Ⅰ 納濾膜三致物質的去除
納濾膜在水處理領域展現出顯著的效果，據研究顯示，其有效過濾能力顯著，能夠有效去除水中的大部分有毒和有害有機物。在Ames致突變物的測試中，納濾膜表現出卓越的性能，使得經過處理的水樣在TA98和TA100菌株的致突變試驗中，各劑量下的致突比MR值均低於2，結果呈現出陰性，顯示出其對生物活性物質的抑製作用。
未來的研究計劃聚焦於納濾技術在飲水安全方面的應用，特別是對於內分泌干擾物質的截留特性。這一研究對於確保飲水質量，提供安全的飲用水源具有重要的科學價值。通過納濾膜的處理，我們可以期待更純凈的水體，以滿足日常生活和健康需求。
納濾膜：是允許溶劑分子或某些低分子量溶質或低價離子透過的一種功能性的半透膜。它是一種特殊而又很有前途的分離膜品種，它因能截留物質的大小約為納米而得名，它截留有機物的分子量大約為150－500左右，截留溶解性鹽的能力為2－98%之間，對單價陰離子鹽溶液的脫鹽低於高價陰離子鹽溶液。被用於去除地表水的有機物和色度，脫除地下水的硬度，部分去除溶解性鹽，濃縮果汁以及分離葯品中的有用物質等。
Ⅱ 給水處理技術的探討及其研究
發達國家城市給水能力不足的問題已解決，目前發達國家主要的研究內容是如何提高給水的質量，為居民提供更加安全、衛生的飲用水。但我國由於經濟相對落後，先前城市給水設施不夠，給水能力不足，不能向市民供應充足的飲用水，仍是有待解決的首要問題。隨著科學技術的發展，同時國家對居民飲用水質量的重視，以及給水企業對安全、優質給水的重視，很有必要對國外先進技術進行學習和研究。本文結合自己工作經驗，對國內外給水處理技術的現狀及發展趨勢進行了深入的探討和研究，以便今後具有借鑒意義。在城市給水處理技術方面發達國家處於世界領先地位，下面重點介紹的是這些發達國家和國內的一些給水情況。
水源保護與水質監測
國外對水源的保護非常重視，給水部門和環保部門都要建立起水源水質的監測系統，從水源上游開始利用水質監測儀器進行連續的監測，並且在沿途設立一定數量的子站對全河道進行監測。同時在水源進入水廠的水質監測點，還要用采樣存貯的設備，根據貯存的水樣追溯分析，還要在取水口附近喂養生物以監測水質狀況。例如在魚的心臟裝設儀器，可以通過魚的心臟的一系列參數變化從而發現水質的變化。而國內在水源的保護和監測方面與發達國家還存在很大差距，近年來隨著環保意識的不斷加強，已有所改善。
常規處理工藝的改進
目前常規的水處理工藝都在不斷的從技術上加以改進和研究，以求給水的各個環節都在最佳的狀態下運行，並取得更好的處理效果。具體工藝如下：
(1)凈水葯劑的選擇：傳統的混凝劑如三氯化鐵和硫酸鋁仍在廣泛應用，同時復合型的高分子混凝劑和高分子混凝劑和也被廣泛的應用。根據水質和葯劑供應情況和經濟條件來決定的選擇什麼葯劑。活化硅酸在美國仍然廣泛使用，助凝劑的應用也較為普遍。高分子助凝劑也被應用在許多水廠中，還有的水廠用高分子混凝劑作為助濾劑。為了達到最佳的水處理效果，國外許多水廠往往採用必須的多種葯劑，包括同時使用助凝劑、混凝劑、助濾劑、調節劑。從創造混凝劑最佳使用條件出發，pH 值調節劑在國外應用非常普遍，並應用投加粉末活性炭來降低嗅、味，提高水質。往往國外水廠的加葯部分，這些葯劑的配比也是需要根據水質確定的，需投加多種葯劑而形成復雜的系統。
(2)絮凝反應：可以根據需要，通過改進攪拌機的旋轉速度，同時利用液壓無級變速方式和改變電機轉數方式來進行調節，分級控制絮凝的過程，能夠達到最佳反應效果。在絮凝反悉察應工序，國外採用機械反應的方式非常普遍。我國一般用水利絮凝的反應，簡單方便，但不能適應流量的變化。
(3)葯劑投加點和混合：葯劑投加，需設置專門的混合設備才能達到最佳的混合條件。為了避免對水泵產生腐蝕，所以直接利用水泵混合的較少，而利用比較多的葉片型的是混合機（葉片為螺旋槳式的形式），混合時間在30s-60s。另外直接裝在管路上的靜態混合器也常採用，它是在沒有機械運動部件的混合設備，讓水在混合器內形成分流和紊流的條件來與葯劑的混合。
(4)葯劑的投加方式：無論何種方式投加，都需要達到計量准確，調整方便的睜蠢茄要求。混凝劑、助濾劑常採用液體投加，調節劑用石灰時採用干投濕加，而粉末活性炭也採用濕加。
液體混凝劑投加設備需要採用隔膜計量泵。其泵利用改變電動機的轉數和活塞沖程長度來改檔絕變投葯的量。用變頻方式改變用伺服電機改變沖程長度和電動機的轉數就可以對投葯量的控制。在實際中，根據流量的變化需要進行投葯量的變化時，主要是通過改變主電機的轉數來實現投葯量的增減。根據水質變化來改變投葯量時要利用改變沖程長度來實現，通過流量和水質信號同時控制加葯泵的投加量的方式是復合環控制。根據水質和水量的變化自動調整投葯量，因此可以實現自動無人控制。為了及時報警防止發生問題，通常這種泵帶有隔膜破裂報警裝置系統。隔膜泵還有雙隔膜的型式，其目的是為了防止葯液在隔膜破裂時帶來的問題，更為安全。其它類型的投葯設備也有自動控制系統和計量的設備，能根據設定條件和根據水量水質變化地進行投葯。
