城市生活污水處理
地埋式生活污水處理設(shè)備 MBR膜生物反應(yīng)器
城市生活污水處理越來越受到人們的重視，生活污水處理應(yīng)符合以下幾個(gè)發(fā)展方向：
1、總投資省。
2、運(yùn)行費(fèi)用低。
3、占地面積小。
4、脫氮除磷。隨著我國(guó)大面積水體環(huán)境的富營(yíng)養(yǎng)化，污水的脫氮除磷已經(jīng)成為一個(gè)迫切的問題。我國(guó)實(shí)施的《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定了適用于所有排污單位，非常嚴(yán)格地規(guī)定了磷酸鹽排放標(biāo)準(zhǔn)和氨氮排放標(biāo)準(zhǔn)。
5、先進(jìn)的計(jì)算機(jī)管理和自控系統(tǒng)，保證了城市生活污水處理的正常運(yùn)行和穩(wěn)定的合格出水。
國(guó)內(nèi)外城市生活污水處理廠處理工藝大都采用一級(jí)處理和二級(jí)處理。一級(jí)處理是采用物理方法，主要通過格柵攔截、沉淀等手段去除廢水中大塊懸浮物和砂粒等物質(zhì)。二級(jí)處理則是采用生化方法，主要通過微生物的生命運(yùn)動(dòng)等手段來去除廢水中的懸浮性，溶解性有機(jī)物以及氮、磷等營(yíng)養(yǎng)鹽。代表性的二級(jí)生活污水處理工藝主要有傳統(tǒng)活性污泥法、MBR膜、氧化溝、A/O、A2/O工藝、SBR、CCAS工藝等。
城市生活污水處理的二級(jí)生物處理多采用活性污泥法，它是當(dāng)前各國(guó)應(yīng)用廣泛的一種二級(jí)生物處理流程，具有處理能力高，出水水質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)。
一、地埋式生活污水處理設(shè)備
利用活性污泥法達(dá)到凈化污水的目的，其原理：利用好氧菌自身的生命活動(dòng)，在污水中，微生物形成的生物絮凝體使懸浮狀和膠體狀的有機(jī)污染物失穩(wěn)絮凝，吸附在活性污泥表面，降解有機(jī)物，使水中的BOD、COD大幅下降。
由一體多元化玻璃鋼預(yù)制構(gòu)件組合而成。裝置內(nèi)配有水下曝氣、水流推動(dòng)雙功能曝氣機(jī)。處理污水時(shí)，污水從裝置頂部流入曝氣區(qū)，曝氣機(jī)水下曝氣并推流攪動(dòng)污水，進(jìn)入的污水很快與原有的混合液充分混合，適應(yīng)進(jìn)水水質(zhì)的變化。曝氣機(jī)通過水流推動(dòng)和水下曝氣雙重功能，使曝氣區(qū)污水有規(guī)律地循環(huán)流動(dòng)，污水中的溶解氧含量迅速提高。由于污水在曝氣區(qū)不斷循環(huán)流動(dòng)，區(qū)內(nèi)各點(diǎn)水質(zhì)比較均勻，微生物的數(shù)量、性質(zhì)基本相同，因此曝氣區(qū)各部分的工作情況幾乎一致。這就把整個(gè)生化反應(yīng)控制在良好的同一條件下。有機(jī)物被微生物逐步降解，污水得到凈化。
適用于生活小區(qū)、旅游景點(diǎn)、賓館、療養(yǎng)院、學(xué)校、礦山、工廠等生活污水處理及類似的工業(yè)污水處理。
二、MBR膜生物反應(yīng)器生活污水處理技術(shù)
MBR膜生物反應(yīng)器(membrane bioreactor)，是一種將高效膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)活性污泥法相結(jié)合的新型高效污水處理工藝，它用具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)的MBR平片膜組件置于曝氣池中，經(jīng)過好氧曝氣和生物處理后的水，由泵通過濾膜過濾后抽出。MBR污水處理與傳統(tǒng)污水處理方法具有很大區(qū)別，通過膜分離裝置代替?zhèn)鹘y(tǒng)工藝中的二沉池和三級(jí)處理工藝。從而得到優(yōu)質(zhì)的出水，解決了傳統(tǒng)污水處理方法的出水水質(zhì)達(dá)不到中水回用要求的問題。MBR膜對(duì)城市生活廢水處理后的水可直接作為市政用水或進(jìn)一步處理作各種工業(yè)用水。
