnstitute,Jinan,250014,China)

Abstract:A process which has the co-operation of PFR and CMAS and has the function of both Anoxic and Aerobic should be used in the industrial wastewater treatment using activated sludge systems.It is suited to the peculiarity of the industrial wastewater and has the advantages of high efficient treatment,low energy consuming and effectively restrainting sludge expansion.Two recommeded processes are given in the last.

Keywords:industrial wastewater,activated sludge systems,Anoxic,Aerobic

1、引言

对于中等浓度的有机工业废水，目前普遍采用的处理工艺为活性污泥工艺。常规活性污泥法是一种以好氧为主要生化环境的生化处理工艺。生化环境对微生物群落生态有着极为深刻的影响。好氧处理能够支撑完整的食物链，包括食物链底部的细菌和顶部的轮虫。缺氧环境比较受限制，而厌氧环境最受限制，只是细菌占主导地位。生化环境影响着处理效果，因为微生物在三种环境中可能有关迥然不同的代谢途径。在工业废水处理中，生化环境变得尤为重要，因为有些降解只能够以好氧方式而非厌氧方式进行，或者相反[1]。本文以制浆造纸工业废水为例，从微生物对有机物降解机制出发，试图说明在采用活性污泥法处理工业废水的设计及运行中，可通过合理的设计或运行方式，为微生物创造不同的生化环境，满足微生物对有机物的降解要求，为工业废水生化处理的设计和运行提供参考。

2、活性污泥法处理工业废水的工艺设计及运行方式

对于中等浓度偏上、可生化性较差的有机工业废水（如制浆造纸、纺织、印染废水等），由于废水中有机物组分复杂，且存在较多难降解的高分子有机物质，如果单纯采用好氧处理，则较难达到理想的处理效果，采用厌氧—好氧工艺则是一种较为合理的设计方法。有人以草浆中段废水为处理对象，采用混凝沉淀—厌氧—好氧组合处理工艺进行了小试研究，结果表明采用垂直折流板式厌氧污泥床反应器（VBASB）在负荷为3.1-4.3kgCOD/（m3·d）时，COD去除率约为55%；接触氧化池负荷为1.5-2.0kgCOD/（m3·d）时，COD去除率为50%[2]，厌氧—好氧组合工艺使COD总去除率接近80%，而国内草浆中段废水单纯采用好氧处理的工艺生化段COD去除率一般不超过60%。目前，制浆造纸废水的厌氧处理装置其处理对象以高浓度制浆污水为多，且大都处于实验研究阶段。大水量、中等浓度的制浆造纸综合废水的厌氧处理装置尚未见报导。一般采用厌氧处理的目的之一是注重能源的回收，这就要求保证甲烷菌有最适合的生长条件、最大的产气量，以达到较高的能源回收效果，需要的反应时间也相当长。而为维持甲烷菌最适合生长条件，需要加温保温消耗一定的能源。如果无法与从废水中回收的能源形成平衡，则在经济上是不合算的。甲烷菌属于专性厌氧菌，对温度、PH及毒性物质十分敏感，对草浆中段废水来讲，高速厌氧反应器无论从设计还是运行上均存在很多问题。对于大多数制浆造纸厂来说，中段废水处理更加注重的是水处理的环境效益（达标排放），而不是能源回收。因此，放弃厌氧反应中反应时间长、控制条件高的甲烷发酵阶段，而只利用厌氧反应中的水解和酸化阶段是非常必要的。水解菌、产酸菌均属兼性菌，对PH、温度等均有较大范围的适应性。据有关文献报导，造纸综合废水采用水解—酸化工艺，当水力停留时间为4-6h时，COD去除率可达到30-50%[3]。可是要设置独立的水解反应器对造纸废水，尤其是处理量较大的造纸废水具有一定的难度。严格的水解反应器属上流式污泥床反应器的范畴，具有两个基本功能即生物反应和沉淀功能，水解反应器中需形成高约1m左右，平均污泥浓度为15g/L的污泥层，因此对池底布水、上升流速的控制要求均非常严格[4]。中段废水量大且废水中细小纤维极多，设置水解反应器不仅布水系统复杂，而且如果对废水不采取严格的预处理措施则极易造成对布水系统的堵塞。国内的造纸废水处理实际运行经验表明，如果在曝气池中通过曝气器（或曝气机）的合理布置有目的地使曝气池分割为好氧区、缺氧区，则可在缺氧区同样完成水解反应器的功能。曝气池中的活性污泥属于由各种微生物组成的复杂的微生物生态系统，任何特定的微生物都可能归属于不只一种类型，而且随着群体选择压力的变化而随之改变类型[1]。在曝气池好氧区，活性污泥中的微生物将以好氧菌为主，完成对废水中易降解有机物的代谢功能，这也是曝气池的最主要功能。而在曝气池缺氧区，活性污泥中的微生物则以兼性微生物为主，完成对废水中难降解有机物的初级分解功能——即水解酸化作用，具体讲就是将大分子物质分解为小分子物质，难以生物降解的物质转化为易于生物降解的物质。在缺氧区得到初步分解的难降解有机物在好氧区将得到充分的降解。因此，在曝气池设计或运行中将好氧、缺氧功能组合在一起，可极大提高生物反应器对有机物的降解能力。另一方面曝气池中缺氧—好氧的交替设置也可形成溶解氧浓度梯度，可比单纯采用好氧的曝气池有效氧吸收率要高。