(5)沉澱：沉澱池不同國家採用不同的池型，主要是根據具體國家的水源條件不同而選擇的。平流沉澱池美國使用較多，脈沖澄清池或斜板脈沖澄清池法國常常採用，由於英國多利用水庫水源，水庫水源存在藻類問題，氣浮沉澱池對含藻量多的水源是比較適宜的，所以氣浮沉澱池被英國許多水廠所採用。
(6)過濾：發達國家的城市水廠仍多採用普通濾池，穿孔管型式的水系統仍在使用，和其它形的配合輔助空氣沖洗的配水系統也在使用。如法國用空氣輔助沖洗的很普遍，最典型的是「V」型濾池，其下部的配水系統採用的是濾頭。如美國用配水渠道形式比較多，有專門工廠生產的配水系統包括氣、水混合沖洗型的。我國目前水廠較多採用的是「V」型濾池，其他型式的濾池如移動罩濾池、連續過濾型濾池等也有所應用。同時在水源條件允許的情況下，直接過濾濾池也有應用的實例。在濾料使用方面，雙層使用均質濾料的型式也在逐漸增多，特別是在「V」型濾池。
(7)消毒：消毒葯劑主要是指氯，但是為了解決氯與水中有機物化合生成氯的有機化合物與衍生物有可能對人身體健康有一定的危害，同時考慮到病毒的去除問題。研究人員在對氯消毒的利用問題一直在進行研究。要保持水中有一定氯含量，達到持續殺毒，氯消毒具有非常明顯的優勢。目前研究方向在盡量減少氯的用量，同時選擇適宜的投加點，保持水致突變試驗為陰性反應。在水源水質不太好的情況下，有機物含量又較多，許多水廠用臭氧來代替一部分氯，減少有機氯的產生。大水廠普遍使用液氯，隨著電子技術對計量精度的要求不斷提高和電子技術在加氯設備上的應用，國外在加氯機上已有很大的發展，一般都可以按余氯檢測儀傳輸來的信號和流量自動調整，實現復合環自動投加。
在常規水處理的基礎上進行預處理和深度處理
為了去除有機物、病毒，去除水中嗅、味、色，在常規水處理工藝的前後增加預處理和深度處理的措施。目前主要有：(1)生物的預處理：當水樣有機物存在或者有輕度微污染情況時，可以採取生物預處理降解去除。(2)利用高錳酸鉀、過氧化氫作為氧化劑或用臭氧作為氧化劑，以及消毒劑改善處理水的水質。(3)活性炭過濾: 活性炭過濾可以吸附水中的有機物和去色、嗅、味，改進飲水的質量和口感。設置顆粒活性炭濾池是深度處理的工藝措施之一。(4)慢濾處理：利用慢濾池所具有的生物過濾的作用進一步降低濁度與去除水中的有機物。由於慢濾池佔地面積大的原因不如活性炭濾池應用普遍，有的國家是把水送入地下進行天然過濾，然後再抽上來利用。臭氧、活性炭過濾深度處理在歐美等許多國家採用普遍，而國內一些發達城市也有利用生物預處理裝置和臭氧活性炭過濾工藝的實例。
結論
我國給水處理技術還落後於國外發達國家很多，很有必要對國外先進技術進行學習和研究。本文結合自己工作經驗，對國內外常用的給水處理技術及其新技術進行了探討和研究，以便今後具有借鑒意義。
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Ⅲ 去關於污水處理廠處理的實踐報告3000個字
環境保護是我國的基本國策。世界經濟發展的實踐證明，為實現經濟的持續穩定的發展，必須解決好發展與環境保護的矛盾。隨著我國社會和經濟的高速發展，城市環境污染特別是水污染的問題日趨嚴重。城鎮生活污水的排放量逐年增加，2002年全國工業和城鎮生活廢水排放總量為439.5億噸，比上年增加1.5%。其中工業廢水排放量207.2億噸，比上年增加2.3%；城鎮生活污水排放量232.3億噸，比上年增加0.9%，其中僅有10%得到處理。[1]生活污水中含有較高的氮、磷等營養物質,未經處理直接排入江河湖海,是導致水域富營養化污染的主要原因。2002年監測數據顯示,遼河、海河水系污染嚴重，劣V類水體佔60%以上；淮河幹流水質以III-V類水體為主，支流及省界河段水質仍然較差；黃河水系總體水質較差，幹流水質以III-IV類水體為主，支流污染普通嚴重；松花江水系以III-IV類水體為主；珠江水系水質總體良好，以II類水體為主；長江幹流及主要一級支流水質良好，以II類水體為主。由於「污染性」造成的水資源短缺，已成為嚴重製約我國社會經濟持續發展的突出問題，丞待解決。目前我國水污染控制的重點已從以工業點源為主，逐步轉變為以城市污水污染為主的控制。根據預測 [2]，到2010年我國城市污水排放總量為1050億m3，城市污水處理率要達到50%，預計需新建污水處理廠1000餘座，而決定城市污水處理廠投資和運行成本的主要因素是污水處理工藝和技術的選擇，因此開發適合我國國情的、高效、低耗、能滿足排放要求、基建和運行費用低的污水處理新技術和新工藝，具有十分重要的現實意義。
二、生活污水處理工藝研究和應用領域共同關注的問題
長期以來，城市生活污水的二級生物處理多採用活性污泥法，它是當前世界各國應用最廣的一種二級生物處理流程，具有處理能力高，出水水質好等優點。但卻普遍存在著基建費、運行費高，能耗大，管理較復雜，易出現污泥膨脹、污泥上浮等問題，且不能去除氮、磷等無機營養物質。對於我國這樣一個資源不足、人口眾多的發展中國家，從可持續發展的角度來看，並不適合中國國情。由於污水處理是一項側重於環境效益和社會效益的工程，因此在建設和實際運行過程中常受到資金的限制，使得治理技術與資金問題成為我國水污染治理的「瓶頸」。歸納起來，目前在城市生活污水處理研究和應用領域，普遍存在的問題有：
