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摘要：回顾百年来的发展变革，污水处理技术为改善人居环境，推动人类文明进步产生了巨大影响。面对气候变化、能源危机、资源紧缺等全球环境变化的挑战，结合可持续发展的要求，污水处理系统未来发展方向应从碳减排和资源利用的角度来探索思考。基于此，在接下来的文章中，将围绕未来污水处理工艺发展的若干方向、规律及应用方面展开详细分析，希望能够给相关人士提供重要的 参考价值。
关键词：污水处理工艺；发展方向；规律；应用
引言：现代污水处理技术在经历了100年的发展之后迎来了新的挑战与机遇，未来污水处理发展的方向将朝着紧凑性、可持续性的方向发展，其中好氧颗粒污泥将向着连续流的方向发展，在实际应用中将会更加注重絮体与颗粒污泥之间的平衡；碳转向是今后污水处理发展的一个重要方向；主流短程脱氮技术的发展愈加深入，未来的突破可能在微生物方面的认识进展；生物膜技术的认识和应用将会更加深入，MABR技术独特的特点使得供氧效率得到极大提高。在上述工艺发展过程中，ICA的应用将更加普及，基于数据调谐的模型应用将显现出强大的力量。
一、污水处理工艺的发展
1914年，英国人Ａｒｄｅｒｎ、Ｌｏｃｋｅｔｔ发明了活性污泥工艺，这一事件成为了现代污水发展的起点和重要的标志性事件。自那以后，活性污泥工艺成为污水处理的主流处理技术，围绕着活性污泥工艺，污水处理技术获得了长足的发展，出现了百花齐放的技术格局。活性污泥工艺在经历了早期的专利权问题之后迎来了技术的空前繁荣，主要体现在基本理论的完善和各种变形工艺的出现，尤其是２０世纪７０年代出现的生物脱氮除磷技术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。在活性污泥工艺经历了100多年的发展之后，污水处理技术的大厦已经相当完善，目前的污水处理工艺在传统水质方面已经不是问题，北美的研究结果表明，生物脱氮除磷工艺的极限可以达到ＴＮ＜３ｍｇ／Ｌ、ＴＰ＜０．１ｍｇ／Ｌ。荷兰的研究结果也表明，在条件适应的情况下活性污泥工艺的技术极限可以达到ＴＮ＜２．２ｍｇ／Ｌ、ＴＰ＜０．１５ｍｇ／Ｌ。
二、未来污水处理工艺发展的方向
（一）好氧颗粒污泥技术
活性污泥工艺的出现与发展实际上是采用各种方法选择微生物的过程。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆１９１４年，Ａｒｄｅｒｎ和Ｌｏｃｋ－ｅｔｔ将曝气后沉淀下的污泥留了下来，将不易沉降的微生物“淘洗”出去，采用这种序批式的方式，他们观察到了颗粒污泥的现象。另外，好氧颗粒污泥的形成与选择。活性污泥工艺从诞生至今一直不断经历着“选择”的过程，早期的污泥回流使微生物选择留在系统中，起到了最为关键的作用；此后，人们通过基本的长泥龄方式而使硝化菌在系统中选择地存在；而生物除磷工艺的出现，则是通过厌氧－好氧的交替环境选择性地使聚磷菌（ＰＡＯｓ）在系统中存在，可以看出对微生物的选择过程一直伴随着污水处理工艺的发展。当然，在这一系列的基本选择过程中，还有其他因素的影响，比如硝化过程中对ＤＯ的需求、生物除磷过程对ＶＦＡ的需求等。好氧颗粒污泥技术的出现与发展实际上仍然是对微生物选择过程的更进一步认识，在这一认识过程伴随着对生物膜、污泥膨胀的更加深入理解。具体而言就是选择微生物如何生长形成颗粒性结构，同时如何保持结构的稳定性。好氧颗粒污泥既可以在只去除ＣＯＤ的好氧环境中出现，也可以在厌氧－好氧的交替环境中去除ＣＯＤ及氮、磷，在这种形式的颗粒污泥中，硝化菌及普通异养菌在颗粒污泥的最外层，靠近内核部分的是反硝化菌、聚磷菌（ＰＡＯｓ）、聚糖菌（ＧＡＯｓ）。因此，好氧颗粒污泥去除营养物的机理实际上与活性污泥工艺相同，只不过并不是在不同的池子来实现，而是在颗粒污泥的不同区域来实现。
