1.間歇式活性污泥工藝的發(fā)現(xiàn)

世界上第一個(gè)間歇式運(yùn)轉(zhuǎn)的工藝是英國工程師 Sir Thomas Wardle于1898年發(fā)現(xiàn).該工藝含有化學(xué)沉淀和曝氣兩個(gè)處理過程。分成進(jìn)水期、曝氣期、沉淀期和排水期四個(gè)階段，但反應(yīng)器中沒有活性污泥。

十多年后Ardern and Lockett 在曼徹斯特實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了類似的間歇式運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)，試驗(yàn)?zāi)康囊娍疾煸跊]有化學(xué)處理情況下僅通過一級(jí)曝氣處理達(dá)到完全消化的可能性，從而去除廢水中的有機(jī)物。在此之前的試驗(yàn)者在試驗(yàn)中一旦達(dá)到完全消化后就將廢水和泥一起倒掉，從而需很長的曝氣時(shí)間和多級(jí)曝氣才能達(dá)到完全消 化而他們?cè)谠囼?yàn)中先將處理后的混合液進(jìn)行靜沉。然后撇去上清液，保持沉淀物， 再注入新的廢水進(jìn)行曝氣處理，這樣反復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)：隨著重復(fù)次數(shù)的增加懸浮物和污泥產(chǎn)生量也越多，廢水凈化所需時(shí)間也越短， 他們對(duì)這種新的發(fā)現(xiàn)進(jìn)行了較詳細(xì)地分析研究，并在1914年4月3日“化學(xué)工業(yè)國際會(huì)議"上發(fā)表 了他們的發(fā)現(xiàn)和研究成果，其主要成果如下。

廢水通過曝氣后可形成一種稱為活性污泥的懸浮性物質(zhì)，這種活性污泥的存在可使廢水凈化處理加快，但廢水凈化的速度與泥水混合強(qiáng)弱以及活性污泥多少相關(guān)；活性污泥與通常的污泥有本質(zhì)的區(qū)別，活性污泥是探褐色，沒有氣味，具有良好的絮凝性，很好的沉降性，主要有細(xì)菌和單細(xì)胞生物組成（細(xì)菌數(shù)為34 萬個(gè)/cm3) , 活性污泥含氮量較高；在活性污泥中沒，有氧化的物質(zhì)可通過下次進(jìn)水前的再曝氣使其減少，在溫度10~24℃條件下， 廢水溫度對(duì)出水COD的去除率沒有影響。對(duì)于城市污水曝氣6~9h可得到完全消化，但前3h的曝氣對(duì)COD去除較快，對(duì)于某種廢水所必需的曝氣時(shí)間取決于廢水濃度和所需去除率。

然后，他們又將曝氣器改為陶瓷微孔板，進(jìn)行小氣泡供氣試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)使用小氣泡供氣時(shí)氧的利用率更高由于試驗(yàn)中的工藝較簡單，容易在實(shí)際污水處理工程 中應(yīng)用。上述試驗(yàn)成果在英國1914年的Salford市污水處理中得到直接應(yīng)用。Salford市污水處理設(shè)施是世界上第一個(gè)間歇式活性污泥設(shè)施，它由兩個(gè) 83m3的間歇式反應(yīng)器和預(yù)處理設(shè)施組成、運(yùn)轉(zhuǎn)采用進(jìn)水45min,曝氣 3h，沉淀2h，排水1h，閑置15min,并獲得了較好的處理效果，COD去除率達(dá)90%以上。一年后美國 Milmaukee市也建造了一座間歇式活性污泥設(shè)施。間歇式活性污泥工藝在發(fā)明以后，立即在工程上得到利用，這種間歇進(jìn)水，間歇排水的充排式運(yùn)轉(zhuǎn)方式 是當(dāng)時(shí)主要的污水處理工藝。

連續(xù)進(jìn)水、間歇排水的間歇式活性污泥工藝由Hoover和Proges及Pasveer于 20 世紀(jì)50年代發(fā)現(xiàn)和完善，他們?cè)谘芯靠勺內(nèi)莘e氧化溝工藝時(shí)采用了連續(xù) 進(jìn)水方式，當(dāng)氧化溝反應(yīng)池中得到一定的水位時(shí)停止供氣，進(jìn)行沉淀和排水，但在沉淀和排水階段仍保持進(jìn)水。這種連續(xù)進(jìn)水、間歇排水的間歇式活性污泥法氧化溝工藝一直到 20 世紀(jì)70年代后期仍在實(shí)向污水處理中應(yīng)用。