（1）採用傳統的活性污泥法，往往基建費、運行費高，能耗大，管理較復雜，易出現污泥膨脹現象；工藝設備不能滿足高效低耗的要求。
（2）隨著污水排放標準的不斷嚴格，對污水中氮、磷等營養物質的排放要求較高，傳統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，往往需要將多個厭氧和好氧反應池串聯，形成多級反應池，通過增加內循環來達到脫氮除磷的目的，這勢必要增加基建投資的費用及能耗，並且使運行管理較為復雜。
（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的投資遠遠超過污水處理廠本身的投資，因此建設大型的污水處理廠，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，如何使城市污水處理工藝朝著低能耗、高效率、少剩餘污泥量、最方便的操作管理，以及實現磷回收和處理水回用等可持續的方向發展。已成為目前水處理技術研究和應用領域共同關注的問題，就要求污水處理不應僅僅滿足單一的水質改善，同時也需要一並考慮污水及所含污染物的資源化和能源化問題，且所採用的技術必須以低能耗和少資源損耗為前提。
三、生物膜法處理工藝在生活污水處理中的應用研究發展
在污水生物處理的發展和應用中，活性污泥和生物膜法一直占據主導地位。隨著新型填料的開發和配套技術的不斷完善，與活性污泥法平行發展起來的生物膜法處理工藝在近年來得以快速發展。由於生物膜法具有處理效率高，耐沖擊負荷性能好，產泥量低，佔地面積少，便於運行管理等優點，在處理中極具競爭力。
1．生物膜法凈化污水機理
污水中有機污染物質種類繁多，成分復雜。但對於生活污水來說，其有機成分歸納起來主要包括：蛋白質（40%-60%），碳水化合物（25%-50%）和油脂（10%），此外還含有一定量的尿素[3]。生物膜法依靠固定於載體表面上的微生物膜來降解有機物，由於微生物細胞幾乎能在水環境中的任何適宜的載體表面牢固地附著、生長和繁殖，由細胞內向外伸展的胞外多聚物使微生物細胞形成纖維狀的纏結結構，因此生物膜通常具有孔狀結構，並具有很強的吸附性能。
生物膜附著在載體的表面，是高度親水的物質，在污水不斷流動的條件下，其外側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，在膜的表面上和一這深度的內部生長繁殖著大量的微生物及微型動物，形成由有機污染物 →細菌→原生動物（後生動物）組成的食物鏈。生物膜是由細菌、真菌、藻類、原生動物、後生動物和其他一些肉眼可見的生物群落組成。其中細菌一般有：假單苞菌屬、芽苞菌屬、產鹼桿菌屬和動膠菌屬以及球衣菌屬，原生動物多為鍾蟲、獨縮蟲、等枝蟲、蓋纖蟲等。後生動物只有在溶解氧非常充足的條件下才出現，且主要為線蟲。污水在流過載體表面時，污水中的有機污染物被生物膜中的微生物吸附，並通過氧向生物膜內部擴散，在膜中發生生物氧化等作用，從而完成對有機物的降解。生物膜表層生長的是好氧和兼氧微生物，而在生物膜的內層微生物則往往處於厭氧狀態，當生物膜逐漸增厚，厭氧層的厚度超過好氧層時，會導致生物膜的脫落，而新的生物膜又會在載體表面重新生成，通過生物膜的周期更新，以維持生物膜反應器的正常運行。
生物膜法通過將微生物細胞固定於反應器內的載體上，實現了微生物停留時間和水力停留時間的分離，載體填料的存在，對水流起到強制紊動的作用，同時可促進水中污染物質與微生物細胞的充分接觸，從實質上強化了傳質過程。生物膜法克服了活性污泥法中易出現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於城市污水的二級生物處理，而且還具有運行穩定、抗沖擊負荷強、更為經濟節能、具有一定的硝化反硝化功能、可實現封閉運轉防止臭味等優點。
通過人工強化作用將生物膜引入到污水處理反應器中，便形成了生物膜反應器。近年來，物物膜反應器發展迅速，由單一到復合，有好氧也有厭氧，逐步形成了一套較完整的生物處理系統。
填料是生物膜技術的核心之一，它的性能對廢水處理工藝過程的效率、能耗、穩定性以及可靠性均有直接關系。
2、厭氧生物膜法處理工藝在生活污水處理中的應用研究進展
（1）、復雜物料的厭氧降解階段
在廢水的厭氧處理過程中，廢水中的有機物經大量微生物的共同作用，被最終轉化為甲烷、二氧化碳、水、硫化氫和氨。在此過程中，不同的微生物的代謝過程相互影響，相互制約，形成復雜的生態系統。對復雜物料的厭氧過程的敘述，有助於我們了解這一過程的基本內容。所謂復雜物料，即指那些高分子的有機物，這些有機物在廢水中以懸浮物或膠體形式存在。
復雜物料的厭氧降解過程可以被分為四個階段。
水解階段：高分子有機物因相對分子質量巨大，不能透過細胞膜，因此不可能為細菌直接利用。因此它們在第一階段被細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，澱粉被澱粉酶分解為麥芽糖和葡萄糖，蛋白質被蛋白酶水解為短肽與氨基酸等。這些小分子的水解產物能夠溶解於水並透過細胞膜為細菌所利用。