由于MBR膜的存在大大提高了系統(tǒng)固液分離的能力，從而使MBR膜生物反應(yīng)器的出水，水質(zhì)和容積負(fù)荷都得到大幅度提高，經(jīng)膜處理后的水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)高(超過國(guó)家一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn))，經(jīng)過消毒，形成水質(zhì)和生物安全性高的優(yōu)質(zhì)再生水，可直接作為新生水源。由于膜的過濾作用，微生物被完全截留在MBR膜生物反應(yīng)器中，實(shí)現(xiàn)了水力停留時(shí)間與活性污泥泥齡的徹底分離，消除了傳統(tǒng)活性污泥法中污泥膨脹問題。MBR膜生物反應(yīng)器具有對(duì)污染物去除效率高、硝化能力強(qiáng)，可同時(shí)進(jìn)行硝化、反硝化、脫氮效果好、出水水質(zhì)穩(wěn)定、剩余污泥產(chǎn)量低、設(shè)備緊湊、占地面積少(只有傳統(tǒng)工藝的1/3～1/2)、增量擴(kuò)容方便、自動(dòng)化程度高、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。
三、氧化溝生活污水處理技術(shù)
氧化溝是活性污泥法的一種變型，其曝氣池呈封閉的溝渠型，所以它在水力流態(tài)上不同于傳統(tǒng)的活性污泥法，它是一種首尾相連的循環(huán)流曝氣溝渠，污水滲入其中得到凈化。
氧化溝(Oxidation Ditch)污水處理的整個(gè)過程如進(jìn)水、曝氣、沉淀、污泥穩(wěn)定和出水等全部集中在氧化溝內(nèi)完成，采用轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)、轉(zhuǎn)刷曝氣機(jī)進(jìn)行曝氣充氧。氧化溝不需另設(shè)初次沉淀池、二次沉淀池和污泥回流設(shè)備。后來處理規(guī)模和范圍逐漸擴(kuò)大，它通常采用延時(shí)曝氣，連續(xù)進(jìn)出水，所產(chǎn)生的微生物污泥在污水曝氣凈化的同時(shí)得到穩(wěn)定，不需設(shè)置初沉池和污泥消化池，處理設(shè)施大大簡(jiǎn)化。不僅各國(guó)環(huán)境保護(hù)機(jī)構(gòu)非常重視，而且世界衛(wèi)生組織（WH0）也非常重視。在美國(guó)已建成采用氧化溝工藝的城市生活廢水處理有幾百座，歐洲已有上千座。氧化溝工藝以其經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)便的突出優(yōu)勢(shì)已成為中小型城市生活污水處理廠的主要工藝。
利用氧化溝進(jìn)行除磷脫氮處理，產(chǎn)生了許多新的設(shè)計(jì)方法。氧化溝不只是延時(shí)曝氣低負(fù)荷系統(tǒng)，還出現(xiàn)了城市生活廢水處理的“高負(fù)荷氧化溝”、“要求硝化的氧化溝”、“要求硝化反硝化及除磷的氧化溝”及“要求污泥穩(wěn)定的氧化溝”等類型。
一體化氧化溝，就是充分利用氧化溝較大的容積和水面，在不影響氧化溝正常運(yùn)行的情況下，通過改進(jìn)氧化溝部分區(qū)域的結(jié)構(gòu)或在溝內(nèi)設(shè)置一定的裝置，使污水分離過程在氧化溝內(nèi)完成。美國(guó)環(huán)境保護(hù)局將這一技術(shù)稱之謂革新即可選擇的（I/A）技術(shù)。
四、SBR法（序批式間歇活性污泥法）
SBR具有均化水質(zhì)、無需污泥回流、耐沖擊、污泥活性高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作靈活、占地少，投資省、運(yùn)行穩(wěn)定、基質(zhì)去除率高于普通的活性污泥法等優(yōu)點(diǎn)，比較適合處理間歇排放和水量水質(zhì)波動(dòng)大的廢水。但具有污泥沉降、泥水分離時(shí)間較長(zhǎng)的缺點(diǎn)，在處理高濃度廢水時(shí)，要求維持較高的污泥濃度，同時(shí)，還易發(fā)生高黏性膨脹。因此，常考慮在活性污泥系統(tǒng)中投加粉末活性炭，減少曝氣池的泡沫，改善污泥沉降性能，及液-固分離性能、污泥脫水性能等，獲得較高的去除率。厭氧-好氧間歇式活性污泥法，即在進(jìn)水、反應(yīng)階段充氧；在沉降、排水、空載排泥時(shí)不充氧，此時(shí)為厭氧消化。用此工藝進(jìn)行生活污水處理時(shí)，不調(diào)PH值，可取得很好的效果；在進(jìn)水COD濃度在1180～3060mg/L之間變化時(shí)，出水COD都小于300mg/L。并且生活廢水經(jīng)厭氧SBR法處理，可生化性大大提高，用于城市生活廢水處理，效果穩(wěn)定，運(yùn)行管理靈活。
五、連續(xù)循環(huán)曝氣系統(tǒng)(CCAS)
