主流短程脫氮

與碳轉(zhuǎn)向呼應(yīng)發(fā)展的另一個技術(shù)是主流短程脫氮，特別是主流厭氧氨氧化。早在七十年代科學(xué)家Engelbert Broda預(yù)測出自然界中存在新的途徑及兩種未發(fā)現(xiàn)微生物能夠?qū)崿F(xiàn)氮的轉(zhuǎn)化，并且通過熱力學(xué)原理進一步推導(dǎo)出轉(zhuǎn)化公式。

而在1906年就有人注意到在污水過濾時出現(xiàn)氮的損失現(xiàn)象，特別是在處理稀釋的尿液時尤其明顯，濾后出水的氮濃度不到原進水的一半，這雖然難以確切地表明是厭氧氨氧化現(xiàn)象，至少表明自然界的氮循環(huán)現(xiàn)象遠比我們認識的要復(fù)雜。

另外，在現(xiàn)實的污水處理廠也會觀察到新的脫氮現(xiàn)象，如新加坡樟宜再生水廠，主流自氧生物脫氮達到30%多，臺灣也有類似報道。

主流厭氧氮氧化發(fā)展的動力有以下幾個：減少或摒棄外加碳源的需求、降低曝氣能耗，追求更小的反應(yīng)池容。下圖是傳統(tǒng)脫氮技術(shù)與主流短程脫氮技術(shù)的能耗對比。

現(xiàn)在的主流厭氧氨氧化的技術(shù)流派主要有顆粒污泥、生物膜/IFAS、絮體+顆粒污泥以及懸浮+生物膜的方式。主流厭氧氨氧化面臨的主要的挑戰(zhàn)是對NOB的抑制，主流厭氧氮氧化過程涉及四種微生物，Anammox、AOB、NOB、HTO這些微生物之間互相制約、互相影響。

盡管對NOB的抑制現(xiàn)在已經(jīng)有了一定的技術(shù)手段，比如維持出水中一定的氨氮濃度、DO控制等，但挑戰(zhàn)依然巨大。主流厭氧氨氧化的儀表控制，主要是DO、NH3-N、NO3-N、ORP和空氣流量計，在線控制策略對NOB的抑制非常關(guān)鍵。

主流厭氧氨氧化目前還缺乏關(guān)鍵的突破，但并不影響其在實際工程中的應(yīng)用，這主要是在一個傳統(tǒng)的污水處理工藝中可以較好地將之“嵌入”，它的一些技術(shù)措施對傳統(tǒng)脫氮工藝也有價值，比如生物強化提高污泥沉降性能，間歇曝氣降低出水總氮。

生物膜

生物膜的發(fā)展歷史悠久，早期人們就發(fā)現(xiàn)污水從山上流下來到山腳下自然就清澈了，這其實就是自然的生物膜在起作用。傳統(tǒng)的污水處理曝氣過程中，只有5-25%的氧被利用，剩余大部分氧都進入大氣。近些年來生物膜出現(xiàn)了新的發(fā)展方向，膜曝氣生物膜反應(yīng)器(MABR)便是其中之一，它的原理是向膜中直接充入空氣，生物膜附著在膜表面，極大地提高了氧利用率。

傳統(tǒng)生物膜中DO和BOD都是進入到膜內(nèi)擴散，濃度同時降低，這無論是對外層異養(yǎng)菌的反硝化過程還是對內(nèi)層的硝化過程都是不利的，外層較高的DO影響反硝化、內(nèi)層較低的DO影響硝化。而對于MABR，內(nèi)層硝化菌首先獲得較高的DO，而外層反硝化菌可以在較低的DO情況下利用碳源進行反硝化。得益于此，MABR展現(xiàn)出獨特的節(jié)能優(yōu)勢、脫氮優(yōu)勢以及占地節(jié)省的優(yōu)勢。

模型應(yīng)用

從1987年到2017年，活性污泥ASM模型經(jīng)過30年的發(fā)展，傳統(tǒng)工藝的模型開發(fā)逐漸接近尾聲，模擬工具已經(jīng)成熟，模型應(yīng)用導(dǎo)則已經(jīng)完善。當(dāng)前模型應(yīng)用的最大問題是數(shù)據(jù)的調(diào)諧、修正，數(shù)據(jù)的質(zhì)量關(guān)系著數(shù)據(jù)的分析，以及對工藝的直接控制，無論是哪里的污水處理廠，數(shù)據(jù)質(zhì)量都是最重要的。

如果數(shù)據(jù)質(zhì)量不好，就難以把收集到的數(shù)據(jù)變成有價值的信息，這是現(xiàn)在模型需要解決的問題。另外一個動向就是動態(tài)模型和SCADA系統(tǒng)的整合與應(yīng)用。

資源回收

我們常常講水、能量、資源是三位一體的發(fā)展模式是未來污水處理廠的重要展現(xiàn)形式，水與能源的回收相對比較成熟，資源回收的大幕剛剛拉開，目前較為成熟的資源回收技術(shù)當(dāng)屬磷回收，磷回收發(fā)展的動力主要有降低管路堵塞、降低污泥脫水泥餅含水率、資源回收。

目前，全球污水處理磷回收項目大概有七十多家污水處理廠在進行。其他方面的資源回收仍然處于起步階段，未來的發(fā)展仍有待于進一步的觀察。

三、總結(jié)與展望

污水處理技術(shù)的發(fā)展總會經(jīng)歷S形的發(fā)展過程，早最初的萌芽階段是小試、中試，有很多需要完善的環(huán)節(jié)，然后逐漸向前發(fā)展，有的技術(shù)可能就銷聲匿跡，有的會走入示范期，積累更為豐富的經(jīng)驗，MABR、主流厭氧氨氧化現(xiàn)在就處于示范期。

在示范期過后會逐漸成型，產(chǎn)生第一代技術(shù)，Nereda很可能是好氧顆粒污泥的第一代技術(shù)，未來會有更好形式的顆粒污泥技術(shù)出現(xiàn)。IFAS、MBBR工藝基本已經(jīng)進入第二代，工藝趨于成熟，應(yīng)用數(shù)量也逐漸增多。通常工藝前期發(fā)展速度慢，中期發(fā)展速度快，到了后期也會發(fā)展變慢。

最后，在面對著儀表、控制與自動化快速發(fā)展的時代，我們?nèi)匀灰獜娬{(diào)工藝是污水處理廠的核心，ICA是污水處理廠的神經(jīng)。污水處理廠未來將向著更加密集性的方向發(fā)展，ICA將會發(fā)揮更加重要的角色，功能也會更加強大。

編輯：趙凡