间歇式活性污泥工艺的前世今生

1.间歇式活性污泥工艺的发现

世界上第一个间歇式运转的工艺是英国工程师 Sir Thomas Wardle于1898年发现.该工艺含有化学沉淀和曝气两个处理过程。分成进水期、曝气期、沉淀期和排水期四个阶段，但反应器中没有活性污泥。

十多年后Ardern and Lockett 在曼彻斯特实验室进行了类似的间歇式运转试验，试验目的见考察在没有化学处理情况下仅通过一级曝气处理达到完全消化的可能性，从而去除废水中的有机物。在此之前的试验者在试验中一旦达到完全消化后就将废水和泥一起倒掉，从而需很长的曝气时间和多级曝气才能达到完全消 化而他们在试验中先将处理后的混合液进行静沉。然后撇去上清液，保持沉淀物， 再注入新的废水进行曝气处理，这样反复进行试验后发现：随着重复次数的增加悬浮物和污泥产生量也越多，废水净化所需时间也越短， 他们对这种新的发现进行了较详细地分析研究，并在1914年4月3日“化学工业国际会议"上发表 了他们的发现和研究成果，其主要成果如下。

废水通过曝气后可形成一种称为活性污泥的悬浮性物质，这种活性污泥的存在可使废水净化处理加快，但废水净化的速度与泥水混合强弱以及活性污泥多少相关；活性污泥与通常的污泥有本质的区别，活性污泥是探褐色，没有气味，具有良好的絮凝性，很好的沉降性，主要有细菌和单细胞生物组成（细菌数为34 万个/cm3) , 活性污泥含氮量较高；在活性污泥中没，有氧化的物质可通过下次进水前的再曝气使其减少，在温度10~24℃条件下， 废水温度对出水COD的去除率没有影响。对于城市污水曝气6~9h可得到完全消化，但前3h的曝气对COD去除较快，对于某种废水所必需的曝气时间取决于废水浓度和所需去除率。

然后，他们又将曝气器改为陶瓷微孔板，进行小气泡供气试验，发现使用小气泡供气时氧的利用率更高由于试验中的工艺较简单，容易在实际污水处理工程 中应用。上述试验成果在英国1914年的Salford市污水处理中得到直接应用。Salford市污水处理设施是世界上第一个间歇式活性污泥设施，它由两个 83m3的间歇式反应器和预处理设施组成、运转采用进水45min,曝气 3h，沉淀2h，排水1h，闲置15min,并获得了较好的处理效果，COD去除率达90%以上。一年后美国 Milmaukee市也建造了一座间歇式活性污泥设施。间歇式活性污泥工艺在发明以后，立即在工程上得到利用，这种间歇进水，间歇排水的充排式运转方式 是当时主要的污水处理工艺。

连续进水、间歇排水的间歇式活性污泥工艺由Hoover和Proges及Pasveer于 20 世纪50年代发现和完善，他们在研究可变容积氧化沟工艺时采用了连续 进水方式，当氧化沟反应池中得到一定的水位时停止供气，进行沉淀和排水，但在沉淀和排水阶段仍保持进水。这种连续进水、间歇排水的间歇式活性污泥法氧化沟工艺一直到 20 世纪70年代后期仍在实向污水处理中应用。

2早期间歇式运转中的间题

间歇式活性污泥工艺自发现和在工程中应用后，人们很快发现这 种工艺对泵，搅拌器和曝气器等设备需不断进行开停转换，在当时的自动化水平下运转十分不方便。由于当时的监测和自动控制技术水平的限制，运行管理显得过于繁琐，同时，人们还发现：上清液从池中 排出时常会夹带污泥，选成出水水质的恶化；曝气所用的空气扩散器很容易被沉淀丁池底的污泥堵塞。因而，间歇式活性污泥工艺在早期 实际上没有大量推广应用。到20世纪50年代，随看污水处理规模的 不断扩大，这种工艺渐渐被后来发展起来的连续流活性污泥法所替代。