CCAS工藝，即連續(xù)循環(huán)曝氣系統(tǒng)工藝（Continuous Cycle Aeration System），是一種連續(xù)進(jìn)水式SBR曝氣系統(tǒng)。這種工藝是在SBR（Sequencing Batch Reactor，序批式處理法）的基礎(chǔ)上改進(jìn)而成。隨著自動(dòng)控制技術(shù)和監(jiān)測(cè)技術(shù)的飛速發(fā)展以及新型不堵塞的微孔曝氣器也研制成功，為廣泛采用間歇式處理法創(chuàng)造了條件。1986年美國(guó)環(huán)保局正式承認(rèn)CCAS工藝屬于革新代用技術(shù)（I/A），電腦控制的生物除磷、脫氮城市生活污水處理工藝。
CCAS工藝對(duì)污水預(yù)處理要求不高，只設(shè)間隙15mm的機(jī)械格柵和沉砂池。生物處理核心是CCAS反應(yīng)池，除磷、脫氮、降解有機(jī)物及懸浮物等功能均在該池內(nèi)完成，出水可達(dá)標(biāo)排放。
經(jīng)預(yù)處理的污水連續(xù)不斷地進(jìn)入反應(yīng)池前部的預(yù)反應(yīng)池，在該區(qū)內(nèi)污水中的大部分可溶性BOD被活性污泥微生物吸附，并一起從主、預(yù)反應(yīng)區(qū)隔墻下部的孔眼以低流速(0.03-0.05m/min)進(jìn)入反應(yīng)區(qū)。在主反應(yīng)區(qū)內(nèi)依照“曝氣（Aeration）、閑置(Idle)、沉淀(Settle)、排水(Decant)”程序周期運(yùn)行，使污水在“好氧-缺氧”的反復(fù)中完成去碳、脫氮，和在“好氧-厭氧”的反復(fù)中完成除磷。各過程的歷時(shí)和相應(yīng)設(shè)備的運(yùn)行均按事先編制，并可調(diào)整的程序，由計(jì)算機(jī)集中自控。
CCAS工藝的獨(dú)特結(jié)構(gòu)和運(yùn)行模式使其在城市生活污水處理上具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)：
1、曝氣時(shí)，污水和污泥處于完全理想混合狀態(tài)，保證了BOD、COD的去除率，去除率高達(dá)95%。
2、“好氧-缺氧”及“好氧-厭氧”的反復(fù)運(yùn)行模式強(qiáng)化了磷的吸收和硝化-反硝化作用，使氮、磷去除率達(dá)80%以上，保證了出水指標(biāo)合格。
3、沉淀時(shí)，整個(gè)CCAS反應(yīng)池處于完全理想沉淀狀態(tài)，使出水懸浮物（SS）極低，低的SS值也保證了磷的去除效果。
4、CCAS工藝的缺點(diǎn)是各池子同時(shí)間歇運(yùn)行，人工控制幾乎不可能，全賴電腦控制，對(duì)處理廠的管理人員素質(zhì)要求很高，對(duì)設(shè)計(jì)、培訓(xùn)、安裝、調(diào)試等工作要求較嚴(yán)格。
六、百樂克/百樂卡（BIOLA)污水處理技術(shù)
百樂克工藝是一種具有除磷脫氮功能的多級(jí)活性污泥污水處理系統(tǒng)。它是由采用天然土池作反應(yīng)池而發(fā)展起來的污水處理系統(tǒng)。自1972年以來，經(jīng)多年研究形成了采用土池結(jié)構(gòu)、利用浮在水面的移動(dòng)式曝氣鏈、底部掛有微孔曝氣頭的一種具有一定特色的活性污泥處理系統(tǒng)。
由于采用土池而大大減少了建設(shè)投資，采用曝氣鏈曝氣系統(tǒng)進(jìn)一步強(qiáng)化了氧的磚移效率，并減少運(yùn)行費(fèi)用，大大提高了處理效果。工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)捷，不需復(fù)雜的管理，在適宜的條件下，采用該工藝進(jìn)行城市生活污水處理，具有較大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
1、低負(fù)荷活性污泥工藝
2、曝氣池采用土池結(jié)構(gòu)，敷設(shè)HDPE防滲膜的土池使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過鋼筋混凝土池。
3、高效的曝氣系統(tǒng)：曝氣頭懸掛在浮鏈上，停留在水深4～5m處，氣泡在其表面逸出時(shí)，直徑約為50um。如此微小的氣泡意味著氧氣接觸面積的增大和氧氣傳送效率的提高。百樂卡曝氣頭懸掛在浮動(dòng)鏈上，浮動(dòng)鏈被松弛地固定在曝氣池兩側(cè)，每條浮鏈可在池中的一定區(qū)域蛇形運(yùn)動(dòng)。在曝氣鏈的運(yùn)動(dòng)過程中，自身的自然擺動(dòng)就可以達(dá)到很好的混合效果，節(jié)省了混合所需的能耗。曝氣池中混合作用所需的能耗僅為1～5W/m3，鼓風(fēng)機(jī)就設(shè)在池邊，減少了鼓風(fēng)機(jī)房和空氣輸送管道的費(fèi)用。