（二）生物膜技术
无论从人类的伤口感染、中耳炎，还是食品的变质、输水管道内壁的微生物的附着，生物膜存在于人类生活的方方面面，其在污水处理方面的应用历史甚至比活性污泥法还长，最为典型的便是早期滴滤池在欧美各地的应用。虽然生物膜工艺在活性污泥法出现之后应用数量有所下降，但从来没有退出历史的舞台。随着对生物膜机理认识的愈加深入，尤其是在生物膜形成机理及结构稳定性方面的认识促使一些新型生物膜技术得到了发展，这一具有悠久历史的技术正重新焕发出新的光芒。
三、工艺发展的规律
（一）关键的突破
工艺的发展在经历了充分的积累之后，可能会获得关键性的突破。在早期污水经历了３１年的曝气研究之后，Ａｒｄｅｒｎ和Ｌｏｃｋｅｔｔ在１９１４年将曝气之后形成的污泥留存下来成为关键性的突破，这一突破在当时甚至被认为是离经叛道的，因为在当时人们认为污水净化不应该形成污泥。传统生物脱氮工艺的关键突破也是经历了较长的发展阶段才走向成熟，早期生物脱氮的概念在上世纪６０年代逐渐出现，最初是Ｗｕｈｒｍａｎｎ提出的后置脱氮方式，之后Ｌｕｄｚａｋ＆Ｅｔｔｉｎｇｅｒ提出了前置脱氮方式，但最为关键的是在７０年代ＪａｍｅｓＢａｒ－ｎａｒｄ在前置脱氮方式的基础上引入了内回流的措施，这成为日后污水生物脱氮的标准做法。
（二）创新需要长时间的积累
污水处理工艺的创新从来不是一夜之间的事情，某项技术的出现有着复杂的历史背景。以活性污泥工艺为例，虽然这项技术出现在１９１４年，但促成这项技术出现的因素可以追溯至３０年前。１８８２年，史密斯开始对污水曝气研究，之后又有Ｄｉｂｄｉｎ，Ｋａｙｅ－Ｐａｒｒｙ，Ｄｒｏｗｎ，Ｍａｓｏｎ等众多的研究者继续沿着这个方向继续研究，对污水曝气的研究的直接结论就是曝气可以防止污水腐败。在这之后的多年里，污水曝气的研究并没有获得处理效率的明显改善，但在1910年的时候人们逐渐意识到污水曝气形成的悬浮物对于处理效果很重要，所有这些都为1914年的工艺突破奠定坚实的基础。同样，在当今被广为看好的好氧颗粒污泥技术在也经历了漫长的早期发展，从早期日本学者1991年最初提出的概念到2011年第一座基于好氧颗粒污泥设计的城市污水处理厂在荷兰Ｅｐｅ开始运行经历了20年。
四、未来污水处理技术的应用
污水处理技术的发展必然是多元化的，其应用也必然是各种技术共存。前瞻性污水处理技术的应用需要格外重视适应性的原则，工艺的适应性简言之就是具有足够的灵活性能够在相当长的时间内适应污水处理各种可能的方向发展。未来污水处理厂的适应性首先需要体现在对水力性能方面，污水处理厂需要能够适应最低流量、峰值流量的波动，一方面由于节水意识和措施的深入，未来污水处理厂的最低流量可能会比历史上的任何时期都低，另一方面由于气化变化导致的极端天气雨季的峰值流量又会比以往更高，如何适应未来水量的这种变化是未来污水处理厂不容忽视的一个问题。
结论
简而言之，现代污水处理技术在经历了100年的发展之后迎来了新的挑战与机遇。对于微生物世界认识的愈加深入使得污水处理工艺朝着更加节能、更加紧凑的方向发展[1]。
参考文献
[1]陈珺，王洪臣，ＢｅｒｎｈａｒｄＷｅｔｔ．城市污水处理工艺迈向主流厌氧氨氧化的挑战与展望．给水排水，2017，41（10）：29～34
论文作者:张杰
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第25期
论文发表时间:2018/12/19
标签：污泥论文; 污水处理论文; 工艺论文; 技术论文; 颗粒论文; 活性论文; 生物论文; 《建筑学研究前沿》2018年第25期论文;