城市污水深度處理技術(shù)探討

梁 艷

（中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 北京 102600）

城市污水深度處理技術(shù)探討

梁 艷

（中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 北京 102600）

本文介紹了幾種主流的城市污水深度處理技術(shù)的原理及其特點(diǎn)，對比了各自的優(yōu)缺點(diǎn)，以期望能為今后工程實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)提供參考。

城市污水 深度處理

在現(xiàn)代生活中，水是人們生存必不可少的資源，維系著社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。我國水資源有限，在消耗量不斷增加的情況下，用水越來越緊張，目前已經(jīng)有多個(gè)城市出現(xiàn)了缺水問題，甚至有一些城市已經(jīng)出現(xiàn)了水資源危機(jī)，水資源問題已經(jīng)逐漸成為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的限制因素。再生水作為城市可利用的水資源，具有成本低、節(jié)約水資源、削減環(huán)境污染負(fù)荷的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還具有水源穩(wěn)定、水質(zhì)安全、供水系統(tǒng)可靠等特點(diǎn)。我國近年也在陸續(xù)大范圍應(yīng)用污水深度處理技術(shù)，將城市污水經(jīng)過深度處理，使其達(dá)到一定的回用水標(biāo)準(zhǔn)，再回用于生產(chǎn)和生活，達(dá)到水的可持續(xù)利用。

1 污水深度處理

污水深度處理，也被稱為三級處理或是高級處理。它是對已經(jīng)經(jīng)過二級處理的污水，再進(jìn)一步凈化，通過物理、化學(xué)和生物處理，更深的去除水中的微量有機(jī)污染物質(zhì)、磷、氮、鹽類和細(xì)菌等雜質(zhì)，從而滿足用戶對水質(zhì)的使用要求。深度處理相對一、二級污水處理，其管理較為復(fù)雜，費(fèi)用較昂貴，其處理每噸水的費(fèi)用約為一級處理的 4～5倍，工藝流程選擇時(shí)，應(yīng)考慮其技術(shù)效用和成本，從性價(jià)比的角度去選擇深度處理方法。下面選擇幾種主流的城市污水深度處理技術(shù)，就其原理、優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行探討。

2 城市污水深度處理技術(shù)

2.1 ACTIFLO高效沉淀池

（1）ACTIFLO高效沉淀池工藝原理

ACTIFLO高效沉淀池是一種緊湊型的沉淀池，其特點(diǎn)是利用微砂作為絮凝體的內(nèi)核，從而增加絮凝體的比重，使絮凝更容易沉淀，提高絮凝的效果降低沉淀池的占地面積。它由混凝區(qū)、注射池、熟化區(qū)和沉淀區(qū)四部分組成，其工藝流程如下：

圖1 ACTIFLO高效沉淀池的工藝流程圖

①混凝區(qū)：原水或污水首先進(jìn)入混凝池，混凝劑（通常是鋁鹽或鐵鹽）可以投加在混凝池入口或進(jìn)水管路上，在攪拌器的作用下使水與混凝劑混合均勻。

②注射池：加有混凝劑的水隨后進(jìn)入注射池，然后向池中投加粒徑在 125μ m～150μm之間的微砂。微砂的作用是提供大的接觸面積而強(qiáng)化絮凝，并起到壓載作用以提高絮凝沉淀的速度。

③熟化區(qū)：絮凝后水進(jìn)入熟化池，這一工程中，由于物理攪拌作用和分子間的作用力，使絮體熟化并使微砂成為新形成的絮體的核心，以加重絮凝利于沉淀。在該池的入口處也設(shè)有投加管，投加陰離子高分子助凝劑，主要起到吸附架橋作用用于提高絮凝效果。

④沉淀區(qū)：在該區(qū)域中，來自絮凝池的水從斜管下部進(jìn)入沉淀池并向上流通過，經(jīng)集水槽收集后溢流排出，顆粒和絮凝沉淀在斜管表面由于重力作用滑落到池底，由刮泥機(jī)收集至沉淀池底部中央的區(qū)域。微砂隨污泥沉淀在沉淀池中，循環(huán)泵把污泥和微砂輸送到水力分離器中，在離心力的作用下，污泥與微砂分離，微砂從下層流出直接投加到注射池中，污泥從上層流中溢出。