4、簡(jiǎn)單而有效的污泥處理：回流污泥量大，其剩余污泥比傳統(tǒng)工藝少許多。污泥池完全可以做成土池結(jié)構(gòu)，節(jié)省城市生活廢水處理廠土建費(fèi)用。
5、簡(jiǎn)單易行的維修：沒有水下固定部件，維修時(shí)不用排干池中的水，而用小船到維修地點(diǎn)將曝氣鏈下的曝氣頭提起即可。實(shí)踐表明，曝氣頭運(yùn)行幾年也不用任何維修。
6、二次曝氣和安全池：利用一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的池來進(jìn)行二次曝氣，以保證出水清潔，保證水中有足夠的溶解氧。
7、二沉池：曝氣池中產(chǎn)生的污泥在二沉池中被分離，并重新回到曝氣池參與污水凈化。二沉池沉淀污泥由漂浮式刮泥機(jī)、刮吸泥機(jī)排入污泥槽回流。
七、生物膜法處理工藝在生活污水處理中的應(yīng)用
在污水生物處理的發(fā)展和應(yīng)用中，活性污泥和生物膜法一直占據(jù)主導(dǎo)地位。隨著新型環(huán)保填料的開發(fā)和配套技術(shù)的不斷完善，與活性污泥法平行發(fā)展起來的生物膜法處理工藝在近年來得以快速發(fā)展。由于生物膜法具有處理效率高，耐沖擊負(fù)荷性能好，產(chǎn)泥量低，占地面積少，便于運(yùn)行管理等優(yōu)點(diǎn)，在城市生活污水處理中極具競(jìng)爭(zhēng)力。
1、生物膜法污水處理
生活污水的有機(jī)污染物主要包括：蛋白質(zhì)（40%-60%），碳水化合物（25%-50%）和油脂（10%），此外還含有一定量的尿素。生物膜法依靠固定于載體表面上的微生物膜來降解有機(jī)物，由于微生物細(xì)胞幾乎能在水環(huán)境中的任何適宜的載體表面牢固地附著、生長(zhǎng)和繁殖，由細(xì)胞內(nèi)向外伸展的胞外多聚物使微生物細(xì)胞形成纖維狀的纏結(jié)結(jié)構(gòu)，因此生物膜通常具有孔狀結(jié)構(gòu)，并具有很強(qiáng)的吸附性能。
生物膜附著在載體的表面，是高度親水的物質(zhì)，在污水不斷流動(dòng)的條件下，其外側(cè)總是存在著一層附著水層。生物膜又是微生物高度密集的物質(zhì)，在膜的表面上和內(nèi)部生長(zhǎng)繁殖著大量的微生物及微型動(dòng)物，形成由有機(jī)污染物 →細(xì)菌→原生動(dòng)物（后生動(dòng)物）組成的食物鏈。生物膜是由細(xì)菌、真菌、藻類、原生動(dòng)物、后生動(dòng)物和其他一些肉眼可見的生物群落組成。其中細(xì)菌一般有：假單苞菌屬、芽苞菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬和動(dòng)膠菌屬以及球衣菌屬，原生動(dòng)物多為鐘蟲、獨(dú)縮蟲、等枝蟲、蓋纖蟲等。后生動(dòng)物只有在溶解氧非常充足的條件下才出現(xiàn)，且主要為線蟲。污水在流過載體表面時(shí)，污水中的有機(jī)污染物被生物膜中的微生物吸附，并通過氧向生物膜內(nèi)部擴(kuò)散，在膜中發(fā)生生物氧化等作用，從而完成對(duì)有機(jī)物的降解。生物膜表層生長(zhǎng)的是好氧和兼氧微生物，而在生物膜的內(nèi)層微生物則往往處于厭氧狀態(tài)，當(dāng)生物膜逐漸增厚，厭氧層的厚度超過好氧層時(shí)，會(huì)導(dǎo)致生物膜的脫落，而新的生物膜又會(huì)在載體表面重新生成，通過生物膜的周期更新，以維持生物膜反應(yīng)器的正常運(yùn)行。
生物膜法通過將微生物細(xì)胞固定于反應(yīng)器內(nèi)的載體上，實(shí)現(xiàn)了微生物停留時(shí)間和水力停留時(shí)間的分離，水處理填料的存在，對(duì)水流起到強(qiáng)制紊動(dòng)的作用，同時(shí)可促進(jìn)水中污染物質(zhì)與微生物細(xì)胞的充分接觸，從實(shí)質(zhì)上強(qiáng)化了傳質(zhì)過程。生物膜法克服了活性污泥法中易出現(xiàn)的污泥膨脹和污泥上浮等問題，在許多情況下不僅能代替活性污泥法用于城市污水處理廠的二級(jí)生物處理，而且還具有運(yùn)行穩(wěn)定、抗沖擊負(fù)荷強(qiáng)、更為經(jīng)濟(jì)節(jié)能、具有一定的硝化反硝化功能、可實(shí)現(xiàn)封閉運(yùn)轉(zhuǎn)防止臭味等優(yōu)點(diǎn)。
