（三）替代 活性污泥法造福人类100年了，它还将服务多长时间？ 活性污泥法存在两大问题，将阻碍它继续长时间处于主流地位： （1）部分有机物被分解，分解过程消耗大量能量 “以能量摧毁能量” （2）另一部分被合成为活性污泥，使易处理有机物变为难处理
百年活性污泥法：改良与替代
（三）替代 解决两大问题的路径：改良？ 淘汰？ 改良：在生化机理、反应器、流程、控制，等等，已经多方改良！ 但是，在工程层面高能耗和大量污泥没有根本性改善！ 淘汰：拿什么来替代？
百年活性污泥法：改良与替代
（二）改良 有三种工艺是对活性污泥法的重大改良：
生物膜-活性污泥法（MBBR，IFAS） 膜膜生物反应器（MBR） 好氧颗粒污泥（AGS） 这三种工艺都大大提高反应器中的生物量，从而提高处理效率。
但是，不是本质上的革新，提高处理效率（节约占地）的同时， 都会不同程度地增加能耗或投资。
目前，我国对污水处理革命性技术需求巨大： 水污染严重、水资源缺乏，需要高出水标准的污水处理技术； 能源缺乏，需要低能耗乃至正能量的污水处理技术； 资源贫瘠，需要实现资源回收的污水处理技术； 土地紧张，需要实现环境友好的污水处理技术。
远大于任何其它国家的巨大， 是否预示着活性污泥法的替代技术有可能诞生于中国？
革命的萌芽在哪里？
百年活性污泥法：改良与替代
（三）替代
处于萌芽状态的替代技术（1） 厌氧膜生物反应器（AnMBR） 产能，低污泥产量！ 占地？膜污染？膜清洗？氮磷去除？ Perry McCarty 提出采用厌氧流化床膜生物反应器(AFMBR）
百年活性污泥法：改良与替代
（三）替代 处于萌芽状态的替代技术（1） 厌氧膜生物反应器（AnMBR）- 工程示范
百年活性污泥法：改良与替代
今年是活性污泥法诞生 100 周年，它已经为人类服务了 100 年 目前世界上共有大约 50000 座活性污泥法污水处理厂 没有活性污泥法的世界是不可想象的！ 活性污泥法是怎样诞生的？ 百年来有哪些主要进步？ 未来会被其它工艺取代吗？
百年活性污泥法：改良与替代
（一）回顾
of Sewage without the Aid of Filters, Part III. J. Soc. Chem. Ind., 34, 937.
百年活性污泥法：改良与替代
（一）回顾 马德拉 和 福勒
Ardern 和 Lockett
百年活性污泥法：改良与替代
（一）回顾
Davyhulme 的实验室 Lawrence试验站
碳源没了，氮磷如何去除？
百年活性污泥法：改良与替代
（三）替代 处于萌芽状态的替代技术（2）：生物电化学技术（BES） 微生物燃料电池（MFCs） 、微生物电解电池（MECs） 我国学者（ Yun-Kun Wang，中国科技大学）提出的新技术： 电化学膜生物反应器（EMBR） 能量回收率较高 ！出水水质好！折算：静产电量 0.08度/立方米
百年活性污泥法：改良与替代
（一）回顾纪念 1913年-1914年， Ardern 和 Lockett 在 Davyhulme 污水处理厂实验室进行了大量 污水曝气试验，污水取自曼彻斯特不同的排水系统。 大量序批试验过程中，Ardern 和 Lockett 发现留下滗水之后沉淀物， 下一批试验达到完全氧化的时间大大加速， 使原来处理一批污水由数个星期缩短到了24小时之内， 具备了生产应用的可能性， 是发明活性污泥法的最关键点。 之后，两人迅速在一架四轮马车上进行中试，先是序批式（SBR）， 后来又单独设立了沉淀单元，再后来又设置了回流， 最终形成了今天仍在大量使用的传统活性污泥法。
The anaerobic MBR (AnMBR)
at Univ. South Florida
AD + UF membrane
百年活性污泥法：改良与替代
（三）替代 处于萌芽状态的替代技术（2）：生物电化学技术（BES） 微生物燃料电池（MFCs） 、微生物电解电池（MECs） 能量转化率大于 80% ！ 研究热点，前景诱人，但离工业化还有很长距离。 主要问题：出水差、成本高、反应器难以放大、能量损失大
百年活性污泥法：改良与替代
（一）回顾 戴维汉姆, 1915年
谢菲尔德, 1916
百年活性污泥法：改良与替代
（一）回顾 今日曼彻斯特戴维汉姆污水处理厂，是欧洲最大污水处理厂之一
百年活性污泥法：改良与替代
（二）改良 许多学者的研究丰富了活性污泥法理论
理查德·h·古尔德 提出了污泥龄 SRT 概念
F. W. Mohlman 提出了污泥指数 SVI 概念
百年活性污泥法：改良与替代
（一）回顾 1914年4月3日，Ardern 和 Lockett 在英国皇家化学学会年会上宣读 了论文《无需滤池的污水氧化试验》，被认为是活性污泥法正式诞生。
百年活性污泥法：改良与替代
（一）回顾 此后，Ardern 和 Lockett 又在化工学会会刊陆续发表了3篇论文， 系统论述了活性污泥法。
Davyhulme 污水处理厂的中试
百年活性污泥法：改良与替代
（一）回顾 1914年，阿登和洛克特的文章发表，提出活性污泥法之后， 世界各地迅速开始活性污泥法研究，并着手建设实际的污水处理厂。 索尔福德, 1914年，日处理360立方米； 戴维汉姆, 1915年，日处理4564立方米； 伍斯特, 1916；谢菲尔德, 1916；斯坦福德, 1917； 坦斯特尔, 1920；伯里, 1921；…….. 二战以前，印度班加罗尔，澳洲阿德莱德，南非约翰内斯堡均已建成， 1923年,建成的上海北区污水处理厂是中国第一座城市污水处理厂， 日处理能力为3500立方米，尾水排入沙泾港。 此后几年，东区污水处理厂和西区污水处理厂相继建成， 日处理量分别为1.7万立方米和1.5万立方米。
Ardern, E., Lockett, W.T. (1914a) Experiments on the Oxidation of Sewage without the Aid of Filters. J. Soc. Chem.