（2）ACTIFLO高效沉淀池特點(diǎn)

①由于單個(gè)池體集合了混凝、沉淀、污泥濃縮等功能，因此結(jié)構(gòu)緊湊，能夠在大幅度提升水質(zhì)的同時(shí)節(jié)約土地面積及土建的成本。

②高效沉淀池污泥在水力分離器中已進(jìn)行濃縮，排出污泥含水率較低。在實(shí)際應(yīng)用中，后續(xù)無需再設(shè)濃縮池，可直接對污泥進(jìn)行脫水處理。

③高效沉淀工藝表面負(fù)荷高，不耐水力負(fù)荷沖擊和水質(zhì)負(fù)荷沖擊。

④高效沉淀工藝需投加大量藥劑，運(yùn)行成本較大，高效沉淀池對懸浮污泥層及污泥回流的控制，技術(shù)管理上要求較高。

2.2 活性砂濾系統(tǒng)

（1）活性砂濾系統(tǒng)工藝原理

活性砂濾系統(tǒng)是一種集混凝、澄清、過濾為一體的高效過濾處理工藝，由多個(gè)活性砂過濾器單元組成?；钚陨斑^濾器由錐型砂濾導(dǎo)向裝置、內(nèi)部過濾單元、進(jìn)水管道、水流分配器、液濾出水管道、沖洗水出管、空壓機(jī)和控制系統(tǒng)等組成，示意圖見圖2。

活性砂濾是基于逆流原理，待濾水由原水入口經(jīng)進(jìn)水管道進(jìn)入過濾器內(nèi)部，經(jīng)水流分配器均勻分配后流出，水從砂濾池底部向上逆流通過濾料層，污染物被砂過濾床截留，清潔水經(jīng)集水槽收集后排出。隨著過濾過程，砂濾料中污染物的含量逐漸增加，并且下層濾料層的污染物含量高于上層濾料，空氣提升泵在空壓機(jī)的作用下將底層的石英砂濾料提升至過濾器頂部的洗砂器中清洗，雜質(zhì)通過清洗水出口排出，凈砂返回砂床從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)過濾。

（2）活性砂濾系統(tǒng)特點(diǎn)

①過濾連續(xù)運(yùn)行，無需停機(jī)反沖洗，效率高，運(yùn)行費(fèi)用低。

②活性砂過濾器可根據(jù)水量變化靈活增加或減少過濾器數(shù)量。

③石英砂濾料層較厚，濾池較深，土建費(fèi)用較高。

④采用單一均質(zhì)濾料，無須級配層，但不耐水質(zhì)負(fù)荷沖擊，懸浮物濃度波動(dòng)性大的前端需加設(shè)沉淀池。

⑤水頭損失較大，后續(xù)需加設(shè)提升設(shè)備。

圖2 活性砂濾系統(tǒng)的示意圖

2.3 纖維轉(zhuǎn)盤濾池

（1）纖維轉(zhuǎn)盤濾池原理

纖維轉(zhuǎn)盤濾池的核心裝置就是中間的過濾轉(zhuǎn)盤，每個(gè)過濾轉(zhuǎn)盤由6塊扇形組合而成，上面包裹著纖維毛濾布，右上方的驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)，濾盤中間是中空的中心集水筒，其構(gòu)造圖詳見圖3。

圖3 纖維轉(zhuǎn)盤濾池構(gòu)造圖

纖維轉(zhuǎn)盤濾池的運(yùn)行狀態(tài)包括：過濾、反沖洗、排泥狀態(tài)。

①過濾：外進(jìn)內(nèi)出，即污水重力或經(jīng)加壓流進(jìn)入到濾池中，并將濾盤全部浸沒在污水中，然后污水通過濾布進(jìn)行過濾，固體懸浮物被截留在濾布外側(cè)，濾后水通過中空管收集，最后通過出水堰排出濾池。整個(gè)運(yùn)行過程中過濾為連續(xù)的，在清洗過程中，過濾仍在進(jìn)行。