2早期間歇式運(yùn)轉(zhuǎn)中的間題

間歇式活性污泥工藝自發(fā)現(xiàn)和在工程中應(yīng)用后，人們很快發(fā)現(xiàn)這 種工藝對(duì)泵，攪拌器和曝氣器等設(shè)備需不斷進(jìn)行開停轉(zhuǎn)換，在當(dāng)時(shí)的自動(dòng)化水平下運(yùn)轉(zhuǎn)十分不方便。由于當(dāng)時(shí)的監(jiān)測和自動(dòng)控制技術(shù)水平的限制，運(yùn)行管理顯得過于繁瑣，同時(shí)，人們還發(fā)現(xiàn)：上清液從池中 排出時(shí)常會(huì)夾帶污泥，選成出水水質(zhì)的惡化；曝氣所用的空氣擴(kuò)散器很容易被沉淀丁池底的污泥堵塞。因而，間歇式活性污泥工藝在早期 實(shí)際上沒有大量推廣應(yīng)用。到20世紀(jì)50年代，隨看污水處理規(guī)模的 不斷擴(kuò)大，這種工藝漸漸被后來發(fā)展起來的連續(xù)流活性污泥法所替代。

3間歇式活性污泥工藝的系統(tǒng)性研究和應(yīng)用

隨著連續(xù)流活性污泥法技術(shù)在工程中的大量應(yīng)用，人們發(fā)現(xiàn)連續(xù) 流活性污泥法也有許多缺點(diǎn)，這種工藝必須設(shè)調(diào)節(jié)池和污泥回流。這 樣不僅增加設(shè)備和運(yùn)行費(fèi)用，而且在水質(zhì)變化大的情況下運(yùn)轉(zhuǎn)不理想， 污泥回流的控制也不方便；二沉池不是理想的靜態(tài)，與間歇式活性污泥工藝靜沉相比，沉淀效果受異重流等因素的影響。連續(xù)流活性 污 泥法會(huì)發(fā)生絲狀菌污泥膨脹。而上述缺點(diǎn)在間歇式活性污泥工藝污 水處押中都不會(huì)發(fā)生。在20世紀(jì)70年代，自動(dòng)控制技術(shù)日趨成熟，大量具有自控系統(tǒng)的閥門、流星計(jì)，液位傳感器，定時(shí)控制設(shè)備在水 處理中得到了應(yīng)用，排水裝置的潷水器和防堵塞曝氣設(shè)備的開發(fā)和應(yīng)用，使間歇式活性污泥上藝在早期實(shí)際工程應(yīng)用上的問題得到了解 決。從而在70年代后期。間歇式活性污泥工藝才得到系統(tǒng)的研究和開發(fā)，并在污水處理工程中逐漸得到推廣應(yīng)用。

澳大利亞的 Goronszy 教授從連續(xù)進(jìn)水間歇運(yùn)行的氧化溝工藝著 手從事可變?nèi)莘e活性污泥法的研究和開發(fā)。發(fā)現(xiàn)早期的連續(xù)進(jìn)水、 間歇出水的運(yùn)轉(zhuǎn)方式所進(jìn)入的污水與池中已處理的水在沉淀和排水期會(huì)發(fā)生混合，從而影響出水效果在他的研究中，采用在反應(yīng)池中進(jìn)水 段用墻隔出一節(jié)的辦法來減少這種混合的發(fā)生，并將該污水處理方 法稱為ICEAS工藝。在該研究的基礎(chǔ)上，澳大利亞南威爾大學(xué)與美國ABJ公司合作于1976年建成世界上第一座ICEAS工藝污水處理廠。1978年Goronszy教授利用活性污泥基質(zhì)再生理論，根據(jù)基質(zhì)去除與污泥負(fù)荷實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及污泥活性組成和污泥呼吸速率之間的關(guān)系，將生物選擇器原理應(yīng)用于間歇式活性污泥工藝中開發(fā)出CASS工藝。于 1984年和1989年分別在美國和加拿大取得CASS工藝的專利。

美國Natre Dame大學(xué)Irvine教授及其同事在實(shí)驗(yàn)室以及在污水處 理工程實(shí)際中對(duì)于間歇進(jìn)水、間歇排水的活性污泥工藝進(jìn)行了系統(tǒng) 的研究。揭示了間歇式活性污泥工藝的科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)。為這種工藝的推廣應(yīng)用建立了理論依據(jù)，Irvine稱這種間歇進(jìn)水，間歇排水的活性污泥工藝為SBR。SBR工藝中進(jìn)水，生物降解、沉淀、 排水都在一個(gè) 池中按時(shí)間順序進(jìn)行并不斷反復(fù)。80年代初美國Indiana州南部的 Culver市成功地將原有的連續(xù)流活性污泥裝置改建為雙池的SBR 反應(yīng)池，其BOD5和ss的去除率都達(dá)到94 %左右。