發酵（或酸化）階段：在這一階段，上述小分子的化合物在發酵細菌（即酸化菌）的細胞內轉化為更為簡單的化合物並分泌到細胞外。這一階段的主要產物有揮發性脂肪酸（簡寫作VFA）、醇類、乳酸、二氧化碳、氫氣、氨、硫化氫等。與此同時，酸化菌也利用部分物質合成新的細胞物質，因此未酸化廢水厭氧處理時產生更多的剩餘污泥。
產乙酸階段：在此階段，上一階段的產物被進一步轉化為乙酸、氫氣、碳酸以及新的細胞物質。
產甲烷階段：這一階段里，乙酸、氫氣、碳酸、甲酸和甲醇等被轉化為甲烷、二氧化碳和新的細胞物質。
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水解、碳水化合物的水解和脂類水解；b、發酵酸化階段包含氨基酸和糖類的厭氧氧化與較高級的脂肪酸與醇類的厭氧氧化；c、產乙酸階段里有從中間產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，當廢水含有硫酸鹽時還會有硫酸鹽還原過程。復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的應用研究進展
a、厭氧濾器（AF）
厭氧濾器是60年代末由美國McCarty 等在Coulter等研究基礎上發展並確立的第一個高速厭氧反應器。傳統的好氧生物系統一般容積負荷在2KgCOD/（m3?d）以下。而在AF發明之前的厭氧反應器一般容積負荷也在4-5kgCOD/（m3?d）以下。但AF在處理溶解性廢水時負荷可高達10-15 kgCOD/（m3?d）。[4]因此AF的發展大大提高了厭氧反應器的處理速率，使反應器容積大大減少。
AF作為高速厭氧反應器地位的確立，還在於它採用了生物固定化的技術，使污泥在反應器內的停留時間（SRT）極大地延長。McCarty發現在保持同樣處理效果時，SRT的提高可以大大縮短廢水的水力停留時間（HRT），從而減少反應器容積，或在相同反應器容積時增加處理的水量。這種採用生物固定化延長SRT，並把SRT和HRT分別對待的思想推動了新一代高速厭氧反應器的發展。
SRT的延長實質是維持了反應器內污泥的高濃度，在AF內，厭氧污泥的濃度可以達到10-20gVSS/L。AF內厭氧污泥的保留由兩種方式完成：其一是細菌在AF內固定的填料表面（也包括反應器內壁）形成生物膜；其二是在填料之間細菌形成聚集體。高濃度厭氧污泥在反應器內的積累是AF具有高速反應性能的生物學基礎，在一定的污泥比產甲烷活性下，厭氧反應器的負荷與污泥濃度成正比。同時，AF內形成的厭氧污泥較之厭氧接觸工藝的污泥密度大、沉澱性能好，因而其出水中的剩餘污泥不存在分離困難的問題。由於AF內可自行保留高濃度的污泥，也不需要污泥的迴流。
在AF內，由於填料是固定的，廢水進入反應器內，逐漸被細菌水解酸化、轉化為乙酸和甲烷，廢水組成在不同反應器高度逐漸變化。因此微生物種群的分布也呈現規律性。在底部（進水處），發酵菌和產酸菌佔有最大的比重，隨反應器高度上升，產乙酸菌和產甲烷菌逐漸增多並佔主導地位。細菌的種類與廢水的成分有關，在已酸化的廢水中，發酵與產酸菌不會有太大的濃度。
細菌在反應器內分布的另一特徵是反應器進水處（例如上流式AF的內部）細菌由於得到營養最多因而污泥濃度最高，污泥的濃度隨高度迅速減少。
污泥的這種分布特徵賦予AF一些工藝上的特點。首先，AF內廢水中有機物的去除主要在AF底部進行（指上流式AF），據Young和Dahab報道[4]， AF反應器在1m以上COD的去除率幾乎不再增加,而大部分COD是在0.3m以內去除的。因此研究者認為在一定的容積負荷下,淺的AF反應器比深的反應器能有更好的處理效率。其次,由於反應器底部污泥濃度特別大，因此容易引起反應器的堵塞。堵塞問題是影響AF應用的最主要問題之一。據報道,上流式AF底部污泥濃度可高達60g/L。厭氧污泥在AF內的有規律分布還使得反應器對有毒物質的適應能力較強,可以生物降解的毒性物質在反應器內的濃度也呈現出規律性的變化,加之厭氧生物膜形成各種菌群的良好共生體系,因此在AF內易於培養出適應有毒物質的厭氧污泥。例如在處理三氯甲烷和甲醛廢水中,發現AF反應器內的污泥產生了良好的適應性,這些有毒物質的去除效果和允許的進液濃度逐漸上升。AF同時也具有較大的抗沖擊負荷能力。一般認為在相同的溫度條件下，AF的負荷可高出厭氧接觸工藝2~3倍，同時會有較高的COD去除率。
AF在應用上的問題除了堵塞和由局部堵塞引起的溝流以外，另一個問題是它需要大量的填料，填料的使用使其成本上升。由於以上問題，國外生產規模的AF系統應用也不是很多。據Le-ttinga在1993年估計，國外生產規模的AF系統大約僅有30~40個。[4]
作為升流式厭氧濾池的革新技術——厭氧膜床（S?pecial Anaerobic Film Bed, SAFB）,採用較大顆粒及孔隙率的填料代替傳統的小粒徑填料，有效地解決了反應器的堵塞問題。厭氧膜床具有如下特點：
有效克服了厭氧濾池易堵塞和出水水質差的缺點；