通過人工強(qiáng)化作用將生物膜引入到城市生活廢水處理的污水處理反應(yīng)器中，便形成了生物膜反應(yīng)器。生物膜反應(yīng)器發(fā)展迅速，由單一到復(fù)合，有好氧也有厭氧，逐步形成了一套較完整的生物處理系統(tǒng)。
填料是生物膜技術(shù)的核心，它的性能對(duì)城市生活污水處理工藝過程的效率、能耗、穩(wěn)定性以及可靠性均有直接關(guān)系。
2、厭氧生物膜法處理工藝在生活污水處理中的應(yīng)用
�。�1）、高分子有機(jī)物的厭氧降解階段
在廢水的厭氧處理過程中，廢水中的有機(jī)物經(jīng)大量微生物的共同作用，被轉(zhuǎn)化為甲烷、二氧化碳、水、硫化氫和氨。
高分子有機(jī)物的厭氧降解過程可以被分為四個(gè)階段。
水解階段：高分子有機(jī)物因相對(duì)分子質(zhì)量巨大，不能透過細(xì)胞膜，因此不可能為細(xì)菌直接利用，被細(xì)菌胞外酶分解為小分子。例如纖維素被纖維素酶水解為纖維二糖與葡萄糖，淀粉被淀粉酶分解為麥芽糖和葡萄糖，蛋白質(zhì)被蛋白酶水解為短肽與氨基酸等。這些小分子的水解產(chǎn)物能夠溶解于水并透過細(xì)胞膜為細(xì)菌所利用。
發(fā)酵（或酸化）階段：在這一階段，上述小分子的化合物在發(fā)酵細(xì)菌（即酸化菌）的細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)化為更為簡(jiǎn)單的化合物并分泌到細(xì)胞外。這一階段的主要產(chǎn)物有揮發(fā)性脂肪酸（簡(jiǎn)寫作VFA）、醇類、乳酸、二氧化碳、氫氣、氨、硫化氫等。與此同時(shí)，酸化菌也利用部分物質(zhì)合成新的細(xì)胞物質(zhì)，因此未酸化廢水厭氧處理時(shí)產(chǎn)生更多的剩余污泥。
產(chǎn)乙酸階段：在此階段，上一階段的產(chǎn)物被進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為乙酸、氫氣、碳酸以及新的細(xì)胞物質(zhì)。
產(chǎn)甲烷階段：這一階段里，乙酸、氫氣、碳酸、甲酸和甲醇等被轉(zhuǎn)化為甲烷、二氧化碳和新的細(xì)胞物質(zhì)。
在以上階段里，還包含著以下這些過程：a、水解階段里有蛋白質(zhì)水解、碳水化合物的水解和脂類水解；b、發(fā)酵酸化階段包含氨基酸和糖類的厭氧氧化與脂肪酸與醇類的厭氧氧化；c、產(chǎn)乙酸階段里有從中間產(chǎn)物中形成乙酸和氫氣和由氫氣和 氧化碳形成乙酸；d、甲烷化階段包括由乙酸形成甲烷和從氫氣和二氧化碳形成甲烷。除以上這些過程之外，當(dāng)廢水含有硫酸鹽時(shí)還會(huì)有硫酸鹽還原過程。復(fù)雜化合物的厭氧降解可以利用圖來表述（見圖1）
�。�2）厭氧生物膜法處理工藝
a、厭氧濾器（AF）
傳統(tǒng)的好氧生物系統(tǒng)一般容積負(fù)荷在2KgCOD/（m3·d）以下，而在AF發(fā)明之前的厭氧反應(yīng)器一般容積負(fù)荷也在4-5kgCOD/（m3·d）以下。但AF在處理溶解性廢水時(shí)負(fù)荷可高達(dá)10-15 kgCOD/（m3·d）。因此AF的發(fā)展大大提高了城市生活廢水處理的厭氧反應(yīng)器的處理速率，使反應(yīng)器容積大大減少。
由于采用了生物固定化的技術(shù)，AF作為高速厭氧反應(yīng)器，使污泥在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間（SRT）極大地延長(zhǎng)。SRT的提高可以大大縮短廢水的水力停留時(shí)間（HRT），從而減少反應(yīng)器容積，或在相同反應(yīng)器容積時(shí)增加處理的水量。這種采用生物固定化延長(zhǎng)SRT，并把SRT和HRT分別對(duì)待的思想推動(dòng)了新一代高速厭氧反應(yīng)器的發(fā)展。
SRT的延長(zhǎng)實(shí)質(zhì)是維持了反應(yīng)器內(nèi)污泥的高濃度，在AF內(nèi)，厭氧污泥的濃度可以達(dá)到10-20gVSS/L。AF內(nèi)厭氧污泥的保留由兩種方式完成：其一是細(xì)菌在AF內(nèi)固定的填料表面（也包括反應(yīng)器內(nèi)壁）形成生物膜；其二是在填料之間細(xì)菌形成聚集體。高濃度厭氧污泥在反應(yīng)器內(nèi)的積累是AF具有高速反應(yīng)性能的生物學(xué)基礎(chǔ)，在一定的污泥比產(chǎn)甲烷活性下，厭氧反應(yīng)器的負(fù)荷與污泥濃度成正比。同時(shí)，AF內(nèi)形成的厭氧污泥較之厭氧接觸工藝的污泥密度大、沉淀性能好，因而其出水中的剩余污泥不存在分離困難的問題。由于AF內(nèi)可自行保留高濃度的污泥，也不需要污泥的回流。