Goronszy和Irvine等對(duì)間歇式活性污泥工藝的系統(tǒng)性研究，為間歇式活性污泥工藝奠定了理論基礎(chǔ)，并引起各國污水處理研究者的重視，各國研究者根據(jù)本地的實(shí)際情況又開發(fā)了許多間歇式活性污泥工藝。美國，日本、德國、加拿大等國迅速將間歇式處理工藝應(yīng)用于工業(yè)廢水和中小城鎮(zhèn)污水處理中，美國，加拿大和日本等國并于20世紀(jì)80年代后期分別及時(shí)地對(duì)間歇式活性污泥工藝污水處理廠做了評(píng)價(jià)，公布了間歇式活性污泥工藝技術(shù)報(bào)告書，日本于1990年出版了 《序批式活性污泥法設(shè)計(jì)指南》, 美國、德國等國也已出版了間歇式 活性污泥工藝法手冊(cè)，德國于1997年還發(fā)布了相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范。為了總結(jié)和推動(dòng)間歇式活性污泥工藝的應(yīng)用，國際水質(zhì)協(xié)會(huì)( IAWA)于 1996 在德國召開了第一次間歇式活性污泥工藝學(xué)術(shù)研討會(huì)。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，至1996年僅澳大利亞就有600多座問歇式活性污泥法污水處理廠，美國僅AQUA AEROBIC SYSTEMS一家公司就已設(shè)計(jì)了350多座 SBR污水處理廠。

我國對(duì)間歇式活性污泥工藝的研究與應(yīng)用始于20世紀(jì)80年代中期，上海市政工程設(shè)計(jì)院于20世紀(jì)80年代中期，設(shè)計(jì)了我國第一座生產(chǎn)性間歇式活性污泥工藝系統(tǒng)（上海市吳凇肉聯(lián)廠SBR 法污水處理站）。清華大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院等研究設(shè)汁單位以及許多環(huán)境工程公司都對(duì)間歇式活性污泥工藝進(jìn)行過專項(xiàng)研究，并開發(fā)了許多改進(jìn)的工藝系統(tǒng)。20世紀(jì)90年代初開始，我 國陸續(xù)在城市生活污水，更多資料可登錄易凈水網(wǎng)（www.ep#）查看。水產(chǎn)品加工、 屠宰廢水、肉類加工、制藥廢水和化工廢水等污水治理工程中使用了間歇式活性污泥工藝，目前間歇式活性污泥工藝已成為我國城市生活污水和工藝廢水處理中常用的處理工藝之一。

4.各種間歇式活性污泥工藝的比較和分析

最近二十多年對(duì)間歇式活性污泥工藝的系統(tǒng)件研究和在污水處 理工程中的大量應(yīng)用，促進(jìn)了間歇式活性污泥工藝的發(fā)展。然而， 污 水處理工程中所采用工藝的適宜性總是與進(jìn)出水水質(zhì)特性、去除效果的要求等因素相關(guān)，因此，世界各國在工程實(shí)踐中根據(jù)不同的水質(zhì)條件和去除要求發(fā)展了多種間歇式活性污泥工藝，這些工藝也在實(shí)際工程中得到應(yīng)用，表1僅列出目前文獻(xiàn)資料中和工程實(shí)際中常見的幾 種間歇式活性污泥工藝。除此而外， 針對(duì)某一特定的廢水處理，采用不同工藝組合發(fā)展了一些新的處理方法，如兩段SBR法，膜法SBR

工藝等 ，這此工藝都帶有間歇式活性污泥工藝的特點(diǎn)。

表1 常用的間歇式活性污泥工藝中英對(duì)照表

SBR工藝是國內(nèi)外研究最多和工桯應(yīng)用最廣的間歇式活性污泥法，我國SBR污水處理廠也較多。該方法按運(yùn)行次序?qū)⒁粋€(gè)周期分為進(jìn) 水期、反應(yīng)期、沉淀期、排水期和閑置期5個(gè)階段，并進(jìn)行不斷的周期反復(fù)對(duì)污水進(jìn)行處理。該工藝進(jìn)水和排水都是間歇式，一個(gè)周期中各個(gè)階段的運(yùn)行時(shí)間、反應(yīng)池中混合液的濃度以及運(yùn)行狀況等都可根據(jù)進(jìn)出水水質(zhì)與運(yùn)行功能要求等靈活掌握，只要有效地控制與變換各階段的操作時(shí)間，更多資料可登錄易凈水網(wǎng)（www.ep#）查看就可以獲得不同的污水處理效果。表1中的其他工藝都是在此工藝基礎(chǔ)上發(fā)展開發(fā)的。