Ind., 33, 523. Ardern, E., Lockett, W.T. (1914b) Experiments on the Oxidation of Sewage without the Aid of Filters, Part II. J. Soc. Chem. Ind., 33, 1122. Ardern, E., Lockett, W.T. (1915) Experiments on the Oxidation
百年活性污泥法：改良与替代
王洪臣 中国人民大学 低碳水环境技术研究中心 环境学院
二零一四年六月
百年活性污泥法：改良与替代
（一）回顾 （二）改良 （三）替代 （四）机遇
百年活性污泥法：改良与替代
活 性 污 泥 法
百年活性污泥法：改良与替代
以 活 性 污 泥 法 为 核 心 的 污 水 处 理 厂
Dick Eikelboom 提出了丝状菌特点与分类
Jan Chudoba 提出了选择器理论与概念
百年活性污泥法：改良与替代
（二）改良 许多学者提出了新型反应器 A. Pasveer 提出了氧化沟工艺
Mervyn Goronszy 提出了SBR工艺
Dan Okun 和Jack McWhirter 提出了纯氧曝气工艺
1860年， Punch杂志刊登图片《寂静的河道人》 一个骷髅人在泰晤士河上划船 河中有死鱼和死鸟。 The Silent Highwayman from Punch magazine
百年活性污泥法：改良与替代
（一）回顾 1908年， 英国污水处理皇家委员会提出衡量污染程度的综合指标BOD， 制定了测试方法。 1912年，针对治理河流污染的需要，颁布了著名的污水处理排放标准：
百年活性污泥法：改良与替代
（二）改良 许多学者的研究完善了， 有机物降解与营养物去除的生化理论、动力学与工艺设计计算
Wes Eckenfelder Riss E. McKinney
Perry McCarty
Tony & Elizabeth Gaudy
Karl Wuhrmann Wenzel Marais
Clair N. Sawyer James Barnard
Les Grady ………..
百年活性污泥法：改良与替代
（二）改良 许多学者的研究完善了， 有机物降解与营养物去除的生化理论、动力学与工艺设计计算
百年活性污泥法：改良与替代
（二）改良 许多学者参与开发 IWA ASM 模型，增加了活性污泥法的理论深度。 Mogens Henze Gerritt Marais Willi Gujer omonori Matsuo ………
百年活性污泥法：改良与替代
（二）改良 生物膜-活性污泥法（MBBR，IFAS），已广泛应用
百年活性污泥法：改良与替代
（二）改良 膜生物反应器（MBR），已广泛应用，在中国大量应用
百年活性污泥法：改良与替代
（二）改良 好氧颗粒污泥（AGS），尚未在城镇污水处理规模化应用。
百年活性污泥法：改良与替代
30:20（SS:30 mg/L、BOD:20 mg/L）+ 完全硝化 当时，生物滤池技术无法达到该标准，
需要探索新方法。
百年活性污泥法：改良与替代
（一）回顾
当时，英国有两个污水处理权威专家， 一个是曼彻斯特大学的马德拉（Madera）教授，后来成为IAWQ奠基人， 另一个是福勒（Gilbert Fowler）博士， 是曼彻斯特市的污水处理咨询工程师，也是曼彻斯特大学化学系教授。 马德拉和福勒志同道合，经常在一起彻夜讨论污水处理新技术， 认为向污水中曝气，可使污水变清，有可能是可行的技术。 1912年，福勒到美国参观马萨诸塞州的Lawrence试验站， 发现这个试验站正在进行市政污水的曝气试验，数周后，污水可变清。 福勒回到英国后，建议曼彻斯特 Davyhulme 污水处理厂的化学工程师 Edward Ardern 和William Lockett开展污水曝气试