生物固體濃度高，因此可獲得較高的有機負荷；
在厭氧膜床內微生物通過附著在填料表面形成生物膜，以及懸浮於填料孔隙間形成細菌聚集體，因此在厭氧膜床內可以保持較高的生物量。因此可縮短水力停留時間，耐沖擊負荷能力較強；
啟動時間短，停止運行後再啟動也較容易；
不需要迴流污泥，運行管理方便；
在水量和負荷有較大變化的情況下，耐沖擊性較好。
b、厭氧流化床反應器（AFBR）
在流化床系統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、物質的傳遞依靠使這些帶有生物膜的微粒形成流態化來實現。
流化床反應器的主要特點可歸納如下：
流態化能最大程度使厭氧污泥與被處理的廢水接觸；
由於顆粒與流體相對運動速度高，液膜擴散阻力小，且由於形成的生物膜較薄，傳質作用強，因此生物化學過程進行較快，允許廢水在反應器內有較短的水力停留時間；
克服了厭氧濾器堵塞和溝流問題；
高的反應器容積負荷可減少反應器體積，同時由於其高度與直徑的比例大於其它厭氧反應器，因此可以減少佔地面積。
但是，厭氧流化床反應器存在著幾個尚未解決的問題。其一，為了實現良好的流態化並使污泥和填料不致從反應器流失，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，因此穩定的流態化也難以保證。[5]其次，一些較新的研究認為流化床反應器需要有單獨的預酸化反應器。同時，為取得高的上流速度以保證流態化，流化床反應器需要大量的迴流水，這樣導致能耗加大，成本上升。由於以上原因，流化床反應器至今沒有生產規模的設施運行。有人認為它在今後應用的前景也不大。[5]
c、厭氧附著膜膨脹床反應器（AAFEB）
厭氧附著膜膨脹床（Anaerobic Attached Film Expanded Bed）是Jewell等人在1974年研究和開發出來的一種污水處理工藝。與生物流化床相比，區別在於載體的膨脹程度。以填料層高度計，膨脹床的膨脹率約為10%~20%，此時顆粒間仍保持互相接觸，而流化床則為20%~70%。Bruce J.Alderman等[6]通過對比厭氧膨脹床、滴濾池和活性污泥法等工藝的經濟性，發現對於小型污水處理廠而言，厭氧膨脹床後續滴濾池的設計是最為經濟的選擇，能耗量少，污泥產率量低。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，採用厭氧生物膜反應器為主體的厭氧處理技術，作為生活污水處理的核心方法，在技術上已經成熟，並且較之其它方法有獨到的一些優勢。但是，厭氧方法在濃縮營養物（氮和磷）方面效果不大，同時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可能影響到出水的質量。所以厭氧生物膜反應器要成為完整的環境治理技術，合適的後處理手段必不可少。
3、好氧生物膜法處理技術——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30年代，已在美國出現生產型裝置。當時的生物接觸氧化池，填料的材質是砂石、竹木製品和金屬製品，主要用於處理低濃度、低有機負荷的污水，它克服了活性污泥法在處理此類污水時，因污泥流失而不能維持正常運行的缺點，並取得了較好的效果。進入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，使生物接觸氧化法的應用范圍得到拓寬，它不僅可用於處理生活污水，而且可用於處理高濃度有機廢水和有毒有害工業廢水，與其他生物處理方法相比，展現出了優越性，我國在70年代開始對生物接觸氧化法進行了研究，第一座生產性試驗裝置用於處理城市污水，在處理效果、動力消耗、經濟效益和管理維護等方面都明顯優於活性污泥法。與活性污泥法比較，生物接觸氧化具有以下主要優點：①生物接觸化法以填料作為載體，供生物群棲息生長，形成穩定的生態體系，有較高的微生物濃度，一般可達10~20g/l；氧的利用率高，可達10%。具有較高的耐沖擊負荷能力和對環境變化的適應能力，剩餘污泥量少。②生物接觸氧化法可以充分利用絲狀菌的強氧化能力且不產生污泥膨脹。並且不需要象活性污泥法那樣採用污泥迴流以調整污泥量和溶解氧濃度，易於管理和操作。隨著十餘年的大量實踐，對氧化池結構形式、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行了不斷創新、不斷優化。目前，生物接觸氧化技術已經廣泛應用處理生活污水、生活雜用水和不同有機物濃度的工業廢水。
填料是微生物棲息的場所、生物膜的載體。填料的表面生長生物膜，生物膜的新陳代謝過程使污水得利凈化。填料的性能直接影響著生物接觸氧化技術的效果和經濟上的合理性，因而填料的選擇是生物接觸氧化技術的關鍵。
填料的特性取決於填料的材質和結構形式。填料的材質應具有分子結構穩定、抗老化、耐腐蝕和生物穩定性好等特性。填料的結構形式應具有比表面積大、空隙率高、硬度高、有布水布氣和切割氣泡的功能。填料之間的空隙在外力作用下可發生變化，有利於剝落的生物膜及時排出填料區，以及填料的體積應具有可壓縮性，並在復原後不發生變形，便於運輸和安裝。
