活性污泥法工艺段功能可变的探索与创新

摘要： 本文深入探索活性污泥法工艺段功能可变的可能性，通过对其原理、影响因素、实现方式以及潜在应用的研究，旨在为污水处理领域提供更具适应性和高效性的工艺策略。从传统的有机物去除主导功能向脱氮除磷多功能协同转变等，并探讨了相关的控制参数、微生物群落调控以及工程实践案例，对推动活性污泥法的技术创新和可持续发展具有重要意义。

关键词：活性污泥法；工艺段功能；可变；污水处理；脱氮除磷

一、引言

活性污泥法作为污水处理的主流工艺之一，在过去的几十年中得到了广泛应用。然而，面对日益多样化的污水水质和愈发严格的排放标准，其固定的工艺模式和功能设定逐渐显示出局限性。例如，在一些污水中，氮、磷等营养物质的超标排放成为突出问题，而传统活性污泥法侧重于有机物的去除，对氮磷的去除效果有限且难以灵活调整。

二、活性污泥法工艺原理及传统功能局限性

（一）活性污泥法基本原理

活性污泥法是利用悬浮生长的微生物群体对污水中的有机污染物进行降解转化的生物处理方法。污水与活性污泥在曝气池中充分混合接触，微生物在有氧条件下摄取污水中的有机物作为营养物质进行新陈代谢，将其分解为二氧化碳、水等无害物质，同时微生物自身得以增殖，形成具有活性的污泥絮体，通过沉淀等后续工艺实现泥水分离，达到净化污水的目的。

（二）传统功能局限性

氮磷去除能力受限

传统活性污泥法的设计和运行主要围绕有机物去除展开，其曝气、沉淀等环节的参数设置并非针对氮磷的高效去除，强化脱氮除磷工艺AAO池容比例1：2：4。例如，在曝气过程中，由于溶解氧浓度较高，不利于硝化细菌等脱氮微生物的生长和硝化反应的进行，导致氨氮去除效果不佳。而对于除磷，缺乏专门的厌氧释磷和好氧吸磷的精准控制机制，磷的去除率难以满足日益严格的排放标准。

三、活性污泥法工艺段功能可变的影响因素

（一）进水水质特性

氮磷含量与形态

氮磷的含量及其存在形态对活性污泥法的脱氮除磷功能有着关键影响。例如，氨氮含量高时，需要优化硝化反应条件，包括合适的溶解氧、温度、pH 值等；而对于有机氮，还需要考虑其水解转化为氨氮的过程。磷的形态如正磷酸盐、聚磷酸盐等在厌氧和好氧条件下的转化规律不同，进水磷的形态分布影响着除磷工艺的设计和运行参数。

（二）运行条件与工艺参数

水力停留时间（HRT）

水力停留时间决定了污水在活性污泥处理系统中的停留时长，直接影响有机物、氮、磷等污染物与微生物的接触时间和反应程度。在不同的工艺段，如曝气池、沉淀池、厌氧池等，合理分配 HRT 可以优化工艺段功能。例如，在脱氮工艺中，增加缺氧区的 HRT 可以提高反硝化效率；在除磷工艺中，适当缩短厌氧区 HRT 可以减少磷的释放后回溶风险。

四、活性污泥法工艺段功能可变的实现方式

（一）工艺段分区与灵活切换

传统工艺分区改进

对传统活性污泥法的曝气池等工艺段进行重新分区设计，如将曝气池划分为厌氧区、缺氧区和好氧区多个功能区。通过设置可调节的隔板或阀门等设施，实现不同功能区体积的灵活调整。例如，在进水氮磷含量较高且需要强化脱氮除磷功能时，可以扩大缺氧区和厌氧区的体积占比，延长污水在这两个区域的停留时间，促进反硝化和厌氧释磷反应；而在进水有机物浓度高且氮磷含量相对较低时，适当增加好氧区体积，强化有机物的好氧降解。

多工艺组合与切换

将活性污泥法与其他污水处理工艺如生物膜法、氧化沟工艺等进行组合，构建复合式污水处理系统。根据进水水质和处理目标，通过切换工艺流程或改变各工艺段的运行模式，实现活性污泥法工艺段功能的可变。例如，在水质较好、处理要求相对较低时，采用简单的活性污泥法工艺段运行；当水质恶化或有特殊处理需求（如深度脱氮除磷）时，切换至活性污泥 - 生物膜复合工艺，利用生物膜的特殊微生物结构和高生物量优势，提高氮磷去除效果。

（二）智能控制与自动化监测系统

在线监测传感器应用

在活性污泥法处理系统中安装多种在线监测传感器，如溶解氧传感器、氨氮传感器、磷酸盐传感器、COD 传感器等，实时监测污水水质和工艺运行参数。通过获取准确的监测数据，及时了解工艺段功能的运行状况，为功能调整提供依据。例如，当氨氮传感器监测到氨氮浓度升高时，智能控制系统可以自动调整曝气强度、污泥回流比等参数，以强化硝化功能。

模型预测与智能控制算法

五、活性污泥法工艺段功能可变的潜在应用

（一）城市污水处理厂升级改造

随着城市的发展和环保要求的提高，许多城市污水处理厂面临着提标改造的任务。活性污泥法工艺段功能可变技术可以在不进行大规模基础设施重建的基础上，通过优化工艺段功能，提高污水处理厂对氮磷等污染物的去除能力，使其出水水质达到更严格的标准。例如，在现有曝气池内进行分区改造，增加厌氧区和缺氧区的功能控制，配合微生物群落调控和智能控制技术，实现从二级处理向深度处理的功能升级。

（二）工业废水处理与回用

工业废水成分复杂，不同行业的废水水质差异巨大，且对处理后的水质要求也各不相同。活性污泥法工艺段功能可变能够根据工业废水的特性进行定制化处理。例如，对于含高氨氮的化工废水，可以调整活性污泥法工艺段为强化硝化脱氮功能模式；对于含有机磷较高的农药废水，通过功能切换实现高效除磷。处理后的达标出水还可以根据工业生产需求进行回用，提高水资源的利用率，降低企业生产成本。

六、结论

活性污泥法工艺段功能可变是应对污水处理复杂需求和严格标准的重要创新方向。通过深入研究其影响因素，探索多种实现方式，并拓展潜在应用领域，有望突破传统活性污泥法的功能局限，实现污水处理的高效、灵活和可持续。然而，目前在工艺段功能可变的技术研发、工程应用和运行管理等方面仍面临诸多挑战，如智能控制算法的优化、工程改造的成本效益等。未来需要进一步加强跨学科研究，整合生物技术、环境工程技术和自动化控制技术等多领域成果，推动活性污泥法工艺段功能可变技术的不断完善和广泛应用，为全球水资源保护和水污染治理做出更大贡献。

参考文献：

[1] 活性污泥数学模型（ASM）在动态控制中的应用

[2] 好氧颗粒污泥技术对功能可变的启示

[3] 污水处理厂数字孪生技术进展