在AF內(nèi)，由于填料是固定的，廢水進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)，逐漸被細(xì)菌水解酸化、轉(zhuǎn)化為乙酸和甲烷，廢水組成在不同反應(yīng)器高度逐漸變化。因此微生物種群的分布也呈現(xiàn)規(guī)律性。在底部（進(jìn)水處），發(fā)酵菌和產(chǎn)酸菌占有比重大，隨反應(yīng)器高度上升，產(chǎn)乙酸菌和產(chǎn)甲烷菌逐漸增多并占主導(dǎo)地位。細(xì)菌的種類與廢水的成分有關(guān)，在已酸化的廢水中，發(fā)酵與產(chǎn)酸菌不會(huì)有太大的濃度。
細(xì)菌在反應(yīng)器內(nèi)分布的另一特征是反應(yīng)器進(jìn)水處（例如上流式AF的內(nèi)部）細(xì)菌由于得到營(yíng)養(yǎng)多因而污泥濃度高，污泥的濃度隨高度迅速減少。
污泥的這種分布特征賦予AF一些工藝上的特點(diǎn)。首先，AF內(nèi)廢水中有機(jī)物的去除主要在AF底部進(jìn)行（指上流式AF），AF反應(yīng)器在1m以上COD的去除率幾乎不再增加，而大部分COD是在0.3m以內(nèi)去除的。因此在一定的容積負(fù)荷下，淺的AF反應(yīng)器比深的反應(yīng)器能有更好的處理效率。其次，由于反應(yīng)器底部污泥濃度特別大，因此容易引起反應(yīng)器的堵塞。堵塞問題是影響AF應(yīng)用的主要問題。據(jù)報(bào)道，上流式AF底部污泥濃度可高達(dá)60g/L。厭氧污泥在AF內(nèi)的有規(guī)律分布還使得反應(yīng)器對(duì)有毒物質(zhì)的適應(yīng)能力較強(qiáng)，可以生物降解的毒性物質(zhì)在反應(yīng)器內(nèi)的濃度也呈現(xiàn)出規(guī)律性的變化，加之厭氧生物膜形成各種菌群的良好共生體系，因此在AF內(nèi)易于培養(yǎng)出適應(yīng)有毒物質(zhì)的厭氧污泥。例如在處理三氯甲烷和甲醛廢水中，發(fā)現(xiàn)AF反應(yīng)器內(nèi)的污泥產(chǎn)生了良好的適應(yīng)性，這些有毒物質(zhì)的去除效果和允許的進(jìn)液濃度逐漸上升。AF同時(shí)也具有較大的抗沖擊負(fù)荷能力。一般認(rèn)為在相同的溫度條件下，AF的負(fù)荷可高出厭氧接觸工藝2～3倍，同時(shí)會(huì)有較高的COD去除率。
AF在應(yīng)用上的問題除了堵塞和由局部堵塞引起的溝流以外，另一個(gè)問題是它需要大量的填料，填料的使用使其成本上升。由于以上問題，國(guó)外生產(chǎn)規(guī)模的AF系統(tǒng)應(yīng)用也不是很多。
作為升流式厭氧濾池的革新技術(shù)——厭氧膜床（Special Anaerobic Film Bed， SAFB），采用較大顆粒及孔隙率的填料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的小粒徑填料，有效地解決了反應(yīng)器的堵塞問題。厭氧膜床具有如下特點(diǎn)：
·有效克服了厭氧濾池易堵塞和出水水質(zhì)差的缺點(diǎn)；
·生物固體濃度高，因此可獲得較高的有機(jī)負(fù)荷；
·在厭氧膜床內(nèi)微生物通過附著在填料表面形成生物膜，以及懸浮于填料孔隙間形成細(xì)菌聚集體，因此在厭氧膜床內(nèi)可以保持較高的生物量。因此可縮短水力停留時(shí)間，耐沖擊負(fù)荷能力較強(qiáng)；
·啟動(dòng)時(shí)間短，停止運(yùn)行后再啟動(dòng)也較容易；
·不需要回流污泥，運(yùn)行管理方便；
·在水量和負(fù)荷有較大變化的情況下，耐沖擊性較好。
b、厭氧流化床反應(yīng)器（AFBR）
在流化床系統(tǒng)中依靠在惰性的填料微粒表面形成的生物膜來保留厭氧污泥，液體與污泥的混合、物質(zhì)的傳遞依靠使這些帶有生物膜的微粒形成流態(tài)化來實(shí)現(xiàn)。
流化床反應(yīng)器的主要特點(diǎn)可歸納如下：
流態(tài)化能使厭氧污泥與被處理的廢水充分接觸；
由于顆粒與流體相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度高，液膜擴(kuò)散阻力小，且由于形成的生物膜較薄，傳質(zhì)作用強(qiáng)，因此生物化學(xué)過程進(jìn)行較快，允許廢水在反應(yīng)器內(nèi)有較短的水力停留時(shí)間；
克服了厭氧濾器堵塞和溝流問題；