固定化載體的發展
（1）固定式填料
固定式填料以蜂窩狀及波紋狀填料為代表，多用玻璃鋼、各種薄形塑料片構成。新近有陶土直接燒結生產的陶瓷蜂窩填料，孔形為六角形，孔徑在20~100mm之間。由於比表面積小，生物膜量小，表面光滑，生物膜易脫落，填料橫向不流通，造成布氣不均勻，易堵塞以至無法正常運轉，且造價較高，近年來，此類填料已逐漸淘汰。
（2）懸掛式填料
懸掛式填料包括軟性、半軟性及組合填料、軟性填料，理論比表面積大,空隙率>90%，掛膜快，空隙的可變性使之不易堵塞，而且造價低，組裝方便，出水穩定，處理效果較好,COD和BOD5去除率達80%以上。但廢水濃度高或水中懸浮物較大時，填料絲會結團，大大減少了實際利用的比表面積，且易發生斷絲、中心繩斷裂等情況，影響使用壽命，其壽命一般為1~2年。半軟性填料，具有較強的氣泡切割性能和再行布水布氣的能力、掛膜脫膜效果較好、不堵塞；COD和BOD去除率在70-80%。使用壽命較軟性填料長。但其理論比表面積較小（87-93m2/m3）生物膜總量不足影響污水處理效果，且造價偏高。
組合式填料，是鑒於軟性、半軟性存在的上述缺點並吸取軟性填料比表面積大、易掛膜和半軟性填料不結團，氣泡切割性能好而設計的新型填料，在填料中央設計半軟性部件支撐著外圍的軟性纖維束，其平面有如盾形，故又稱盾式填料。其比表面積1000~2500 m2/m3，空隙率98%-99%，具有掛膜快，生物總量大，不結團等優點。污水處理能力優於軟性、半軟性填料，在正常水力負荷條件下COD去除率70%-85%，BOD5去除率達80%~90%，與之類似的還有燈籠式（或龍式）和YDT彈性立體填料。
（3）分散式填料
分散式填料包括堆積式、懸浮式填料，種類繁多。特點是無需固定和懸掛，只需將之放置於處理裝置之中，使用方便，更換簡單。北京曉清環保公司的多孔球形懸浮填料和北京桑德公司的SNP無剩餘污泥懸浮填料等，具有充氧性能好，掛膜快，使用壽命長等優點。江西萍鄉佳能環保工程公司新近開發的堆積式填料—球形輕質陶料，填料粒徑2~4 mm，有巨大的比表面積，使反應器中單位體積內可保持較高的生物量，而且填料上的生物膜較薄，其活性相對較高，具有完全符合曝氣生物濾池填料的國際性能標准，在法國承建的我國大連馬欄河污水處理廠使用，這是我國新型填料開發的一項重大突破。
四、水解酸化—好氧活性污泥工藝在生活污水處理中的應用
城市污水經厭氧處理後，在現有的技術條件下，要達到二級出水標准，需要相當長的停留時間，結果使厭氧處理雖然在運行管理費用上佔有優勢，但在基建投資上卻失去了競爭力。因此從微生物和化學角度講，厭氧處理僅僅提供了一種預處理，它一般需要後處理方能滿足新的污水排放標准。印度和南美國家在積極推廣應用厭氧生活污水處理技術的同時，普遍意識到由於厭氧處理後氮和磷基本上沒有去除，因此對厭氧出水進一步處理很有必要。缺乏合適的後處理技術，是導致厭氧生物處理技術在生活污水處理領域應用緩慢的主要原因之一。雖然已有的小試實驗結果表明，兩級厭氧系統組合可以獲得良好的處理效果。但目前，在實際生產中，應用最為廣泛的仍然是厭氧與好氧組合系統。在印度，氧化塘是最常用的後處理方法。經厭氧、氧化塘兩級處理後的出水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鎮的160000人生活污水處理工程中，後處理均採用的是兼性氧化塘。在墨西哥的厭氧生活污水處理工程中，後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，最後直接排入城市污水管網或用於農灌。在日本，城鎮生活污水一般採用厭氧消化＋好氧活性污泥法聯合處理、厭氧濾池＋好氧濾池以及厭氧濾池＋接觸氧化法組合處理。並且最新研製的具有脫氮除磷功能的高級型JOHKASO小型家用生活污水凈化器系統，廣泛應用於分散處理生活污水方面。[7]厭氧和好氧生物處理技術的組合能夠有效的去除大部分有機和無機污染物。厭氧生物專家G·Lettinga教授斷言厭氧處理生物技術如果有合適的後處理方法相配合，可以成為分散型生活污水處理模式的核心手段，這一模式較之於傳統的集中處理方法更具有可持續性和生命力，尤其適合發展中國家的情況。[8]
厭氧-好氧組合處理工藝，充分發揮了厭氧技術節能、好氧技術高效的優勢，成為目前污水處理工藝發展的主要趨勢。在國外，由上流式厭氧污泥床反應器（UASB）和好氧生物膜反應器組成的厭氧—好氧組合處理工藝一直是研究的重點，[9，10，11]並針對組合工藝的硝化/反硝化性能和動力學機理展開了較為深入的研究。[12，13]近年來，Ricardo Franci Goncalves等[14，15]進行的小試和中試的研究結果表明，採用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時系統對CODcr 、BOD5 和SS去除率均在90%以上，並且該組合系統相對單一的UASB污水處理系統而言，有更好的穩定出水水質的作用。當BF段的污泥迴流至UASB段時，厭氧反應器內有機物甲烷化的能力提高，使產氣量增加、剩餘污泥量減少，可以減少甚至省去污泥濃縮池和消化池。