ICEAS、CASS和 IDEA三種工藝都是采用連續(xù)進(jìn)水、間歇排水的方 式運(yùn)轉(zhuǎn)，都設(shè)有一個(gè)生物選擇器或預(yù)反應(yīng)器，循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)方式都為：充水/曝氣-充水/沉淀-沖水/排水-充水/閑置。但它們也有些不同點(diǎn) ，ICEAS工藝中僅設(shè)置了一個(gè)預(yù)反應(yīng)器，沒有污泥回流到生物預(yù)反應(yīng)器 中。CASS和IDEA工藝設(shè)置了生物選擇器，并設(shè)有污泥回流系統(tǒng)將反 應(yīng)池中污泥回流到生物選擇器。IDEA工藝生物選擇器是單設(shè)的池子 ，而CASS和ICEAS 藝是在反應(yīng)池前端用隔墻隔開一部分來作為生物選 擇器或預(yù)反應(yīng)器。ICEAS工藝的預(yù)反應(yīng)區(qū)設(shè)有曝氣設(shè)備，而CASS和 IDEA工藝在生物選擇器中不需要設(shè)曝氣設(shè)備。ICEAS在國內(nèi)應(yīng)用較早， 1991年上海市中藥制藥三廠污水處理中在我國第一次使用ICEAS工藝。昆明市第二污水處理廠采用ICEAS工藝技術(shù)。該廠設(shè)計(jì)能力為：旱季平均15萬m3/d , 旱季高峰20萬m3/d ;雨季高峰30萬 m3/d。北京航天城污水處理工程是我國使用CASS處理市政污水較早的工 程之一，CASS工藝近幾年來已在我國得到廣泛的應(yīng)用，國外大型的 CASS 工藝污水處理廠實(shí)例較多。IDEA 工藝行國內(nèi)還沒有得到廣泛 推廣。

DAT-IAT、IBCASP和BioCoS工藝都至少有兩個(gè)池子串聯(lián)使用,這些工藝都是在總結(jié)SBR, ICEAS、CASS、IDEA和連續(xù)流活性污泥法工藝的優(yōu)點(diǎn)基礎(chǔ)上，不斷完善發(fā)展起來的新的處理方法。它們的運(yùn)轉(zhuǎn)方式和反應(yīng)機(jī)理都保留了間歇式的優(yōu)點(diǎn)，但池子的利用效率比SBR工藝要高。DAT- IAT工藝采用連續(xù)進(jìn)水、間歇出水的方式運(yùn)轉(zhuǎn)，原污水連續(xù)進(jìn)入 DAT池，在DAT池連續(xù)曝氣初步生物處理后，經(jīng)兩池之間雙層配水裝 置連續(xù)不斷的進(jìn)入IAT池，按工藝要求，在IAT池中完成曝氣或攪拌、沉淀和排水，還可以根據(jù)需要設(shè)置閑置過程，上述IAT運(yùn)轉(zhuǎn)過程與SBR 工藝類似。但IAT池中一部分活性污泥要回流到DAT池，作為DAT池下個(gè)周期的基質(zhì)。