3间歇式活性污泥工艺的系统性研究和应用

随着连续流活性污泥法技术在工程中的大量应用，人们发现连续 流活性污泥法也有许多缺点，这种工艺必须设调节池和污泥回流。这 样不仅增加设备和运行费用，而且在水质变化大的情况下运转不理想， 污泥回流的控制也不方便；二沉池不是理想的静态，与间歇式活性污泥工艺静沉相比，沉淀效果受异重流等因素的影响。连续流活性 污 泥法会发生丝状菌污泥膨胀。而上述缺点在间歇式活性污泥工艺污 水处押中都不会发生。在20世纪70年代，自动控制技术日趋成熟，大量具有自控系统的阀门、流星计，液位传感器，定时控制设备在水 处理中得到了应用，排水装置的滗水器和防堵塞曝气设备的开发和应用，使间歇式活性污泥上艺在早期实际工程应用上的问题得到了解 决。从而在70年代后期。间歇式活性污泥工艺才得到系统的研究和开发，并在污水处理工程中逐渐得到推广应用。

澳大利亚的 Goronszy 教授从连续进水间歇运行的氧化沟工艺着 手从事可变容积活性污泥法的研究和开发。发现早期的连续进水、 间歇出水的运转方式所进入的污水与池中已处理的水在沉淀和排水期会发生混合，从而影响出水效果在他的研究中，采用在反应池中进水 段用墙隔出一节的办法来减少这种混合的发生，并将该污水处理方 法称为ICEAS工艺。在该研究的基础上，澳大利亚南威尔大学与美国ABJ公司合作于1976年建成世界上第一座ICEAS工艺污水处理厂。1978年Goronszy教授利用活性污泥基质再生理论，根据基质去除与污泥负荷实验结果以及污泥活性组成和污泥呼吸速率之间的关系，将生物选择器原理应用于间歇式活性污泥工艺中开发出CASS工艺。于 1984年和1989年分别在美国和加拿大取得CASS工艺的专利。

美国Natre Dame大学Irvine教授及其同事在实验室以及在污水处 理工程实际中对于间歇进水、间歇排水的活性污泥工艺进行了系统 的研究。揭示了间歇式活性污泥工艺的科学技术基础。为这种工艺的推广应用建立了理论依据，Irvine称这种间歇进水，间歇排水的活性污泥工艺为SBR。SBR工艺中进水，生物降解、沉淀、 排水都在一个 池中按时间顺序进行并不断反复。80年代初美国Indiana州南部的 Culver市成功地将原有的连续流活性污泥装置改建为双池的SBR 反应池，其BOD5和ss的去除率都达到94 %左右。

Goronszy和Irvine等对间歇式活性污泥工艺的系统性研究，为间歇式活性污泥工艺奠定了理论基础，并引起各国污水处理研究者的重视，各国研究者根据本地的实际情况又开发了许多间歇式活性污泥工艺。美国，日本、德国、加拿大等国迅速将间歇式处理工艺应用于工业废水和中小城镇污水处理中，美国，加拿大和日本等国并于20世纪80年代后期分别及时地对间歇式活性污泥工艺污水处理厂做了评价，公布了间歇式活性污泥工艺技术报告书，日本于1990年出版了 《序批式活性污泥法设计指南》, 美国、德国等国也已出版了间歇式 活性污泥工艺法手册，德国于1997年还发布了相应的设计规范。为了总结和推动间歇式活性污泥工艺的应用，国际水质协会( IAWA)于 1996 在德国召开了第一次间歇式活性污泥工艺学术研讨会。据文献报道，至1996年仅澳大利亚就有600多座问歇式活性污泥法污水处理厂，美国仅AQUA AEROBIC SYSTEMS一家公司就已设计了350多座 SBR污水处理厂。