由於以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,系統的性能不能得到充分的發揮。Igor Bodik等[16]通過中試試驗研究了厭氧折流板生物濾池反應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的脫氮性能。系統經過一年的運行，在厭氧段和好氧段的水力停留時間分別為15 h和4h的條件下，即使環境溫度低於10℃（平均氣溫5.9℃），對CODcr、BOD5和SS的去除率仍達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，TKN的去除率在46.4-87.3%間變化,並且該系統也具有一定的反硝化功能，為低溫環境下生活污水的脫氮處理提供了參考。
Ⅳ 濕地處理廢水的研究現狀
煤礦山排出的廢水和煤矸石滲出液，含硫量較高。根據大峪溝礦區的實際情況，即使採用綜合一體化處理方法，出水的除硫效果並不明顯，水中SO2－4仍高達1994.21～2144.06mg/L。雖然現有的《煤炭工業污染物排放標准》(GB20426—2006)對SO2－4的排放濃度沒有明確限制，但高硫酸鹽水對大峪溝的地下水和涼水泉水庫的水質仍有嚴重影響。
目前，去除水中SO2－4的方法主要有中和法、反滲透膜法、生物化學處理法和濕地法。前幾種運行費用高，效果不一，有的還存在二次污染或技術不夠完善等問題，更多地採用廉價、清潔的處理方法，即利用濕地除硫。
一般而言，煤礦開采尤其是井工開采都需疏排地下水，在地表形成小溪或小河進入窪地，形成濕地。濕地具有顯著的生態功能，能夠起到凈化水質，調節空氣濕度、溫度，繁衍各種濕生-水生植物，改善人居環境的作用。據調研，目前煤礦山濕地生態功能常常被忽視，要麼棄置不用要麼受損嚴重。本次研究的目的是試圖利用礦區排水形成的濕地解決終端外排水的去硫問題，使之資源化，可以說是前述綜合一體化處理方案的最終一個環節，同時也是解決煤礦山濕地生態修復和濕地生態利用的專門性課題。
利用人工濕地去除水中硫酸根的研究仍處於探索階段，人工濕地屬於人工構築物的范疇，通常的做法是建幾個處理池，池內鋪蓋底泥並種植植物，依靠植物、底泥等要素的作用達到去硫效果;煤礦山濕地顯然不屬於上述的人工濕地，有關煤礦山濕地的生態功能、除污能力的研究，目前還比較少見。據國內外的相關文獻，人工濕地脫硫效果相差較大，有的可以達91.9%，有的為53%，甚至有的去除率幾乎為零。究其原因，主要是濕地規模、水質、氣候、底泥和水生植被的差異。所以在對煤礦山濕地進行研究時，必須查明生態地質的基本條件。
人工濕地是人對自然濕地系統的模擬，利用生態的方法來去除污染物，以達到凈化污水的目的，它利用自然生態系統中的物理、化學和生物三者的協同作用，通過過濾、吸附、共沉、離子交換、植物吸收和微生物分解來實現對污水的高效凈化(彭超英等，2000)。實踐表明，與其他處理污水的方法相比，人工濕地系統具有高效率、低投資、低運行費、低維護技術、基本不耗電即「一高三低一不」的特點(丁疆華等，2000)。自1974年第一個用於污水處理的人工濕地系統在西德建成以來，因其優越的性能，使它獲得較快的發展(劉自蓮等，2005)。20世紀80年代從歐洲到美洲、澳洲等地區和國家都廣泛開展了這方面的研究工作。目前，在美國有600多處人工濕地工程用於處理市政、工業和農業廢水;在丹麥、德國、英國等國至少有200處人工濕地(主要為地下潛流濕地)系統在運行，紐西蘭也有80多處人工濕地系統投入使用(李麗等，2007)。而且大量的監測表明，濕地凈化污水的效果是顯而易見的。例如，Knight(2000)等對1300多條已報道的數據進行分析，人工濕地對飼養家畜排放水的凈化效率平均為:BOD5，65%;TSS，53%;NH4—N，48%;TN，42%和TP，42%。來自美國環保機構的資料庫資料顯示出了更高的處理效率，BOD5，TSS，TN，NH4—N，NO3—N和TP分別高達95%、88%、67%、61%、72%和76%(Braskerud等，2002)。
我國的濕地研究起步較晚。從「七五」時期開始試驗，取得了人工濕地工藝特徵、技術要點和工程參數等研究成果(胡康萍等，1991)。20世紀90年代以來，我國對人工濕地的研究發現燈心草、香蒲等植物在人工濕地中凈化污水能達到國家二、三級地面水標准，人工濕地可以廣泛應用於工業廢水處理、農業水處理、雨水處理等。在研究利用人工濕地生態系統去除水體中藻類方面，說明人工濕地系統在污水深度處理或減少水體富營養化、抑制藻類生長等方面也具有特色。全國數十個城市開展人工濕地研究，很多已投入生產;已有不少城市建立了蘆葦人工濕地污水處理系統。這些系統運行以來，產生了良好的經濟和社會效益，為我國環境保護做出了貢獻。