城市污水深度處理技術(shù)探討

梁 艷

（中鐵第五勘察設(shè)計院集團有限公司 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)計院集團有限公司 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，對比了各自的優(yōu)缺點，以期望能為今后工程實際設(shè)計時提供參考。

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，水資源問題已經(jīng)逐漸成為我國經(jīng)濟發(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)境污染負荷的優(yōu)點，同時還具有水源穩(wěn)定、水質(zhì)安全、供水系統(tǒng)可靠等特點。我國近年也在陸續(xù)大范圍應用污水深度處理技術(shù)，將城市污水經(jīng)過深度處理，使其達到一定的回用水標準，再回用于生產(chǎn)和生活，達到水的可持續(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，再進一步凈化，通過物理、化學和生物處理，更深的去除水中的微量有機污染物質(zhì)、磷、氮、鹽類和細菌等雜質(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，其管理較為復雜，費用較昂貴，其處理每噸水的費用約為一級處理的 4～5倍，工藝流程選擇時，應考慮其技術(shù)效用和成本，從性價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)缺點進行探討。

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

①由于單個池體集合了混凝、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行濃縮，排出污泥含水率較低。在實際應用中，后續(xù)無需再設(shè)濃縮池，可直接對污泥進行脫水處理。

③高效沉淀工藝表面負荷高，不耐水力負荷沖擊和水質(zhì)負荷沖擊。

④高效沉淀工藝需投加大量藥劑，運行成本較大，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，由多個活性砂過濾器單元組成。活性砂過濾器由錐型砂濾導向裝置、內(nèi)部過濾單元、進水管道、水流分配器、液濾出水管道、沖洗水出管、空壓機和控制系統(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)進水管道進入過濾器內(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現(xiàn)連續(xù)過濾。

（2）活性砂濾系統(tǒng)特點

①過濾連續(xù)運行，無需停機反沖洗，效率高，運行費用低。

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)負荷沖擊，懸浮物濃度波動性大的前端需加設(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)動電機帶動轉(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)盤濾池的運行狀態(tài)包括：過濾、反沖洗、排泥狀態(tài)。

①過濾：外進內(nèi)出，即污水重力或經(jīng)加壓流進入到濾池中，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。整個運行過程中過濾為連續(xù)的，在清洗過程中，過濾仍在進行。

②清洗：過濾過程中，一些污泥會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，導致濾池水位不斷升高。濾池水位通過壓力傳感器自動監(jiān)控，當池內(nèi)液位到達清洗設(shè)定值（高水位）時，PLC自動啟動反洗泵，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，反洗水泵負壓抽吸濾布表面，吸除濾布上積聚的污泥顆粒，同時過濾轉(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，不會堵塞濾布，可減少濾布上的污泥量，從而延長過濾時間，減少反洗水量。根據(jù)實際運行情況，設(shè)置固定的排泥時間，PLC自動啟動排泥泵，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，可啟動排泥系統(tǒng)清空濾池。

（2）纖維轉(zhuǎn)盤濾池特點

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，過濾與反沖洗同時進行，抗沖擊負荷能力強。

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

③整個運行過程中過濾為連續(xù)運行，且濾布較薄，易清洗，清洗時，清洗濾盤的面積只相當于整個濾盤面積的1%，設(shè)備閑置率低。該工藝整個過濾裝置需要用電的只有驅(qū)動電機、反洗水泵和電動閥，總裝機功率較低，這個優(yōu)點對于改造項目尤其突出，對污水處理廠來說，用電方面可以不用擴容。

④設(shè)計新穎，重力運行，根據(jù)水位差自動反沖洗，運行自動化程度高。

⑤濾池本身的土建費用較高，設(shè)備費用也較高。

⑥濾布會發(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池中的活性污泥、大分子有機物、病原菌和病毒等，取代傳統(tǒng)活性污泥法中的二沉池，進行固液分離。該工藝可實現(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池中活性污泥的濃度和生化反應速率，同時，通過降低F/M比達到減少剩余污泥量的效果。MBR膜處理集成器由膜組件、生物反應器、膜清洗三部分組成。根據(jù)膜組件和生物反應器的組合方式，分為分置式、一體式以及復合式三種基本類型。

①分置式MBR：膜組件和生物反應器分開設(shè)置。生物反應器中的混合液經(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、大分子有機物等被膜截留，回流到生物反應器內(nèi)。

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

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

（2）MBR特點

①由于膜采用微濾膜或超濾膜，該工藝的分離效果遠遠好于傳統(tǒng)的沉淀池，處理出水極其清澈，細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)標準。

②膜分離使微生物完全被截流在生物反應器內(nèi)，使得系統(tǒng)內(nèi)能夠維持較高的微生物濃度，裝置處理容積負荷大，當進水中有機物濃度變大大時，有機負荷率變化不大，耐沖擊負荷。

③該工藝可以在高容積負荷、低污泥負荷下運行，剩余污泥產(chǎn)量低（理論上可以實現(xiàn)零污泥排放），降低了污泥處理費用。

④因該工藝處理裝置容積負荷高，占地面積可大大節(jié)省；該工藝流程簡單、結(jié)構(gòu)緊湊，不受設(shè)置場所限制，在相應設(shè)置中，可以充分考慮到這種反應的特點優(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器內(nèi)，有利于污泥中特效菌如硝化細菌的截留生長，系統(tǒng)硝化效率得以提高，氨氮去除效果得以提升。同時，通過混合液的不斷循環(huán)，增長難降解的有機物在系統(tǒng)中的水力停留時間，較好地提升難降解有機物的降解率。

⑥該工藝實現(xiàn)了水力停留時間（HRT）與污泥停留時間（SRT）的完全分離，運行控制更加靈活穩(wěn)定，可實現(xiàn)微機自動控制，操作管理更為便捷。

⑦膜組件的造價高，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、造價和運行費用較高，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)，易于改擴建，該工藝既有城市污水處理廠提標改造應用尤為較多； 纖維轉(zhuǎn)盤濾池具備出水水質(zhì)好、耐沖擊負荷、占地面積小、設(shè)備閑置率低、總裝機功率低、設(shè)備成品化等優(yōu)點，在我國多座水廠得到成功應用；MBR工藝具備占地面積小、不受場合設(shè)置限制、產(chǎn)泥量少、氨氮及難降解有機物去除效果好等優(yōu)點，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)標準，更易于從傳統(tǒng)工藝進行改造，在我國污水處理廠改造項目和出水水質(zhì)要求更高的工程得到廣泛應用。各設(shè)計人員應結(jié)合工程實際情況及水質(zhì)要求，考慮其技術(shù)效用和成本，從性價比的角度進行選用。

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S210

B

1007-6344（2016）03-0123-02

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