工业废水的特点是流量及有机物浓度均具有较大的不稳定性。因此，为使废水以较均衡的浓度和流量进入生化处理系统，防止对生化处理系统造成冲击，采取的措施一是在初沉池后设置均衡池以均化水质、调节流量，二是选择的生化处理系统具有较强的耐冲击负荷能力。显然后者可简化流程，降低投资和运行费用。因此，工业废水处理宜采用具有较强耐冲击负荷能力的生化处理系统。

活性污泥工艺普遍易受活性污泥膨胀的困扰和危害，为此，人们发明了各种各样的方法以避免活性污泥膨胀的发生，而最根本的解决措施是在设计中就采用了可避免活性污泥膨胀发生的处理工艺。推流式活性污泥法由于具有一定的有机物浓度梯度可有效避免活性污泥膨胀的发生。然而标准的推流式活性污泥法由于耐冲击负荷能力较差而不适合工业废水处理。完全混合式活性污泥法具有较强的耐冲击负荷能力，但易发生活性污泥膨胀。缺氧-好氧工艺可有效避免活性污泥膨胀现象的发生。这是因为导致活性污泥膨胀的丝状菌属于专性好氧菌，难以在缺氧、好氧交替的环境中形成优势，而菌胶团细菌则能在该条件下摄取、转化和贮藏基质，从而竞争性地排斥了在这一条件下该能力差的丝状菌[3]。

综上所述，活性污泥法处理工业废水的设计原则应是：①兼具完全混合式和推流式活性污泥法的优点，系统具有较强的耐冲击负荷能力；②曝气池中交替设有缺氧、好氧功能区，使系统处理效率更高，且具有较强抑制活性污泥膨胀的能力。在已投入运行的生化处理系统中，可通过调节DO的分布来创造不同段的生化环境，使曝气池交替出现缺氧（厌氧）、好氧区。如此，处理效果可达到令人满意的程度。

3、两种推荐工艺

3.1卡鲁塞尔氧化沟工艺

该工艺曝气装置采用低速倒伞型表面曝气机，通过曝气机的间隔设置可使曝气池交替成为缺氧、好氧区。卡鲁塞尔氧化沟的设计首先要保证进水与池中大量微生物迅速混合，微生物将进水中的颗粒物质和胶体物质迅速截留和吸附，这是一个物理过程的快速反应。截留下来的物质吸附在活性污泥的表面，慢慢地被分解代谢。污水中易降解有机物质会在较短的时间内被微生物分解代谢，而难降解的大分子有机物若被分解代谢将需要较长的时间。对于造纸废水来说，由于废水中难降解有机物种类多，比例大（B/C值仅0.3左右），因而其生化反应需要较低的有机负荷和较长的停留时间，去除单位BOD需氧量也较大。众所周知，微生物对有机物的摄取是只有溶解性的小分子物质才可直接进入细胞体内，而不溶性大分子物质首先要通过胞外酶的分解才得以进入微生物体内的代谢过程[4]。因此，卡鲁塞尔氧化沟中缺氧段的设置可使活性污泥中大量的兼性微生物（主要为水解、产酸菌）将大分子物质进行初级分解，不仅可无能耗地降解部分有机物，而且可提高废水B/C值，缩短在好氧段有机物的代谢时间，降解单位BOD需氧量也有所减少。另外，卡鲁塞尔氧化沟工艺由于兼具推流式和完全混合式活性污泥法的优点，因而具有较强的耐冲击负荷能力，同时由于缺氧-好氧区的交替存在可有效抑制活性污泥膨胀现象的发生。因此，该工艺非常适合工业废水处理，在造纸工业废水处理中得到了成功应用，取得了良好的处理效果[5]。

3.2潜水曝气活性污泥工艺

该工艺在曝气池内沿其长度方向设若干隔墙，将曝气池分为若干格，混合液逐格串联流动，采用潜水式曝气机可让混合液在各格内呈完全混合式流态，而从曝气池整体来看则是推流式流态；进水上采用多点进水。

该工艺具有以下显著的技术特点：

1）每一格内形成不同的微生物群落，适应在不同负荷下微生物生长的需要，不但可提高处理效率，而且可抑制活性污泥膨胀的发生；

2）进入曝气池的污水能立即被池内已存在的混合液所稀释、均化，可以减轻冲击负荷的影响；

3）多点进水可提高曝气机的利用率，从而节约能耗。

该工艺亦可按A/O工艺即缺氧-好氧工艺运行。在A池中可利用兼性微生物将废水中的固体、大分子和不易生物降解的有机物降解为易于生物降解的小分子有机物，提高废水的可生化性，从而更有利于O池对有机污染物的进一步降解；缺氧-好氧交替式存在不仅可使废水系统充氧具有更大的推动力，而且可有效抑制活性污泥膨胀现象的发生。

[主要参考文献]：

1、C.P.Leslie Grady,Jr、Glen T.Daigger、Henry C.Lim著，张锡辉、刘勇弟译，废水生物处理（第二版，改编和扩充）[M]，北京：化学工业出版社，2003

2、徐华、祝万鹏、师绍琪、杨志华，草浆中段废水混凝沉淀-厌氧-好氧生物处理的工艺研究[J]，给水排水，1999，25（1）：44-47

3、徐亚同、黄民生著，废水生物处理的运行管理与异常对策[M]，北京：化学工业出版社，2003

4、王凯军著，低浓度污水厌氧-水解处理工艺[M]，北京：中国环境科学出版社，1992

5、田旭中、周焕祥，卡鲁塞尔氧化沟在麦草浆中段废水处理中的应用[J]，给水排水，2001，27（8）：48-51

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