廣東韶關市鉛鋅礦廢水治理，在人工濕地中種植香蒲的研究表明(陽承勝等，2000)，利用香蒲凈化含鉛、鋅工業廢水的效果非常好，COD、SS、Pb、Zn、Cu和Cd的去除率分別為92.19%、99.62%、93.98%、97.02%、96.87%和96.39%，水質得到明顯改善，主要污染物TSS、Pb、Zn、Cu和Cd等均達到排放標准。此外，人工濕地在處理鐵礦酸性廢水的試驗結果表明(唐述虞，1996)，酸水pH值由2.6升高到6.1;銅離子、鐵離子和錳離子去除率分別為99.7%、99.8%、70.9%。在利用濕地去除廢水中常見的硫酸根離子方面，通過查閱國內外文獻發現，前人的研究尚不充分，而且在不多的文獻報道中，脫硫效果相差很大。研究資料表明，經生化預處理的紡織廢水在經過濕地前後SO2－4由1235mg/L變為1244mg/L，去除率幾乎為零(尹軍等，2004);美國佛羅里達州的Hidden River雨水濕地處理系統的SO2－4去除率達到53%(王世和等，2007);另有研究表明，畜禽舍污水經過濕地後，硫化物的降解率可達88.3%(汪植三等，1995);在對濕地凈化養豬場豬糞水的研究時發現，SO2－4去除率達到91.9%(劉開容等，1997);國外學者研究認為，人工濕地對生活污水中無機硫的去除率可達95%(Buisma 等，1990)。
在濕地設計方面，國外學者通過示蹤劑實驗發現，在同樣的濕地面積下，填料深度為0.45m的濕地系統的BOD去除效果比深度為0.3m的濕地系統去除效果稍好(George，2000)。美國環保局在關於構建濕地處理市政廢水的手冊中認為，潛流濕地進水區域水深一般為0.4m，基質深度應比水深深0.1m，即系統總體深度為0.5m(USEPA，2000)。國內有學者研究了20cm、40cm、60cm三個水深條件下COD的去除率，發現水深為60cm時，即使運行的水力負荷較高(433.3cm/d)，COD的去除率仍然可達84.9%(王世和等，2003)。另有研究發現，進水負荷的增大引起水力停留時間和出水速率的下降，不利於污水的凈化處理。但另一方面，進水負荷太小又不能充分發揮濕地的凈化潛力，因此濕地系統都存在一個較佳的進水負荷(吳振斌等，2001)。研究表明，低流速和高水力停留時間(HRT)對有機物和TSS(總懸浮固體)有較好的去除作用，過高的HRT會增加人工濕地水分的蒸騰作用。鑒於濕地植物在處理廢水中有機物和重金屬的重要作用，目前國外對人工濕地的植物選擇研究不斷深入，總的來看一般有三種植物較為常用，為風車草、蘆葦和香蒲(Ciria等，2005; Karathanasis 等，2003)。國外有學者研究了人工濕地處理系統中八種植物對污染物的去除效果，發現香蒲的去除能力最強(Klomjek，2005)。國內人工濕地系統植物的應用情況和國外基本相同，在研究香蒲、美人蕉、燈心草、蘆葦、營蒲、茭白和黃花鶯尾這七種武漢地區常見濕地植物對生活污水的處理效果時，發現其中香蒲、美人蕉、黃花鶯尾、茭白和營蒲的處理效果相對較好(魯敏等，2004)。風車草、香根草、香蒲、蘆葦和燈心草是國內人工濕地應用比較多的植物(靖元孝等，2002;廖新梯，2002;成水平等，1997;王全金等，2004)。
通過以上總結，可以發現，目前針對濕地處理廢水的研究和應用在國內外均是一個熱點問題，取得了一定的理論和實踐成果，但是，由於濕地作為一個特殊的生態系統有其自身的復雜性，加之廢水類型的復雜多樣，具體的情況千差萬別，所以，在利用濕地凈化廢水特別是煤礦山廢水方面，還有著諸多問題亟待解決，可以說還在「摸著石頭過河」。目前國內外對於濕地凈化污染物能力的評估，多是根據溶質平衡的原理，將濕地進水口與出水口的溶質量相減，認為其結果就是濕地的凈化能力。這種評價方法有許多弊端，一是必須依賴於長期、大量的監測數據作為基礎，二是不能給出較為准確的單位面積的凈化效率數據，三是只能在濕地建成後進行評估，而想要更科學地進行濕地設計，在建設之前就必須對濕地凈化能力進行合理的預測。目前，國內外的濕地設計往往多著眼於水力學參數和化學指標，對於影響凈化效果的關鍵因素例如植物、底泥等涉及較少，特別是缺少對濕地各要素研究成果的綜合分析，現有的很多研究，實際上，或是將濕地看做是常有植物，鋪有底泥的「反應釜」，或是僅從植物、化學等單一學科角度出發來研究濕地凈化這種多學科問題。
另外，國內外的研究雖已證明了濕地處理廢水的有效性和實用性，然而多數研究都注重於濕地對廢水中氮、磷、pH值和金屬離子去除的研究，很少有針對酸性廢水中含量相當高的硫酸根離子去除情況的研究。高硫廢水是工業生產特別是煤礦開采中大量產生的一類污染，在利用濕地來去除水中的硫酸根離子方面，國內外研究不多，並且所得的結論也是差異較大。造成這一現象的原因是，前人所研究的各個濕地的環境，包括氣候、底泥、面積、植物種類、數量等，以及所排放廢水的性質包括水量、pH值、硫酸根濃度、COD、BOD5等都差異較大。因此，在對具體某處濕地進行研究時，應該實地展開調查取樣，來評價該處濕地對SO2－4的去除作用。從根本上說，正是由於對濕地生態系統結構的生態地質學研究不夠，才導致了濕地凈化廢水研究方面的欠缺，使其功能沒有得到充分發揮。