②清洗：過濾過程中，一些污泥會(huì)吸附在纖維毛濾布中，并逐漸形成污泥層。隨著污泥的積聚，增加了濾布過濾阻力，導(dǎo)致濾池水位不斷升高。濾池水位通過壓力傳感器自動(dòng)監(jiān)控，當(dāng)池內(nèi)液位到達(dá)清洗設(shè)定值（高水位）時(shí)，PLC自動(dòng)啟動(dòng)反洗泵，開始清洗過程。

過濾期間，過濾轉(zhuǎn)盤處于靜態(tài)，有利于污泥的池底沉積。清洗期間，過濾轉(zhuǎn)盤以0.5～1轉(zhuǎn)/分鐘的速度緩慢旋轉(zhuǎn)，反抽吸裝置啟動(dòng)，反洗水泵負(fù)壓抽吸濾布表面，吸除濾布上積聚的污泥顆粒，同時(shí)過濾轉(zhuǎn)盤內(nèi)的水被由內(nèi)向外抽吸，對濾布微孔內(nèi)的污泥進(jìn)行清洗。

③排泥：濾池在過濾轉(zhuǎn)盤下方設(shè)斗形池底，顆粒大的污泥可直接沉淀到斗形池底，不會(huì)堵塞濾布，可減少濾布上的污泥量，從而延長過濾時(shí)間，減少反洗水量。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況，設(shè)置固定的排泥時(shí)間，PLC自動(dòng)啟動(dòng)排泥泵，通過池底穿孔排泥管將污泥回流至廠區(qū)排水系統(tǒng)。

另外，濾池前的處理系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，可啟動(dòng)排泥系統(tǒng)清空濾池。

（2）纖維轉(zhuǎn)盤濾池特點(diǎn)

①通過濾布過濾，可截留粒徑為幾微米的微小顆粒，截留效果好，過濾與反沖洗同時(shí)進(jìn)行，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)。

②占地面積小，濾盤垂直中空管設(shè)計(jì)，使小的占地面積即可保證大的過濾面積。

③整個(gè)運(yùn)行過程中過濾為連續(xù)運(yùn)行，且濾布較薄，易清洗，清洗時(shí)，清洗濾盤的面積只相當(dāng)于整個(gè)濾盤面積的1%，設(shè)備閑置率低。該工藝整個(gè)過濾裝置需要用電的只有驅(qū)動(dòng)電機(jī)、反洗水泵和電動(dòng)閥，總裝機(jī)功率較低，這個(gè)優(yōu)點(diǎn)對于改造項(xiàng)目尤其突出，對污水處理廠來說，用電方面可以不用擴(kuò)容。

④設(shè)計(jì)新穎，重力運(yùn)行，根據(jù)水位差自動(dòng)反沖洗，運(yùn)行自動(dòng)化程度高。

⑤濾池本身的土建費(fèi)用較高，設(shè)備費(fèi)用也較高。

⑥濾布會(huì)發(fā)生磨損現(xiàn)象，需更換濾盤濾布，年更換率約5%。

2.4 膜—生物反應(yīng)器（MBR）

（1）MBR原理

MBR是將膜分離單元和生物處理單元高效結(jié)合，以膜技術(shù)的高效分離作用截留住生化反應(yīng)池中的活性污泥、大分子有機(jī)物、病原菌和病毒等，取代傳統(tǒng)活性污泥法中的二沉池，進(jìn)行固液分離。該工藝可實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)工藝無法比擬的泥水分離和污泥濃縮效果，大幅度提高生化反應(yīng)池中活性污泥的濃度和生化反應(yīng)速率，同時(shí)，通過降低F/M比達(dá)到減少剩余污泥量的效果。MBR膜處理集成器由膜組件、生物反應(yīng)器、膜清洗三部分組成。根據(jù)膜組件和生物反應(yīng)器的組合方式，分為分置式、一體式以及復(fù)合式三種基本類型。

①分置式MBR：膜組件和生物反應(yīng)器分開設(shè)置。生物反應(yīng)器中的混合液經(jīng)回流泵打至膜組件的過濾端，在壓力作用下混合液中的液體透過膜，成為系統(tǒng)處理水；活性污泥、大分子有機(jī)物等被膜截留，回流到生物反應(yīng)器內(nèi)。