IBCASP工藝結(jié)合SBR法和連續(xù)流活性污泥法各自優(yōu)點(diǎn)，保留了 SBR工藝的間歇運(yùn)轉(zhuǎn)方式和連續(xù)流活性污泥法的排水優(yōu)點(diǎn)。從而成功地實(shí)現(xiàn)在間歇式活性污泥工藝運(yùn)轉(zhuǎn)中無需采用特殊的排水設(shè)備，該工 藝是由兩個(gè)矩形池組成，兩個(gè)池子之間水力相連通，每個(gè)池子都有供 氧設(shè)備，進(jìn)水和出水系統(tǒng)。原水通過閥門控制分別在不同的周期內(nèi)進(jìn) 入不同的反應(yīng)器，在一個(gè)周期內(nèi)，進(jìn)水直接進(jìn)入反應(yīng)器Ⅰ，在反應(yīng)器 Ⅰ曝氣并完成生物降解；另一個(gè)反應(yīng)池（反應(yīng)器Ⅱ) 則在非曝氣階段，主要完成泥水分離和排水。在下一個(gè)周期中進(jìn)水直接進(jìn)入反應(yīng)器Ⅱ, 在反應(yīng)器Ⅱ曝氣并完成生物降解，反應(yīng)器Ⅰ則在非曝氣階段完成泥 水分離和排水。更多資料可登錄易凈水網(wǎng)（www.ep#）查看上述過程不斷重復(fù)循環(huán)從而完成污水處理的任務(wù)這 種運(yùn)轉(zhuǎn)方式對(duì)于每個(gè)周期來說水力流動(dòng)類似于有曝氣池和沉淀池組成的連續(xù)流活性污泥法。因而排水時(shí)不需要特殊的排水設(shè)備。     IBCASP工藝一般用于小規(guī)模污水處理上程中，目前在國內(nèi)工業(yè)廢水處 理工程已成功地完成了近20 多個(gè)工業(yè)廢水處理工程，涉及到油廠，食品加工，紡織，皮革等工業(yè)廢 水的冶理。

BioCoS工藝自1998年以來在德國和奧地利得到了廣泛的應(yīng)用，該工藝主要有一個(gè)好氧池和一個(gè)或兩個(gè)沉淀循環(huán)池組成。當(dāng)采用一個(gè) 好氧池和一個(gè)沉淀循環(huán)池組成處理系統(tǒng)時(shí)，運(yùn)轉(zhuǎn)采用間歇進(jìn)水、間歇排水方式，但在實(shí)際工程中很少使用。實(shí)際工程中一般采用一個(gè)好氧 池和兩個(gè)沉淀循環(huán)池組成的污水處理系統(tǒng)，運(yùn)轉(zhuǎn)采用連續(xù)進(jìn)水、連續(xù)排水方式。通常一個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)周期內(nèi)可分成3個(gè)階段。在第1階段，原污 水連續(xù)進(jìn)入好氧池，好氧池停止曝氣，沉淀循環(huán)池Ⅰ和好氧池之間的 上部和下部的連接管道打開，沉淀循環(huán)池Ⅱ和好氧池之間的連接管 道關(guān)閉，沉淀循環(huán)池Ⅰ中的污泥通過上部連接管道向好氧池中回流，同時(shí)進(jìn)水通過下部連 接管道進(jìn)入沉淀循環(huán)池Ⅰ; 沉淀循環(huán)池Ⅱ在排水狀態(tài)。在第2階段，原污水仍連續(xù)進(jìn)入好氧池，沉淀循環(huán)池Ⅰ和好氧池之間的上部連接管道關(guān)閉，下部連接管道打開，沉淀循環(huán)池Ⅱ和好氧池之間的連接管道仍關(guān)閉，好氧池曝氣，沉淀循環(huán)池Ⅰ在沉淀階段，更多資料可登錄易凈水網(wǎng)（www.ep#）查看沉淀循環(huán)池Ⅱ仍在排水狀態(tài)第3階段是重復(fù)上述兩個(gè)過程。但沉淀循環(huán)池Ⅰ和Ⅱ的作用調(diào)換， 既沉淀循環(huán)池Ⅰ在排水狀態(tài)，沉淀循環(huán)池Ⅱ按時(shí)間順序分別處在污泥回流到好氧池和沉淀階段，BioCoS 工藝對(duì)沉淀循環(huán)池和好氧池之間的下部的連接管道構(gòu)造要求較高。以便保證在沉淀循環(huán)池處于沉淀狀態(tài)時(shí)好氧池中的混合液以低速流入沉淀循環(huán)池，不影響沉淀循環(huán)池的沉淀效果，同時(shí)，還應(yīng)設(shè)置防止污 泥翻卷的裝置

5小結(jié)

間歇式活性污泥工藝是最早發(fā)現(xiàn)的污水生物處理工藝，它的發(fā)展 過程中經(jīng)歷了發(fā)現(xiàn)。工程早期應(yīng)用, 幾乎停止，系統(tǒng)研究和大規(guī)模應(yīng) 用幾個(gè)階段，這一發(fā)展過程與自控技術(shù)和污水處理設(shè)備技術(shù)的發(fā)展相關(guān)。目前圍內(nèi)外常用的幾種間歇式活性污泥工藝在系統(tǒng)組成和運(yùn)轉(zhuǎn)方式上都有一些差異。在實(shí)際工程中應(yīng)根據(jù)廢水特性和實(shí)際情況選擇 合適的工藝。