我国对间歇式活性污泥工艺的研究与应用始于20世纪80年代中期，上海市政工程设计院于20世纪80年代中期，设计了我国第一座生产性间歇式活性污泥工艺系统（上海市吴凇肉联厂SBR 法污水处理站）。清华大学、同济大学、北京市市政工程设计研究总院等研究设汁单位以及许多环境工程公司都对间歇式活性污泥工艺进行过专项研究，并开发了许多改进的工艺系统。20世纪90年代初开始，我 国陆续在城市生活污水，更多资料可登录易净水网（www.ep360.cn）查看。水产品加工、 屠宰废水、肉类加工、制药废水和化工废水等污水治理工程中使用了间歇式活性污泥工艺，目前间歇式活性污泥工艺已成为我国城市生活污水和工艺废水处理中常用的处理工艺之一。

4.各种间歇式活性污泥工艺的比较和分析

最近二十多年对间歇式活性污泥工艺的系统件研究和在污水处 理工程中的大量应用，促进了间歇式活性污泥工艺的发展。然而， 污 水处理工程中所采用工艺的适宜性总是与进出水水质特性、去除效果的要求等因素相关，因此，世界各国在工程实践中根据不同的水质条件和去除要求发展了多种间歇式活性污泥工艺，这些工艺也在实际工程中得到应用，表1仅列出目前文献资料中和工程实际中常见的几 种间歇式活性污泥工艺。除此而外， 针对某一特定的废水处理，采用不同工艺组合发展了一些新的处理方法，如两段SBR法，膜法SBR

工艺等 ，这此工艺都带有间歇式活性污泥工艺的特点。

表1 常用的间歇式活性污泥工艺中英对照表

SBR工艺是国内外研究最多和工桯应用最广的间歇式活性污泥法，我国SBR污水处理厂也较多。该方法按运行次序将一个周期分为进 水期、反应期、沉淀期、排水期和闲置期5个阶段，并进行不断的周期反复对污水进行处理。该工艺进水和排水都是间歇式，一个周期中各个阶段的运行时间、反应池中混合液的浓度以及运行状况等都可根据进出水水质与运行功能要求等灵活掌握，只要有效地控制与变换各阶段的操作时间，更多资料可登录易净水网（www.ep360.cn）查看就可以获得不同的污水处理效果。表1中的其他工艺都是在此工艺基础上发展开发的。

ICEAS、CASS和 IDEA三种工艺都是采用连续进水、间歇排水的方 式运转，都设有一个生物选择器或预反应器，循环运转方式都为：充水/曝气-充水/沉淀-冲水/排水-充水/闲置。但它们也有些不同点 ，ICEAS工艺中仅设置了一个预反应器，没有污泥回流到生物预反应器 中。CASS和IDEA工艺设置了生物选择器，并设有污泥回流系统将反 应池中污泥回流到生物选择器。IDEA工艺生物选择器是单设的池子 ，而CASS和ICEAS 艺是在反应池前端用隔墙隔开一部分来作为生物选 择器或预反应器。ICEAS工艺的预反应区设有曝气设备，而CASS和 IDEA工艺在生物选择器中不需要设曝气设备。ICEAS在国内应用较早， 1991年上海市中药制药三厂污水处理中在我国第一次使用ICEAS工艺。昆明市第二污水处理厂采用ICEAS工艺技术。该厂设计能力为：旱季平均15万m3/d , 旱季高峰20万m3/d ;雨季高峰30万 m3/d。北京航天城污水处理工程是我国使用CASS处理市政污水较早的工 程之一，CASS工艺近几年来已在我国得到广泛的应用，国外大型的 CASS 工艺污水处理厂实例较多。IDEA 工艺行国内还没有得到广泛 推广。

DAT-IAT、IBCASP和BioCoS工艺都至少有两个池子串联使用,这些工艺都是在总结SBR, ICEAS、CASS、IDEA和连续流活性污泥法工艺的优点基础上，不断完善发展起来的新的处理方法。它们的运转方式和反应机理都保留了间歇式的优点，但池子的利用效率比SBR工艺要高。DAT- IAT工艺采用连续进水、间歇出水的方式运转，原污水连续进入 DAT池，在DAT池连续曝气初步生物处理后，经两池之间双层配水装 置连续不断的进入IAT池，按工艺要求，在IAT池中完成曝气或搅拌、沉淀和排水，还可以根据需要设置闲置过程，上述IAT运转过程与SBR 工艺类似。但IAT池中一部分活性污泥要回流到DAT池，作为DAT池下个周期的基质。

