未来污水零排放处理技术的发展方向及特征

在展望未来之前，首先让我们回顾一下污水零排放处理技术的发展历史。19世纪末期对污水的曝气促使了活性污泥法在1914年出现，这一事件事实上成为现代污水发展的起点；进入20世纪中后期后，污水处理的基本理论体系逐渐建立，同时出现了活性污泥法的各种变形工艺，尤其是上世纪70年代出现的生物脱氮除磷技术（BNR）成为活性污泥工艺发展的一个重要里程碑，并在某种程度上奠定了当今污水处理技术的主要局面；同时生物膜工艺获得再次发展机会，IFAS、MBBR及BAF等工艺由于其在紧凑性方面的优势在升级改造方面获得了一定的优势。另外在20世纪末，一些创新性的工艺如厌氧氨氧化、好氧颗粒污泥技术逐渐登上了历史舞台。

从过去这100年的污水处理技术发展历程来看，污水处理技术正朝着越来越“密集化（Intensification）”的方向发展。密集化这个概念实际上是一个化工行业的术语，它是强调以化工原理和反应工程以及相关平衡特性为基础，通过采用新设备、新工艺，显著提升反应的过程速率，使工厂布局更加紧凑，提升能量效率，减少废物排放。Intensification这个词的中文翻译有强化的意思，但我觉得这个强化和污水处理技术领域经常提到的一级强化处理（CEPT）、强化生物除磷（EBPR）还不是完全一样。Intensifcation称之为密集化可能更合适一些，它的意思是工艺的发展将会使占地面积更小、能耗更低、处理能力更强、功能更多，下面通过几个具体的技术来阐述密集化的概念。

未来的发展是建立在现有的基础上的，那么我们可以看看这个传统污水处理工艺如何走向未来。

在污水处理领域近些年一个重要的动向是一级处理技术的发展，出现了几个新的工艺。一个是旋转带式过滤机（RBF），占地面积非常小，只占初沉池面积的10%左右，效率和初沉池的效率差不多，BOD去除率约20~30%、SS去除率约50~60%。

另外一个技术是滤布一级过滤（CMPF），滤布滤池在三级处理中已经应用了很多年了，但是应用于一级处理还是近一两年的事情，滤布一级过滤可以实现75-85%的SS去除率、45-60%的BOD去除率，一级处理的占地面积减少75%，同时下游的生物处理能耗也得到了降低。

这是加州的一个污水厂，用的是滤布一级过滤，SS去除率在80%左右。从一级处理技术发展的动向来看，密集化是一个明显的特征。

我们再看看二级处理，下面这个图反映的是IFAS工艺促使硝化工艺更加密集化的发展，上面的曲线是考虑安全因子为2.3时的传统硝化低泥龄曲线，下面的曲线是应用IFAS工艺之后的低泥龄，可以看出IFAS工艺中的泥龄已经远远低于硝化的低泥龄，这实际上是一种密集化的表现。

这些年发展势头良好的另外一种生物膜工艺是MABR。MABR是在膜丝中打入空气，生物膜附着于膜材料的表面上。DO和COD在传统生物膜工艺上是同方向的扩散，由于传质的要求，所需的DO很高，这样不仅能耗较高同时也不利于反硝化。MABR上的生物膜与此不同，内层的硝化菌先接触到DO，也没有COD对DO竞争，非常有利于硝化。同时外层异养菌可以首先利用低DO环境下液相中的COD进行反硝化，对反硝化也很有利。