②一體式MBR：這種形式是將膜組件置于生物反應(yīng)器內(nèi)部。進(jìn)水進(jìn)入膜生物反應(yīng)器，其中的大部分污染物被混合液中的活性污泥去除，然后再在負(fù)壓作用下由膜過濾出水。

③復(fù)合式MBR：形式上也屬于一體式膜生物反應(yīng)器，其不同點(diǎn)是需要在生物反應(yīng)器內(nèi)加裝填料，從而形成復(fù)合式膜生物反應(yīng)器，整體改變了反應(yīng)器的性狀。

（2）MBR特點(diǎn)

①由于膜采用微濾膜或超濾膜，該工藝的分離效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)的沉淀池，處理出水極其清澈，細(xì)菌和病毒也被大幅去除，出水水質(zhì)優(yōu)于建設(shè)部頒發(fā)的生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

②膜分離使微生物完全被截流在生物反應(yīng)器內(nèi)，使得系統(tǒng)內(nèi)能夠維持較高的微生物濃度，裝置處理容積負(fù)荷大，當(dāng)進(jìn)水中有機(jī)物濃度變大大時(shí)，有機(jī)負(fù)荷率變化不大，耐沖擊負(fù)荷。

③該工藝可以在高容積負(fù)荷、低污泥負(fù)荷下運(yùn)行，剩余污泥產(chǎn)量低（理論上可以實(shí)現(xiàn)零污泥排放），降低了污泥處理費(fèi)用。

④因該工藝處理裝置容積負(fù)荷高，占地面積可大大節(jié)?。辉摴に嚵鞒毯唵?、結(jié)構(gòu)緊湊，不受設(shè)置場所限制，在相應(yīng)設(shè)置中，可以充分考慮到這種反應(yīng)的特點(diǎn)優(yōu)勢，將其做成地面式、地下式或是半地下式。

⑤由于微生物被完全截流在生物反應(yīng)器內(nèi)，有利于污泥中特效菌如硝化細(xì)菌的截留生長，系統(tǒng)硝化效率得以提高，氨氮去除效果得以提升。同時(shí)，通過混合液的不斷循環(huán)，增長難降解的有機(jī)物在系統(tǒng)中的水力停留時(shí)間，較好地提升難降解有機(jī)物的降解率。

⑥該工藝實(shí)現(xiàn)了水力停留時(shí)間（HRT）與污泥停留時(shí)間（SRT）的完全分離，運(yùn)行控制更加靈活穩(wěn)定，可實(shí)現(xiàn)微機(jī)自動(dòng)控制，操作管理更為便捷。

⑦膜組件的造價(jià)高，使該工藝的基建投資高于傳統(tǒng)污水處理工藝；且因受到膜材料的限制，膜組件壽命在5年左右，到期需要更換，運(yùn)行成本較高。

⑧該工藝用電設(shè)備較多，能耗較大。

3 結(jié)語

綜上，ACTIFLO高效沉淀池由于投藥量大、設(shè)備多、造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用較高，不具備明顯的優(yōu)勢；活性砂濾系統(tǒng)占地面積小、構(gòu)筑物為整體、能夠模塊化組合建設(shè)，易于改擴(kuò)建，該工藝既有城市污水處理廠提標(biāo)改造應(yīng)用尤為較多； 纖維轉(zhuǎn)盤濾池具備出水水質(zhì)好、耐沖擊負(fù)荷、占地面積小、設(shè)備閑置率低、總裝機(jī)功率低、設(shè)備成品化等優(yōu)點(diǎn)，在我國多座水廠得到成功應(yīng)用；MBR工藝具備占地面積小、不受場合設(shè)置限制、產(chǎn)泥量少、氨氮及難降解有機(jī)物去除效果好等優(yōu)點(diǎn)，且出水水質(zhì)優(yōu)于建設(shè)部頒發(fā)的生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，更易于從傳統(tǒng)工藝進(jìn)行改造，在我國污水處理廠改造項(xiàng)目和出水水質(zhì)要求更高的工程得到廣泛應(yīng)用。各設(shè)計(jì)人員應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際情況及水質(zhì)要求，考慮其技術(shù)效用和成本，從性價(jià)比的角度進(jìn)行選用。

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1007-6344（2016）03-0123-02

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