高的反應(yīng)器容積負(fù)荷可減少反應(yīng)器體積，同時(shí)由于其高度與直徑的比例大于其它厭氧反應(yīng)器，因此可以減少占地面積。
但是，厭氧流化床反應(yīng)器存在著幾個(gè)尚未解決的問題。其一，為了實(shí)現(xiàn)良好的流態(tài)化并使污泥和填料不致從反應(yīng)器流失，必須使生物膜顆粒保持均勻的形狀、大小和密度，但這幾乎是難以做到的，因此穩(wěn)定的流態(tài)化也難以保證。其次，一些較新的研究認(rèn)為流化床反應(yīng)器需要有單獨(dú)的預(yù)酸化反應(yīng)器。同時(shí)，為取得高的上流速度以保證流態(tài)化，流化床反應(yīng)器需要大量的回流水，這樣導(dǎo)致能耗加大，成本上升。由于以上原因，流化床反應(yīng)器至今沒有生產(chǎn)規(guī)模的設(shè)施運(yùn)行。有人認(rèn)為它在今后應(yīng)用的前景也不大。
c、厭氧附著膜膨脹床反應(yīng)器（AAFEB）
厭氧附著膜膨脹床（Anaerobic Attached Film Expanded Bed）是Jewell等人在1974年研究和開發(fā)出來的一種污水處理工藝。與生物流化床相比，區(qū)別在于載體的膨脹程度。以填料層高度計(jì)，膨脹床的膨脹率約為10%～20%，此時(shí)顆粒間仍保持互相接觸，而流化床則為20%～70%。通過對(duì)比厭氧膨脹床、滴濾池和活性污泥法等工藝的經(jīng)濟(jì)性，發(fā)現(xiàn)對(duì)于小型污水處理廠而言，厭氧膨脹床后續(xù)滴濾池的設(shè)計(jì)是經(jīng)濟(jì)的選擇，能耗量少，污泥產(chǎn)率量低。但目前此工藝仍主要停留在小試和中試研究階段。
綜上所述，采用厭氧生物膜反應(yīng)器為主體的厭氧處理技術(shù)，作為生活污水處理的核心方法，在技術(shù)上已經(jīng)成熟，并且較之其它方法有獨(dú)到的一些優(yōu)勢(shì)。但是，厭氧方法在濃縮營(yíng)養(yǎng)物（氮和磷）方面效果不大，同時(shí)它僅能除去部分病源微生物。此外，殘存的BOD、懸浮物或還原性物質(zhì)可能影響到出水的質(zhì)量。所以厭氧生物膜反應(yīng)器要成為完整的環(huán)境治理技術(shù)，合適的后處理手段必不可少。
3、好氧生物膜法處理技術(shù)——生物接觸氧化
生物接觸氧化法是由生物濾池和接觸曝氣氧化池演變而來的。早在20世紀(jì)30年代，已在美國(guó)出現(xiàn)生產(chǎn)型裝置。當(dāng)時(shí)的生物接觸氧化池，填料的材質(zhì)是砂石、竹木制品和金屬制品，主要用于低濃度、低有機(jī)負(fù)荷的城市生活廢水處理，它克服了活性污泥法在處理此類污水時(shí)，因污泥流失而不能維持正常運(yùn)行的缺點(diǎn)，并取得了較好的效果。進(jìn)入70年代，隨著大孔徑、高比表面積的蜂窩直管填料和立體波紋塑料填料的出現(xiàn)，使生物接觸氧化法的應(yīng)用范圍得到拓寬，它不僅可用于處理生活污水，而且可用于處理高濃度有機(jī)廢水和有毒有害工業(yè)廢水，與其他生物處理方法相比，在處理效果、動(dòng)力消耗、經(jīng)濟(jì)效益和管理維護(hù)等方面都明顯優(yōu)于活性污泥法。
與活性污泥法比較，生物接觸氧化具有以下主要優(yōu)點(diǎn)：①生物接觸化法以填料作為載體，供生物群棲息生長(zhǎng)，形成穩(wěn)定的生態(tài)體系，有較高的微生物濃度，一般可達(dá)10～20g/l；氧的利用率高，可達(dá)10%。具有較高的耐沖擊負(fù)荷能力和對(duì)環(huán)境變化的適應(yīng)能力，剩余污泥量少。②生物接觸氧化法可以充分利用絲狀菌的強(qiáng)氧化能力且不產(chǎn)生污泥膨脹。并且不需要象活性污泥法那樣采用污泥回流以調(diào)整污泥量和溶解氧濃度，易于管理和操作。隨著十余年的大量實(shí)踐，對(duì)氧化池結(jié)構(gòu)形式、填料的品種和安裝方式、供氣裝置的種類和布置形式等方面進(jìn)行了不斷創(chuàng)新、不斷優(yōu)化。目前，生物接觸氧化技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用處理生活污水、生活雜用水和不同有機(jī)物濃度的工業(yè)廢水。
八、厭氧-好氧組合處理工藝在生活污水處理中的應(yīng)用