IBCASP工艺结合SBR法和连续流活性污泥法各自优点，保留了 SBR工艺的间歇运转方式和连续流活性污泥法的排水优点。从而成功地实现在间歇式活性污泥工艺运转中无需采用特殊的排水设备，该工 艺是由两个矩形池组成，两个池子之间水力相连通，每个池子都有供 氧设备，进水和出水系统。原水通过阀门控制分别在不同的周期内进 入不同的反应器，在一个周期内，进水直接进入反应器Ⅰ，在反应器 Ⅰ曝气并完成生物降解；另一个反应池（反应器Ⅱ) 则在非曝气阶段，主要完成泥水分离和排水。在下一个周期中进水直接进入反应器Ⅱ, 在反应器Ⅱ曝气并完成生物降解，反应器Ⅰ则在非曝气阶段完成泥 水分离和排水。更多资料可登录易净水网（www.ep360.cn）查看上述过程不断重复循环从而完成污水处理的任务这 种运转方式对于每个周期来说水力流动类似于有曝气池和沉淀池组成的连续流活性污泥法。因而排水时不需要特殊的排水设备。     IBCASP工艺一般用于小规模污水处理上程中，目前在国内工业废水处 理工程已成功地完成了近20 多个工业废水处理工程，涉及到油厂，食品加工，纺织，皮革等工业废 水的冶理。

BioCoS工艺自1998年以来在德国和奥地利得到了广泛的应用，该工艺主要有一个好氧池和一个或两个沉淀循环池组成。当采用一个 好氧池和一个沉淀循环池组成处理系统时，运转采用间歇进水、间歇排水方式，但在实际工程中很少使用。实际工程中一般采用一个好氧 池和两个沉淀循环池组成的污水处理系统，运转采用连续进水、连续排水方式。通常一个运转周期内可分成3个阶段。在第1阶段，原污 水连续进入好氧池，好氧池停止曝气，沉淀循环池Ⅰ和好氧池之间的 上部和下部的连接管道打开，沉淀循环池Ⅱ和好氧池之间的连接管 道关闭，沉淀循环池Ⅰ中的污泥通过上部连接管道向好氧池中回流，同时进水通过下部连 接管道进入沉淀循环池Ⅰ; 沉淀循环池Ⅱ在排水状态。在第2阶段，原污水仍连续进入好氧池，沉淀循环池Ⅰ和好氧池之间的上部连接管道关闭，下部连接管道打开，沉淀循环池Ⅱ和好氧池之间的连接管道仍关闭，好氧池曝气，沉淀循环池Ⅰ在沉淀阶段，更多资料可登录易净水网（www.ep360.cn）查看沉淀循环池Ⅱ仍在排水状态第3阶段是重复上述两个过程。但沉淀循环池Ⅰ和Ⅱ的作用调换， 既沉淀循环池Ⅰ在排水状态，沉淀循环池Ⅱ按时间顺序分别处在污泥回流到好氧池和沉淀阶段，BioCoS 工艺对沉淀循环池和好氧池之间的下部的连接管道构造要求较高。以便保证在沉淀循环池处于沉淀状态时好氧池中的混合液以低速流入沉淀循环池，不影响沉淀循环池的沉淀效果，同时，还应设置防止污 泥翻卷的装置

5小结

间歇式活性污泥工艺是最早发现的污水生物处理工艺，它的发展 过程中经历了发现。工程早期应用, 几乎停止，系统研究和大规模应 用几个阶段，这一发展过程与自控技术和污水处理设备技术的发展相关。目前围内外常用的几种间歇式活性污泥工艺在系统组成和运转方式上都有一些差异。在实际工程中应根据废水特性和实际情况选择 合适的工艺。