城市生活污水處理經(jīng)厭氧處理后，在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，要達(dá)到二級(jí)出水標(biāo)準(zhǔn)，需要相當(dāng)長(zhǎng)的停留時(shí)間，結(jié)果使厭氧處理雖然在運(yùn)行管理費(fèi)用上占有優(yōu)勢(shì)，但在基建投資上卻失去了競(jìng)爭(zhēng)力。因此從微生物和化學(xué)角度講，厭氧處理僅僅提供了一種預(yù)處理，它一般需要后處理方能滿足新的污水排放標(biāo)準(zhǔn)。厭氧生活污水處理后氮和磷基本上沒有去除，因此對(duì)厭氧出水進(jìn)一步處理很有必要。在實(shí)際生產(chǎn)中，城市生活廢水處理應(yīng)用廣泛的仍然是厭氧與好氧組合系統(tǒng)。在印度，氧化塘是常用的后處理方法。經(jīng)厭氧、氧化塘兩級(jí)處理后的出水BOD5、CODcr和TSS去除率分別為87%、81%和90%。在巴西NovaVista市的7000人生活污水處理工程中，以及哥倫比亞Bucarmanga鎮(zhèn)的160000人生活污水處理工程中，后處理均采用的是兼性氧化塘。在墨西哥的厭氧城市生活污水處理工程中，后處理方法比較多樣化，二沉池＋氯消毒、淹沒濾池＋二沉池＋氯消毒、氧化溝等，直接排入城市生活污水處理管網(wǎng)或用于農(nóng)灌。在日本，城鎮(zhèn)生活污水一般采用厭氧消化＋好氧活性污泥法聯(lián)合處理、厭氧濾池＋好氧濾池以及厭氧濾池＋接觸氧化法組合處理。
厭氧和好氧生物處理技術(shù)的組合能夠有效的去除大部分有機(jī)和無機(jī)污染物。厭氧-好氧組合處理工藝，充分發(fā)揮了厭氧技術(shù)節(jié)能、好氧技術(shù)高效的優(yōu)勢(shì)，成為目前污水處理工藝發(fā)展的主要趨勢(shì)。在國(guó)外，由上流式厭氧污泥床反應(yīng)器（UASB）和好氧生物膜反應(yīng)器組成的厭氧—好氧組合處理工藝一直是研究的重點(diǎn)。采用UASB和淹沒式曝氣生物濾池（BF）組合工藝處理生活污水，兩段HRT分別為6h和0.17h時(shí)系統(tǒng)對(duì)CODcr 、BOD5 和SS去除率均在90%以上，并且該組合系統(tǒng)相對(duì)單一的UASB污水處理系統(tǒng)而言，有更好的穩(wěn)定出水水質(zhì)的作用。當(dāng)BF段的污泥回流至UASB段時(shí)，厭氧反應(yīng)器內(nèi)有機(jī)物甲烷化的能力提高，使產(chǎn)氣量增加、剩余污泥量減少，可以減少甚至省去污泥濃縮池和消化池。
由于以UASB為主體的厭氧-好氧組合處理工藝，受溫度的影響較大，特別是在低溫條件下，系統(tǒng)的性能不能得到充分的發(fā)揮。通過中試試驗(yàn)研究了厭氧折流板生物濾池反應(yīng)器和淹沒式曝氣生物濾池組合工藝低溫下處理生活污水時(shí)的脫氮性能。系統(tǒng)經(jīng)過一年的運(yùn)行，在厭氧段和好氧段的水力停留時(shí)間分別為15h和4h的條件下，即使環(huán)境溫度低于10℃（平均氣溫5.9℃），對(duì)CODcr、BOD5和SS的去除率仍達(dá)80%左右。低溫使硝化的活性受到一定的影響，溫度在4.5～23℃范圍內(nèi)，TKN的去除率在46.4～87.3%間變化，并且該系統(tǒng)也具有一定的反硝化功能，為低溫環(huán)境下生活污水的脫氮處理提供了參考。
目前在城市生活污水處理領(lǐng)域，普遍存在的問題有：
1、采用傳統(tǒng)的活性污泥法，往往基建費(fèi)、運(yùn)行費(fèi)高，能耗大，管理較復(fù)雜，易出現(xiàn)污泥膨脹現(xiàn)象；工藝設(shè)備不能滿足高效低耗的要求。
2、隨著污水排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷嚴(yán)格，對(duì)污水中氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的排放要求較高，傳統(tǒng)的具有脫氮除磷功能的污水處理工藝多以活性污泥法為主，往往需要將多個(gè)厭氧和好氧反應(yīng)池串聯(lián)，形成多級(jí)反應(yīng)池，通過增加內(nèi)循環(huán)來達(dá)到脫氮除磷的目的，這勢(shì)必要增加基建投資的費(fèi)用及能耗，并且使運(yùn)行管理較為復(fù)雜。
3、目前城市污水的處理多以集中處理為主，龐大的污水收集系統(tǒng)的投資遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過污水處理廠本身的投資，因此建設(shè)大型的污水處理廠，集中處理生活污水，從污水再生回用的角度來說不一定是唯一可取的方案。
因此，城市生活污水處理朝著低能耗、高效率、少剩余污泥量、方便的操作管理，以及實(shí)現(xiàn)磷回收和處理水回用等可持續(xù)的方向發(fā)展。